当前位置：文档之家 › 朱明zhubob自动控制原理 -3章2自动控制系统的时域分析-2

朱明zhubob自动控制原理 -3章2自动控制系统的时域分析-2

  • 格式：ppt
  • 大小：2.15 MB
  • 文档页数：70

下载文档原格式

  / 70

合集下载

朱明zhubob-汽车发动机控制系统

朱明zhubob-汽车发动机控制系统

4.燃油泵控制

当点火开关打开后，ECU将控制燃油泵工作 2~3秒，以建立一定的油压。此时若不启动发 动机，ECU将切断燃油泵控制电路，燃油泵 停止工作。在发动机启动和运转过程中， ECU则控制燃油泵保持正常运转。
二、电控点火装置
点火控制装置的控制主要包括点火提
前角、通电时间及爆震控制等方面。
3.爆震控制
点火提前角反馈控制形式
三、怠速控制
发动机无负荷运转、空调压缩机工作、
变速器挂入挡位、发电机负荷加大等不 同怠速运转工况下，ECU控制怠速阀， 使发动机出在最佳怠速转速下运转。
四、排放控制
1.EGR再循环控制
2.开环与闭环控制 3.二次空气喷射控制 4.活性碳罐电磁阀控制
2.喷油正时控制
在电控燃油间歇喷射系统中，控制单元
（ECU）不仅要控制喷油量，还要根据 发动机各缸的工做顺序，将喷射时间控 制在最佳时刻。
3.燃油停供控制
减速短油控制：快速收加速踏板时，
ECU将切断燃油喷射控制电路，停止喷 油，以降低减速时HC和CO的排放量。 限速断油控制：发动机转速超过安全转 速或设定的最高车速，ECU将在临界转 速时切断燃油控制电路，停止喷油，防 止超速。
ECU检测到传感器或线路故障时，即会
自动按ECU预设的程序提供预设值，以 便发动机保持运转，但性能将有所下降。
九、主电脑故障备用控制系统
使发动机转入强制运转状态，以使驾驶 员将车开到维修站。
当ECU发生故障时，自动启用备用系统，
传感器的检测
一、节气门位置传感器
1. 它可以将节气门的开度转换成电信号输送给


线性可变电阻型节气门位置传感器与ECU 的连接线路如图 7所示。

自动控制原理 第三章 控制系统的时域分析

自动控制原理 第三章 控制系统的时域分析

图 3.2(d)所示， δ (t) 函数的定义为
δ
(t)
=
⎧ ⎨
0
⎩∞
t≠0 t=0
(3.6)
∫ ∞ δ (t)dt = 1 −∞
显然， δ (t) 函数是一种理想脉冲信号，实际上它是不存在的。工程实践中常常用实际
脉冲近似地表示理想脉冲。如图 3.2(e)所示，当 ε 远小于被控对象的时间常数时，这种单位 窄脉冲信号常近似地当作 δ (t) 函数来处理。
第 3 章 控制系统的时域分析
·39·
2. 稳态响应
如果一个线性系统是稳定的，那么从任何初始条件开始，经过一段时间就可以认为它 的过渡过程已经结束，进入了与初始条件无关而仅由外作用决定的状态，即稳态响应。所 以稳态响应是指当 t 趋于无穷大时系统的输出状态。稳态响应表征系统输出量最终复现输 入量的程度，提供系统有关稳态误差的信息，用稳态性能来描述。
的单位阶跃响应曲线。典型形状如图 3.1 所示。各项动态性能指标也示于图中。
(1) 延迟时间 td ：指响应曲线第一次达到其稳态值一半所需的时间，记作 td ； (2) 上升时间 tr ：指响应曲线首次从稳态值的 10%过渡到 90%所需的时间；对于有振 荡的系统，亦可定义为响应曲线从零首次达到稳态值所需的时间，记作 tr 。上升时间是系
在分析和设计线性控制系统时，究竟采用哪一种典型输入信号取决于系统常见的工作
状态；同时，在所有可能的输入信号中，往往选取最不利的信号作为系统的典型输入信号。
这种处理方法在许多场合是可行的。在一般情况下，如果系统的实际输入信号大部分为一
个突变的量，则应取阶跃信号为实验信号；如果系统的输入大多是随时间逐渐增加的信号，
数代表匀加速度变化的信号，故抛物线函数又称为等加速度函数，如图 3.2(c)所示。单位抛

