第3章系统的时间响应分析
在建立系统的数学模型(微分方程或传递函数之后,就可以采用不同的方法,通过系统的数学模型来分析系统的特性,时间响应分析是重要的方法之一。
第3.1节时间响应及其组成
一、时间响应的概念
所谓时间响应指系统在外加激励作用下,其输出量随时间变化的函数关系。
或者说在输入作用下,系统的输出(响应在时域的表现形式;在数学上,就是系统的动力学方程在一定初始条件下的解。
自变量为时间t ,因变量为输出([(]o x t y t
二、时间响应的组成
分析:第一、二项是由微分方程的初始条件(即系统的初始状态引起的自由振动,即自由响应。
ω。应该说第三项的自第三项是由作用力引起的自由振动即自由响应,其振动频率均为
n
ω与作用力频率ω无关,由响应并不完全自由。因为它的幅值受到F的影响,当然,它的频率
n
自由即在此。
第四项是由作用力引起的强迫振动即强迫响应,其振动频率即为作用力频率ω。
因此系统的时间响应可从两方面分类:
按振动性质可分为自由响应与强迫响应,
按振动来源可分为零输入响应(即由“无输入时系统的初态”引起的自由响应与零状态响应(即在“无输入时的系统初态”为零而仅由输入引起的响应 Array
所以我们的研究对象是:零状态响应。
另外还有两个需了解的概念:瞬态响应和稳态响应。
瞬态响应:系统在外加激励作用后,从初始状态到最终状态的响应过程称为瞬态响应。反映了系统的快、稳特性。
稳态响应:时间趋于无穷大时,系统的输出状态为稳态响应。反映系统的准确性。
三、系统方程的特征根影响系统自由响应的收敛性和振荡
第3.2节典型的输入信号
由于系统的输入具有多样性,所以在分析和设计系统时,需要规定一些典型的输入信号,然后比较各系统对典型信号的时间响应。不同系统或参数不同的同一系统对同一典型信号的时间响应不同,反映出各种系统动态特性的差异,从而可以定出相应的性能指标,对系统的性能予以评定。
尽管在实际中,输入信号很少是典型信号,但由于系统对典型信号的时间响应和对任意信号的时间响应之间存在一定的关系统,所以知道系统对典型信号的响应就可求出对任意输入的响应。
常用的典型信号有:
脉冲响应函数(权函数:当一个系统受到一个单位脉冲激励时所产生的响应。应指出,单位脉冲函数只是数学上的概念,工程上不可能发生。但是,时间很短的冲击力、脉冲信号、天线上的阵风扰动都可以看成此类,可用脉冲函数模拟。
单位阶跃信号:实际工作中如开关的转换、电源的突然接通、断开都可看作阶跃作用,它可以用方波进行模拟。
单位斜坡信号:它是一各等速度函数,如随动系统中位置做等速移动的指令信号、数控机床加工斜面时的进给指令信号、轧钢机压下装置的移辊信号、大型船闸匀速升降时的信号等,它可用三角波模拟。
单位抛物线信号
:它是一种等加速度函数,实际中如随动系统中位置作等加速度移动的
指令信号,它可用积分器的串联来模拟。
正弦信号:实际中如电源的波动、机械振动、元件的噪声干扰、海浪对舰船的扰动力等。
选择以上哪种函数作为典型输入信号应视不同系统的具体工作条件而定。例如
如果控制系统的输入量通常是随时间逐渐变化的函数,象雷达天线、火炮、机床、控温装置等,以选择斜坡函数较为合适;
如果控制系统的输入量是冲击量,象导弹发射,以选择脉冲函数较为合适;
如果控制系统的输入量随时间变化的往复运动,象研究拭目机床振支,以选择正弦函数为好;
如果控制系统的输入量是突然变化的,象突然合电,则以选择阶跃函数为宜。
值得注意的是,时域的性能指标往往是选择阶跃函数为输入来定义的。
第3.3节一阶系统
可用一阶微分方程描述的系统称为一阶系统,其微分主程及传递函数分别为:
((((1((1
o o i o i T x t x t x t X s G s X s Ts ?
+===
+
T 为一阶系统的时间常数,它表示了一阶系统本身与外界无关的固有特性,称为一阶系
统的特征参数。
一、一阶系统的单位脉冲响应
(注:11111Ts T s T
=?++ 21(t
T
w t e T
?-=-?即为响应速度。取不同的t 值得:
2
2
2
2
((110110.386
0.386
1120.135
0.1351140.018
0.01800
o o t w t w t T T
T T
T
T T T T T T
?
----∞
由图可知,一阶系统的单位脉冲响应函数是一单调下降的指数曲线。如果将这个指数曲线衰减到初值的2%之前的过程定义为过渡过程,则可算得相应的时间为4T 。称此时间(4T 为过渡过程时间或调整时间,记为s t 。T 越小,s t 越短,其过渡过程的持续时间愈短,这表明系统的惯性愈小,系统对输入信号反应的快速性能越好。
二、一阶系统的单位阶跃响应
(注:1111
1
1Ts s s s T
?=-++
1(t T
ou x t e T
-= 即为响应速度方程。
((100
1
0.6320.368
120.8650.135
1
40.9820.018
10ou ou t x t x t T
T T T T T T
?
