自动控制原理与系统第四章 分析自动控制系统性能常用方法ppt课件.ppt

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1、第四章分析自动控制系统性能常用方法第一节时域分析法第二节频率特性法第三节MATLAB软件在系统性能分析的应用主要内容第一节时域分析法（4-1）（4-2）图4-1典型一阶系统的单位斜坡响应（4-3）（4-4）（4-5）（4-6）（4-7）（4-8）（4-9）（4-10）图4-2振荡环节的阶跃响应图4-3典型二阶系统的单位阶跃响应曲线（4-11）（4-12）过阻尼时的阶跃响应也为单调上升曲线。不过其上升的斜率较临界阻尼更慢。由以上的分析可见，典型二阶系统在不同的阻尼比的情况下，它们的阶跃响应输出特性的差异是很大的。若阻尼比过小，则系统的振荡加剧，超调量大幅度增加；若阻

2、尼比过大，则系统的响应过慢，又大大增加了调整时间。因此，怎样选择适中的阻尼比，以兼顾系统的稳定性和快速性，便成了研究自动控制系统的一个重要的课题。（4-13）（4-14）第二节频率特性法一、频率特性的基本概念对线性系统，若其输入信号为正弦量，则其稳态输出信号也将是同频率的正弦量。图4-4线性系统的频率特性响应示意图（4-16）（4-17）（4-18）图4-6频率特性的几种表示方法（4-19）（4-20）（4-21）图4-8伯德图的横坐标和纵坐标图4-9(三级)半对数坐标纸（4-22）图4-10比例环节的伯德图（4-23）图4-11积分环节的伯德图（4-24）②对

3、数相频特性由式(4-25)可知，为一条+90°水平直线。图4-12理想微分环节的伯德图（4-26）图4-13惯性环节的伯德图（4-27）图4-14比例微分环节的伯德图（4-28）图4-15振荡环节的伯德图（4-29）四、系统的开环对数频率特性图4-16某随动系统框图图4-17〔例4-3〕所示系统的伯德图（4-30）图4-18比例积分(PI)调节器伯德图【例4-6】若在例[4-4]所示的随动系统中，将比例(P)调节器改换成比例积分(PI)调节器，如图4-19所示。图中已标明系统的有关参数。试画出该系统的开环频率特性(伯德图)。图4-19某自动控制系统框图图4-20〔

4、例3〕系统的开环对数频率特性(伯德图)（4-31）其对数相频特性曲线如图7-21b所示。第五节系统的闭环频率特性（4-32）（4-33）（4-34）（4-36）（4-35）（4-37）图4-23典型二阶控制系统的闭环频率特性图4-24开环传递函数G(s)=1/(s(0.5s+1)(s+1))的闭环对数频率特性第三节MATLAB软件在系统性能分析中的应用MATLAB是由美国MathWorks公司于1982推出的一个软件包。适用于Windows环境，是一个功能强、效率高、有着完善的数值分析、强大的矩阵运算、复杂的信息处理和完美的图形显示等功能的软件包；本节以MATLA

5、B7.1版本为例，介绍其中的程序命令SIMULINK工具的使用以及它们在分析自动控制系统性能的应用。4.3.1MATLAB中的数值表示、变量命名、运算符号和表达式１.数值表示MATLAB的数值采用十进制，可以带小数点或负号。2.变量命名1）变量名、函数名：字母大小写表示不同的变量名。2）变量名的第一个字母必须是英文字母，最多可以包含31个字符。3）变量名不得包含空格、标点，但可以有下连字符。3.基本运算符MATLAB表达式的基本运算符见表4-2。4.表达式1）表达式由变量名、运算符和函数名组成。2）表达式将按常规相同的优先级自左至右执行运算。3）优先级的规定为：

6、指数运算级别最高，乘除运算次之，加减运算级别最低。4）括号可以改变运算的次序。4.3.2应用MATLAB进行数值运算【例4-8】求［18+4×(7-3)]÷5^2的运算结果1)双击MATLAB图标，进入MATLAB命令窗口，如图4-25所示。图4-25MATLAB命令窗口图4-26plot()函数绘制的正弦曲线图4-27在同一窗口绘制的两条曲线图4-30加有基本标注的图形样式4.3.4应用MATLAB处理传递函数的变换1.传递函数在MATLAB中的表达形式线性系统的传递函数一般可以表示成复数变量s的有理函数形式采用下列命令格式可以方便地把传递函数模型输入到MATL

7、AB环境中num=［bm，bm-1，…，b1，b0］；［num为分子项(Numerator)英文缩写］den=［an，an-1，…，a1，a0］；［den为分母项(Denominator)英文缩写］（4-38）与G1对应的零点、极点在复平面上的位置如下图所示。×—极点　○—零点Re—实轴(RealAxis)Im—虚轴(ImaginaryAxis)图4-29零、极点分布图于是可获得如图4-30所示的阶跃响应曲线。4.3.6SIMULINK及其应用1.SIMULINK仿真软件简介SIMULINK是MATLAB里的工具箱之一，主要功能是实现动态系统建模、仿真与分析；SI

8、MULIN