自动控制原理第三章时域分析法

自动控制原理第三章时域分析法
0.135/T 0.05/T 0.018/T
0
T 2T 3T 4T
t
单位脉冲响应曲线
精选课件
19
三.一阶系统的单位斜坡响应 R(t) t, R(s) 1
s2
C(s) (s) R(s) 1 1 1 T T 2
Ts 1 s2 s2 s Ts 1 拉氏反变换，单位斜坡响应为
Ct (t) (t T) Tet/T (t 0) 其中t T为稳态分量，Tet/T为暂态分量。
%h(tp)h( )10% 0
h( )
精选课件
9
超调量表示系统响应过冲的程度，超调量 大，不仅使系统中的各个元件处于恶劣的 工作条件下，而且使调节时间加长。
▪ 五.振荡次数N
在调节时间以内，响应曲线穿越其稳态值 次数的一半。
tr,tp和ts表示控制系统反映输入信号的快速 性，而σ%和N反映系统动态过程的平稳性。 即系统的阻尼程度。其中ts和σ%是最重要
精选课件
20
单位斜坡响应曲线如图所示：
c(t)
r(t)=t
T T
引入误差的概念：0
t
当时间t趋于无穷时，系统单位阶跃响应的实
际稳态值与给定值之差。即：
e hh( )
ss
0 精选课件
21
一阶系统单位斜坡响应存在稳态误差 ess=t-(t-T)=T 从曲线上可知，一阶系统单位斜坡响应达到 稳态时具有和输入相同的斜率，只要在时间 上滞后T,这就存在着ess=T的稳态误差。
c(t) 0 0.63 0.86 0.950 0.98 0.99
1
25
2
3
c(0)1 T
精选课件
14
特点： （1）初始斜率为1/T； （2）无超调 （3）稳态误差ess=0 。

自动控制原理第三章时域分析

自动控制原理第三章时域分析

工程上典型测试信号（输入函数）
时域函数：r(t) t 0 单位脉冲 单位阶跃 (t) 复域：F（s） r(t) 图形
o
1
1 S
1 S2
t t t t t
1
o
1(t )
单位速度 单位加速度
单位正弦
t
1 2 t 2
sin t
o o
1 S3
s2 2
o
3.2 一阶系统的瞬态响应
[提示]：上述几种典型响应有如下关系： 单位脉冲 函数响应
14
2.2.3 典型环节及其传递函数
1、比例环节（又叫放大环节）
R( s)
K
C ( s)
特 点：输出量按一定比例复现输入量，无滞后、失真现象。 运动方程: 传递函数： c(t)=Kr(t) K——放大系数，通常都是有量纲的。
G(s) C(s) K R(s)
比例环节又称为放大环节。k为放大系数。 实例：分压器，放大器，无间隙无变形齿轮传动等。
1
4S 2 c1 (t ) L C1 ( s ) ＝L S ( S 1 )( S 2 )
j
1 -1.33 -2 -1 -0.5 0
c(t) c1(t) 1 2et 3e2t

1.0
c2 (t) 1 0.5et 0.5e2t
-1 极点和零点分布图
积分
单位阶跃 函数响应
积分
单位斜坡 函数响应
积分
单位抛物线 函数响应
微分
微分
微分
分析系统特性究竟采用何种典型输入信号，取决于实际系 统在正常工作情况下最常见的输入信号形式。
当系统的输入具有突变性质时，可选择阶跃函数为典型输 入信号；当系统的输入是随时间增长变化时，可选择斜坡函数 为典型输入信号。

