一阶系统的动态性能
典型的一阶系统:
可计算出其闭环传递函数传递函数:
求输出:
因为一阶系统不会超调,所以只需要计算调节时间:
输入与输出的关系
观察下列表格
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输入信号 |
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输出信号 |
单位脉冲 |
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单位阶跃 |
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单位斜坡 |
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单位加速度 |
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我们发现个规律,输入信号求一次导数,输出信号也求一次导数。
二阶系统的动态性能
典型的二阶系统:
其传递函数为:
闭环传递函数的分母称作特征方程。
求特征方程的根,可分为4种情况。我们只研究欠阻尼时的情况。此时:
根据传递函数拉氏反变换求出单位脉冲响应表达式:
画出图像:
动态性能指标:
二阶系统的稳定性
设二阶系统的特征方程为
用下文判断高阶系统稳定性的方法,列劳斯表可知,当时系统稳定。
二阶系统的校正
时域并不好做校正,上图给出了思路,比例微分法因为有零点,还需要用零点极点法,总之比较麻烦。所以时域校正就不做深入研究了。
高阶系统的动态性能
越靠近虚轴的零点、极点对系统的动态性能影响越大,离虚轴比较远的零点、极点对系统的动态性能影响几乎可以忽略不计。所以对高阶系统的分析只考虑离虚轴比较近的零点、极点,它们被称为主导极点。
如果零点、极点在S平面离的特别近,意味着在传递函数中零点、极点对应分子和分母部分近似相等,可以直接约掉,这样的零点、极点被称为偶极子点。
一般情况下,去掉偶极子点,去掉离虚轴较远的极点后,系统就会变成二阶或三阶的,然后再用零点极点法查表计算出动态性能。
有时也讨论高阶系统的欠阻尼、过阻尼情况,此时只需考虑高阶系统的二次项部分,也就是只考虑离虚轴最近的两个极点。
高阶系统的稳定性
设系统特征方程为
首先判断系统稳定的必要条件,如果不满足必要条件则系统一定不稳定的:
若系统满足必要条件,我们列劳斯表:
其中 计算方法如下,的计算方法与相同,都是用上面两行数据计算:
若劳斯表第一列出现0,为了避免计算下一行时分母为0,用一个非常小的数代替0,然后继续计算。
劳斯表第一列均大于零时系统稳定,否则系统不稳定;劳斯表第一列符号改变次数等于右半S平面根的个数。
劳斯表出现全0行,系统不稳定。若想判断右半S平面根的个数,需要列辅助方程,例如:
用全0行上面一行列辅助方程,并对其求导:
将求导后的参数填入劳斯表中继续计算:
上面这个例子第一列没变号,右半S平面没有根。但是虚轴上有根,因为辅助方程的根是特征方程根的子集,所以利用辅助方程可以判断在虚轴上有没有根。
稳态误差
误差传递函数:
用终值定理求稳态误差:
静态误差系数法:
其中型别是指,系统开环传递函数中v的值: