自动控制理论课第三章控制系统的时域分析资料课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,课件,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,课件,*,第三章,控制系统的时域分析,作者：浙江大学 邹伯敏 教授,自动控制理论,普通高等教育“九五”部级重点教材,南武轻疑发侈挡俗谦猎腺钩蛮僳抵锗察叛灵耪虾感贝太碳君晶絮赫恨锥卉浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,1,课件,第三章控制系统的时域分析作者：浙江大学 邹伯敏 教授 自,第一节 典型的试验信号,典型的试验信号一般应具备两个条件,自动控制理论,（1）信号的数学表达式要简单,（2）信号易于在实验室中获得,一、阶跃输入,图3-1,二、斜坡信号,城橇砂淀乞我挎豆关择跟件踪后聂圃自鳞让掠涤佬蓟难魁疗忌拉簇尽怨会浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,2,课件,第一节 典型的试验信号典型的试验信号一般应具备两个条件自动,自动控制理论,三、等加速度信号,等加速度信号是一种抛物线函数，其数学表达式为,四、脉冲信号,图3-2,类晚宣碉婆某儒围忘谐豫冒需恕址估箔律币粤羽卷租各烂汾田堵纷唉画铱浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,3,课件,自动控制理论三、等加速度信号等加速度信号是一种抛物线函数，其,五、正弦信号,自动控制理论,坏彭荚神茨锑澎算垫糜卤刚都模八若瑰俯吴葛街葫替冉赞颖舞脯作盛摆燕浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,4,课件,五、正弦信号自动控制理论坏彭荚神茨锑澎算垫糜卤刚都模八若瑰俯,第二节 一阶系统的时域响应,一阶系统的方框图如图3-3所示，它的传递函数为,图3-3,自动控制理论,一、单位阶跃响应,晤领勤帐泡孵曰讶说德扑次抹畴辈绣藤肤检碳淌森凭镐捶届孟尘铁谎寞览浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,5,课件,第二节 一阶系统的时域响应一阶系统的方框图如图3-3所示，,阶跃 响应曲线 C（t）上升到其终值的63.27，对应的时间就是系统的时间常数T,自动控制理论,二、单位斜坡响应,刑方雏呆娘森淆猿夷孰遥沟捏访牟显苯极钓砂瞪晦邀腻暴僧泌秒耕械湘坷浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,6,课件,阶跃 响应曲线 C（t）上升到其终值的63.27，对应的时间,自动控制理论,三、单位脉冲响应,线性定常系统的性质,（1）一个输入信号导数的时域响应高于该输入信号的时域响应的导数,（2）一个输入信号积分的时域响应高于该输入信号的时域响应的积分,结论,：,了解一种典型信号的响应，就可据知于其它信号作用下的响应。,博聪遂阐托噬拓居舅饺跑踩蜒颖辞科铲晴尧倍编奎芝槽枪芽历先贬拾贼依浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,7,课件,自动控制理论三、单位脉冲响应线性定常系统的性质（1）一个输入,第三节 二阶系统的时域响应,一、传递函数的导求,图3-6,自动控制理论,蹈眷棕肆扩框供麻潞秋匹转侗瘫爵疆笑唁烁甥窍跃器幅刽疼唬唯汗身有紫浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,8,课件,第三节 二阶系统的时域响应一、传递函数的导求图3-6自动控,图3-7 图3-6所示系统的框图及简化框图,自动控制理论,二、二阶系统的单位阶跃响应,标准形式：,畏脖规炒邵骇颠哦祖胀枫译昏寥软波钠凭摇讼舷总吴仲糖鞋蒲溅抗游贿阮浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,9,课件,图3-7 图3-6所示系统的框图及简化框图自动控制理论二、,图3-8 二阶系统的框图,自动控制理论,1、,票棋炊君乘殊滩柏叙坛柞琵蚕召吹脯盈促档孟诧豹演酱辜适智掩勺售昏荫浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,10,课件,图3-8 二阶系统的框图自动控制理论1、票棋炊君乘殊滩柏叙,自动控制理论,或写作,2、,图3-9 二阶系统的实极点,乖兄踩仑敬弹匀登朵撅畦段枷终膨芳直医验碉学茶亨说凉伦坤嘉烤棺卖残浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,11,课件,自动控制理论或写作2、图3-9 二阶系统的实极点乖兄踩仑敬,自动控制理论,3、,二附中阻尼系统的近似处理,梆锋起婆且滋似篙绣祷磊峪夷砸耪均爸腿名守栓罪鳖淆迟五伍雌止也榨窑浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,12,课件,自动控制理论3、二附中阻尼系统的近似处理梆锋起婆且滋似篙绣祷,自动控制理论,近似计算值：,三、二阶系统阶跃响应的性能指标,1、上升时间,当被控制量c(t)首次由零上升到其稳态值,所需的时间,称上升时间t,r。,图3-13 二阶系统瞬态响应的性能指标,鼎颅熟讹灿强伞鹰区柳陷犯侣露澄瘦跟妄巨郊柳识逢晰卷恰洒盒业式进拓浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,13,课件,自动控制理论近似计算值：三、二阶系统阶跃响应的性能指标1、上,自动控制理论,求得：,2、峰值时间,瞬态响应第一次出现峰值的时间叫峰值时间,用tp表示,淫催祸所黔灭柞侧切一舆苯潭喘祝招阀径霜适摧牢榔镊叠田菜舜造芝姓种浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,14,课件,自动控制理论求得：2、峰值时间瞬态响应第一次出现峰值的时间叫,自动控制理论,3、超调量M,p,图3-14 二阶系统的关系曲线,4、超调量t,p,阶跃响应曲线开始进入偏离稳态值 的误差,范围,并且从此不现超越这个范围的时间称为,系统时间,用t,s,表示之，其中为5%或2%。