自动控制原理 第三章 控制系统的时域分析—2二阶系统时域分析

自动控制原理 第三章 控制系统的时域分析—2二阶系统时域分析

0.6
0.4
0.2
=0
0.1 0.2 0.3
1.0 2.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
nt
21
二阶系统单位阶跃响应定性分析
(s)
C(s) R(s)
s2
n2 2 n s
n2
s1,2 n n 2 1
1 过阻尼
c(t)
1
T2 T1
1
1
e
1 T1
t
T1 T2
1
1
e
1 T2
K Tm
n－自然频率（或无阻尼振荡频率）
2
n
1 Tm
1
2 Tm K
－阻尼比（相对阻尼系数）
二阶系统的闭环特征方程为:
s2 2ns n2 0
特征方程的两个根（闭环极点）:
s1,2 n n 2 1 4
特征方程的两个根（闭环极点） s1,2 n n 2 1
若 0 则二阶系统具有两个正实部的特征根，其单位阶跃响应为
t
1 临界阻尼
c(t) 1 ent (1 nt)
0 1 欠阻尼
c(t) 1
ent
1 2
sin
nt
1 2 cos1
0 零阻尼
c(t) 1 cosnt
22
3. 欠阻尼二阶系统的动态过程分析 td ,tr，tp，ts，s %
在控制工程上，除了一些不允许产生振荡响应的系统 外，通常都希望控制系统具有适度的阻尼、较快的响应速 度和较短的调节时间。
6
不难看出： 0 时，二阶系统的单位脉冲响应是 发散的，即系统是不稳定的； 0 时，二阶系统
的单位脉冲响应是收敛的，且趋于零平衡状态，即 系统是稳定的。 0 时，二阶系统的单位脉冲响

朱明zhubob自动控制原理-习题答案分析第三章-华南理工版

朱明zhubob自动控制原理-习题答案分析第三章-华南理工版
1 1 3 9 16 10 0
朱明工作室 zhubob
特征方程系数均为正数 ,满足系统稳定必要条件 ;列劳思表: s s s
5 4 3
s2 s1 s0
3 9 6 16 10 6 6 9 6 1 10 10 6 10 6 ( 6) 10 12 0 10 10
授人以鱼不如授人以渔
朱明工作室 zhubob
朱明工作室 zhubob
自动控制原理习题分析第三章3-1(4)
G(s) Φ(s) 1 G(s) 4 3 s (s 2)(s 3) 4 1 3 s (s 2)(s 3) 4 3 s (s 2)(s 3) 4 4 5 s 5s4 6s3 4 特征方程 s5 5s4 6s3 4 0 缺s2 项,s1项, 系统不稳定.
已知单位反馈系统的开环传递函数, 试用劳思判据判断系统的稳定性. G(s) 4 s3(s 2)(s 3)
若要求右半s平面闭环 极点数, 则列 1 6 0 s5 5 0 4 s4 6 4/5 0 s3 劳思表: 2 4/6 4 s 0 s1 184/ 5 4 s0 首列元素反号两次ห้องสมุดไป่ตู้ 故右半s平面
首列元素反号两次, 系统不稳定, 有两个右半平面特征根 .
授人以鱼不如授人以渔
自动控制原理习题分析第三章3-2(4)
已知系统特征方程, 用劳思判据 判定系统稳定性.若系 统不稳定, 指出右半s平面特征根 的数目. s 3s s 2s 10 0
5 4 3
朱明工作室 zhubob
自动控制原理习题分析第三章3-1(1)
已知单位反馈系统的开环传递函数, 试用劳思判据判断系统的稳定性. 50 G(s) ; s(s 1)(s 5)

