机械控制工程基础第三章 时间响应分析
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【教学目的】
※熟悉系统时间响应、性能指标的概念及求法
※了解稳态误差的相关知识
【教学重点】
※时间响应的基本概念
※二阶系统的阶跃响应及欠阻尼状态下的性能指标及参数的求取
※误差及稳态误差的概念
※位置误差、速度误差和加速度误差的计算
【教学难点】
※二阶系统的时间响应
※干扰作用下的系统误差的计算
【教学方法及手段】
采用板书讲授的方式,将二阶系统在不同阻尼下的时间响应进行对比讲解,并将各种阻尼状态下的极点分布进行比较,画在一个复平面上,通过绘制响应曲线来表明各性能指标在图上的位置,帮助学生对概念的理解。
【学时分配】
8课时
【教学内容】
对于一个实际的系统,在建立数学模型之后,就可以采用不同的方法来分析和研究系统的动态性能。本章的时域分析就是其中一种重要的方法。
时域分析法是直接求解系统的微分方程, 即利用拉氏变换和拉氏反变换求解,然后根据响应的表达式及其描述曲线来分析系统的性能。这种方法结果直观,应用范围广。
本章主要介绍系统的时间响应及其组成,并对一阶、二阶系统的典型时间响应进行分析,最后介绍系统的误差与稳态误差的概念。 第三章 线性系统的时域分析 3-1 时间响应
时间响应的概念
系统在外加作用激励下,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。
任一系统的时间响应都是由瞬态响应和稳态响应两个部分组成。
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。
稳态响应:时间趋于无穷大时,系统的输出状态。
瞬态响应反映了系统动态性能。
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。
3-2 一阶系统的时间响应
1、一阶系统的数学模型
用一阶微分方程描述的控制系统称为一阶系统。
a图示的RC电路,其微分方程为
i(t)+r(t)c(t)+(a) 电路图RC
题目:时间响应由 和 两部分组成。
分析与提示:时间响应由瞬态响应和稳态响应两部分组成。
答案:瞬态响应、稳态响应
题目:系统的输出量从初始状态到稳定状态的响应过程,称为 。
分析与提示:瞬态响应,指系统在某一输入信号作用下,系统的输出量从初始状态到稳定状态的响应过程。
答案:瞬态响应
题目:系统的时间响应可从两方面分类,按振动性质可分为 与 。
分析与提示: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。
答案:自由响应、强迫响应
题目:系统的时间响应可从两方面分类,按振动来源可分为 与 。
分析与提示: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(即仅由输入引起的响应)。
答案:零输入响应、零状态响应
题目:系统微分方程的特解就是系统由输入引起的输出(响应),工程上称为 。
分析与提示:初始条件及输入信号产生的时间响应就是微分方程的全解。包含通解和特解两个部分。通解完全由初始条件引起的,它是一个瞬态过程,工程上称为自然响应 (如机械振动中的自由振动)。特解只由输入决定,特解就是系统由输入引起的输出(响应),工程上称为强迫响应 (如机械振动中的强迫振动)。
答案:强迫响应
题目:系统的瞬态响应不仅取决于系统本身的特性,还与外加 的形式有关。
分析与提示:系统的瞬态响应不仅取决于系统本身的特性,还与外加输入信号的形式有关。
答案:输入信号
题目:单位阶跃信号000tttu 1)(的拉氏变换为【 】
A、s1 B、21s C、1 D、s
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页脚内容1
题目:时间响应由 和 两部分组成。
分析与提示:时间响应由瞬态响应和稳态响应两部分组成。
答案:瞬态响应、稳态响应
题目:系统的输出量从初始状态到稳定状态的响应过程,称为 。
分析与提示:瞬态响应,指系统在某一输入信号作用下,系统的输出量从初始状态到稳定状态的响应过程。
答案:瞬态响应
题目:系统的时间响应可从两方面分类,按振动性质可分为 与 。
分析与提示: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。
答案:自由响应、强迫响应
题目:系统的时间响应可从两方面分类,按振动来源可分为 与 。
分析与提示: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(即仅由输入引起的响应)。
答案:零输入响应、零状态响应
题目:系统微分方程的特解就是系统由输入引起的输出(响应),工程上称为 。
分析与提示:初始条件及输入信号产生的时间响应就是微分方程的全解。包含通解和特解两个部分。通解完全由初始条件引起的,它是一个瞬态过程,工程上称为自然响应 (如机械振动中的自由振动)。特解只由输入决定,特解就是系统由输入引起的输出(响应),工程上称为强迫响应 (如机械振动中的强迫振动)。
答案:强迫响应
题目:系统的瞬态响应不仅取决于系统本身的特性,还与外加 的形式有关。
分析与提示:系统的瞬态响应不仅取决于系统本身的特性,还与外加输入信号的形式有关。
答案:输入信号
题目:单位阶跃信号000tttu 1)(的拉氏变换为【 】
题目:时间响应由 和 两部分组成。
分析与提示:时间响应由瞬态响应和稳态响应两部分组成。
答案:瞬态响应、稳态响应
题目:系统的输出量从初始状态到稳定状态的响应过程,称为 。
分析与提示:瞬态响应,指系统在某一输入信号作用下,系统的输出量从初始状态到稳定状态的响应过程。
答案:瞬态响应
题目:系统的时间响应可从两方面分类,按振动性质可分为 与 。
分析与提示: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。
答案:自由响应、强迫响应
题目:系统的时间响应可从两方面分类,按振动来源可分为 与 。
分析与提示: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(即仅由输入引起的响应)。
答案:零输入响应、零状态响应
题目:系统微分方程的特解就是系统由输入引起的输出(响应),工程上称为 。
分析与提示:初始条件及输入信号产生的时间响应就是微分方程的全解。包含通解和特解两个部分。通解完全由初始条件引起的,它是一个瞬态过程,工程上称为自然响应 (如机械振动中的自由振动)。特解只由输入决定,特解就是系统由输入引起的输出(响应),工程上称为强迫响应 (如机械振动中的强迫振动)。
答案:强迫响应
题目:系统的瞬态响应不仅取决于系统本身的特性,还与外加 的形式有关。
分析与提示:系统的瞬态响应不仅取决于系统本身的特性,还与外加输入信号的形式有关。
答案:输入信号
题目:单位阶跃信号000tttu 1)(的拉氏变换为【 】
A、s1 B、21s C、1 D、s