系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的性能指標(biāo).ppt
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第三章時(shí)域分析法,什么是時(shí)域分析?指控制系統(tǒng)在典型輸入信號(hào)作用下,根據(jù)輸出量的時(shí)域表達(dá)式(解析、幾何),分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。,3,已知系統(tǒng)微分方程形式的數(shù)學(xué)模型,求c(t)與ai、bj、r(t)的關(guān)系(解析、幾何)。,優(yōu)點(diǎn):時(shí)域分析是直接在時(shí)間域中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析的方法,從時(shí)域響應(yīng)曲線上能直接得到系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的全部信息,具有直觀和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。,3,缺點(diǎn):難以判斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響,很難用于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)于高階系統(tǒng),系統(tǒng)分析的工作量將急劇增加,不易確定其性能指標(biāo)。必須借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。,第三章時(shí)域分析法,第一節(jié)系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的性能指標(biāo),第一節(jié)系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的性能指標(biāo),項(xiàng)目,,內(nèi)容,,教學(xué)目的,,了解系統(tǒng)的5個(gè)典型輸入信號(hào),了解系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的兩個(gè)過(guò)程,掌握系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。,,教學(xué)重點(diǎn),,系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。,,教學(xué)難點(diǎn)及其處理,,不同響應(yīng)曲線下動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的理解。結(jié)合圖示法講解。,,,選取原則(1)在現(xiàn)場(chǎng)及實(shí)驗(yàn)中容易產(chǎn)生(2)系統(tǒng)在工程中經(jīng)常遇到,并且是最不利的外作用。(3)數(shù)學(xué)表達(dá)式簡(jiǎn)單,便于理論分析。,一典型輸入信號(hào)為了能對(duì)不同的控制系統(tǒng)的性能用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)恒量,通常需要選擇幾種典型的外作用。,⒈脈沖函數(shù)(沖擊量輸入),典型輸入信號(hào),單位脈沖函數(shù):,,,,,理想單位脈沖函數(shù),實(shí)際單位脈沖函數(shù),⒉階躍函數(shù),,,,A:階躍幅度,A=1稱為單位階躍函數(shù),記為1(t)。電源電壓的波動(dòng)、負(fù)載的突然增大或減小,飛機(jī)飛行中遇到的常值陣風(fēng)擾動(dòng)等都可視為階躍信號(hào)(函數(shù)),典型輸入信號(hào),⒊斜坡函數(shù)(速度函數(shù)),B=1時(shí)稱為單位斜坡函數(shù)。雷達(dá)—高射炮防空系統(tǒng),當(dāng)雷達(dá)跟蹤的目標(biāo)以恒速率飛行,便可視為該系統(tǒng)工作為斜坡信號(hào),,,,0,0,典型輸入信號(hào),,⒋拋物線函數(shù)(加速度函數(shù)),C=1時(shí)稱為單位拋物線函數(shù)。宇宙飛船控制系統(tǒng),,,,⒌正弦函數(shù),,0,,,0,艦船在海里的波動(dòng)等可視為正弦信號(hào),典型輸入信號(hào),分析系統(tǒng)特性究竟采用何種典型輸入信號(hào),取決于實(shí)際系統(tǒng)最常見的工作狀態(tài)。同時(shí)往往選取最不利的信號(hào)作為系統(tǒng)的典型輸入信號(hào)。,當(dāng)輸入信號(hào)突然發(fā)生跳變時(shí),這時(shí)輸出量還處在原有的平衡狀態(tài),這樣就出現(xiàn)了偏差,這個(gè)偏差控制輸出量達(dá)到新的平衡,這就是一個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程。,,,,t,0,1,r(t),,,t,0,1,c(t),,,,,1,2,理想的調(diào)節(jié)過(guò)程,實(shí)際,,,二、系統(tǒng)響應(yīng)過(guò)程,理想的調(diào)節(jié)過(guò)程是:出現(xiàn)偏差后,執(zhí)行機(jī)構(gòu)突然動(dòng)作,使輸出量立即達(dá)到新的平衡狀態(tài),調(diào)節(jié)過(guò)程瞬時(shí)完成,即:c(t)≡r(t),實(shí)際上這是不可能的,因?yàn)槭裁茨兀繉?duì),慣性。所以當(dāng)輸出量發(fā)生跳變時(shí),任何實(shí)際系統(tǒng)從原平衡狀態(tài)到達(dá)新的平衡狀態(tài)都要經(jīng)歷一個(gè)過(guò)渡過(guò)程,過(guò)渡過(guò)程的曲線形狀隨系統(tǒng)的不同而有所差異,有的是單調(diào)增長(zhǎng)到穩(wěn)定值(曲線1),有的是衰減到穩(wěn)定值(曲線2)。,整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程分為兩個(gè)階段:a.