自动控制原理第三章时域分析

rt tut
Rs
1 s2
Y s
1 Rs
Ts 1
1 Ts 1
1 s2
1 s2
T s
T2 Ts 1
yt
t
T
Te
t T
t
T 1
t
eT
t0
误差信号
et
r t
yt
T
1
t
eT
稳态误差
e T
3. 单位抛物线响应
rt 1 t 2
2
Rs
1 s3
Y s
1
1 1 T T2 T3
Ts 1 s3 s3 s2 s Ts 1
稳定
极点（特征根）
响应
s
A1 A2t Am t m1 e t
s j
[K1 sint 1 K2t sint 2 Kmt m1 sin t m ]et
j
不稳定
极点（特征根）
响应
s
A1 A2t Amt m1 et
s j
[K1 sint 1 K2t sint 2 Kmt m1 sint m ]et
s
图 比例积分控制系统
K1
系
统
◆参考答案：
稳
T1 0
0
K1
T1 T1
2 2
定 区
0
T1
3.2 控制系统的动态特性分析
3.2.1 典型输入信号(标准测试信号)
1. 阶跃函数
r
0
t
rt
0,
A,
t0 t0
Rs A
s
A=1时，称为单位阶跃函数。（常记为U(t)或1(t))
r
t
0, 1,

自动控制原理-控制系统的时域分析法 精品


3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应
3.2.3 一阶系统的单位脉冲响应
3.2.4 一阶系统的单位斜坡响应
3.2.5 一阶系统的单位加速度响应
自动控制原理
3.2 一阶系统的时域分析 第3章 控制系统的时域分析法
3.2.1 一阶系统的数学模型
微分方程 dc(t) T —— + c(t)=r(t) dt R(s) 1 G(S) = —— = —— = C(S) TS+1 K K/S
当 a0 1 时，则称为单位等加速度信号
其拉氏变换为
L[r (t )] 13 s
自动控制原理
第3章 控制系统的时域分析法
4. 脉冲信号(impulse signal)
t0 0， r (t ) H ， 0 t
单位脉冲函数 ：令H=1，记为 (t ) 理想单位脉冲函数：若 0 记为 (t ) 面积：
根轨迹法 频域分析法
自动控制原理
第3章 控制系统的时域分析法
本章主要内容
3.1控制系统的时域指标
3.2一阶系统的时域响应
3.3二阶系统的时域响应
3.4线性系统的稳定性分析
3.5线性系统的稳态误差
自动控制原理
第3章 控制系统的时域分析法
3.1控制系统的时域指标
3.1.1 典型输入信号 3.1.2 时域性能指标
稳态分量 瞬态分量
c(t ) 1 e
1 t T
,
(t 0)
自动控制原理
第3章 控制系统的时域分析法 斜率逐渐变小 ，最后趋于零
位置误差随时间 的增加而减小
动态性能指标：ts=3T(s) 对应5%误差带 ts=4T(s) 对应2%误差带 ∴T反映了系统的响应速度。 稳态误差：ess=1-h(t)=0 对于一阶系统，其单位阶跃响应没误差，可完 全复现输入信号。

自动控制原理-第3章 时域分析法82页PPT文档

因为劳思表第一列数符号变化2次，所以系统是不稳定的，有2个特征根在右 半S平面。
11
特殊情况（1）：劳思表中某一行的第一列数为0，其余不为0。 解决办法：用一个很小的正数（也可以是负数） 然后继续列劳思表。
例3.4 已知系统的特征方程为 D (s)s43 s3s23 s 10
用劳思稳定判据判别系统稳定性。
b3an 1 1a a nn 1
an6an 1an6anan7
an7
an 1
直至其余 全为0。
c1b 11ab n1 1
an3b1an3b2an1
b2
b1
c2b 1 1ab n1 1
an5b1an5b3an1
b3
b1
c3b 1 1ab n1 1
an7b1an7b4an1
b4
b1
直至其余 c i 全为0。
系统的脉冲响应为
k
r
y(t) C ieit eit(A icods tiB isin dt)i
i 1
i 1
6
系统稳定的充分必要条件是稳定性分析的基础。 但直接检查全部特征根是否都具有负实部是困难的。 因此，后面将陆续介绍各种稳定性判据。如：
• 稳定性的代数稳定判据 • 李雅普诺夫稳定判据 • 奈奎斯特稳定判据
劳思表第一列数符号变化2次，所以系统是不稳定的，有2个特征根在右半S平面。
12
特殊情况（2）：劳思表中某一行的数全为0
解决办法：用上一行的数构成辅助多项式，将辅助多项式对变量
得到一个新的多项式。然后用这个新多项式的系数代替全为0 一行的数，继续列劳斯表。
例3.5 已知系统的特征方程为
D (s ) s 6 s 5 2 s 4 3 s 3 7 s 2 4 s 4 0

