自动化专业英语教材翻译part2U1-U7.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,自动化专业英语教程,教学课件,July 28,1/192,P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制世界,A 控制世界,1.课文内容介绍：这是一篇关于专业课自动控制原理、当代控制理论综述性文章。主要介绍控制基本概念、起源、功效、控制系统分类和术语、控制系统工程设计问题等内容。,2.温习自动控制原理、当代控制理论中绪论内容。,3.生词与短语,regulate,v.,调整,abound,v.,大量存在,power boost 功率助推装置,aerodynamic,adj.,空气动力学,damp,v.,阻尼，减幅，衰减,yaw,n.,偏航,altitude,n.,海拔,attitude,n.,姿态,intuition,n.,直觉,trail-and-error,n.,试凑法,2/192,P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制世界,dynamic response 动态响应,disturbance,n.,扰动,parameter,n.,参数,modification,n.,修正，修改,transfer function 传递函数,domain,n.,域，领域,advent,n.,出现,state variable 状态变量,matrix algebra 矩阵代数,approach,n.,路径，方法；研究,proponent,n.,提倡者,detractor,n.,批评者,tutorial,adj.,指导性,subsequent,adj.,后序,open-loop,n.,开环,closed-loop,n.,闭环,3/192,P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制世界,discrete,adj.,离散,differential equation 微分方程,difference equation 差分方程,interval,n.,间隔,sampled-data,n.,采样数据,nonlinear,adj.,非线性,time-invariant,adj.,时不变,coefficient,n.,系数,stationary,adj.,静态,lumped parameter 集中参数,distributed parameter 分散参数,spatial,adj.,空间,spring,n.,弹簧,lead,n.,导线,resistance,n.,阻抗,4/192,P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制世界,uniform,adj.,一致,elastic,adj.,有弹性,ordinary differential equation 常微分方程,partial differential equation 偏微分方程,deterministic,adj.,确定,stochastic,adj.,随机,predictable,adj.,可断定,probability theory 概率论,multivariable,n.,多变量,configuration,n.,结构，结构,property,n.,性质,model,n.,模型,v.,建模,linearization,n.,线性化,strategy,n.,方法,performance criteria 性能指标,5/192,P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制世界,hardware,n.,硬件,development system 开发系统,rationale,n.,理论，原理阐述,4.难句翻译,1 The reaction time of a human pilot is too slow to enable him or her to fly an aircraft with a lightly damped Dutch roll mode without a yaw damper system.,飞行员反应速度太慢，假如不附加阻尼偏航系统，飞行员就无法经过轻微阻尼侧倾转向方式来驾驶飞机。,2 Since the output is fed back in a functional form determined by the nature of the feedback elements and then subtracted from the input,因为输出会以由反馈部件特征决定函数形式反馈回来，然后从输入中减去,6/192,P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制世界,5.参考译文,A 控制世界,介绍,控制一词含义普通是调整、指导或者命令。