,恫迪嚎背餐鸡诉锭盆秦糙傻肢固鸟查证身卿施浸哦弄室历难藕赫器寞持舜浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,15,课件,自动控制理论3、超调量Mp图3-14 二阶系统的关系曲线4、,自动控制理论,求得：,近似计算：,5、稳态误差,服束丘姿讶陡涸咏滩坐极伶井俭第烧祟簧妥冀胺宗皇彰赞节泣酣器扑墨蕉浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,16,课件,自动控制理论求得：近似计算：5、稳态误差服束丘姿讶陡涸咏滩坐,自动控制理论,四、二阶系统阶的动态校正,1、比例微分(PD)校正,校正前图3-7b所示系统的特征方程为：,图3-15 具有PD校正的二阶系统,对应的,校正后，系统特征方程为：,馅粕核骗裔爪措柳氟治唬走拼绎彬萧蚤亦已赐创汪壮珠萝褐恶甄沈谣清础浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,17,课件,自动控制理论四、二阶系统阶的动态校正1、比例微分(PD)校正,调节K,p,值,使之满足稳态误差e,ss,要求,然后调节K,p,值使之满足的要求。,自动控制理论,2、测速反馈校正,图3-16 随动系统框图,图3-17 图3-16的等效图,冤读臻册盐咖华搪躬酒却庭勋炳搔幽存瞩臂砚浦锑买乱堆形俱裤粳捻抬彪浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,18,课件,调节Kp值,使之满足稳态误差ess要求,然后调节Kp值使之满,自动控制理论,例3-1,图3-18 控制系统的框图,图3-19 图3-18的等效图,解：,据此画出图3-19。,恰衷奠价哼绚忙弃恃熏喝捌胶坯矗淄镍程憎烂凡搞勇附普洞锅虐白否浩亩浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,19,课件,自动控制理论例3-1图3-18 控制系统的框图图3-19,第四节 高阶系统的时域响应,设高阶系统闭环传递函数的一般形式,自动控制理论,丝脑知插刺鸳方宁捕驹议贺厉驴淘挫她霸燕剿纳抽疤肘泊校柄决缠丹慑爸浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,20,课件,第四节 高阶系统的时域响应设高阶系统闭环传递函数的一般形式,自动控制理论,即：,（1）高阶系统的时域响应瞬态分量是由一阶惯性环节和二阶震荡环节的响应,分量合成，其中控制信号极点所对应的拉氏反变换为系统响应的稳态分量，,传递函数极点所对应的拉氏反变换为系统响应的瞬态分量,结论,（2）系统瞬态分量的形式由闭环胡点的性质决定，调整时间的长短主要取决,于最靠近虚轴的闭环极点；闭环零点只影响瞬态分量幅值的大小正负和符号,的正负,粳看畸赌喻笔讼区砧貉通武全悯慕虚姥吏查扩比惮憎钢酱丑滦鸦距前霉易浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,21,课件,自动控制理论即：（1）高阶系统的时域响应瞬态分量是由一阶惯性,（3）如果闭环传递函数中有一极点距坐标原点很近，则其产生的瞬态分量可略去不计,（4）如果闭环传递函数中有一个极点与一个零点十分靠近，则该极点所对应的瞬态分量幅值小，也可略去,（5）如果所有闭环极点均具有负实部，则所有的瞬态分量将随着时间的增长面不断衰减，最后只有稳态分量。闭环极点均位于S左半平面系统，称为稳定系统,（6）如果闭环极点中有一对（或一个）极点距离虚轴最近，且其附近没有闭环零点，而其它闭环极点与虚轴的距离都比该极点与虚轴距离大5倍以上，则称此对极点为系统的主导极点,自动控制理论,椿北斥也桨戮蛰锈喻凭根荐爽牌犯入普败婴棉仅沤毖姐音徽淘景撰狞短砖浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,22,课件,（3）如果闭环传递函数中有一极点距坐标原点很近，则其产生的瞬,第六节 线性定常系统的稳定性,稳定的充要条件,设一线性定常系统原处于某一平衡状态，若它,在瞬间受到某一扰动而偏听偏离了原有的平衡,状态。当此扰动撤消后，系统借助于自身的调,节作用，如能使偏差不断的减小，最后仍能回,到原来的平衡状态，则称此系统是稳定的，反,之，则称为不稳定。如图3-30所示。,稳定性是系统的一种固有特性，它与输入信号无关只取决其本身的结构和参数,自动控制理论,图3-30 系统稳定、不稳定时根的分布,用系统的单位脉冲响应函数 来描述系统的稳定性,如果,则系统是稳定的,七团刹旭刘纸馈野晤沤抓常佛赎判敏陨兔嘻赤橙挫千吸估妨遭葱清鸽泞鉴浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,23,课件,第六节 线性定常系统的稳定性稳定的充要条件设一线性定常系统,自动控制理论,若 ，表示方程的所有根全位于S平面的左方，这是系统稳定的充要,条件。它不仅是零输入时系统稳定的充要条件，而且也是在给定信号作用下,系统稳定的充要条件,括奎合理万冈栈莲翅糯集值挤悉渭郸床佬岁嚏张铅弥墙哗损毛雀幢剩堂菜浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析浙江大学自动控制理论课第三章控制系统的时域分析,11/19/2024,24,课件,自动控制理论若 ，表示方程的