∞
由图可知,T 越小,响应速度越快,当4t T 时,其响应值达稳态值的98%,故4s t T = 且((ou w t x t ?
=
三、一阶系统的单位斜坡响应
(00
0.368(o o t x t T T t x t T
∞
-=
四、不同时间常数下的响应
五、一阶系统的性能指标
第3.4节二阶系统
一、二阶系统的数学模型及特征方程
可用二阶微分方程描述的系统称为二阶系统。如图,弹簧-阻尼系统,
微分方程为:..
.
m y c y ky f ++= L 变换后得传递函数为:2
(1
((Y s G s F s ms cs k
=
=++ 令2
n n k
k
m
m
ωω=
=
n ω为无阻尼自然频率。 22n c c
m
mk
ξωξ=
=
ξ为阻尼比。
故2
22
1
(2n n n
G s k s s ωξωω=?++ 1k 为系统增益,当其等于1时得典型二阶系统的传递函数为2
2
2
(2n
n n
G s s s ωξωω=++ 式中 n
ωξ是二阶系统的特征参数,表明系统本身与外界作用无关的固有特性。
可见当阻尼比ξ取不同值时,特征根也不同。①当0ξ=时(无阻尼
两特征根为共轭纯虚根1.2n s j ω=± 传递函数为2(((
n
n n G s s j s j ωωω=
+-
极点位于虚轴上,如图3-9(a 所示。②当01ξ<<时(欠阻尼
两特征根为共轭复根21.21n n n d s j j ξωωξξωω=-±-=-±
其中21d n ωωξ=-为有阻尼自然频率。传递函数为2(((
n
n d n d G s s j s j ωξωωξωω=
+++-
极点位于[s]平面左半平面,如图(b 所示。③当1ξ=时(临界阻尼
两特征根为相等的负实根1.2n s ω=-
传递函数为 22
((
n
n G s s ωω=+ 极点位于负实轴上。如图3-9(c所示。④当1ξ>时(过阻尼特征方程有两个不等的负实根21.21n n s ξωωξ=-±- 传递函数为222 ((1(1
n
n n n n G s s s ωξωωξξωωξ=
++-+--
极点位于负实轴上,如图3-9(d所示。
二、二阶系统的单位脉冲响应
三、二阶系统的单位阶跃响应
控制系统时间响应分析”实验报告
实验一、“控制系统时间响应分析”实验报告 一、实验类型 验证性实验 二、实验目的 1、 求系统在时间常数τ不同取值时的单位脉冲、单位阶跃响应和任意输入响应，熟悉系统时间响应的定义和图形曲线 2、 求系统的上升时间、峰值时间、最大超调量和调整时间等性能指标，熟悉系统瞬态性能指标的定义。 三、实验仪器与设备（或工具软件） 计算机，MATLAB 软件 四、实验内容、实验方法与步骤 已知系统传递函数 50 )1(05.050)(2+++=s s s G τ 1、求系统在时间常数τ不同取值时的单位脉冲、单位阶跃响应和任意输入 响应。 应用impulse 函数，可以得到τ=0，τ=0.0125、τ=0.025时系统单位脉冲响 应；应用step 函数，同样可以得到τ=0，τ=0.0125、τ=0.025时系统单位阶跃响应。 2、求系统的瞬态性能指标 五、实验结果 1、系统在时间常数τ不同取值时的单位脉冲、单位阶跃响应和任意输入响 t=[0:0.01:0.8];%仿真时间区段 nG=[50]; tao=0; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G1=tf(nG,dG); tao=0.0125; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G2=tf(nG,dG); tao=0.025; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G3=tf(nG,dG);%三种τ值下，系统的传递函数模型 [y1,T]=impulse(G1,t);[y1a,T]=step(G1,t); [y2,T]=impulse(G2,t);[y2a,T]=step(G2,t);
实验一、“控制系统时间响应分析”实验报告 、实验类型 验证性实验 、实验目的 1、求系统在时间常数 T 不同取值时的单位脉冲、单位阶跃响应和任意输入响应， 熟悉系统 时间响应的定义和图形曲线 2、求系统的上升时间、峰值时间、最大超调量和调整时间等性能指标，熟悉系统瞬态性 能指标的定义。 三、 实验仪器与设备（或工具软件） 计算机，MATLAB 软件 四、 实验内容、实验方法与步骤 已知系统传递函数 1、 求系统在时间常数 T 不同取值时的单位脉冲、单位阶跃响应和任意输入响应。 应用impulse 函数，可以得到 T =0 ,T =0.0125、T =0.025时系统单位脉冲响应；应用 step 函数，同样可以得到 T =0 ,T =0.0125、T =0.025时系统单位阶跃响应。 