控制系统大量存在于我们周围。在最抽象意义上说，每个物理对象都是一个控制系统。,控制系统被人们用来扩展自己能力，赔偿生理上限制，或把自己从常规、单调工作中解脱出来，或者用来节约开支。比如在当代航空器中，功率助推装置能够把飞行员力量放大，从而克服巨大空气阻力推进飞行控制,翼,面。,飞行员反应速度太慢，假如不附加阻尼偏航系统，飞行员就无法经过轻微阻尼侧倾转向方式来驾驶飞机。,自动飞行控制系统把飞行员从保持正确航向、高度和姿态连续操作任务中解脱出来。没有了这些常规操作，飞行员能够执行其它任务，如领航或通讯，这么就降低了所需机组人员，降低了飞行费用。,在很多情况下，控制系统设计是基于某种理论，而不是靠直觉或试凑法。控制系统能够用来处理系统对命令、调整或扰动动态响应。控制理论应用基本上有两个方面：动态,7/192,P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制世界,响应分析和控制系统设计。系统分析关注是命令、扰动和系统参数改变对被控对象响应决定作用。如某动态响应是满足需要，就不需要第二步了。假如系统不能满足要求，而且不能改变被控对象，就需要进行系统设计，来选择使动态性能到达要求控制元件。,控制理论本身分成两个部分：经典和当代。经典控制理论始于二次大战以传递函数概念为特征，分析和设计主要在拉普拉斯域和频域内进行。当代控制理论是伴随高速数字计算机出现而发展起来。它以状态变量概念为特征，重点在于矩阵代数，分析和设计主要在时域。每种方法都有其优点和缺点，也各有其提倡者和反对者。,与当代控制理论相比，经典方法含有指导性优点，它把重点极少放在数学技术上，而把更多重点放在物理了解上。而且在许多设计情况中，经典方法既简单也完全足够用。在那些更复杂情况中，经典方法虽不能满足，但它解能够对应用当代方法起辅助作用，而且能够对设计进行更完整和准确检验。因为这些原因，后续章节将详细地介绍经典控制理论。,8/192,P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制世界,控制系统分类和术语,控制系统可依据系统本身或其参量进行分类：,开环和闭环系统（如图2-1A-1）：开环控制系统是控制行为与输出无关系统。而闭环系统，其被控对象输入在某种程度上依赖于实际输出。因为输出以由反馈元件决定一个函数形式反馈回来，然后被输入减去。闭环系统通常是指负反馈系统或简称为反馈系统。,图2-1A-1 开环控制系统和闭环控制系统,9/192,P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制世界,连续和离散系统：全部变量都是时间连续函数系统称做连续变量或模拟系统，描述方程是微分方程。离散变量或数字系统有一个或多个只是在特殊时刻可知变量，如图2-1A-2b，描述方程是差分方程。假如时间间隔是可控，系统被称做数据采样系统。离散变量随机地产生，比如：为只能接收离散数据数字计算机提供一个输入。显然，当采样间隔减小时，离散变量就靠近一个连续变量。不连续变量，如图2-1A-2c所表示，出现在开关或乓-乓控制系统中。这将分别在后续章节中讨论。,图2-1A-2 连续系统和离散系统,10/192,P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制世界,线性和非线性系统：假如系统全部元件都是线性，系统就是线性。假如任何一个是非线性，系统就是非线性。,时变和时不变系统：一个时不变系统或静态系统，其参数不随时间改变。当提供一个输入时，时不变系统输出不依赖于时间。描述系统微分方程系数为常数。假如有一个或多个参数随时间改变，则系统是时变或非静态系统提供输入时间必须已知，微分方程系数是随时间而改变。,集中参数和分散参数系统：集中参数系统是其物理性质被假设集中在一块或多块，从而与任何空间分布无关系统。在作用上，物体被假设为刚性，被作为质点处理；弹簧是没有质量，电线是没有电阻，或者对系统质量或电阻进行适当赔偿；温度在各部分是一致，等等。在分布参数系统中，要考虑到物理特征连续空间分布。物体是有弹性，弹簧是有分布质量，电线含有分布电阻，温度在物体各处是不一样。集中参数系统由常微分方程描述，而分布参数系统由偏微分方程描述。,确定系统和随机系统：一个系统或变量，假如其未来性能在合理程度内是可预测和重复，则这个系统或变量就是确定。不然，系统或变量就是随机。对随机系统或有随机,11/192,P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制世界,输入确实定系统分析是基于概率论基础上。,单变量和多变量系统：单变量系统被定义为对于一个参考或命令输入只有一个输出系统，经常被称为单输入单输出（SISO）系统。多变量（MIMO）系统含有任意多个输入和输出。,控制系统工程设计问题,控制系统工程由控制结构分析和实际组成。分析是对所存在系统性能研究，设计问题是对系统部件一个选择和安排从而实现特定任务。