控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的時(shí)域測(cè)試

控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的時(shí)域測(cè)試

控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是指系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過程(過渡過程)中輸出量對(duì)于輸入量的時(shí)間函數(shù)關(guān)系。由于大多數(shù)控制系統(tǒng)是以時(shí)間作為獨(dú)立變量的，因此系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性往往用時(shí)域響應(yīng)來描述。一般而言，只要在階躍信號(hào)輸入下系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)能符合設(shè)計(jì)要求，則在其它任何信號(hào)輸入下，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)能滿足要求。實(shí)驗(yàn)獲得階躍響應(yīng)的方法很多。其中最簡(jiǎn)單的一種就是直接給于系統(tǒng)一個(gè)階躍輸入量，并同時(shí)用測(cè)試儀器(慢掃描示波器、光線示波器或函數(shù)記錄儀等)測(cè)量其輸出量。假如測(cè)得實(shí)際系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如圖1-2-1所示，

則系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能可用該圖中所示的性能指標(biāo)來表征(圖中取初始條件為零)

一、上升時(shí)間t_r:對(duì)于過阻尼系統(tǒng)它是響應(yīng)從終值的10％上升到90％所需要的時(shí)間，圖1-2-1表示欠阻尼系統(tǒng)。

二、峰值時(shí)間t_p:當(dāng)響應(yīng)曲線到達(dá)第一個(gè)峰值所需的時(shí)間。

三、超調(diào)量σ_p％:響應(yīng)曲線超過階躍輸入的最大偏離量。通常表示為階躍響應(yīng)終值的百分?jǐn)?shù)，即 。

四、調(diào)整時(shí)間t_s:響應(yīng)曲線衰減到并停留在終值的某一規(guī)定的誤差帶(2％或5％)內(nèi)所需的時(shí)間。

五、振蕩次數(shù)N:在調(diào)整時(shí)間內(nèi)，響應(yīng)曲線穿越其終值C(∞)次數(shù)的一半。

在分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，上述性能指標(biāo)不是全部都要采用的。應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的使用條件和實(shí)際情況，只對(duì)其中幾個(gè)認(rèn)為重要的性能指標(biāo)提出要求。
對(duì)線性系統(tǒng)可用時(shí)域法研究控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。先對(duì)系統(tǒng)加入一個(gè)輸入信號(hào)后，測(cè)定系統(tǒng)的輸出響應(yīng)，然后根據(jù)此響應(yīng)曲線，求出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)方程。所加的輸入信號(hào)一般為階躍信號(hào)，由于時(shí)域法能比較直觀地反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，無需中間轉(zhuǎn)換，實(shí)驗(yàn)原理也最簡(jiǎn)單，因此這是一種基本的測(cè)定系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的方法，這種測(cè)試方法的原理圖如圖1-2-2所示。

測(cè)試時(shí)要注意以下情況：
1．階躍信號(hào)幅值的大小選擇應(yīng)適當(dāng)考慮。過大會(huì)使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的非線性因素增大，使線性系統(tǒng)變成非線性系統(tǒng)；過小也會(huì)使系統(tǒng)信噪比降低并且輸出響應(yīng)曲線不可能清楚顯示或記錄下來。
2．在階躍信號(hào)施加前，應(yīng)使系統(tǒng)保持相當(dāng)長(zhǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在相同的階躍幅值輸入下，檢驗(yàn)被測(cè)的正向和反向階躍響應(yīng)曲線，如果兩者波形和幅值基本一樣，即表明系統(tǒng)確為線性；否則須按非線性系統(tǒng)處理。
3．恰當(dāng)選擇示波器或函數(shù)記錄儀的"掃描時(shí)間"旋鈕，使階躍響應(yīng)曲
線的波形完整、清楚地顯示或記錄下來。