自动控制理论教学课件三时域分析.ppt

自动控制理论第三讲控制系统的时域分析*1第三讲控制系统的时域分析控制系统的时域分析的特点控制系统的时域分析直接在时域内计算系统的时间响应,分析系统的稳态和动态性能,讨论系统的稳定性。控制系统的分析方法主要有时域法和频域法两种。时域分析得到的结果更为直观,但其计算量随系统阶次的升高而急剧增加。频域法的计算量不会因系统阶次的升高而增加太多,并且能提供一套作图方法,直观地表示出系统性能的主要特征。Date2第三讲控制系统的时域分析控制系统时域分析的内容控制系统的时间响应和典型试验信号基于传递函数的输出响应一阶系统的瞬态响应二阶系统的瞬态响应时域分析性能指标高阶系统的瞬态响应Date3第三讲控制系统的时域分析控制系统的时间响应和典型试验信号控制系统的输出时间响应控制系统的典型试验信号阶跃输入斜坡输入抛物线输入脉冲函数输入正弦函数输入Date4第三讲控制系统的时域分析控制系统的输出时间响应控制系统的时间响应分为两部分:暂态响应(自由分量)和稳态响应(强迫分量):对于一个稳定的控制系统,其暂态响应随时间推移将趋向于零。即稳态响应是暂态过程结束后仍然存在的时间响应。稳态响应也可能以某种固定模式,如按时间的正弦函数或斜坡函数变化。Date5第三讲控制系统的时域分析实际系统中,由于储能元件(质量、电感、电容)的惯性,系统一般要经历暂态过程才能达到稳态。暂态响应的幅值、振荡剧烈程度和持续时间都是系统分析和设计中要考虑的问题。对于一个稳定的系统,其稳态响应是指控制系统在输入作用下,经过较长一段时间后的输出信号的变化规律。在位置控制系统中,稳态响应与给定输入之差表示系统的稳态精度。如果输出的稳态响应与输入的稳态分量不完全一致,则称该系统是静态有差的。Date6第三讲控制系统的时域分析控制系统的典型试验信号在大多数情况下,控制系统的实际输入信号可能是随时间以随机的方式变化的,而不能预先准确知道。如:在防空导弹雷达跟踪系统中,被跟踪目标的位置和速度的变化规律是不可能用准确的数学模型描述的。为了在控制系统的分析和设计中有一个对不同系统的性能进行比较和评价的基准,必须规定一些典型的试验信号。典型试验信号应能:1)反映系统的实际工作情况(包括可能遇到的更为恶劣的工作条件),同时2)具有数学模型简单和3)易于通过实验产生的特点。Date7第三讲控制系统的时域分析阶跃输入阶跃输入表示参考输入量发生瞬时跃变。阶跃输入也可记为:单位阶跃(p=1)输入的拉氏变换为:Date8第三讲控制系统的时域分析斜坡输入斜坡输入信号随时间等速度变化。单位斜坡(v=1)输入的拉氏变换为:Date9第三讲控制系统的时域分析抛物线输入(加速度输入)抛物线函数输入的变化比斜坡函数更快,它具有一定的加速度。(等加速度输入)单位抛物线函数的拉氏变换为:Date10第三讲控制系统的时域分析