控制系统设计并不是一个准确或严格确定过程，而是一系列相关事情序列，经典次序是：,1)被控对象建模；2）系统模型线性化；3）系统动态分析；4）系统非线性仿真；5）控制思想和方法建立；6）性能指标选择；7）控制器设计；8）整个系统动态分析；9）整个系统非线性仿真；10）所用硬件选择；,12/192,P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制世界,11）开发系统建立和测试；12）产品模型设计；13）产品模型测试。,这个次序不是固定，全包含或必要次序。这里给出为后续单元提出和讨论技术做一个合理阐述。,13/192,P2U1B The Transfer Function and the Laplace Transformation 第二部分第一单元课文B,传递函数和拉普拉斯变换,B,传递函数和拉普拉斯变换,1.课文内容介绍：主要介绍专业课自动控制原理中传递函数概念、拉普拉斯变换定义、拉普拉斯变换后运算规则和系统建模方法，内容即使简练，但可建立许多非常主要概念。,2.温习自动控制原理中相关拉普拉斯变换相关内容。,3.生词与短语,initial condition 初始条件,lag,v.,n.,延迟,polynomial,n.,多项式,order,n.,阶,integrate,v.,积分,differentiate,v.,微分,denominator,n.,分母,stability,n.,稳定性,14/192,P2U1B The Transfer Function and the Laplace Transformation 第二部分第一单元课文B,传递函数和拉普拉斯变换,transient response 暂态响应,numerator,n.,分子,magnitude,n.,幅值,sign,n.,符号,steady-state,n.,稳态,step,n.,阶跃（信号）,block diagram algebra 方块图计算（代数）,Laplace transformation 拉普拉斯变换,operational mathematics 工程数学,algebraic equation 代数方程,implement,v.,实现,manipulate,v.,处理,become adept in 熟练,homogeneous solution 通解,particular solution 特解,unilateral Fourier integral 单边傅里叶积分,15/192,P2U1B The Transfer Function and the Laplace Transformation 第二部分第一单元课文B,传递函数和拉普拉斯变换,inverse transform 反（逆）变换,improper integral 奇异（无理）积分,superposition,n.,叠加,initial value 初值,final value 终值,shifting theorem 平移定理,multiplication,n.,复合性,piecewise,adj.,分段,integro-differential equation 微积分方程,yield,v.,推导出，得出,4.难句翻译,1 The designer quickly becomes adept in relating changes in the Laplace domain to behavior in the time domain without actually having to solve the system equations.,设计人员很快就会熟练地把拉普拉斯域改变与时域状态联络起来，而不需真地解系统方程（时域）。,16/192,P2U1B The Transfer Function and the Laplace Transformation 第二部分第一单元课文B,传递函数和拉普拉斯变换,5.参考译文,B 传递函数和拉普拉斯变换,传递函数概念,假如像式2-1B-1表示线性系统输入输出关系已知，则系统特征也能够知道。在拉普拉斯域表示输入输出关系被称做传递函数。由定义，元件或系统传递函数是经拉氏变换输出与输入比值：,(2-1B-1),图2-1B-1 传递函数,17/192,P2U1B The Transfer Function and the Laplace Transformation 第二部分第一单元课文B,传递函数和拉普拉斯变换,此传递函数定义要求系统是线性和非时变，含有连续变量和零起始条件。传递函数最适合用于系统是集中参数和当传输延迟不存在或可忽略情况。在这种条件下，传递函数本身可表示为拉普拉斯复数变量,s,两个多项式比值：,对于物理系统，因为系统特征是积分而不是微分，所以,N,(,s,)阶次比,D,(,s,)要低。后面我们将看到用于频域频率传递函数，它是经过把传递函数中拉普拉斯变量,s,用j,t,代换得到。,在式2-1B-2中，传递函数分母,D,(,s,)因为包含系统中全部物理特征值而被称做特征方程。