2、 求系统的瞬态性能指标 五、实验结果 1、系统在时间常数 T 不同取值时的单位脉冲、单位阶跃响应和任意输入响 t=[0:0.01:0.8];%仿真时间区段 n G=[50]; tao=0; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G1=tf(nG,dG); tao=0.0125; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G2=tf(nG,dG); tao=0.025; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G3=tf(nG,dG);% 三种 T 值下，系统的传递函数模 型 [y1,T]=impulse(G1,t);[y1a,T]=step(G1,t); [y2,T]=impulse(G2,t);[y2a,T]=step(G2,t); [y3,T]=impulse(G3,t);[y3a,T]=step(G3,t);% 系统响应 subplot(131),plot(T,y1,'--',T,y2,'-.',T,y3,'-') lege nd('tao=0','tao=0.0125','tao=0.025') xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');grid on; subplot(132),plot(T,y1a,'--',T,y2a,'-.',T,y3a,'-') lege nd('tao=0','tao=0.0125','tao=0.025') grid on ;xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');% 产生图形 t=[0:0.01:1];u=si n(2*pi*t);% 仿真时间区段和输入 G(s) 50 ______ 0.05s (1 )s 50
第三章 系统的时间响应 3-1 什么是时间响应？ 答：时间响应是指系统的 响应（输出）在时域上的表现形式或系统的动力学方程在一定初始条件下的解。 3.2 时间响应由哪两部分组成？各部分的定义是什么? 答：按分类的原则不同，时间响应有初始状态为零时，由系统的输入引起的响应;零输入响应，即系统的 输入为零时，由初始状态引起的响应。 按响应的性质分为强迫响应和自由响应。 对于稳定的系统，其时间响应又可分为瞬态响应和稳态响应。 3.3时间响应的瞬态响应反映哪方面的性能？而稳态响应反映哪方面的性能？ 答：瞬态响应反映了系统的稳定性和响应的快速性两方面的性能；稳态响应反映了系统响应的准确性。 3.4 设系统的单位脉冲响应函数如下,试求这些系统的传递函数. 1.25(1)()0.0125;t w t e -= (2)()510sin(44 w t t t =++）； );t -3(3)w(t)=0.1(1-e (4)()0.01w t t = 解：（1） 11()()()()()00 w t x t L X s L G s X s i --????===???? ()1X s i = (),()()G s G s L w t =???????? -1w(t)=L 所以，0.01251.251)()()0.0125 1.25 t G s L w t L e s -??===???? ??+??( (2)()()G s L w t =???? 5510sin(4)sin 4cos422L t t t s s = ++=++???????? 5452()2222161616 s s s s s s = ++=++++
扬州大学广陵学院 本科生课程设计 题目：反应时间测试仪 课程：电子线路课程设计 专业电气工程及其自动化 班级：电气81201 学号： 120010137 姓名：袁鸿 指导教师：年漪蓓，刘伟 完成日期： 2014/6/23至2014/6/28
总目录第一部分：任务书 第二部分：课程设计报告 第三部分：设计图纸
第一部分 任 务 书
一、课程设计的目的 本课程是在学完《数字电子技术基础》之后，进行的复杂程度较高、综合性较强的设计课题的实践环节，通过该教学环节，要求达到以下目的： 1.使学生进一步掌握数字电子技术的理论知识，学会查询资料，方案比较，培养学生 工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力； 2.使学生基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力； 3.熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。 二、课程设计的要求 1.设计时要综合考虑实用、经济并满足性能指标要求； 2.必须独立完成设计课题； 3.合理选用元器件； 4.按时完成设计任务并提交设计报告。 三、设计题目及内容 课题：响应时间测试仪 内容：设计、安装、调试响应时间测试仪 课程要求：测试者按下按钮1，灯亮，被测试者见灯亮按下按钮2，灯灭，用二位数码管显示被测者的响应时间（精度为10ms） 四、设计要求 用中小型规模集成电路设计、安装、调试出所要求的电路。 五、参考文献 1、“数字电子技术基础”教材； 2、有关“电子技术课程设计指导书”； 3、“集成电路特性应用手册”； 4、其他。
第二部分 课 程 设 计 报 告
第三章 线性系统的时域分析与校正 习题及答案 3-3 一阶系统结构图如图所示。要求系统闭环增益2=ΦK ，调节时间4.0≤s t s ，试确定参数21,K K 的值。 解 由结构图写出闭环系统传递函数 111)(212211211 +=+=+ =ΦK K s K K K s K s K K s K s 令闭环增益21 2 == ΦK K ， 得：5.02=K 令调节时间4.03 32 1≤==K K T t s ，得：151≥K 。 3-2 单位反馈系统的开环传递函数) 5(4 )(+= s s s G ，求单位阶跃响应)(t h 和调节时间 t s 。 解：依题，系统闭环传递函数 )1)(1(4) 4)(1(4 454)(2 12 T s T s s s s s s ++ =++=++= Φ ?? ?==25 .01 21T T 4 1)4)(1(4 )()()(210++++=++= Φ=s C s C s C s s s s R s s C 1) 4)(1(4 lim )()(lim 00 0=++=Φ=→→s s s R s s C s s 3 4 )4(4lim )()()1(lim 0 1 1-=+=Φ+=→-→s s s R s s C s s