自动控制原理第3章 自动控制系统时域分析


3.6
控制系统稳态误差分析
3.6
控制系统稳态误差分析
3.6
3.6.4
控制系统稳态误差分析
扰动输入作用下的稳态误差
3.6
控制系统稳态误差分析
3.6
3.6.5
控制系统稳态误差分析
减小稳态误差的方法
通过上面的分析，下面概括出为了减小系统给定或扰动作用下的稳 态误差，可以采取以下几种方法。 (1)保证系统中各个环节（或元件），特别是反馈回路中元件的参 数具有一定的精度和恒定性，必要时需采用误差补偿措施。 (2)增大开环放大系数，以提高系统对给定输入的跟踪能力；增大 扰动作用前系统前向通道的增益，以降低扰动稳态误差。增大系统开环放 大系数是降低稳态误差的一种简单而有效的方法，但同时会使系统的稳定 性降低，为了解决这个问题，在增加开环放大系数的同时附加校正装置， 以确保系统的稳定性。
3.4
高阶系统时域分析
（3）如果所有的闭环极点都具有负实部，由式（3-19）可知，随着时
间的推移，系统的暂态分量不断的衰减，最后只剩下由极点所决定的稳态分
量。此时的系统称为稳定系统。稳定性是系统正常工作的首要条件，下一节 将详细探讨系统的稳定性。 （4）假如高阶系统中距虚轴最近的极点的实部绝对值仅为其它极点的 1/5或更小，并且附近又没有闭环零点，则可以认为系统的响应主要由该极 点（或共轭复数极点）来决定。这种对高阶系统起主导作用的极点，称为系 统的主导极点。因为在通常的情况下，总是希望高阶系统的暂态响应能获得
3.3.1 3.3.2
3.3
二阶系统时域分析
系统的动态性能指标
3.3.3
1. 上升时间 tr 2. 峰值时间 tp
3. 超调量
4. 调节时间 ts
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

5S 3 6S 2 3S 5 0
5S 3 6S 2 5 0 2S 4 2S 3 8S 2 3S 2 0
授人以鱼不如授人以渔
不稳定
不稳定
可能稳定
Routh稳定判据
(三)如果满足必要条件，按下列方式编写Routh计算表
Sn S n 1 S n2 S n 3 S n4 S2 S1 S0 an an 1 b1 c1 d1 e1 f1 g1 an 2 an 3 b2 c2 d2 e2 an 4 an 5 b3 c3 d3
做拉氏变换，且在零初始状态下有
(S n a1S n1 an1S an )C(S ) (b0 S m b1S m1 bm1S bm )R(S )
输出量的拉氏变换与其输入量的拉氏变换之比为
C (S ) b0 S m b1S m1 bm1S bm n R( S ) S a1S n1 an1S an
3. 特征方程的定义 4.系统稳定性的概念； 5.分析系统稳定性的意义； 6.系统稳定性的充要条件
授人以鱼不如授人以渔
朱明工作室 zhubob
3.2 稳定性和代数稳定判剧
授人以鱼不如授人以渔
朱明工作室 zhubob
3.2 稳定性分析


