内工大自动控制原理B4-1.pptVIP

自动控制原理 Automation Control Theory * * 电力学院自动化系 温 素 芳 wensf@imut.edu.cn 本课程的安排 6 第8章 采样控制系统的分析 8 6 第7章 线性系统的校正方法 7 8 第6章 线性系统的频域分析法 6 6 第5章 线性系统的根轨迹法 5 48 合 计 8 第4章 线性系统的时域分析法 4 6 第3章 线性系统的数学模型 3 6 第2章 拉普拉斯变换 2 2 第1章 绪论 1 讲课学时 章节内容 序号 ? 引言 控制系统是以时间作为独立变量，所以人们往往关心输出对时间的响应（时域响应）。对系统外施一给定输入信号，通过研究系统的时间响应来评价系统的性能，这就是控制系统的时域分析。 分析控制系统的第一步是建立系统的数学模型，然后即可采用各种方法对系统进行分析。 时域分析法 根轨迹法 频域法 第四章 线性系统的时域分析法 主要内容 控制系统的稳态误差 典型输入信号 时域响应的性能指标 一阶系统的时域响应 二阶系统的时域响应 线性系统的稳定性 典型输入信号 在工程实践中，自动控制系统承受的外作用形式多种多样，既有确定性外作用，又有随机性外作用。为了用统一的方法研究和比较控制系统的性能，通常选用几种确定性函数作为典型输入函数。 (1)阶跃函数 f(t) t f(t) t (2)斜坡函数 为单位阶跃函数，常记为：1（t） 为单位斜坡函数。 因为 ，所以又称等（匀）速度函数。 典型输入信号 (3)抛物线函数 (4)脉冲函数 f(t) t 为单位抛物线函数。 为单位脉冲函数。 因为 ，所以又称等（匀）加速度函数。 典型输入信号 (5)正弦函数 f(t) t A为振幅， 为频率， 为滞后相位 f(t) t f(t) t 典型输入信号 1 单位脉冲函数 4 单位抛物线函数 3 数学描述 正弦函数 5 单位斜坡函数 2 单位阶跃函数 1 拉氏变换 典型输入信号名称 序号 典型输入信号 3) 最常用的典型输入是阶跃信号。 注意： 1) 线性系统的性能只由系统本身的结构及参量决定。采用典 型输入信号的目的，是为了在一个统一的标准下，比较分析各种不同控制系统的性能; 2)不论选择何种典型输入信号，对同一系统而言，其响应过程 所表征的系统特性是一致的; 第四章 线性系统的时域分析法 主要内容 控制系统的稳态误差 典型输入信号 时域响应的性能指标 一阶系统的时域响应 二阶系统的时域响应 线性系统的稳定性 控制系统的典型时间响应，从时间的顺序上，可以划分为动态和稳态两个过程。动态过程又称过渡过程，指系统从初始状态到接近最终状态的响应过程；稳态过程指时间趋于无穷时系统的输出状态。 研究系统的时间响应，必须对动态和稳态两个过程的特点和性能以及有关指标加以讨论。 1.动态过程（过渡过程、瞬态过程）：系统在典型输入信号作用下，系统输出量从初始状态到最终状态的响应过程；用动态性能指标描述。 2.稳态过程：系统在典型输入信号作用下，当时间t趋于无穷大时，系统输出状态的表现形式，表征了系统输出量最终复现输入量的程度；用稳态性能指标描述。 时域响应的性能指标 时域响应的性能指标 动态性能指标 定义：描述稳定系统在单位阶跃函数作用下，动态过程随时间 t变化状况的指标，称为动态性能指标。 通常在阶跃函数作用下测定或计算系统的动态性能。 一般认为阶跃输入对系统而言是最严峻的工作状态，如果系统在阶跃函数作用下的动态性能满足要求，那么系统在其它形式函数作用下的动态性能指标也是满足要求的。 时域响应的性能指标 指响应曲线第一次达到其终值一半的时间 ⑴延迟时间（Delay Time） td 指响应曲线从稳态值的10%上升90%所需要的时间 ⑵上升时间（Rise Time） tr 指响应曲线超过其稳态值而达到第一个峰值所需要的时间 ⑶峰值时间（Peak Time） tp 指响应曲线达到并保持在终值±5%(或± 2%)内的最短时间 ⑷调节时间(Setting Time) ts td tr tp ts 0.1h(∞) 0.5h(∞) 0.9h(∞) h(∞) hmax ±5%(or ±2%) h(∞) 动态性能指标 时域响应的性能指标 指响应曲线中超出稳态值的最大偏离量与稳态值之比 ⑸超调量(Overshoot) σ% 上述五个动态性能指标，基本上可以体现系统动态过程的特征。 用上升时间评价响应速度，用超调量评价阻尼程度，而调节时间同时反映响应速度和阻尼程度的综合指标。 td tr tp ts 0.