3 1 )1(4lim )()()4(lim 0 4 2=+=Φ+=→-→s s s R s s C s s t t e e t h 43 1 341)(--+-= 421 =T T ， ∴3.33.3111==??? ? ??=T T T t t s s 。 159.075.40''<''==T t s 3-3 机器人控制系统结构图如图所示。试确定参数 21,K K 值，使系统阶跃响应的峰值时间5.0=p t s ，超调 量%2%=σ。 解 依题，系统传递函数为 2 22 12121211 2)1()1()1(1) 1()(n n n s s K K s K K s K s s s K K s s K s ωξωωΦΦ++=+++=+++ += 由 ?? ???=-=≤=--5 .0102.0212n p o o t e ωξπσξπξ 联立求解得 ?? ?==10 78 .0n ωξ 比较)(s Φ分母系数得 ?? ? ??=-===146.0121001221K K K n n ξωω 3-4 某典型二阶系统的单位阶跃响应如图所示。试确定系统的闭环传递函数。
浅析热电偶的热响应时间 摘要：温度出现阶段变化时，热电偶的输出变化至相当于该阶段的某个规定百分数所需的时间称为热电偶的响应时间。测量热电偶的热响应时间比较复杂，不同的实验条件会有不同的测量结果，这是因为它受热电偶与周围介质的换热率影响，换热率高，则热响应时间就短。 关键词：热电偶的结构尺寸热惰性热响应时间 工业用热电偶在温度出现阶段变化时，热电偶的输出变化至相当于该阶段的某个规定百分数所需的时间称为热电偶的响应时间。 热电偶在测量温度时，其插入到被测介质部分包括：保护管、绝缘管、空气隙、热电板等。它们都具有一定的热容量和热传导的电阻，所以当热电偶插入阶段变化的温度场中，热电偶指示的温度不会产生突然的变化，而是按指数规律逐渐上升或下降。这是因为热电偶首先要吸收热量使其温度升高，同时还要通过热传导将热量传递到热电偶的测量端，测量端受热后温度升高，热电偶回路才有热点势产生，仪表才能指示出温度来，这个过程需要一段时间，这就是热电偶的热惰性。由于热惰性的存在，热电偶插入被测介质后，其稳定的温度指示值不能立即指示出来，而是逐渐上升，直到测量端吸热放热达到平衡后，才能具有稳定的温度指示值。在热电偶插入被测介质后到指示值稳定以前的整个不稳定过程中，热电偶的瞬时指示值与稳定后的指示值存在偏差，这个偏差称热电偶动态响应误差。 理论和实践证明，热电偶的热惰性愈小则动态响应速度愈快，动态误差就愈小。所以热响应时间是表示热电偶动态响应快慢的一个重要性指标。 一、影响热电偶响应时间的因素有 1.材料不同，导热性能也不同，如金属保护管比瓷保护导热好，热惰性小，热电偶达到的稳定时间就短、即响应时间短。 2.热电偶的结构、尺寸。热电极、保护管的直径电极、保护管的直径愈粗，惰性愈大；管壁愈厚，惰性也愈大，这样热电偶达到稳定的时间就愈长，即响应时间长。 3.响应时间还随着工作状况的变化而不同，就是说相同结构的热电偶，在不同的热交换条件下，其响应时间是不同的。 二、热电偶的热响应时间测量 测量热电偶的热响应时间比较复杂，不同的实验条件会有不同的测量结果，这是因为它受热电偶与周围介质的换热率影响，换热率高，则热响应时间就短。
售前客服响应时间问题及基本功 【造成响应时间长的原因】——如何解决 1.客户发截图，表情，久久才显示（不可避免的状况，但较少） 2.客户复制宝贝名称（或者货号）直接问，要搜索（现店铺产品标题已加上货 号，要求客服人员熟悉产品货号是非常重要的一项！） 3.暂时离开岗位（吃饭、上洗手间），无人回复（人手请尽快配备，吃饭或暂 时离开时，尽量要求其他同事帮忙看着，及时响应客户） 4.尺码推荐，每款产品尺码有差异，销售员需要斟酌推荐（现品牌平台分开， 在人员完善后，我们才有时间有条件去落实尺码重新测量事宜，让每位售前同事都熟悉产品的大小及合适人群，这是非常重要的一项，请公司重视，目前人手都不够，根本没有闲暇去处理这事） 5.关联销售（这一项还是销售员对店铺经营产品熟悉度的问题，了解店铺具体 都有哪些商品，才能更及时地为客户作推荐） 6.修改运费，价格（店铺做活动时根据活动执行，没有活动的时候，可根据 实际情况考虑，尽量能够达成不减价格改送小礼品以提高客单价，因议价实在谈不下的可问当班组长或部门负责人） 7.库存变动大，核实库存当客户问道什么码有没有货的时候，要点进链接里 面去核实库存（之前已有作一份工厂和仓库的库存分开，现公司作调整了，希望关于这些如何分工的能在大会上宣布，让所有同事都清楚现在哪些工作该向谁了解） 8.打字速度（客服人员的打字速度直接影响到响应时间，希望在职客服人员 加强打字速度训练，公司也有必要做这一项的培训。在与客户沟通时，如果存在需要打很长一段文字时，建议分开发送，降低响应时间） 9.电脑系统卡有时候旺旺卡死、电脑死机、聊天窗口点了要等段时间才会跳 转（不可避免的状况，但较少） 10.网速卡，页面打不开（不可避免的状况，但较少） 11.产品不够熟悉客户问到一些比较少见的问题，比如是什么面料科技，比如 鞋跟高多少（我们的宝贝详情需要做完善，很多别人家作到的，我们还没有做到，比较鞋子的详情尺码…）
