自动控制理论(4)——系统的时域性能指标和一阶系统的时域分析

系列文章目录

自动控制理论(1)——自动控制理论概述
自动控制理论(2)——控制系统的数学模型(微分方程、传递函数)
自动控制理论(3)——控制系统的数学模型(系统框图和信号流图)


文章目录

  • 系列文章目录
  • 前言
  • 一、系统的时域性能指标
    • 1.典型输入信号
      • 1.阶跃函数
      • 2.斜坡函数
      • 3.抛物线函数
      • 4.脉冲函数
      • 5.正弦函数
    • 2.阶跃响应时域性能指标
      • 1.暂态性能指标
      • 2.稳态性能指标
  • 二、一阶系统时域分析
    • 1.数学模型
    • 2.单位阶跃响应
    • 3.单位斜坡响应
    • 4.单位脉冲响应
    • 5.总结


前言

时域分析:根据控制系统的时间响应来分析系统的稳定性,暂态性能和稳态精度。


一、系统的时域性能指标

1.典型输入信号

1.阶跃函数

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2.斜坡函数

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3.抛物线函数

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4.脉冲函数

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5.正弦函数

在这里插入图片描述
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2.阶跃响应时域性能指标

1.暂态性能指标

(1) 延迟时间td:c(t)从0到0.5c(∞)的时间。
(2)上升时间tr:
c(t)第一次达到c(∞)的时间。
无超调时, c(t)从0.1 c(∞)到0.9 c(∞)的时间。
(3) 峰值时间tp: c(t)到达第一个峰值的时间。
(4)调节时间ts:
c(t)衰减到与稳态值之差不超过±2%或±5%所需的时间。通常该偏差范围称作误差带,用符号△表示,即 △ =2%或 △ =5% 。
(5)最大超调量s%:
c(t)偏离阶跃曲线的最大值,常用百分数表示。

2.稳态性能指标

稳态误差ess:稳定系统误差的终值。
稳态误差是描述系统稳态性能的唯一指标,它反映系统复现输入信号的(稳态)精度 。

二、一阶系统时域分析

1.数学模型

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2.单位阶跃响应

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  1. 暂态性能指标
    tr=2.2T(按第二种定义计算)
    ts=3T(△=5%)
    ts=4T(△=2%)
  2. 稳态性能指标
    ess=0

3.单位斜坡响应

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  1. t =0时, 斜率为0
  2. t→∞ 时, c(∞)= t-T
  3. ess= r(t) -c(∞) = T

4.单位脉冲响应

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5.总结

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此特征适用于任何阶线性定常系统。因此,只用一种典型输入信号进行研究即可。

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