令,D,(,s,)等于0即得到特征方程。特征方程处理定系统稳定性和对任一输入下暂态响应普通特征。多项式,N,(,s,)是表示输入怎样进入系统函数。因而,N,(,s,)并不影响绝对稳定性或者暂态模式数目和特征。,(2-1B-2),18/192,P2U1B The Transfer Function and the Laplace Transformation 第二部分第一单元课文B,传递函数和拉普拉斯变换,在特定输入下，它决定每一暂态模式大小和符号，从而确定暂态响应图形和输出稳态值。,对于一个闭环系统，其传递函数为：,式中,W,(,s,)为闭环传递函数，,G,(,s,),H,(,s,)称为开环传递函数，1+,G,(,s,),H,(,s,)是特征函数。,传递函数能够经过各种方法求得。一个方法是纯数学，先对描述元件或系统微分方程取拉普拉斯变换，然后求解得出传递函数。当存在非零起始条件时将之看作外加输入对待。第二种方法是试验法。经过给系统加上已知输入，测出输出值，经过整理数据和曲线得出传递函数。某子系统或整个系统传递函数经常经过对已知单个元件传递函数正确合并而得到。这种合并或化简称做方块图代数。,(2-1B-3),19/192,P2U1B The Transfer Function and the Laplace Transformation 第二部分第一单元课文B,传递函数和拉普拉斯变换,拉普拉斯变换,拉氏变换源于工程数学领域，广泛用于线性系统分析和设计。常系数常微分方程转变为代数方程可经过传递函数概念实现。另外，拉氏域更适合于工作，传递函数轻易处理、修改和分析。设计人员很快就会熟练地把拉普拉斯域改变与时域状态联络起来而不需真地解系统方程（时域）。当需要时域解时拉氏变换法可直接使用。解是全解，包含通解和特解，初始条件被自动包含在内。最终，能够很轻易从拉氏域转到频域中去。,变换拉氏是从傅立叶积分演变而来，它定义为：,(2-1B-4),20/192,P2U1B The Transfer Function and the Laplace Transformation 第二部分第一单元课文B,传递函数和拉普拉斯变换,这里,F,(,s,)是,f,(,t,)拉氏变换。相反，,f,(,t,)是,F,(,s,)反变换，它们之间关系可由下式表示，,符号,s,表明拉氏变量是一个复数变量(,+,j,)。所以，,s,有时表示复频，拉氏域称做复频域。,因为式（2-1B-4）积分是不定积分，所以不是全部函数都能够进行拉氏变换。幸运是，系统设计者感兴趣函数通常都能够。拉氏变换使用条件、理论证实和其它用途可见于工程数学标准著作中。,式（2-1B-4）定义可用来找到我们最常见和用到函数拉氏变换。为了方便，我们过去常建一个变换正确表，用于简化拉氏域变换和反变换。,(2-1B-5),21/192,P2U1B The Transfer Function and the Laplace Transformation 第二部分第一单元课文B,传递函数和拉普拉斯变换,这里有几条拉氏变换定理和性质，它们既必需也很有帮助。,1.线性和叠加：,式中,c,和,c,i,都是常数。,2.微分和积分定理：对时间导数拉氏变换可写为,式中,f,(0)，d,f,(0)，等是初始条件。假如初始条件为零，正如控制系统分析和设计普通情况，最终方程可缩减为：,22/192,P2U1B The Transfer Function and the Laplace Transformation 第二部分第一单元课文B,传递函数和拉普拉斯变换,积分拉氏变换是,初始条件为零，它也可缩减为,F,(,s,)/,s,。,3.初值和终值定理：初值定理表述为,23/192,P2U1B The Transfer Function and the Laplace Transformation 第二部分第一单元课文B,传递函数和拉普拉斯变换,在进行拉氏反变换时有用处。终值定理表述为,这里,f,ss,是,f,(,t,)稳态值。,4.平移定理：第一个平移定理表明,或,式(2-1B-6)表示在拉氏域内移动,a,个单位，变换后在时域内得到e,-a,倍。第二个平移定理表明,(2-1B-6),24/192,P2U1B The Transfer Function and the Laplace Transformation 第二部分第一单元课文B,传递函数和拉普拉斯变换,这个定理在对延迟输入和信号如传输滞后和由分析函数表示连续输入很有用。,建模,分析技术需要数学模型。对于含有有限数目微分方程和用方块图代数表示时不变线性系统分析和设计，传递函数是一个方便模型形式。从描述一个特定对象、过程或元件微分或积分-微分方程，利用拉氏方程及其性质能够得到传递函数。,我们能够经过一个简单例子说明：,图中输出电压,u,c,由输入电压,u,激励。