液晶显示器响应时间全面解析 发布时间:2005-11-30 8:53 作者:PCPOP-电脑时尚来源:新浪响应时间与色彩的博弈 与液晶显示器一起诞生的，还有一个新的名词，那就是“响应时间”，对于买过液晶的人，打算买液晶的人，以及各种游戏及影碟发烧友来说，这是一个如雷贯耳的名词。 从最早可追忆的IBM推出的60ms的液晶显示器，到现在优派以及明基推出的灰阶2ms响应时间的液晶显示器，技术在不断的进步，响应时间在不断缩短。但是，所有的人都知道，液晶显示器的色彩表现效果与响应时间是不可兼得的熊掌和鱼。 所谓响应时间，是液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，即像素由暗转亮或由亮转暗所需要的时间（其原理是在液晶分子内施加电压，使液晶分子扭转与回复）。 响应时间越短则使用者在看动态画面时越不会有尾影拖曳的感觉。 为了将响应时间这个非常抽象的意义更形象的展示给大家，我们可以做一个简单的换算：30毫秒=1/0.030=每秒钟显示33帧画面；25毫秒=每秒钟显示40帧画面；16毫秒=每秒钟显示63帧画面；12毫秒=每秒钟显示83帧画面，而8毫秒=每秒钟显示125帧画面。 到底多快人眼就感觉不到拖曳呢？ 那么，每秒要显示多少帧画面才能让肉眼感觉不到拖曳呢？这里就涉及到一个视觉暂留的问题。人的肉眼可见的画面分为静止的画面和动态的画面，人眼的视觉暂留时间是0.05秒，因此，当连续的图象变化超过每秒24帧画面的时，人眼便无法分辨每幅单独的静态画面，因而看上去是平滑连续的视觉效果。
这就是我们最早看到的动画片，但是人们并不满足于此，我们追求更连贯的动态画面，于是逐渐产生了VCD和DVD。播放DVD时，所需要的画面支持是每秒60帧的画面显示，即16ms的响应时间。也就是说，使用16毫秒以上响应时间的液晶显示器，便可以完全满足各种影音文件的播放要求。 现在，随着大型网络游戏的发展，特别是极品飞车、CS等速度游戏的发展，对于响应时间的要求也越来越高。在玩这样的游戏时，显示画面一直在快速的运动，因此，如果响应时间不够快，那么就明显的看到拖影，直接影响游戏效果，甚至会在CS 中由于看不清敌人而被毙命。 那么究竟多快的响应时间才够玩这样刺激的游戏呢？对于这个问题我们从另一个角度来思考——游戏对FPS的要求。玩CS的老鸟都知道，在玩CS的时候FPS锁定为90或者100，游戏就会非常流利顺畅。 FPS（frame per second）即每秒钟所显示画面的帧数，也就是说倍受欢迎的CS游戏对画面显示的最佳要求是100，即每秒钟显示100帧画面。把这个转化成液晶显示器的响应时间，那么就是1/100=0.01即10ms的响应时间。也就是说，当液晶显示器的响应时间达到10毫秒，就完全可以满足CS游戏的需求了。但是为什么还是有很多人连8毫秒响应时间的液晶显示器仍然不满意呢？这个时候我想引用一个CS高手的话：“当你在挑剔你的显示器的时候，先检讨一下你的主机配置，如果你的主机配置没有问题，那么你就该检讨下你自己的技术了。” 你到底需要买多快的液晶？ 最后我们再来从成本上来讨论下，到底多少响应时间的液晶适合你。了解液晶的人都知道，液晶显示器响应时间的提升，是通过在液晶面板中增加各种控制芯片来实现的。
LoadRunner响应时间与用户体验时间不一 致问题的深入分析 在新一代一期项目非功能测试过程中，我们发现了LoadRunner测试响应时间与客户端实际用户体验时间不一致的现象。例如员工渠道上线后，客户体验时间远远超过了LoadRunner测试响应时间。本文针对这一现象深入研究了导致二者不一致的原因并提供了意见和建议，现与大家分享。 1、用户体验时间 用户通过浏览器访问Web服务器时，体验时间可以细化。如下图所示，体验时间包括用户感应时间、浏览器处理时间、网络传输延时和后端服务器处理时间。 2、LoadRunner单次事务响应时间度量 我们通常将核心业务操作定义为事务，在LoadRunner脚本中具体为web_url()、web_submit_data()等函数调用。下面举例计算单个事务响应时间，定义一次web_url()调用为事务，web_url函数中请求4个文件。 LoadRunner 获取每个资源都要经过反应、第一次缓冲和接收三个阶段，反应阶段包括DNS解析、建立初始连接、SSL握手、FTP认证；第一缓冲时间是显示从初始HTTP请求（通常为GET）到成
功收到Web服务器返回的第一次缓冲所经过的时间；接收时间显示在服务器发出的最后一个字节到达，即下载完成之前所有的时间；客户端时间显示由于浏览器反应时间或其他客户端相关延迟而导致请求在客户机上延迟的平均时间。 LoadRunner 执行web_url()语句时，请求资源的先后顺序不依赖代码书写顺序，导致很难直接确定执行web_url()的开始时间，但可以借助LoadRunner的分析工具模块页面诊断器（Web Page Diagnostics）获取事务开始时刻和结束结束。在Web Page Diagnostics中可以获取资源下载完成时刻（Scenario Elapsed Time）和花费时间（Page Component's Download Time），二者之差即为资源下载的开始时刻，资源开始下载的最小时刻为事务的开始时刻；在Web Page Diagnostics中资源下载完成时刻（Scenario Elapsed Time）最大值为事务的结束时刻。结束时刻与开始时刻之差为单次事务响应时间。LoadRunner单次事务响应时间取决于资源下载时间的最大值，下载时间包括第一次缓冲时间、接收时间等。 3、结论与建议 综上所述，LoadRunner测试响应时间不包括用户浏览器的JS文件解析执行、渲染、布局、绘制和人眼识别所需时间，只包括网络延时和后端服务时间。这也从侧面说明LoadRunner主要用来测试后端服务器性能和处理能力。LoadRunner测试时间与用户体验时间的差异如下表： 一般情况下LoadRunner测试的响应时间小于用户实际体验时间。 针对后续非功能测试，本文提出以下测试建议： （1）如果测试目的要求获取用户体验时间，需要在LoadRunner测试响应时间的基础上考虑添加误差因子；
