系统时间响应的性能指标.pptx

什么是时域分析?指控制系统在典型输入信号作用下，根据指控制系统在典型输入信号作用下，根据输出量的时域表达式，分析系统的输出量的时域表达式，分析系统的性能指标性能指标（定性：快速性、稳定性、准确性）（定性：快速性、稳定性、准确性）。3优优点点：时时域域分分析析是是直直接接在在时时间间域域中中对对系系统统进进行行分分析析的的方方法法，从从时时域域响响应应曲曲线线上上能能直直接接得得到到系系统统时时间间响响应应的的全全部部信信息息，具具有直观和准确的优点。有直观和准确的优点。3缺缺点点：难难以以判判断断系系统统结结构构和和参参数数对对动动态态性性能能的的影影响响，很很难难用用于于系系统统的的设设计计。对对于于高高阶阶系系统统，系系统统分分析析的的工工作作量量将将急急剧剧增增加加，不不易易确确定定其其性性能能指指标标。必必须须借借助助计计算算机实现。机实现。第一节第一节 系统时间响应的性能指标系统时间响应的性能指标项 目内 容教 学 目 的 了解系统的5个典型输入信号，了解系统时间响应的两个过程，掌握系统时域响应的动态性能指标。教 学 重 点系统时域响应的动态性能指标。教 学 难 点及 其 处 理 不同响应曲线下动态性能指标的理解。结合图示法讲解。v选取原则选取原则（1）在现场及实验中容易产生）在现场及实验中容易产生（2）系系统统在在工工程程中中经经常常遇遇到到，并并且且是是最最不不利利的外作用。的外作用。（3）数学表达式简单，便于理论分析。）数学表达式简单，便于理论分析。一一 典型输入信号典型输入信号 为了能对不同的控制系统的性能用统一的标准来恒量，通常需要选择几种典型的外作用。脉冲函数脉冲函数典型输入信号典型输入信号单位脉冲函数：理想单位脉冲函数 实际单位脉冲函数单位脉冲函数拉式变换：阶跃函数阶跃函数A：阶跃幅度，A=1称为单位阶跃函数，记为1(t)。典型输入信号典型输入信号 斜坡函数斜坡函数B=1时称为单位斜坡函数。00典型输入信号典型输入信号 抛物线函数抛物线函数（加速度函数）C=1时称为单位抛物线函数。正弦函数正弦函数00典型输入信号典型输入信号 分析系统特性究竟采用何种典型输入信分析系统特性究竟采用何种典型输入信号，往往选取最不利的信号作为系统的典型号，往往选取最不利的信号作为系统的典型输入信号。输入信号。跟踪和复现阶跃信号是对系统最严峻的跟踪和复现阶跃信号是对系统最严峻的考验，所以选取阶跃信号作为典型输入信号考验，所以选取阶跃信号作为典型输入信号分析和研究系统的性能指标。分析和研究系统的性能指标。当当输输入入信信号号突突然然发发生生跳跳变变时时，这这时时输输出出量量还还处处在在原原有有的的平平衡衡状状态态，这这样样就就出出现现了了偏偏差差，这这个个偏偏差差控控制制输输出量达到新的平衡，这就是一个调节过程。出量达到新的平衡，这就是一个调节过程。t01r(t)t01c(t)12理想的调节过程实际二、动态响应指标动态响应指标整个调节过程分为两个阶段整个调节过程分为两个阶段:va.a.动动态态过过程程 反反映映系系统统的的动动态态特特性性。输输出出量量处处于于激烈变化之中，其信息用激烈变化之中，其信息用动态性能动态性能描述。描述。vb.b.稳稳态态过过程程 反反映映系系统统的的稳稳态态特特性性。输输出出量量稳稳定定在在新新的的平平衡衡状状态态，并并保保持持不不变变。提提供供有有关关稳稳态态误误差的信息，由差的信息，由稳态性能稳态性能描述。描述。v描述稳定的系统在单位阶跃函数作用下，动态过程描述稳定的系统在单位阶跃函数作用下，动态过程随时间的变化状况的指标。随时间的变化状况的指标。上升时间上升时间峰值时间峰值时间调节时间调节时间误差带误差带超调量超调量%=%BA定定义义一一注意注意tr的另一种定义。的另一种定义。延迟时间延迟时间上升时间上升时间调节时间调节时间定定义义二二动态响应的性能指标有：动态响应的性能指标有：1.1.超调量超调量s sp响应曲线偏离稳态值的最大值，响应曲线偏离稳态值的最大值，常以百分比表示，即常以百分比表示，即 超调量超调量s sp超调量说明系统平稳性。超调量说明系统平稳性。2.延迟时间延迟时间td响应曲线到达稳态值响应曲线到达稳态值5050%所需的时间，所需的时间，称为延迟时间称为延迟时间3.上升时间上升时间tr它有几种定义：它有几种定义：(1)响应曲线从稳态值的响应曲线从稳态值的10%到到90%所需时间；所需时间；(2)响应曲线从稳态值的响应曲线从稳态值的5%到到95%所需时间；所需时间；(3)响应曲线从零开始至第一次到达稳态值所需的时间。响应曲线从零开始至第一次到达稳态值所需的时间。一一般般对对有有振振荡荡的的系系统统常常用用“(3)”，对对无无振振荡荡的的系系统统常常用用“(1)”。4.峰值时间峰值时间tp响应曲线到达第一个峰值所需的时间，定义响应曲线到达第一个峰值所需的时间，定义为峰值时间。为峰值时间。td tr tp表征系统响应初始阶段的快慢，反映过表征系统响应初始阶段的快慢，反映过渡过程初始阶段的快速性。渡过程初始阶段的快速性。5.调整时间调整时间ts在响应曲线的稳态值附近，取在响应曲线的稳态值附近，取5%（或（或2%）作为误差带，响应曲线达到并不再超出该误差带的最小）作为误差带，响应曲线达到并不再超出该误差带的最小时间，定义为调整时间。时间，定义为调整时间。从整体上反映了系统的快速性。从整体上反映了系统的快速性。6.稳态误差稳态误差e()当时间当时间t 趋于无穷时，系统的实际值（稳趋于无穷时，系统的实际值（稳态值）与期望值（输入量）之差，定义为稳态误差。态值）与期望值（输入量）之差，定义为稳态误差。说明系说明系统的准确性。统的准确性。小结v理解系统的时间响应由动态过程和稳态过程理解系统的时间响应由动态过程和稳态过程组成；组成；v掌握动态性能指标的定义。掌握动态性能指标的定义。