线性系统的传递函数.ppt
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第二章 控制系统的数学模型 2.1 引言 2.2 控制系统的微分方程 2.3 控制系统的传递函数 2.4 控制系统结构和信号流图 2.5 控制系统的频率特性函数 2.1 数学模型的概念 2.1 数学模型的概念 线性定常微分方程的求解 一.复习拉氏变换及其性质 1.定义 2.进行拉氏变换的条件 1)t ? 0,x(t)=0;当t ? 0,x(t)是分段连续; 2)当t充分大后满足不等式? x(t)? ? Mect,M,c是常数。 3.性质和定理 1)线性性质 2.2 控制系统的微分方程 2.2 控制系统的微分方程 2.2 控制系统的微分方程 2.2 控制系统的微分方程 例 求函数x(t)的拉氏变换。 2.2 控制系统的微分方程 例 求e ?0.2 t 的拉氏变换。解: 2.2 控制系统的微分方程 2.2 控制系统的微分方程 2.2 控制系统的微分方程 ③部分分式法 一般,象函数X(s)是复变量s的有理代数公式,即 2.2 控制系统的微分方程 2.2 控制系统的微分方程 2.2 控制系统的微分方程 2.2 控制系统的微分方程 2.2 控制系统的微分方程 2.2 控制系统的微分方程 2.2 控制系统的微分方程 非线性元件微分方程的线性化 2-3 线性系统的传递函数 运动的模态 典型环节及其传递函数 2-3 线性系统的传递函数 2-3 线性系统的传递函数 微分方程式: 2-3 线性系统的传递函数 2-3 线性系统的传递函数 2-3 线性系统的传递函数 2-3 线性系统的传递函数 2-3 线性系统的传递函数 下图中的直流电动机转速控制系统,用方框图可描述其结构和作用原理,但却不能定量分析,有了传递函数的概念后,就可迎刃而解。 (2)取拉氏变换,在零初始条件下,表示成方框形式 2.4.6信号流图及梅逊公式 2-4 控制系统结构图和信号流图 例 (说明信号流图的构成)设有一系统,它由下列方程组描述: x2 = a12 x1 + a32 x3 x3 = a23 x2 + a43 x4 x4 = a24 x2 + a34 x3 + a44 x4 x5 = a25 x2 + a45 x4 2-4 控制系统结构图和信号流图 2-4 控制系统结构图和信号流图 2-4 控制系统结构图和信号流图 2-4 控制系统结构图和信号流图 2-4 控制系统结构图和信号流图 2-4 控制系统结构图和信号流图 2-4 控制系统结构图和信号流图 学习指导与小结 O(∩_∩)O谢谢! 增加 n 个有限负实极点后,ω=0→∞时,GH的奈氏的曲线顺时针转 n×900 1)对线性系统作用正弦信号,其稳态输出仍是正弦函数,频率不变,幅值和相位发生变化。 推广到一般,得出以下结论: 2)频率特性与系统(环节)的动态特性有关,例T、k。 尽管频率特性是从系统的稳态响应中得到的,却反映出系统的动态特性,是描述动态特性的一种方法! 频率特性的定义(1): 控制系统的稳态正弦输出的复数 与输入正弦信号的复数 之比。 频率特性的表达形式 指数式 三角函数式 实部与虚部相加的代数式 各表达式间的关系 均为频率ω的函数 频率特性的定义(2): 设线性定常系统的输入信号r (t)其傅里叶变换存在为 ,系统的输出信号y (t)傅里叶变换存在为 ,则输出信号的傅里叶变换与输入信号的傅里叶变换之比。 频率特性为: 频率特性的性质 1) 是一种数学模型:描述系统内在特性,与外界因素无关。给定系统结构参数,频特完全确定 从理论上讲,系统动态过程的稳态分量总可以分离出来,而且其规律并不依赖于系统的稳定性。因此,我们仍可以用频率特性来分析系统的稳定性、动态性能、稳态性能等。 2) 是系统的稳态响应:系统稳定的前提下求得的,不稳定系统则无法直接观察到稳态响应 3)系统的稳态输出量与输入量具有相同的频率 当频率?改变,则输出、输入量的幅值之比A(?)和相位移?(?)随之改变。这是系统中的储能元件引起的。 5)频率特性可应用到某些非线性系统的分析中去。 4)实际系统的输出量都随频率的升高而出现失真,幅值衰减。可将其作为一低通滤波器 频率特性的获取 (1)解析法:如前例一阶系统,令输入为正弦信号,求出系统的时域解y(t)(t??),求ys与输入之比 (2)由实验测取 (3)直接由传递函数计算 对于线性定常系统,将传递函数中的变量s用j?代替,即可求的频率特性 2.5.2 开环频率特性的几何表示法 图示法: 1、幅相频率特性曲线(或极坐标图,也称奈奎斯特图Nyquist) 2、对数坐标图(伯徳图)Bode 3、对数幅相图(尼柯尔斯图)Nicho
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