这里的响应时间不包含客户端GUI时间（例如浏览器解释页面所消耗的时间）。 前面说响应时间是用户请求发出和服务器返回之间的时间差，那么得到这个时间就够了吗？ 例如：现在有一场跑步比赛。当比赛完成后，可以得到每位运动员跑完整个比赛所需要消耗的时间，现在需要分析谁的起跑好、谁的冲刺好，能分析出来吗？答案是不能，虽然得到了最重要的完成比赛的响应时间，但是这对分析和优化几乎没有作用，因为只知道了结果而不知道过程。跑步的时间是由起跑、中途、冲刺等时间组成的，如果想要进行分析优化，必须先了解各个阶段所花费的时间和速度以及各个运动员的优缺点。 对于软件来说，通过事务得到的系统响应时间也是由非常多的部分组成的，一般来说响应时间由网络时间、服务器处理时间、网络延迟三大部分组成。先来看看当一个客户端发出请求到服务器返回需要经历哪些路径，如图2所示。
1．网络时间 客户端发出请求首先通过网络来到Web Server上（消耗时间为N1）；然后Web Server 将处理后的请求发送给App Server（消耗时间为N2）；App Server将操作数据指令发送给Database （消耗时间为N3）；Database服务器将查询结果数据发送回App Server（消耗时间为N4）；App Server将处理后的页面发给Web Server（消耗时间为N5）；最后Web Server 将HTML转发到客户端（消耗时间为N6）。这里的Nx都是网络传输上的时间开销，没有计算业务处理所需要花费的时间。 2．服务器处理时间 另外一个方面还要考虑各个服务器处理所需要的时间WT、AT、DT。 3．网络延迟 除了上面两种时间开销以外，还要考虑网络延迟的问题。 所以最终的响应时间组成为： 响应时间= 网络延迟时间+ WT+AT+DT +（N1+N2+N3）+（N4+N5+N6）+ WT+AT+DT 也可以简单认为响应时间由网络开销（前端）和服务器开销（后端）两大部分组成，如图3所示。
光电探测器光谱响应度的测量 光谱响应度是光电探测器的基本性能之一，它表征了光电探测器对不同波长入射辐射的响应。通常热探测器的光谱响应比较平坦，而光子探测器的光谱响应却具有明显的选择性。一般情况下，以波长为横坐标，以探测器接受到的等能量单色辐射所产生的电信号的相对大小为纵坐标，绘出光电探测器的相对光谱响应曲线。典型的光子探测器和热探测器的光谱响应曲线如图1－1所示。 一、实验目的 （1）加深对光谱响应概念的理解； （2）掌握光谱响应的测试方法； （3）熟悉热释电探测器和硅光电二极管的使用。 二、实验内容 （1）用热释电探测器测量钨丝灯的光谱辐射特性曲线； （2）用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。 三、基本原理 光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。电压光谱响应度 定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压，用公式表示，则为 （1－1） 而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的作用下，其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度，用下式表示 （1－2）
式中，P(λ为波长为λ时的入射光功率；V(λ为光电探测器在入射光功率P(λ作用下的输出信号电压；I(λ则为输出用电流表示的输出信号电流。为简写起见， 和均可以用表示。但在具体计算时应区分 和，显然，二者具有不同的单位。 通常，测量光电探测器的光谱响应多用单色仪对辐射源的辐射功率进行分光来得到不同波长的单色辐射，然后测量在各种波长辐射照射下光电探测器输出的电信号V(λ。然而由于实际光源的辐射功率是波长的函数，因此在相对测量中要确定单色辐射功率P(λ需要利用参考探测器（基准探测器）。即使用一个光谱响应度为 的探测器为基准，用同一波长的单色辐射分别照射待测探测器和基准 探测器。由参考探测器的电信号输出（例如为电压信号）可得单色辐 射功率，再通过（1－1）式计算即可得到待测探测器的光谱响应度。 本实验采用图1－2所示的实验装置。用单色仪对钨丝灯辐射进行分光，得到单色光功率P(λ。 图1－2 光谱响应测试装置图 这里用响应度和波长无关的热释电探测器作参考探测器，测得P(λ入射时的输出电压为。若用表示热释电探测器的响应度，则显然有 （1－3） 这里Kf为热释电探测器前放和主放放大倍数的乘积，即总的放大倍数。在本实验中，，为热释电探测器的响应度，实验中在所用的25Hz调制频率下，。