依据基尔霍夫定律，二者关系可写为下式,图 2-1B-2 一个电力系统,25/192,P2U1B The Transfer Function and the Laplace Transformation 第二部分第一单元课文B,传递函数和拉普拉斯变换,利用定理，零初始条件变换方程以下,求解变换输出与输入比，即得到系统传递函数,26/192,自动化专业英语教程,教学课件,July 28,27/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,A 稳定性和时域响应,1.课文内容介绍：主要介绍自动控制原理中稳定性定义、控制系统中最主要稳定性、精度和满意暂态响应三个基本指标、劳斯稳定性判剧和经典一阶、二阶系统时域对应曲线。,2.温习自动控制原理中相关稳定判据和时域响应内容。,3.生词与短语,intuitively,adv.,直观地,at rest 处于平衡状态,excitation,n.,激励,phase,n.,状态，相位,exponential,adj.,指数；,n.,指数,oscillation,n.,振荡,amplitude,n.,振幅,impulse,v.,冲激,28/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,criteria,n.,判据,qualitatively,adv.,定性地,complex,adj.,复数；,n.,复数,characteristic equation 特征方程,factor,n.,因子；,v.,分解因式,decay,v.,衰减,horizontally,adv.,水平地,vertically,adv.,垂直地,Routh criterion 劳斯判据,Hurwitz criterion 赫尔维茨判据,quadratic,adj.,二次方,significance,n.,意义,overdamped,adj.,过阻尼,critically damped 临界阻尼,29/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,underdampted,adj.,欠阻尼,corresponding,adj.,对应,origin,n.,原点,dominating pole 主极点,settling time 调整时间,overshoot,n.,超调,derivation,n.,导数,extreme,adj.,极端；,n.,极端事情/情况,peak time 峰值时间,substitute,n.,代替,rise time 上升时间,gouge,v.,挖,radically,adv.,完全地,30/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,4.难句翻译,1 The table is continued horizontally and vertically until only zeros are obtained.,这张表向水平（向右）垂直（向下）方向延伸，直到得到都是零为止。,5.参考译文,A 稳定性和时域响应,介绍,连续系统或离散系统稳定性是由其对输入或扰动响应决定。直观地说，稳定系统是在没有外部激励时保持静态或平衡系统，假如去掉全部激励，系统会返回到静止状态。输出将经过一个过分过程，稳定在一个与输入一致或由其决定稳态。假如我们将一样输入加到一个不稳定系统上，输出将不会稳定到稳态过程，它将无限制增加，通常为指数形式或增幅震荡。,稳定性能够由连续系统脉冲响应或离散系统Kronecker delta响应以下准确地定义：当初间趋近无穷时，假如脉冲响应,31/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,为零，则连续系统是稳定。一个可接收系统最少应满足三,个基本指标：稳定性、精度和满意暂态响应。这三项标准体,现在一个可接收系统必须对特定输入和扰动含有满意时,间响应。所以，即使我们为了方便在拉氏域和频域研究问题，但最少应在定性上将这两个域同时域联络起来。,实际上，拉氏域既能提供稳定和不稳定系统暂态响应信息，也能提供稳定系统稳态响应信息。本文讨论拉氏域和时间响应关系，并重点强调暂态响应，和在拉氏域中建立系统稳定性判剧。精度将在下一篇文章中讨论，频率响应在以后单元中讨论。,特征方程,系统对任何输入时间响应可表示为下式：,式中c,ss,(,t,)是稳态响应，,c,tr,(,t,)是暂态响应。假如系统是不稳定，就将没有稳态响应，只有暂态响应。,32/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,没有传输延时情况下，系统传递函数能够表示为拉氏复变量,s,多项式比值。,将分母多项式等于零即得到特征方程,并可写作因子形式,式中r,i,表示特征方程根，即使得,D,(,s,)等于零,s,值。这些根,能够是实根、复根或零，假如为复根，则因为微分方程系,数为实数，复根都是成对共扼。,(2-2A-1),(2-2A-2),(2-2A-3),33/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,拉氏域中,n,个不一样根暂态响应以下：,在时域中为,后一个方程每一项被称做暂态模式。每个根都有一个暂态模式，其形状仅由根在,s,域中位置决定。,所以，系统稳定充分必要条件就是特征方程根实部为负。这确保脉冲响应将按指数形式随时间衰减。,(2-2A-4),34/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,劳斯稳定性判剧,劳斯判剧是判断连续系统稳定性一个方法，适合用于形式以下,n,阶特征方程系统。,使用劳斯判剧表准则以下,(2-2A-6),35/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,这里是特征方程系数,etc.,etc.,这张表向水平（向右）垂直（向下）方向延伸，直到得到都是零为止。在计算下一行前，任一行都能够乘以一个正常数，这不会影响表性质。,劳斯判剧：当且仅当劳斯表第一列符号相同时，特征方程全部根都有负实部。不然，含有正实部根个数和符号改变次数相等。,赫尔维茨判据是另一个判断连续系统特征方程全部根都有负实部方法。实际上，即使形式或方式不一样，它和劳斯判据原理相同，所以它们常被称为：劳斯-赫尔维茨判据。,36/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,简单滞后：一阶系统,对形如式（2-2A-1）传递函数，系统阶次被定义为特征方程,D,(,s,)阶次，也就是其中,s,最高次幂决定了系统阶次。,简单一阶系统传递函数为 ，如图2-2A-1所,示，,图2-2A-1 一阶系统,37/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,假如输入是一个单位阶跃,R,(,s,)=1/,s,，则输出为,所以暂态响应,。,第一项为强制分量，由输,入引发，第二项为暂态分量，,由系统极点决定。图2-2A-2,给出了暂态和,c,(,t,)。暂态呈指数,衰减，惯用表示衰减速度,量是时间常数：,图2-2A-2 一阶系统暂态响应,38/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,时间常数是衰减指数暂态降到初始值e,-1,=0.368倍所用秒数。,因为e,-t/T,=e,-1,当,t,=,T,时，能够看出简单滞后1/(,Ts,+1)时间常数是,T,秒。实际上，这就是简单滞后传递函数常被写为这种形式原因。,s,系数直接表明衰减速度，4,T,秒后，暂态衰减到初值1.8%。,简单滞后有两个主要特征。,1.稳定性：对于系统稳定性，系统极点必须位于,s,平面左半边，这么系统暂态衰减，而不是随时间增加而增加。,2.响应速度：加速系统响应（即减小时间常数），极点1/,T,应左移。,39/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,多阶滞后：二阶系统,这种常见传递函数通常能够简化为以下标准形式：,式中,n,是无阻尼自然频率，,是阻尼比。这些参数意义将被讨论。,依据阻尼比，系统特征方程,根（极点）有三种可能：,1:过阻尼：,=1:临界阻尼：,1时，极点在负实轴上,n,两侧，暂态是两个衰减指数和，每个各有其自己时间常数。离原点最近极点对应指数项含有最大时间常数，用最长时间衰减。这个极点称为主极点。,=1时，两极点重合于,n,。,1时，极点沿着以原点为中心，,n,为半径圆周上移动。从图2-2A-3中三角形，能够看出cos,=,n,/,n,=,。输出为,(2-2A-9),42/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,图2-2A-4中为对于不一样阻尼比,归一化响应曲线。暂态项为以阻尼自然频率震荡，其幅值按 衰减。,图2-2A-4 二阶系统中不一样阻尼比,标准响应图,43/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,主要性能指标如图2-2A-5所表示：,稳定时间,T,s,是响应永久在稳态值上下5%或2%所需时间,T,s,=3,T,(5%)或,T,s,=4,T,(2%)。超出稳态值最大超调量百分比是一项严格性能指标。,图2-2A-5 响应性能指标,44/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,令式(2-2A-9)中,c,(,t,)导数为零，得出响应极值，得到方程：,这意味着在各峰值,i=,1，3，因为左右相等。所以最大值必在峰值(,i,=1)，峰值时间,T,p,为,假如式(2-2A-10)角度正切是 ，其正弦值 ，将式Eq.(2-2A-11)代入式(2-2A-9)中得到,(2-2A-10),(2-2A-11),45/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,上升时间,T,r,，如式2-2A-5定义为响应第一次到达稳态值时间，同极值时间,T,p,紧密相关。