系統(tǒng)時間響應的性能指標PPT課件

1、第三章第三章 時域分析法時域分析法什么是時域分析? 指控制系統(tǒng)在典型輸入信號作用下，根據(jù)輸出量的時域表達式解析、幾何，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。3)()()()()()()()(1111011110trbtrdtdbtrdtdbtrdtdbtcatcdtdatcdtdatcdtdammmmmmnnnnnn知系統(tǒng)微分方程方式的數(shù)學模型求c(t)與ai、bj、r(t)的關系(解析、幾何)。優(yōu)點：時域分析是直接在時間域中優(yōu)點：時域分析是直接在時間域中對系統(tǒng)進展分析的方法，從時域呼應曲線對系統(tǒng)進展分析的方法，從時域呼應曲線上能直接得到系統(tǒng)時間呼應的全部信息，上能直接得到系統(tǒng)時間呼應的全部信

2、息，具有直觀和準確的優(yōu)點。具有直觀和準確的優(yōu)點。3缺陷：難以判別系統(tǒng)構造和參數(shù)對缺陷：難以判別系統(tǒng)構造和參數(shù)對動態(tài)性能的影響，很難用于系統(tǒng)的設計。動態(tài)性能的影響，很難用于系統(tǒng)的設計。對于高階系統(tǒng)，系統(tǒng)分析的任務量將急劇對于高階系統(tǒng)，系統(tǒng)分析的任務量將急劇添加，不易確定其性能目的。必需借助計添加，不易確定其性能目的。必需借助計算機實現(xiàn)。算機實現(xiàn)。第三章第三章 時域分析法時域分析法第一節(jié)第一節(jié) 系統(tǒng)時間呼應系統(tǒng)時間呼應的性能目的的性能目的第一節(jié)第一節(jié) 系統(tǒng)時間呼應的性能目的系統(tǒng)時間呼應的性能目的項 目內(nèi) 容教 學 目 的 了解系統(tǒng)的5個典型輸入信號，了解系統(tǒng)時間呼應的兩個過程，掌握系統(tǒng)時域呼應的動

3、態(tài)性能目的。教 學 重 點系統(tǒng)時域呼應的動態(tài)性能目的。教 學 難 點及 其 處 理 不同呼應曲線下動態(tài)性能目的的了解。結合圖示法講解。v選取原那么選取原那么v1在現(xiàn)場及實驗中容易產(chǎn)生在現(xiàn)場及實驗中容易產(chǎn)生v2系統(tǒng)在工程中經(jīng)常遇到，并且是最不系統(tǒng)在工程中經(jīng)常遇到，并且是最不利的外作用。利的外作用。v3數(shù)學表達式簡單，便于實際分析。數(shù)學表達式簡單，便于實際分析。一一 典型輸入信號典型輸入信號 為了能對不同的控制系統(tǒng)的性能用一為了能對不同的控制系統(tǒng)的性能用一致的規(guī)范來恒量，通常需求選擇幾種典型致的規(guī)范來恒量，通常需求選擇幾種典型的外作用。的外作用。 脈沖函數(shù)脈沖函數(shù)(沖擊量輸入沖擊量輸入)典型輸入信

4、號典型輸入信號單位脈沖函數(shù)： 000)(ttt( )1)t dtt0)(t1)(tt0理想單位脈沖函數(shù)實踐單位脈沖函數(shù) 階躍函數(shù)階躍函數(shù)tA)(tx0,0, 0)(tAttxA：階躍幅度，A=1稱為單位階躍函數(shù)，記為1(t)。電源電壓的動搖、負載的忽然增大或減小，飛機飛行中遇到的常值陣風擾動等都可視為階躍信號函數(shù) 典型輸入信號典型輸入信號 斜坡函數(shù)速度函數(shù)0,0, 0)(tBtttxB=1時稱為單位斜坡函數(shù)。雷達高射炮防空系統(tǒng)，當雷達跟蹤的目的以恒速率飛行，便可視為該系統(tǒng)任務為斜坡信號t)(tx00典型輸入信號典型輸入信號 拋物線函數(shù)加速度函數(shù)拋物線函數(shù)加速度函數(shù)0,210, 0)(2tCtt

