第3章 控制原理和分析方法.ppt

本章主要教学内容
典型外作用信号及其响应
时域性能指标计算及参数与性能的对应关系
系统稳定的概念、稳定条件和稳定性判断
系统的稳态误差分析及计算
系统的频率特性及其表达
频率分析法的内容和性能讨论
第3章
控制原理和分析方法
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本章教学目的及要求
理解典型外作用信号及其响应
掌握时域性能指标的计算
熟悉系统稳定的概念和稳定性判断的应用
掌握稳态误差分析及计算
掌握频率分析法及应用
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典型输入信号及其响应
概述
系统在给定信号作用下的输出信号随时间变化的状况称为系统的响应。到达稳定之前的响应称为暂态响应,可提供系统过渡过程中各项动态性能指标;到达稳态后的响应称为稳态响应,反映出系统稳定性和稳态误差的大小。
典型输入信号选取原则:
(1)工作现场或实验室中该信号易产生,且在工程中能经常遇到这类信号。
(2)典型信号作用下,系统响应能够反映出该系统在实际工作中的确定性能。
(3)外作用信号的数学表达式简单,便于进行分析和计算。
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典型输入信号
目前,在工程设计中比较常见的典型输入信号主要有以下5种:
阶跃函数信号
斜坡函数信号
抛物线函数信号
脉冲函数信号
正弦函数信号
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典型信号的响应
初始状态为零的控制系统,在典型输入信号作用下的系统输出称为典型信号的响应。
1. 单位阶跃响应
系统在单位阶跃函数信号作用下的输出称为单位阶跃响应。
表达式为:
响应曲线见图3-6(a)所示。
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2. 单位斜坡响应
系统在单位斜坡函数信号作用下的输出称为单位斜坡响应。
表达式为:

响应曲线见图3-6(b)所示。
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3. 单位脉冲响应
系统在单位脉冲函数信号作用下的输出称为单位脉冲响应,也称为脉冲过渡函数。
表达式为:
响应曲线见图3-6(c)所示。
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图3-6 典型信号的时间响应
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时域分析法
时域分析法就是在时间域内研究控制系统性能的方法,它是通过拉氏变换直接求解系统的微分方程得到系统的时间响应,然后根据响应表达式和响应曲线来分析系统的动态性能和稳态性能。
一阶系统的时域响应
一阶系统是指可以采用一阶微分方程来描述其暂态过程的系统,典型结构如图3-7所示。
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图3-7 一阶系统结构图
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