稳定是控制系统能够正常运行的首要条 件。 对系统进行各类性能指标的分析必须在 系统稳定的前提下进行 自动控制理论的基本任务
授人以鱼不如授人以渔
稳定的基本概念
朱明工作室 zhubob
基于稳定性研究的问题是扰动作用去除后系统的运动情
况，它与系统的输入信号无关，只取决于系统本身的特
征，因而可用系统的单位脉冲响应函数来描述。
稳定性与微分方程的关系：由于系统的稳定性由系统的
结构、参数，即数学模型决定，与外界因素无关(如输
入信号)，所以判断系统稳定只需要列出系统的数学模 型，再加以分析即可。
授人以鱼不如授人以渔
Routh稳定判据
(一)写出关于S的多项式方程
朱明工作室 zhubob
an S n an1S n1 a1S a0 0
式中的系数为实数，并且a0≠0，即排除存在零根情况。 (二)系统稳定的必要条件：设多项式中所有的系数都存 在，并且均大于零。 e.g.1
系统特征方程，决定系统稳定性 授人以鱼不如授人以渔
稳定的基本概念
特征方程为： S n a1S n1 an1S an 0
朱明工作室 zhubob
求解该方程，可以得到方程的根，称之为系统的极点。
授人以鱼不如授人以渔
稳定的充分必要条件
充要条件 线性系统稳定
朱明工作室 zhubob
朱明工作室 zhubob
3. 主要内容



3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7
引言 稳定性和代数稳定判剧 一阶系统分析 二阶系统分析 高阶系统分析 控制系统的稳态误差分析 动态误差分析法
授人以鱼不如授人以渔
朱明工作室 zhubob
复习：
1.信号流图的作用；
2.利用信号流图求传递函数
朱明工作室 zhubob
授人以鱼不如授人以渔
Routh稳定判据
Routh计算表的前两行元素由多项式的系数所组成。 从第三行开始，各行元素按下列公式计算：
b1 a n an 2 an 1 an 3 an 1
b2 an an 4 an 1 an5 an1
an 1 an 5 b1 b3 b1
朱明工作室 zhubob
第三章
自动控制系统的 时域分析
主讲：朱明 高级工程师、高级技师、国家经济师 高级国家职业技能鉴定考评员 高级技能专业教师
授人以鱼不如授人以渔朱明 个人主页朱明工作室
朱明工作室 zhubob



知足常乐，历经兵农工商学。 历经：兵团开车，地方修车，企业管理：技术、运营、 物流、安全、保卫， 职任：客运站长、 公司经理， 集团技术总监， 总经理 及法人代表。 (本人教学资料搜索:朱明zhubob(资料内容) 学历：本科、MBA， 专业：汽车维修与使用、企业管理、经济管理。 职业资格与职称：高级工程师、高级技师、国家经济师 、高级技能专业教师、高级国家职业资格考评员。 管理 科学研究院特约讲师、 管理顾问有限公司高级讲师。客 座任教：大学、 技师学院、国家职业资格培训与考评及 企业内部职业培训。Q号657555589 授人以鱼不如授人以渔
Байду номын сангаас
分析系统的稳定性问题 提出保证系统稳定的措施
授人以鱼不如授人以渔
稳定的基本概念
朱明工作室 zhubob
定义：设一线性定常系统原处于某一平衡状态，若它瞬 间受到某一扰动作用而偏离了原来的平衡状态，当此扰 动撤消后，系统仍能回到原有的平衡状态，则称该系统 是稳定的。反之，系统为不稳定-平衡状态的稳定 线性系统的稳定性取决于系统的固有特征（结构、参数）， 与系统的输入信号无关
授人以鱼不如授人以渔
稳定的基本概念
线性定常系统(SISO)：
朱明工作室 zhubob
d nC d n1C dC d mr d m1r dr a1 n1 an1 anC b0 m b1 m1 bm1 bm r n m n dt dt dt dt dt dt
朱明工作室 zhubob
an 1 an 3 b1 b2 c1 b1
c2
b b2 1 c1 c2 d1 c1
d2
b1 b3 c1 c3 c1
授人以鱼不如授人以渔
Routh稳定判据
闭环特征方程式的根必须都位于S的左半平面
授人以鱼不如授人以渔
稳定的充分必要条件
朱明工作室 zhubob
如果系统的所有极点在S平面的左半边，也就是系统特征 根方程的根全部具有负实部，则系统稳定。 如果系统的有极点在S平面的虚轴上，也就是系统特征根 方程的根具有零实部，则系统处于稳定和不稳定的临界 状态，称为临界稳定。 如果系统的有极点在S平面的右半边，也就是系统特征根 方程的根具有正实部，则系统处于不稳定状态。