第三章系統(tǒng)的時間響應分析

1、 Chp.3 系統(tǒng)的時間響應分析 基本要求基本要求 ( 1 )了解系統(tǒng)時間響應的組成；了解系統(tǒng)時間響應的組成； ( 2 )了解控制系統(tǒng)時間響應分析中的常用的典型輸入信號。了解控制系統(tǒng)時間響應分析中的常用的典型輸入信號。 ( 3 )掌握一階系統(tǒng)的定義和基本參數(shù)，能夠求解一階系統(tǒng)的掌握一階系統(tǒng)的定義和基本參數(shù)，能夠求解一階系統(tǒng)的單位脈沖響應、單位階躍響應及單位斜坡響應；掌握一階系單位脈沖響應、單位階躍響應及單位斜坡響應；掌握一階系統(tǒng)時間響應曲線的基本形狀及意義。統(tǒng)時間響應曲線的基本形狀及意義。 ( 4 )掌握二階系統(tǒng)的定義和基本參數(shù)；掌握二階系統(tǒng)單位脈掌握二階系統(tǒng)的定義和基本參數(shù)；掌握二階系統(tǒng)單位

2、脈沖響應曲線、單位階躍響應曲線的基本形狀及其振蕩情況與沖響應曲線、單位階躍響應曲線的基本形狀及其振蕩情況與系統(tǒng)阻尼比之間的對應關系；掌握二階系統(tǒng)性能指標的定義系統(tǒng)阻尼比之間的對應關系；掌握二階系統(tǒng)性能指標的定義及其與系統(tǒng)特征參數(shù)之間的關系。及其與系統(tǒng)特征參數(shù)之間的關系。 ( 5 )掌握系統(tǒng)誤差的定義，掌握系統(tǒng)誤差與系統(tǒng)偏差的關系，掌握系統(tǒng)誤差的定義，掌握系統(tǒng)誤差與系統(tǒng)偏差的關系，掌握誤差及穩(wěn)態(tài)誤差的求法；能夠分析系統(tǒng)的輸入、系統(tǒng)的掌握誤差及穩(wěn)態(tài)誤差的求法；能夠分析系統(tǒng)的輸入、系統(tǒng)的結構和參數(shù)以及干擾對系統(tǒng)偏差的影響。結構和參數(shù)以及干擾對系統(tǒng)偏差的影響。重點與難點重點與難點 本章重點本章重點:(

3、1 ) 一階系統(tǒng)的定義和基本參數(shù)，一階系統(tǒng)的單位脈沖響應、一階系統(tǒng)的定義和基本參數(shù)，一階系統(tǒng)的單位脈沖響應、單位階躍響應及單位斜坡響應曲線的基本形狀及意義。單位階躍響應及單位斜坡響應曲線的基本形狀及意義。( 2 ) 二階系統(tǒng)的定義和基本參數(shù)；二階系統(tǒng)的定義和基本參數(shù)； 二階系統(tǒng)單位脈沖響應二階系統(tǒng)單位脈沖響應曲線、單位階躍響應曲線的基本形狀及其振蕩情況與系統(tǒng)曲線、單位階躍響應曲線的基本形狀及其振蕩情況與系統(tǒng)阻尼比之間的對應關系；二階系統(tǒng)性能指標的定義及其與阻尼比之間的對應關系；二階系統(tǒng)性能指標的定義及其與系統(tǒng)特征參數(shù)之間的關系。系統(tǒng)特征參數(shù)之間的關系。(3 ) 系統(tǒng)誤差的定義，系統(tǒng)誤差與系統(tǒng)偏

4、差的關系，誤差及系統(tǒng)誤差的定義，系統(tǒng)誤差與系統(tǒng)偏差的關系，誤差及穩(wěn)態(tài)誤差的求法；系統(tǒng)的輸入、系統(tǒng)的結構和參數(shù)以及干穩(wěn)態(tài)誤差的求法；系統(tǒng)的輸入、系統(tǒng)的結構和參數(shù)以及干擾對系統(tǒng)偏差的影響。擾對系統(tǒng)偏差的影響。 本章難點本章難點:( 1 ) 二階系統(tǒng)單位脈沖響應曲線、單位階躍響應曲線的基二階系統(tǒng)單位脈沖響應曲線、單位階躍響應曲線的基本形狀及其振蕩情況與系統(tǒng)阻尼比之間的對應關系；二階本形狀及其振蕩情況與系統(tǒng)阻尼比之間的對應關系；二階系統(tǒng)性能指標的定義及其與系統(tǒng)特征參數(shù)之間的關系。系統(tǒng)性能指標的定義及其與系統(tǒng)特征參數(shù)之間的關系。( 2 ) 系統(tǒng)的輸入、系統(tǒng)的結構和參數(shù)以及干擾對系統(tǒng)偏差系統(tǒng)的輸入、系統(tǒng)的

