第 2 讲 系统的典型环节.ppt

《第 2 讲 系统的典型环节.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第2讲系统的典型环节1概览典型环节典型信号时间响应频率响应22.1系统的典型信号典型信号是指根据系统常遇到的输入信号形式，在数学描述上加以理想化的基本输入函数.典型信号的选择原则：能反映最常见的实际输入信号，形式简单,使系统运行在最不利的工作状态。3例舰船随动系统实际摇摆曲线功率谱密度曲线典型输入信号ω4例跟踪直线飞行目标的伺服系统高低角方位角arctan(at)5方位角速度方位角加速度用来进行误差分析，选定执行电机等6典型输入信号7tf(t)01考查系统对恒值信号的跟踪能力8A=1，称单位斜坡函数,记为t·1(t)2.斜坡函数（等

2、速度函数）tf(t)0考查系统对匀速信号的跟踪能力93.抛物线函数（等加速度函数）A=1，称单位抛物线函数,记为tf(t)0考查系统的机动跟踪能力104.脉冲函数t(t)0考查系统在脉冲扰动下的恢复情况11各函数间关系：（5）正弦函数12被测系统输入频谱输出频谱频率特性=13讨论系统性能的测试系统模型的测定阶跃信号阶跃信号?脉冲信号?正弦信号?14阶跃信号由于频谱的高频部分衰减很快，因此进行对象特性测试时，只能得到低频的数学模型实际脉冲信号的宽度越窄，越能提供宽范围的频谱以激发对象阶跃信号频谱脉冲信号频谱152.2系统的时间响应G

3、(s)R(s)C(s)162.2.1系统的时域性能指标17上升时间tr:曲线从０上升到稳态值的时间峰值时间tp：曲线达到第一个峰值的时间调整时间ts:曲线达到并保持在误差带内的时间最大超调量Mp：曲线的最大值与稳态值的差振荡次数：调整时间内，响应曲线穿越稳态值的次数的一半．快速性稳定性18系统的极点和响应波形之间存在着直接的联系，研究系统极点的分布是时间响应分析的重要内容。零极点分布是控制系统设计的关键极点决定系统自由运动的模态零点决定系统各自由运动模态所占比重192.2.2一阶系统响应20单位阶跃响应21单位阶跃响应曲线22t=T

4、时,响应曲线达到稳态的63.2%t=0处,曲线切线斜率为1/TT是一阶系统的性能参数,T越小,系统的惯性越小,响应过程越快极点距离虚轴越远23单位斜坡响应[r(t)=t]tc(t)0r(t)=tc(t)=t﹣T+Te﹣t/T稳态响应是一个与输入斜坡函数斜率相同但在时间上迟后了一个时间常数T的斜坡函数。TT稳态分量（跟踪项+常值）暂态分量24表明过渡过程结束后，其稳态输出与单位斜坡输入之间，在位置上仍有误差，一般叫做跟踪误差。比较阶跃响应曲线和斜坡响应曲线：0tc(t)1.0tc(t)0r(t)=tTT在阶跃响应中，输出量与输入量之间

5、的位置误差随时间而减小，最终趋于0，而在初始状态下，位置误差最大，响应曲线的斜率也最大；无差跟踪。在斜坡响应中，输出量与输入量之间的位置误差随时间而增大，最终趋于常值T，在初始状态下，位置误差和响应曲线的斜率均等于0。有差跟踪。25单位脉冲响应[R(s)=1]它恰是系统的闭环传函，这时输出称为脉冲（冲激）响应函数，以h(t)标志。求系统闭环传函提供了实验方法，以单位脉冲输入信号作用于系统，测定出系统的单位脉冲响应，可以得到闭环传函。对应T2T3Tth(t)01/T0.368/T0.135/T0.05/T26线性定常系统的重要性质2.

6、在零初始条件下，当系统输入信号为原来输入信号时间的积分时，系统的输出则为原来输出对时间的积分，积分常数由零初始条件决定。1.当系统输入信号为原来输入信号的导数时，这时系统的输出则为原来输出的导数。272.2.3二阶系统的时间响应特征方程特征根（极点）28特征方程的根是一对共轭复根(1)欠阻尼29βp1ωd-ξωn30单位阶跃响应决定衰减速度决定振荡频率3132特征方程为两个相等的负实根(2)临界阻尼β=0ωd-ωn3334特征方程为两个不等的负实根(3)过阻尼可以看做两个一阶环节串联35零阻尼，特征方程的根为一对共轭虚根(4)ωd=

7、ωn3637二阶系统阶跃响应曲线时间响应指标与极点位置的关系3839系统极点和时间响应波形的关系极点在虚轴上,响应为等幅振荡极点在负实轴上,响应为无振荡衰减形式极点为实部为负的共轭复数,响应为振荡衰减形式极点在s平面右半平面,响应为发散形式40衰减得快频率变大412.3系统的频率响应线性系统对正弦输入信号的响应特性系统输出的傅里叶变换和输入的傅里叶变换之比。42特点容易通过实验确定系统的频率响应在设计时，能够控制带宽以满足快速性和抗干扰的要求图形表示利于分析设计频域和时域之间缺乏直接联系43例子a=-0.01a=0a=0.01估计不

8、同参数开环和闭环响应的区别44开环阶跃响应4546闭环阶跃响应4748开环Bode图4950频率特性的表示幅相频率特性曲线（极坐标图，奈氏图）对数频率特性曲线（Bode图）51▲奈氏图向量长度代表幅值与正实轴夹角代表相位52▲Bode