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[信息与通信]03第三章时域分析法.ppt

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第三章 时域分析法 稳态输出为: 而如果采用拉氏变换的终值定理求解,将得到错误得结论: 此例表明,输入信号不同,系统的稳态误差也不相同。 第三章 时域分析法 稳态误差系数 稳态误差系数的概念 稳态位置误差(偏差)系数 单位阶跃输入时系统的稳态偏差 称为稳态位置误差(偏差)系数。 其中, 第三章 时域分析法 稳态速度误差(偏差)系数 单位速度输入时系统的稳态偏差 称为稳态速度误差(偏差)系数。 其中, 对于单位反馈系统, 易知: 第三章 时域分析法 稳态加速度误差(偏差)系数 单位加速度输入时系统的稳态偏差 称为稳态加速度误差(偏差)系数。 其中, 对于单位反馈系统, 易知: 第三章 时域分析法 结论 当输入信号形式一定后,系统是否存在稳态误差取决于系统的开环传递函数。 对于单位反馈系统, 易知: 第三章 时域分析法 系统类型 将系统的开环传递函数写成如下形式: 则: 第三章 时域分析法 即系统的稳态偏差(误差)取决于系统的开环增益、输入信号以及开环传递函数中积分环节的个数v。 根据系统开环传递函数中积分环节的多少,当 v = 0, 1, 2, …时,系统分别称为0型、I型、Ⅱ型、……系统。 第三章 时域分析法 不同类型系统的稳态误差系数及稳态误差 0型系统 第三章 时域分析法 I型系统 第三章 时域分析法 Ⅱ型系统 第三章 时域分析法 表1、系统的稳态误差系数及稳态偏差 0 0 K ? ? II型 ? 0 0 K ? I型 ? ? 0 0 K 0型 单位加速度输入 单位速度输入 单位阶跃输入 Ka Kv Kp 稳态偏差 稳态误差系数 系统类型 第三章 时域分析法 几点结论 不同类型的输入信号作用于同一控制系统, 其稳态误差不同;相同的输入信号作用于 不同类型的控制系统,其稳态误差也不同。 系统的稳态误差与其开环增益有关,开环 增益越大,稳态误差越小。 在阶跃输入作用下, 0型系统的稳态误差 为定值,常称为有差系统; I型系统的稳 态误差为0,常称为一阶无差系统; 第三章 时域分析法 令?为输入信号拉氏变换后s的阶次,当??v 时,无稳态偏差(误差);?-v=1时,偏差 (误差)为常数;?-v=2时,偏差(误差) 为无穷大; 在速度输入作用下,II 型系统的稳态误差 为 0,常称为二阶无差系统。 习惯上,称输出量为“位置”,输出量的变 化率为“速度”。在此位置和速度是广义的 概念。 第三章 时域分析法 尽管将阶跃输入、速度输入及加速度输入 下系统的误差分别称之为位置误差、速度 误差和加速度误差,但对速度误差、加速 度误差而言并不是指输出与输入的速度、 加速度不同,而是指输出与输入之间存在 一确定的稳态位置偏差。 第三章 时域分析法 xi(t) xo(t) t 0 xi(t) xo(t) 0型系统的单位阶跃响应 xi(t) xo(t) t 0 xi(t) xo(t) I型系统的单位速度响应 xi(t) xo(t) t 0 xi(t) xo(t) II型系统的单位加速度响应 第三章 时域分析法 系统在多个信号共同作用下总的稳态偏差 (误差)等于多个信号单独作用下的稳态 偏差(误差)之和。 如: 总的稳态偏差: 如果输入量非单位量时,其稳态偏差(误 差)按比例增加。 第三章 时域分析法 稳态误差系数只对相应的阶跃、速度及加 速度输入有意义。 扰动引起的稳态误差和系统总误差 扰动引起的稳态误差 G1(s) H(s) ? Xi(s) Xo(s) B(s) ? (s) G2(s) ? N(s) + + 第三章 时域分析法 所以,扰动引起的稳态偏差: 扰动偏差传递函数为: 即: 第三章 时域分析法 振荡次数N N 仅与? 有关。与Mp 一样直接说明了系统的阻尼特性。?越大,N越小,系统平稳性越好。 对欠阻尼二阶系统,振荡周期 则 第三章 时域分析法 二阶系统的动态性能由?n和?决定。 结论 通常根据允许的最大超调量来确定?。?一般 选择在0.4~0.8之间,然后再调整?n以获得合 适的瞬态响应时间。 ?一定,?n越大,系统响应快速性越好, tr、 tp、ts越小。 增加?可以降低振荡,减小超调量Mp 和振荡 次数N ,但系统快速性降低,tr、tp增加; 第三章 时域分析法 例题1 图a)所示机械系统,当在质量块M上施加f(t)=8.9N的阶跃力后,M的位移时间响应如图b)。试求系统的质量M、弹性系数K和粘 性阻尼系数C的值。 m f(t) K C xo(t) a) 0 0.03 0.0029 2 t
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