机械工程控制基础第三章系统的时间响应分析

Chp.3系统的时间响应分析基本要求(1)了解系统时间响应的组成；(2)了解控制系统时间响应分析中的常用的典型输入信号。(3)掌握一阶系统的定义和基本参数，能够求解一阶系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应及单位斜坡响应；掌握一阶系统时间响应曲线的基本形状及意义。(4)掌握二阶系统的定义和基本参数；掌握二阶系统单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应曲线的基本形状及其振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系；掌握二阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。(5)掌握系统误差的定义，掌握系统误差与系统偏差的关系，掌握误差及稳态误差的求法；能够分析系统的输入、系统的结构和参数以及干扰对系统偏差的影响。重点与难点本章重点:(1)一阶系统的定义和基本参数，一阶系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应及单位斜坡响应曲线的基本形状及意义。(2)二阶系统的定义和基本参数；二阶系统单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应曲线的基本形状及其振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系；二阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。(3)系统误差的定义，系统误差与系统偏差的关系，误差及稳态误差的求法；系统的输入、系统的结构和参数以及干扰对系统偏差的影响。本章难点:(1)二阶系统单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应曲线的基本形状及其振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系；二阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。(2)系统的输入、系统的结构和参数以及干扰对系统偏差的影响。§3.1时间响应及其组成零状态响应零输入响应按振动的来源分：强迫响应（特解）自由响应（通解）按振动的性质分：§3.2典型输入信号（）§3.3一阶系统§3.4二阶系统（）（）练习1、二阶系统的传递函数为,其无阻尼固有频率ωn是。A、10B、5C、2.5D、2510043)(2sssGB2、二阶欠阻尼系统的上升时间tr为。A、系统的阶跃响应曲线第一次达到稳态值的98％的时间B、系统的阶跃响应曲线达到稳态值的时间C、系统的阶跃响应曲线第一次达到稳态值的时间D、系统的阶跃响应曲线达到稳态值的98％的时间C3、要使如图所示系统单位阶跃响应的最大超调量等于25％，峰值时间tp为2秒，试确定K和Kf的值.练习KsKKsKsGfB2)(712.1n_+Xi(s)KXo(s)1+Kfs21s%2521epM212nptKnξ＝0.4解：2KKfK=2.93,Kf＝0.47§3.5系统误差分析与计算Chp.3系统的时间响应分析基本要求(1)了解系统时间响应的组成；(2)了解控制系统时间响应分析中的常用的典型输入信号。(3)掌握一阶系统的定义和特征参数；掌握一阶系统时间响应曲线的基本形状及意义。(4)掌握二阶系统的定义和特征参数；掌握二阶系统响应曲线的基本形状及其振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系；掌握二阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。(5)掌握系统误差的定义，掌握系统误差与系统偏差的关系，掌握误差及稳态误差的求法。重点与难点本章重点:(1)一阶系统的定义和特征参数；一阶系统时间响应曲线的基本形状及意义。(2)二阶系统的定义和特征参数；二阶系统响应曲线的基本形状及其振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系；二阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。(3)系统误差的定义，系统误差与系统偏差的关系，系统误差及稳态误差的求法。本章难点:(1)二阶系统响应曲线的基本形状及其振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系；二阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。(2)系统误差及稳态误差的求法。1、单位反馈控制系统的开环传递函数为，则系统在r(t)=2t输入作用下，其稳态误差为。A、B、C、D、0)5(4)(sssGk4541054练习B2、若F(s)=，则=。A、4B、2C、0D、∞124s)(lim0tftB练习3、系统类型、开环增益K对系统稳态误差的影响为。A、系统型次越高，开环增益K越小，系统稳态误差越小B、系统型次越低，开环增益K越大，系统稳态误差越小C、系统型次越高，开环增益K越大，系统稳态误差越小D、系统型次越低，开环增益K越小，系统稳态误差越小C4、二阶系统的传递函数为,其无阻尼固有频率ωn是。A、10B、5C、2.5D、2510043)(2sssGB练习5、一闭环系统的开环传递函数为，则该系统为。A、0型系统，开环增益为8B、I型系统，开环增益为8C、I型系统，开环增益为4D、0型系统，开环增益为46、二阶欠阻尼系统的上升时间tr为。A、系统的阶跃响应曲线第一次达到稳态值的98％的时间B、系统的阶跃响应曲线达到稳态值的时间C、系统的阶跃响应曲线第一次达到稳态值的时间D、系统的阶跃响应曲线达到稳态值的98％的时间)2)(32()3(8)(sssssGKCC7、要使如图所示系统单位阶跃响应的最大超调量等于25％，峰值时间tp为2秒，试确定K和Kf的值.练习KsKKsKsGfB2)(712.1n_+Xi(s)KXo(s)1+Kfs21s%2521epM212nptKnξ＝0.4解：2KKfK=2.93,Kf＝0.478、如图所示系统的方框图，求当输入信号为x(t)=1，干扰信号n(t)=1时，系统总的稳态偏差εss(t)和总的稳态误差ess(t)。练习++N(s)_+X(s)1Y(s)s10011011lim0ssssxss11010lim110110lim00sssssssNss解：1）输入信号x(t)=1(t)引起的稳态偏差：2）干扰信号n(t)=1(t)引起的稳态偏差：1eeeNssxssssss总的稳态偏差和稳态误差：9、已知某单位反馈控制系统的开环传递函数为，试求在参考输入x(t)=4+6t+3t2作用下系统的稳态误差。练习)125.0()1(5.2)()(2sssSHsG)125.0()1(5.2lim)()(lim200ssssHsGKssp)125.0()1(5.2lim)()(lim200sssssHssGKssv5.2)125.0()1(5.2lim)()(lim22020sssssHsGsKssa32664)(ssssX4.26614avpssssKKKe解：系统的偏差系数为