Chp.3 时间响应分析 基本要求 (1) 了解系统时间响应的组成；初步掌握系统特征根的实部和虚部对系统自由响应项的影响情况，掌握系统稳定性与特征根实部之间的关系。 (2 ) 了解控制系统时间响应分析中的常用的典型输入信号及其特点。 (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。掌握线性系统中，存在微分关系的输入，其输出也存在微分关系的基本结论。 (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) 了解主导极点的定义及作用； (6) 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。 (7) 了解单位脉冲响应函数与系统传递函数之间的关系。 重点与难点 重点 (1) 系统稳定性与特征根实部的关系。 (2) 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。 (3) 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。 (4) 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。 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。 建立数学模型后进一步分析、计算和研究控制系统所具有的各种性能。 时域分析法利用L 变换对系统数学模型求解，可以导出各种时域性能指标。 § 1 时间响应及组成 1、响应：古典控制理论中响应即输出，一般都能测量观察到；现代控制理论中，状态变量不一定都 能观察到。能直接观察到的响应叫输出。 2、时间响应：系统在输入信号作用下，其输出随时间变化的规律。 若系统稳定，时间响应由瞬态响应和稳态响应组成。 3、瞬态响应：系统在达到稳态响应前的时间响应。 4、稳态响应：当t fg时的时间响应。
（理工类） a 课程名称：控制工程原理专业班级： 学生学号：学生姓名： 所属院部：机电工程学院指导教师：卢军锋 2019 ——2020 学年第 1 学期 金陵科技学院教务处制
实验项目名称：系统时间响应分析仿真 实验学时： 2 同组学生姓名： 实验地点： C106 实验日期： 2019.12.01 实验成绩： 批改教师： 卢军锋 批改时间： 一、实验目的和要求 (1) 学会使用MATLAB 软件绘制控制系统单位阶跃响应曲线。 (2) 研究阻尼比以及振荡频率对阶跃响应的影响。 (3) 掌握准确读取动态性能指标的方法。 二、实验仪器和设备 计算机MATLAB 软件。 三、实验过程 1、求单位阶越响应函数step()有两种调用方法step(sys1,sys2,……,t) ，step(num,den,t)此处要对t 付值，可以直接画图或 [y,t]=step(sys1，t) 然后进行plot(t,y)画图。 2、求任意输入的响应曲线是lsim(sys,u,t)或lsim(sys1,sys2,……,u,t)或 [y,t]=lsim(sys1,sys2,sys3,…….t), 然后进行plot(t,y)画图。 3、现在求 2 100 ()(0, 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25)20100s s s ξξΦ= =++的阶越响应，分析 阻尼比对系统影响 4、阻尼比为0.25，ωn=10，30，50的阶越响应，并总结出无阻尼振荡频率对系统的影响。 5、 阻尼比为0.5，ωn=5,输入信号为5+2t ，t 取（0:0.1:2）求输出曲线。 四、实验结果与分析 1. 单位阶越响应函数 设传递函数为 ()11 2-= s s φ 编写MATLAB 程序如下：
Chp.3时间响应分析 基本要求 (1) 了解系统时间响应的组成；初步掌握系统特征根的实部和虚部对系统自由响应项的 影响情况，掌握系统稳定性与特征根实部之间的关系。 (2 ) 了解控制系统时间响应分析中的常用的典型输入信号及其特点。 (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。掌握线性系统中，存在微分关系的输入，其输出也存在微分关系的基本结论。 (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) 了解主导极点的定义及作用； (6) 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。 (7) 了解单位脉冲响应函数与系统传递函数之间的关系。 重点与难点 重点 (1) 系统稳定性与特征根实部的关系。 (2) 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。 (3) 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。 (4) 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。 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。 建立数学模型后进一步分析、计算和研究控制系统所具有的各种性能。 时域分析法利用L变换对系统数学模型求解，可以导出各种时域性能指标。 §1 时间响应及组成 1、响应：古典控制理论中响应即输出，一般都能测量观察到；现代控制理论中，状 态变量不一定都能观察到。能直接观察到的响应叫输出。 2、时间响应：系统在输入信号作用下，其输出随时间变化的规律。 若系统稳定，时间响应由瞬态响应和稳态响应组成。