,应注意到各时间常数,T,s,，,T,p，,和,T,r,同时依赖于,n,和,，而P.O.仅依赖于阻尼比,(图2-2A-6)。允许最大超调，和允许最小阻尼比,依赖于实际应用。对于机床进给，超调会造成车刀进入加工件，所以需要阻尼比大于1。但在很多情况下，一定超调是允许，因为可缩短时间,T,p,和,T,r,，阻尼比小于1是适当。阻尼比等于0.7，超调仅为5%，响应到达稳态更加快。,图2-2A-6 P.O.和,关系,46/192,P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应,假如,n,增加时阻尼比不变极点会沿圆周外移，稳态时间和上升时间会下降。所以，我们能够经过调整闭环极点来调整暂态响应。,47/192,P2U2B Steady State 第二部分第二单元课文B 稳态,B 稳态,1.课文内容介绍：主要介绍自动控制原理中稳态误差概念、指定输入稳态误差、扰动误差定义与计算方法。,2.温习自动控制原理中各种给定信号分类、扰动物理概念和误差定义等内容。,3.生词与短语,guidance system 引导（导航）系统,trajectory,n.,轨迹,unity feedback system 单位反馈系统,general form 普通形式,root locus gain 根轨迹增益,filtering technique 滤波技术,suppress,v.,抑制,principal,adj.,主要,minimize,v.,（使）最小化,48/192,P2U2B Steady State 第二部分第二单元课文B 稳态,4.难句翻译,1 the principle of superposition holds,叠加原理成立，,2,thus eliminating the velocity error,and by being introduced ahead of the point of entry of the disturbance into the system,eliminates the steady-state error resulting from a step in the disturbance.,，这么经过在系统扰动进入点之前引入（积分步骤），可消除由扰动输入中阶跃（成份）造成稳态误差。,5.参考译文,B 稳态,稳态误差,控制系统设计目标是控制一个系统动态性能，使之响应于命令或扰动。设计者应充分了解稳态方程和误差在整个过,49/192,P2U2B Steady State 第二部分第二单元课文B 稳态,程中作用，同时也应知道它们在被控对象动态性能上影响。,控制系统精度是对系统跟随控制命令情况衡量尺度。它是一个主要性能指标；一个导航系统，假如不能把航天器置于适当轨道上，它暂态响应再好也没用。,精度通常是按可接收对特定输入(,E,r,)或扰动(,E,d,)稳态误差而定。误差,e,(,t,)定义为期望输出值,r,(,t,)和实际输出值,c,(,t,)差。要注意，这里误差并不一定是开启信号,(,t,)，除非是单位反馈系统。当系统暂态结束后，误差,e,(,t,)成为稳态误差,e,ss,。依据终值定理，时域中稳态误差可写作下式：,(2-2B-1),50/192,P2U2B Steady State 第二部分第二单元课文B 稳态,指定输入稳态误差,对如图2-2B-1中单位反馈系统，闭环传递函数以下式：,式中,G=G,c,G,p,是开环传递函数。,指定输入误差,E,为：,式中,G,r,(,s,)=1/1+,G,(,s,)是指定输入误差传递函数。,(2-2B-2),(2-2B-3),图2-2B-1 单位反馈系统,51/192,P2U2B Steady State 第二部分第二单元课文B 稳态,对开环传递函数,G,(,s,)，设有以下通用式子：,在这个式子中：,1),K,已知，在分子分母多项式中，以常数项出现，使分式单位化，即传递函数,G,增益。它和下一节介绍根轨迹增益不一样，后者最高次幂项系数是单位值1。,2),G,型数是整数,n,。分母中,s,因子代表着积分，型数就是,G,中积分步骤数目,n,。,3)增益，依据,n,不一样取值，通常通例，把以下名字和注解与,K,相联络。,n=0:K,p,=position error constant 位置误差常数,n=1:K,v,=velocity error constant 速度误差常数,n=2:K,a,=acceleration error constant 加速度误差常数,(2-2B-4),52/192,P2U2B Steady State 第二部分第二单元课文B 稳态,式(2-2B-4)显示 ，结合等式(2-2B-3)，这么式,(2-2B-1)能够写为：,这么轻易得到对应于不一样型数和输入稳态误差表2-2B-1。,表 2-2B-1 稳态误差,(2-2B-5),Type number,n=0,n=1,n=2,Step,u,(,t,);,R,=1/,s,0,0,Ramp,t,;,R,=1/,s,2,0,Acceleration,t,2/2;,R,=1/,