動(dòng)態(tài)過(guò)程反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。輸出量處于激烈變化之中,其信息用動(dòng)態(tài)性能描述。b.穩(wěn)態(tài)過(guò)程反映系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。輸出量穩(wěn)定在新的平衡狀態(tài),并保持不變。提供有關(guān)穩(wěn)態(tài)誤差的信息,由穩(wěn)態(tài)性能描述。,,描述穩(wěn)定的系統(tǒng)在單位階躍函數(shù)作用下,動(dòng)態(tài)過(guò)程隨時(shí)間的變化狀況的指標(biāo)。,三、動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo),,上升時(shí)間,,峰值時(shí)間,,,調(diào)節(jié)時(shí)間,,,,誤差帶,超調(diào)量σ%=%,,B,,A,定義一,注意tr的另一種定義。,,上升時(shí)間,,調(diào)節(jié)時(shí)間,定義二,上升時(shí)間tr-risetime峰值時(shí)間tp-peaktime調(diào)節(jié)時(shí)間ts-settlingtime,二、系統(tǒng)的性能指標(biāo)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(duì)單位階躍輸入信號(hào)的響應(yīng)特性來(lái)衡量。這時(shí)瞬態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo)有:1.最大超調(diào)量sp——響應(yīng)曲線偏離穩(wěn)態(tài)值的最大值,常以百分比表示,即最大百分比超調(diào)量sp=最大超調(diào)量說(shuō)明系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。2.延滯時(shí)間td——響應(yīng)曲線到達(dá)穩(wěn)態(tài)值50%所需的時(shí)間,稱為延滯時(shí)間。3.上升時(shí)間tr——它有幾種定義:(1)響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%到90%所需時(shí)間;(2)響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的5%到95%所需時(shí)間;(3)響應(yīng)曲線從零開始至第一次到達(dá)穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間。一般對(duì)有振蕩的系統(tǒng)常用“(3)”,對(duì)無(wú)振蕩的系統(tǒng)常用“(1)”。,,4.峰值時(shí)間tp——響應(yīng)曲線到達(dá)第一個(gè)峰值所需的時(shí)間,定義為峰值時(shí)間。tdtrtp表征系統(tǒng)響應(yīng)初始階段的快慢,反映過(guò)渡過(guò)程初始階段的快速性。5.調(diào)整時(shí)間ts——在響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值附近,取5%(或2%)作為誤差帶,響應(yīng)曲線達(dá)到并不再超出該誤差帶的最小時(shí)間,定義為調(diào)整時(shí)間。從整體上反映了系統(tǒng)的快速性。6.穩(wěn)態(tài)誤差e(∞)——當(dāng)時(shí)間t趨于無(wú)窮時(shí),系統(tǒng)的實(shí)際值(穩(wěn)態(tài)值)與期望值(輸入量)之差,定義為穩(wěn)態(tài)誤差。說(shuō)明系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。,7.振蕩次數(shù)N:——在調(diào)整時(shí)間ts內(nèi)系統(tǒng)響應(yīng)曲線的振蕩次數(shù)。實(shí)測(cè)時(shí),可按響應(yīng)曲線穿越穩(wěn)態(tài)值次數(shù)的一半計(jì)數(shù)。,1、上升時(shí)間和峰值時(shí)間反映了系統(tǒng)的響應(yīng)速度;超調(diào)量反映了系統(tǒng)的阻尼程度;調(diào)節(jié)時(shí)間同時(shí)反映系統(tǒng)響應(yīng)速度和阻尼程度的綜合性指標(biāo)。2、除一、二階系統(tǒng)外,精確確定這些指標(biāo)的解析式相當(dāng)困難。,說(shuō)明,小結(jié),理解系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)由動(dòng)態(tài)過(guò)程和穩(wěn)態(tài)過(guò)程組成;掌握動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的定義。,阻尼系數(shù):是指放大器的額定負(fù)載(揚(yáng)聲器)阻抗與功率放大器實(shí)際阻抗的比值。阻尼系數(shù)大表示功率放大器的輸出電阻小,阻尼系數(shù)是放大器在信號(hào)消失后控制揚(yáng)聲器錐體運(yùn)動(dòng)的能力。具有高阻尼系數(shù)的放大器,對(duì)于揚(yáng)聲器更象一個(gè)短路,在信號(hào)終止時(shí)能減小其振動(dòng)。,結(jié)構(gòu)阻尼是對(duì)振動(dòng)結(jié)構(gòu)所耗散的能量的測(cè)量,通常用振動(dòng)一次的能量耗散率來(lái)表示結(jié)構(gòu)阻尼的強(qiáng)弱。粘滯阻尼理論假定阻尼力與運(yùn)動(dòng)速度成正比,通常是用不同頻率的阻尼比ζ來(lái)表征系統(tǒng)的阻尼一個(gè)二階以及二階以上的系統(tǒng),在系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中系統(tǒng)的內(nèi)在能量的消耗有兩種情況1。系統(tǒng)能量保持不變2。系統(tǒng)能量逐漸減少阻尼系數(shù)就是表征能量減少這一特性的。,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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