【控制工程】二阶系统的动态响应

1.振动理论推导

 F=ma    a加速度就是位移的二次导数

举个例子:  一个质量弹簧阻尼系统,受到一个外力为F。向右的方向为正方向。

【控制工程】二阶系统的动态响应_第1张图片

 Bx为阻尼力。阻尼力和速度成正比。其他条件不变的情况下,速度越快,所受的阻尼力越大。

如图定义两个量

【控制工程】二阶系统的动态响应_第2张图片

                                 ·     · 

初始条件  F=0       X(t)=Xo     X(o)= Xo

则得到一个微分方程,而对其求解的过程就是二阶动态响应的过程。

接着我们用simulink进行仿真模拟

第一种  阻尼比大于一

【控制工程】二阶系统的动态响应_第3张图片

 第二种 阻尼比为一

【控制工程】二阶系统的动态响应_第4张图片

第三种 阻尼比在0和1之间(欠阻尼)

 【控制工程】二阶系统的动态响应_第5张图片

【控制工程】二阶系统的动态响应_第6张图片 

得到结果:不断地振动,不断地衰减。 

2.从传递函数分析上述实际例子

【控制工程】二阶系统的动态响应_第7张图片

 同样,当阻尼比在0和1之间(欠阻尼),经过数学推导

【控制工程】二阶系统的动态响应_第8张图片

 3.二阶系统的性能分析与比较

(1)延迟时间

系统达到稳态50%的时间

(2)上升时间

系统达到稳态100%的时间

(3)最大超调量

(峰值-稳态值)*100%

4.终值定理和稳态误差

    中值定理

【控制工程】二阶系统的动态响应_第9张图片

终值定理的重要用途是判断闭环系统稳定性,方法是求误差的终值。 如果终值是0或极小值,意味着稳态误差不存在或可控,如果终值趋于 ,意味着稳态误差不收敛

可以看到,改变输入信号 的阶数可以影响稳态误差。

若输入为脉冲信号或阶跃信号系统输出可以准确跟随,但是如果输入信号是线性上升或加速上升信号,输出信号不能准确跟随,因为在后一种情况下,误差终值不收敛。

只有当极限存在时,才能使用终值定理。 (极点都在复平面的左半边)

 

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