5、結構和參數(shù)以及干擾對系統(tǒng)偏差的影響。的影響。3.1 3.1 時間響應及其組成時間響應及其組成零狀態(tài)響應零輸入響應按振動的來源分：強迫響應（特解）自由響應（通解）按振動的性質(zhì)分：3.2 3.2 典型輸入信號典型輸入信號（ ）3.3 3.3 一階系統(tǒng)一階系統(tǒng)3.4 3.4 二階系統(tǒng)二階系統(tǒng)（ ）（ ）練習練習 1、二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為、二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 ,其無阻尼固有其無阻尼固有頻率頻率n是是 。 A、10 B、5C、2.5 D、2510043)(2sssGB 2、二階欠阻尼系統(tǒng)的上升時間、二階欠阻尼系統(tǒng)的上升時間tr為為 。 A、系統(tǒng)的階躍響應曲線第一次達到穩(wěn)態(tài)值的、系統(tǒng)的階躍響應曲線第一次

6、達到穩(wěn)態(tài)值的98的時間的時間 B、系統(tǒng)的階躍響應曲線達到穩(wěn)態(tài)值的時間、系統(tǒng)的階躍響應曲線達到穩(wěn)態(tài)值的時間 C、系統(tǒng)的階躍響應曲線第一次達到穩(wěn)態(tài)值的時間、系統(tǒng)的階躍響應曲線第一次達到穩(wěn)態(tài)值的時間 D、系統(tǒng)的階躍響應曲線達到穩(wěn)態(tài)值的、系統(tǒng)的階躍響應曲線達到穩(wěn)態(tài)值的98的時間的時間C 3、要使如圖所示系統(tǒng)單位階躍響應的最大超調(diào)量等于、要使如圖所示系統(tǒng)單位階躍響應的最大超調(diào)量等于25，峰值時間峰值時間tp為為2秒，試確定秒，試確定K和和Kf的值的值. 練習練習KsKKsKsGfB2)(712. 1n_+Xi(s)KXo(s)1+Kfs21s%2521epM212nptKn0.4 解：解： 2KKfK=

7、2.93,Kf0.47 3.5 3.5 系統(tǒng)誤差分析與計算系統(tǒng)誤差分析與計算 Chp.3 系統(tǒng)的時間響應分析 基本要求基本要求 ( 1 )了解系統(tǒng)時間響應的組成；了解系統(tǒng)時間響應的組成； ( 2 )了解控制系統(tǒng)時間響應分析中的常用的典型輸入信號。了解控制系統(tǒng)時間響應分析中的常用的典型輸入信號。 ( 3 )掌握一階系統(tǒng)的定義和特征參數(shù)；掌握一階系統(tǒng)時間響掌握一階系統(tǒng)的定義和特征參數(shù)；掌握一階系統(tǒng)時間響應應 曲線的基本形狀及意義。曲線的基本形狀及意義。 ( 4 )掌握二階系統(tǒng)的定義和特征參數(shù)；掌握二階系統(tǒng)響應曲掌握二階系統(tǒng)的定義和特征參數(shù)；掌握二階系統(tǒng)響應曲線的基本形狀及其振蕩情況與系統(tǒng)阻尼比之間

8、的對應關系；線的基本形狀及其振蕩情況與系統(tǒng)阻尼比之間的對應關系；掌握二階系統(tǒng)性能指標的定義及其與系統(tǒng)特征參數(shù)之間的關掌握二階系統(tǒng)性能指標的定義及其與系統(tǒng)特征參數(shù)之間的關系。系。 ( 5 )掌握系統(tǒng)誤差的定義，掌握系統(tǒng)誤差與系統(tǒng)偏差的關系，掌握系統(tǒng)誤差的定義，掌握系統(tǒng)誤差與系統(tǒng)偏差的關系，掌握誤差及穩(wěn)態(tài)誤差的求法。掌握誤差及穩(wěn)態(tài)誤差的求法。重點與難點重點與難點 本章重點本章重點:(1 ) 一階系統(tǒng)的定義和特征參數(shù)；一階系統(tǒng)時間響應曲線的基一階系統(tǒng)的定義和特征參數(shù)；一階系統(tǒng)時間響應曲線的基本形狀及意義。本形狀及意義。 ( 2 ) 二階系統(tǒng)的定義和特征參數(shù)；二階系統(tǒng)響應曲線的基本形二階系統(tǒng)的定義和特

9、征參數(shù)；二階系統(tǒng)響應曲線的基本形狀及其振蕩情況與系統(tǒng)阻尼比之間的對應關系；二階系統(tǒng)性狀及其振蕩情況與系統(tǒng)阻尼比之間的對應關系；二階系統(tǒng)性能指標的定義及其與系統(tǒng)特征參數(shù)之間的關系。能指標的定義及其與系統(tǒng)特征參數(shù)之間的關系。(3 ) 系統(tǒng)誤差的定義，系統(tǒng)誤差與系統(tǒng)偏差的關系，系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差的定義，系統(tǒng)誤差與系統(tǒng)偏差的關系，系統(tǒng)誤差及穩(wěn)態(tài)誤差的求法。及穩(wěn)態(tài)誤差的求法。 本章難點本章難點:( 1 )二階系統(tǒng)響應曲線的基本形狀及其振蕩情況與系統(tǒng)阻尼比二階系統(tǒng)響應曲線的基本形狀及其振蕩情況與系統(tǒng)阻尼比之間的對應關系；二階系統(tǒng)性能指標的定義及其與系統(tǒng)特征之間的對應關系；二階系統(tǒng)性能指標的定義及其與系統(tǒng)特征

