自动控制网—学习自动控制技术电气自动化技术从这里开始!
当前位置: 自动控制网 > 基础知识 >

高阶系统的瞬态响应

时间:2015-03-13 09:58来源:www.eadianqi.com 编辑:自动控制网
用二阶以上微分方程描述的系统,统称为高阶系统。描述高阶系统的微分方程为: (3.67) 系统的传递函数为 (3.68) 在单位阶跃输入下,系统响应为 (3.69) 系统的特征方程为 假设特征方程有q个实数根,r对共轭复数根,则特征方程可写为(q+2r=n) (3.70) 将式(3.7

用二阶以上微分方程描述的系统,统称为高阶系统。描述高阶系统的微分方程为:

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

   (3.67)

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

系统的传递函数为 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

        (3.68) 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

在单位阶跃输入下,系统响应为

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

         (3.69)

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

系统的特征方程为

本文来自www.eadianqi.com

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

假设特征方程有q个实数根,r对共轭复数根,则特征方程可写为(q+2r=n) 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

       (3.70)

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

将式(3.70)代入式(3.69)得: 本文来自www.eadianqi.com

    (3.71) 本文来自www.eadianqi.com

式(3.71)的拉普拉斯反变换具有下面的形式

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

     (3.72)

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

式(3.72)表明,高阶系统是由若干惯性环节和振荡环节组成的。凡是实数闭环极点,对应着输出响应中的指数函数项,凡是共轭复数闭环极点,对应的则是输出中的振荡项。
在高阶系统中,凡距虚轴近的闭环极点,指数函数(包括振荡函数的振幅)衰减就慢,而其在动态过程中所占的分量也较大。如果某一极点远离虚轴,这一极点对应的动态响应分量就小,衰减得也快。如果一个极点附近还有闭环极点,它们的作用将会近似相互抵消。如果把那些对动态响应影响不大的项忽略掉,高阶系统就可以用一个较低阶的系统来近似描述。
在高阶系统中,若按求解微分方程得到响应曲线的办法去分析系统的特性,将是十分困难的。在工程中,常有低阶近似的方法来分析高阶系统。闭环主导极点的概念就是在这种情况下提出的。若系统距虚轴最近的闭环极点周围无闭环极点,而其余的闭环极点距虚轴很远。我们称这个极点为闭环主导极点。高阶系统的性能就可以根据这个闭环主导极点来近似估算。工程上往往将系统设计成衰减振荡的动态特性,所以闭环主导极点通常都选择为共轭复数极点。图3.20是一个选择闭环主导极点的例子。图中,共轭复数极点 距虚轴最近,而3个极点距虚轴的距离比距虚轴的距离大于5倍以上,因此可以把选为闭环主导极点,把一个5阶系统近似成二阶系统。

本文来自www.eadianqi.com


使用闭环主导极点的概念有一定的条件,因次不能任意使用,否则会产生较大的误差,得不到正确的结论。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

图3.20  闭环主导极点
图3.20 闭环主导极点

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

例4  已知控制系统的传递函数为

本文来自www.eadianqi.com

本文来自www.eadianqi.com

求其单位阶跃响应。

本文来自www.eadianqi.com

本文来自www.eadianqi.com

             自动控制网www.eadianqi.com版权所有

               自动控制网www.eadianqi.com版权所有

本文来自www.eadianqi.com

这是一个三阶系统。系统的闭环极点是

本文来自www.eadianqi.com

本文来自www.eadianqi.com

本文来自www.eadianqi.com

在S平面上的分布如图3.21所示。

本文来自www.eadianqi.com

图3.21 例4的闭环极点
图3.21 例4的闭环极点 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

例5  已知系统的传递函数为

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

本文来自www.eadianqi.com

求系统的单位阶跃响应。
解  系统的闭环极点为

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

本文来自www.eadianqi.com

本文来自www.eadianqi.com

闭环极点在S平面上的分布如图3.22所示。
从图3.22可以看出,闭环极点远离虚轴,其距离虚轴的距离是共轭复数极点距虚轴距离的10倍。因此,我们可以忽略的影响,而把作为闭环主导极点,使系统由三阶降为二阶

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

本文来自www.eadianqi.com

             

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

     本文来自www.eadianqi.com

图 3.22 闭环极点分布
图 3.22 闭环极点分布 本文来自www.eadianqi.com

本文已影响
推荐内容