5、txC=1時稱為單位拋物線函數(shù)。宇宙飛船控制系統(tǒng)t)(tx 正弦函數(shù)正弦函數(shù)tASintx)(0t)(tx0艦船在海里的動搖等可視為正弦信號典型輸入信號典型輸入信號 分析系統(tǒng)特性終究采用何種典型輸入信號，取決于實踐系統(tǒng)最常見的任務形狀。同時往往選取最不利的信號作為系統(tǒng)的典型輸入信號。 當輸入信號忽然發(fā)生跳變時，這時輸出量還處在當輸入信號忽然發(fā)生跳變時，這時輸出量還處在原有的平衡形狀，這樣就出現(xiàn)了偏向，這個偏向控制原有的平衡形狀，這樣就出現(xiàn)了偏向，這個偏向控制輸出量到達新的平衡，這就是一個調(diào)理過程。輸出量到達新的平衡，這就是一個調(diào)理過程。t01r(t)t01c(t)12理想的調(diào)理過程實踐二、系統(tǒng)

6、呼應過程 理想的調(diào)理過程是：出現(xiàn)偏向后，執(zhí)行機構忽然理想的調(diào)理過程是：出現(xiàn)偏向后，執(zhí)行機構忽然動作，使輸出量立刻到達新的平衡形狀，調(diào)理過程瞬動作，使輸出量立刻到達新的平衡形狀，調(diào)理過程瞬時完成，即：時完成，即：c(t)r(t)，實踐上這是不能夠的，由于，實踐上這是不能夠的，由于什么呢？對，慣性。所以當輸出量發(fā)生跳變時，任何什么呢？對，慣性。所以當輸出量發(fā)生跳變時，任何實踐系統(tǒng)從原平衡形狀到達新的平衡形狀都要閱歷一實踐系統(tǒng)從原平衡形狀到達新的平衡形狀都要閱歷一個過渡過程，過渡過程的曲線外形隨系統(tǒng)的不同而有個過渡過程，過渡過程的曲線外形隨系統(tǒng)的不同而有所差別，有的是單調(diào)增長到穩(wěn)定值曲線所差別，有的

7、是單調(diào)增長到穩(wěn)定值曲線1，有的，有的是衰減到穩(wěn)定值曲線是衰減到穩(wěn)定值曲線2。整個調(diào)理過程分為兩個階段整個調(diào)理過程分為兩個階段: :a.a.動態(tài)過程動態(tài)過程 反映系統(tǒng)的動態(tài)特性。輸出量處于反映系統(tǒng)的動態(tài)特性。輸出量處于猛烈變化之中，其信息用動態(tài)性能描畫。猛烈變化之中，其信息用動態(tài)性能描畫。b.b.穩(wěn)態(tài)過程穩(wěn)態(tài)過程 反映系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。輸出量穩(wěn)定反映系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。輸出量穩(wěn)定在新的平衡形狀，并堅持不變。提供有關穩(wěn)態(tài)誤在新的平衡形狀，并堅持不變。提供有關穩(wěn)態(tài)誤差的信息，由穩(wěn)態(tài)性能描畫。差的信息，由穩(wěn)態(tài)性能描畫。 v描畫穩(wěn)定的系統(tǒng)在單位階躍函數(shù)作用下，動態(tài)過程描畫穩(wěn)定的系統(tǒng)在單位階躍函數(shù)作用下，動態(tài)過

8、程隨時間的變化情況的目的。隨時間的變化情況的目的。三、動態(tài)呼應目的上升時間上升時間峰值時間峰值時間調(diào)理時間調(diào)理時間誤差帶誤差帶超調(diào)量超調(diào)量% = %ABBA定義一定義一留意留意tr的另一種定義。的另一種定義。上升時間上升時間調(diào)理時間調(diào)理時間定義二定義二上升時間trrise time 峰值時間tppeak time調(diào)理時間tssettling time二、系統(tǒng)的性能目的二、系統(tǒng)的性能目的系統(tǒng)的瞬態(tài)性能通常以系統(tǒng)在初始條件為零的情況下，系統(tǒng)的瞬態(tài)性能通常以系統(tǒng)在初始條件為零的情況下，對單位階躍輸入信號的呼應特性來衡量。對單位階躍輸入信號的呼應特性來衡量。這時瞬態(tài)呼應的性能目的有：這時瞬態(tài)呼應的性能