例3.1 设二阶系统如图3.16所示，其中ζ＝0.5 ，n ω＝4弧度／秒。当输入信 号为单位阶跃函数时，试求系统的瞬态性能指标。 图3.16 典型二阶系统方块图 解 由给定的ζ和n ω值，可得 4 6.015122=-=-=ζωωn d （弧度／秒） 93 .06.06.01arctan 1arctan 2 2 =-=-=ζ ζ?（弧度） 上升时间r t 为： )(55.0493 .014.3秒=-=-= d r t ω?π 峰值时间p t 为： )(785.0414.3秒=== d p t ωπ 最大超调量δ％为 %48.9%100%100%2 2 6.016.014.31=?=?=-?- -- e e ζ ζπ δ 调节时间s t 为
33.156.044 =?== n s t ζω（秒） （取Δ＝2） 156.03 3 =?= = n s t ζω（秒） （取Δ＝5） 振荡次数N 为 85.06.014.36.012122 2 =?-=-= πζ ζN （取Δ＝2） 64.06.014.36.015.115.122 =?-=-= πζ ζN （取Δ＝5） 注意，振荡次数N ＜1，说明动态过程只存在一次超调现象。这是因为动态过程 在一个阻尼振荡周期内就已经结束，即 d d s T t ωπ 2= < 例3.2 考虑如图3.15所示随动系统，K ＝16，T ＝0.25秒。试求：（1）计算瞬 态性能指标δ％和t s ；（2）若要求δ％＝16％，当T 0不变时K 应取何值？ （3）若要求系统的单位阶跃响应无超调，且调节时间 10 ≤s t 秒，开环增 益K 应取多大？此时s t 为多少？ 图3.15 随动系统方块图 解：（1）容易得到实际参数K 、T 和特征参数ζ、 n ω的关系，有
习 题 4-1 什么是时间响应？ 答：机械工程系统在外加作用(输入)激励下，其输出量随时间变化的函数 关系称之为系统的时间响应，通过对时间响应的分析可揭示系统本身的动态特性。 4-2 时间响应有哪两部分组成？各部分的定义是什么？ 答：任一系统的时间响应都是由瞬态响应和稳态响应两部分组成。 瞬态响应： 系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终状态的响应过 程称为瞬态响应。 稳态响应: 时间趋于无穷大时，系统的输出状态称为稳态响应。 瞬态响应反映了系统动态性能，而稳态响应偏离系统希望值的程度可用来 衡量系统的精确程度。 4-3 如图所示的电网络，试求其单位阶跃响应、单位脉冲响应和单位斜坡响应，并 画出相应的响应曲线。 解：如图RC 电网络的传递函数为： ()1 1 G s RCs = + T RC = （1）单位阶跃响应： ()11t t RC T C t e e - - =-=- 图（题4-3）
（2）单位脉冲响应： ()11t t RC T C t e e T RC --== （3）单位斜坡响应： ()11t t RC T C t t T e t RC e --????=--=-- ? ?? ??? 4-4 设温度计能在1分钟内指示出响应值的98％，并且假设温度计为一阶系统，求 时间常数。如果将此温度计放在澡盆内，澡盆的温度依10℃/min 的速度线性变化，求温度计示值的误差是多大？ ()()()()()() ()()()()() 2 024040.250 41 0.25 11 10.25110 10 0.251 10 2.5 2.5 1010 2.51 2.51 i i t t t i s T T G s Ts s X s s X s G s X s s s X t t e e t X t X t t t e e t e ---=== = ++=== +=-+?? =-=-+-=- ??? →∞ 解：当时 2.5o s C =
课程研究项目实施方案 本课程研究项目主要完成《智能车系统的设计与制作》。 一、研究目的 1、掌握智能自动车的结构、控制电子元器件组成及其工作原理； 2、掌握传感检测系统的设计方法，掌握常用传感器的原理和使用方法； 3、掌握基本电路的原理图和电路连线图； 4、掌握编程软件的使用、仿真调试以及单片机程序的烧写； 5、掌握常用电机的选型、驱动及控制方法； 6、掌握单片机的选型及系统搭接方法； 7、掌握机电一体化系统的设计、制作和调试方法。 二、主要内容 1、智能车本体组装； 2、电路板焊接、测试； 3、编程仿真软件学习和程序烧写软件学习； 4、练习数码管显示编程； 5、练习驱动模块驱动电机正反转； 6、练习脉宽速度调制； 7、练习红外避障模块； 8、练习红外循迹模块； 9、练习测速模块； 10、多功能综合练习和扩展练习。 三、项目小组分工安排 1、每4个同学一组，相互协作完成所规定的研究内容，内容可以包括上述内容但并不限于这些内容。 2、每个小组要在项目报告中标明每个人在总体工作中的贡献和工作比例或者每个人负责的内容。 3、研究内容的多少会影响到每组的最终成绩，鼓励学生自己选取感兴趣的研究内容进行创新设计和深入研究。
四、项目进程安排 时间安排：自第二周开始：《机电一体化系统》每周周五的课程安排为课程项目实训；《单片机》双周周五的课程安排为课程项目实训。 实训地点：机械馆4楼创新实验室。 五、设计说明 (一)方案论述 1、电动机的选择 方案一：采用步进电机，步进电机的一个显著特点就是具有快速启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即使步进电机启动或反转。另一个显著特点是转换精度高，正转反转控制灵活。 方案二：采用普通直流电机。直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转；能满足各种不同的特殊运行要求。 2、电动机驱动方案的选择