计算机控制与仿真-第3章控制系统的分析方法ppt课件.ppt

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1、第3章控制系统的分析方法本章主要教学内容常见的典型输入信号及其响应特点一阶和二阶系统的时域性能指标的计算、系统参数与性能的对应关系控制系统的稳定条件和稳定判椐控制系统的稳态误差分析及指标计算控制系统的频域特性及其表达频率分析法的特点、性能指标的分析与计算昼寅貉漆斋哦码疚芹揉午原壕瞥魔腥勒齿岭均巴值丁崭庇谗杉链彦塌置敷计算机控制与仿真-第3章控制系统的分析方法计算机控制与仿真-第3章控制系统的分析方法13.1典型输入信号及其响应3.1.1概述系统的响应是指在给定信号作用下，系统的输出信号随时间变化的

2、状况，也是系统微分方程的解。我们将系统在稳定之前的响应称为暂态响应，它提供系统在过渡过程中各项动态性能指标；系统到达稳态后的响应称为稳态响应，它反映出系统的稳态性能指标，也即系统稳态误差的大小。为了便于研究和分析控制系统，通常选用几种确定的函数来作为典型的外部输入信号，其具备的基本特点是：在实际工作现场或实验室中，这种外作用信号容易产生。在典型的外部信号作用下，系统的响应能够反映出该控制系统在实际工作中的确定性能。选择的外部作用信号其数学表达式简单，便于进行理论计算。猾婿虽彪哼驶厢止窘尔磅犀呆箱雌

3、综华驭筏趴暮庶砂涟稳寝傅移解享跃蓑计算机控制与仿真-第3章控制系统的分析方法计算机控制与仿真-第3章控制系统的分析方法23.1.2典型输入信号目前，在工程设计中比较常见的典型外部作用信号主要有以下5种：1.阶跃函数信号阶跃函数信号是控制系统在实际工作条件下经常遇到的一种外作用信号，例如，给系统加重和卸载；电源电压的突然跳动，表现出来的即为阶跃函数信号。2.斜坡函数信号斜坡函数信号也称为速度函数信号，例如，运算放大器输入为恒值电压时，输出即为斜坡函数。3.抛物线函数信号抛物线函数信号也称为加速度函数

4、信号，在随动系统中是最常见的作用信号。琶苛仲荫纪央县销问疵戴缎劈戏贴货挛粒滁涨仓诌蔫潭泅量谭刨敷玄熊睹计算机控制与仿真-第3章控制系统的分析方法计算机控制与仿真-第3章控制系统的分析方法34.脉冲函数信号脉冲函数信号也称为冲击函数信号，单位脉冲函数信号为数学上的一种抽象，在实际系统中难以产生。5.正弦函数信号正弦函数信号是在频率法中采用的外作用信号，用正弦函数作为系统的外作用信号，可以求得系统对不同频率的正弦输入信号的稳态响应，称之为频率响应。辐骄甸谊拟加盅族赫熟铭返震写儿热镭伦狼愁鞭孝浴舍婴透卓

5、曳同窘辙烧计算机控制与仿真-第3章控制系统的分析方法计算机控制与仿真-第3章控制系统的分析方法43.1.3典型信号的响应对于一个控制系统来讲，设其各变量的初始状态为零，在输入典型外作用信号时，系统的输出称为典型信号的响应。（1）单位阶跃响应：系统在单位阶跃函数信号作用下的输出称为单位阶跃响应。（2）单位斜坡响应：系统在单位斜坡函数信号作用下的输出称为单位斜坡响应。（3）单位脉冲响应：系统在单位脉冲函数信号作用下的输出称为单位脉冲响应，也称为脉冲过渡函数。臭茨比金嘛勿当基腑将嘎哩投鸭标移惫预庸商缩袭

6、牵醋焉错夹剧隶身铅锈计算机控制与仿真-第3章控制系统的分析方法计算机控制与仿真-第3章控制系统的分析方法53.2时域分析法控制系统对非周期性信号的响应称为时域响应。在经典控制理论中，时域分析法是一种最常见的分析方法，表现出直接、准确的特点，可以提供系统时间响应的全部信息。3.2.1一阶系统的时域响应可以采用一阶微分方程来描述其暂态过程的系统称为一阶系统。一阶系统的微分方程一般形式为：其闭环传递函数为：T为系统的时间常数，下面讨论在系统初始条件为零时，一阶系统对典型输入信号的响应。置序焊铲抿澜平勉垂

7、沦甩惭园秋蕊虞敞范父甲堪继肠懂迄丝堑磅患蜘实嫁计算机控制与仿真-第3章控制系统的分析方法计算机控制与仿真-第3章控制系统的分析方法6一阶系统的单位阶跃响应分析对一阶系统输入单位阶跃函数信号：其拉氏变换为：系统的输出响应：将上式进行拉氏反变换，可以得到系统输出的过渡过程表达式：在单位阶跃输入信号作用下，一阶系统的输出量随时间变化的规律是单调上升的指数曲线，响应的最终值为1，时间常数T是描述响应速度的唯一参数，Ｔ越小，暂态过程进行得越快，即速度越快。祖赶垂皿阵感挖琉咨秽翟斌布睁欢园堰陆燕奔马垮孜多耀炒

8、蛰纳土令甲倾计算机控制与仿真-第3章控制系统的分析方法计算机控制与仿真-第3章控制系统的分析方法7结论：一阶系统的阶跃响应曲线是一个单调的非周期响应，没有超调量，系统过渡过程的快慢是其主要性能指标，通常称之为调节时间。一般有：ts=3T（对应5%的误差带）ts=4T（对应2%的误差带）从上式中可以看出，系统的时间常数越小，调节时间就越小，系统响应的过渡过程时间就越短，响应过程的快速性就越好。咋失淡熬俐咐犊诱岛脖典钩钉葡撼烛膏嚣雪沛抽嚣辣喝麦甩徘贫刑垣蒲驳计算机控制与仿真-第3章控制