10、參數(shù)之間的關系。參數(shù)之間的關系。( 2 )系統(tǒng)誤差及穩(wěn)態(tài)誤差的求法。系統(tǒng)誤差及穩(wěn)態(tài)誤差的求法。 1、單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為、單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ，則系統(tǒng)，則系統(tǒng)在在r(t)=2t輸入作用下，其穩(wěn)態(tài)誤差為輸入作用下，其穩(wěn)態(tài)誤差為 。 A、 B、C、 D、0)5(4)(sssGk4541054練習練習B 2、若若F(s)= ，則，則 = 。 A、4 B、2 C、0D、124s)(lim0tftB練習練習3、系統(tǒng)類型、系統(tǒng)類型 、開環(huán)增益、開環(huán)增益K對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的影響為對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的影響為 。A、系統(tǒng)型次、系統(tǒng)型次 越高，開環(huán)增益越高，開環(huán)增益K越小，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小越小

11、，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小B、系統(tǒng)型次、系統(tǒng)型次 越低，開環(huán)增益越低，開環(huán)增益K越大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小越大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小C、系統(tǒng)型次、系統(tǒng)型次 越高，開環(huán)增益越高，開環(huán)增益K越大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小越大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小D、系統(tǒng)型次、系統(tǒng)型次 越低，開環(huán)增益越低，開環(huán)增益K越小，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小越小，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小C 4、二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為、二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 ,其無阻尼固有其無阻尼固有頻率頻率n是是 。 A、10 B、5C、2.5 D、2510043)(2sssGB練習練習5、一閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為、一閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ，則該，則該系統(tǒng)為系統(tǒng)為 。A、0型系統(tǒng)，開環(huán)增益為型系統(tǒng)，

12、開環(huán)增益為8 B、I型系統(tǒng)，開環(huán)增益為型系統(tǒng)，開環(huán)增益為8C、I型系統(tǒng)，開環(huán)增益為型系統(tǒng)，開環(huán)增益為4 D、0型系統(tǒng)，開環(huán)增益為型系統(tǒng)，開環(huán)增益為4 6、二階欠阻尼系統(tǒng)的上升時間、二階欠阻尼系統(tǒng)的上升時間tr為為 。 A、系統(tǒng)的階躍響應曲線第一次達到穩(wěn)態(tài)值的、系統(tǒng)的階躍響應曲線第一次達到穩(wěn)態(tài)值的98的時間的時間 B、系統(tǒng)的階躍響應曲線達到穩(wěn)態(tài)值的時間、系統(tǒng)的階躍響應曲線達到穩(wěn)態(tài)值的時間 C、系統(tǒng)的階躍響應曲線第一次達到穩(wěn)態(tài)值的時間、系統(tǒng)的階躍響應曲線第一次達到穩(wěn)態(tài)值的時間 D、系統(tǒng)的階躍響應曲線達到穩(wěn)態(tài)值的、系統(tǒng)的階躍響應曲線達到穩(wěn)態(tài)值的98的時間的時間)2)(32()3(8)(sssssGK

13、CC 7、要使如圖所示系統(tǒng)單位階躍響應的最大超調(diào)量等于、要使如圖所示系統(tǒng)單位階躍響應的最大超調(diào)量等于25，峰值時間峰值時間tp為為2秒，試確定秒，試確定K和和Kf的值的值. 練習練習KsKKsKsGfB2)(712. 1n_+Xi(s)KXo(s)1+Kfs21s%2521epM212nptKn0.4 解：解： 2KKfK=2.93,Kf0.47 8、如圖所示系統(tǒng)的方框圖，求當輸入信號為、如圖所示系統(tǒng)的方框圖，求當輸入信號為x(t)=1，干擾信號，干擾信號n(t)=1時，系統(tǒng)總的穩(wěn)態(tài)偏差時，系統(tǒng)總的穩(wěn)態(tài)偏差ss(t)和總的穩(wěn)態(tài)誤差和總的穩(wěn)態(tài)誤差ess(t) 。 練習練習+N(s)_+X(s)1Y(s)s10011011lim0ssssxss11010lim110110lim00sssssssNss解：解：1）輸入信號）輸入信號x(t)=1(t)引起的穩(wěn)態(tài)偏差：引起的穩(wěn)態(tài)偏差：2）干擾信號）干擾信號n(t)=1(t)引起的穩(wěn)態(tài)偏差：引起的穩(wěn)態(tài)偏差：1eeeNssxssssss總的穩(wěn)態(tài)偏差和穩(wěn)態(tài)誤差：總的穩(wěn)態(tài)偏差和穩(wěn)態(tài)誤差： 9、已知某單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)已知某單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為為 ，試求在參考輸入，試求在參考輸入x(t)=4+6t+3t2 作用作用下系統(tǒng)的穩(wěn)