9、目的有： 1.1.最大超調(diào)量最大超調(diào)量spsp呼應曲線偏離穩(wěn)態(tài)值的最大值，呼應曲線偏離穩(wěn)態(tài)值的最大值，常以百分比表示，即常以百分比表示，即 最大百分比超調(diào)量最大百分比超調(diào)量spsp最大超調(diào)量闡明系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。最大超調(diào)量闡明系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。 2. 2.延滯時間延滯時間tdtd呼應曲線到達穩(wěn)態(tài)值呼應曲線到達穩(wěn)態(tài)值50%50%所需的所需的時間，時間，稱為延滯時間。稱為延滯時間。3. 3. 上升時間上升時間trtr它有幾種定義：它有幾種定義： (1) (1) 呼應曲線從穩(wěn)態(tài)值的呼應曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%10%到到90%90%所需時間；所需時間； (2) (2) 呼應曲線從穩(wěn)態(tài)值的呼應曲線從穩(wěn)態(tài)值的

10、5%5%到到95%95%所需時間；所需時間； (3) (3) 呼應曲線從零開場至第一次到達穩(wěn)態(tài)值所需的呼應曲線從零開場至第一次到達穩(wěn)態(tài)值所需的時間。時間。普通對有振蕩的系統(tǒng)常用普通對有振蕩的系統(tǒng)常用“(3)(3)，對無振蕩的系統(tǒng)常用，對無振蕩的系統(tǒng)常用“(1)(1)。%)()()(100cctcp 4. 峰值時間tp呼應曲線到達第一個峰值所需的時間，定義為峰值時間。 td tr tp表征系統(tǒng)呼應初始階段的快慢，反映過渡過程初始階段的快速性。5. 調(diào)整時間ts在呼應曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，取5% 或2 %作為誤差帶，呼應曲線到達并不再超出該誤差帶的最小時間，定義為調(diào)整時間。從整體上反映了系統(tǒng)的快速性。

11、6.穩(wěn)態(tài)誤差e () 當時間t 趨于無窮時，系統(tǒng)的實踐值穩(wěn)態(tài)值與期望值輸入量之差，定義為穩(wěn)態(tài)誤差。闡明系統(tǒng)的準確性。 7.振蕩次數(shù)N： 在調(diào)整時間ts內(nèi)系統(tǒng)呼應曲線的振蕩次數(shù)。實測時，可按呼應曲線穿越穩(wěn)態(tài)值次數(shù)的一半計數(shù)。1 1、上升時間和峰值時間反映了系統(tǒng)的呼應、上升時間和峰值時間反映了系統(tǒng)的呼應速度；超調(diào)量反映了系統(tǒng)的阻尼程度；調(diào)理速度；超調(diào)量反映了系統(tǒng)的阻尼程度；調(diào)理時間同時反映系統(tǒng)呼應速度和阻尼程度的綜時間同時反映系統(tǒng)呼應速度和阻尼程度的綜合性目的。合性目的。2 2、除一、二階系統(tǒng)外，準確確定這些目的、除一、二階系統(tǒng)外，準確確定這些目的的解析式相當困難。的解析式相當困難。v闡明闡明小結

12、v了解系統(tǒng)的時間呼應由動態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程了解系統(tǒng)的時間呼應由動態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程組成；組成；v掌握動態(tài)性能目的的定義。掌握動態(tài)性能目的的定義。阻尼系數(shù)：是指放大器的額定負載阻尼系數(shù)：是指放大器的額定負載( (揚聲器揚聲器) )阻阻抗與功率放大器實踐阻抗的比值。阻尼系數(shù)大抗與功率放大器實踐阻抗的比值。阻尼系數(shù)大表示功率放大器的輸出電阻小，阻尼系數(shù)是放表示功率放大器的輸出電阻小，阻尼系數(shù)是放大器在信號消逝后控制揚聲器錐體運動的才干。大器在信號消逝后控制揚聲器錐體運動的才干。具有高阻尼系數(shù)的放大器，對于揚聲器更象一具有高阻尼系數(shù)的放大器，對于揚聲器更象一個短路，在信號終止時能減小其振動。個短路，在信號終止時能減小其振動。 構造阻尼是對振動構造所耗散的能量的丈量，通常用振動一構造阻尼是對振動構造所耗散的能量的丈量，通常用振動一次的能量耗散率來表示構造阻尼的強弱。次的能量耗散率來表示構造阻尼的強弱。 粘滯阻尼實際假定阻尼力與運動速度成正比，通常是用不同粘滯阻尼實際假定阻尼