自动控制理论——一阶系统和二阶系统的时域分析

控制系统设计时经常要用到一阶系统和二阶系统,系统的相关性能在本文进行总结,便于查阅。

一、阶跃响应时域性能指标

1.暂态性能指标

(1) 延迟时间td:c(t)从0到0.5c(∞)的时间。
(2)上升时间tr:
c(t)第一次达到c(∞)的时间。
无超调时, c(t)从0.1 c(∞)到0.9 c(∞)的时间。
(3) 峰值时间tp: c(t)到达第一个峰值的时间。
(4)调节时间ts:
c(t)衰减到与稳态值之差不超过±2%或±5%所需的时间。通常该偏差范围称作误差带,用符号△表示,即 △ =2%或 △ =5% 。
(5)最大超调量s%:
c(t)偏离阶跃曲线的最大值,常用百分数表示。

2.稳态性能指标

稳态误差ess:稳定系统误差的终值。
稳态误差是描述系统稳态性能的唯一指标,它反映系统复现输入信号的(稳态)精度 。

二、性能指标

2.1 一阶暂态性能指标

	tr=2.2T(按第二种定义计算)
	ts=3T(△=5%)
	ts=4T(△=2%)

2.2 二阶欠阻尼系统暂态性能指标

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
6. 具有零点的二阶系统
1)原系统条件不变时,附加一个闭环零点,将使二阶系统阶跃响应的超调量增大,上升时间和峰值时间减小
2)零点距离极点越近,上述影响越显著
3)零点距离虚轴很远时,零点影响可忽略

### 二阶RC电路的时间常数 对于二阶RC电路而言,当假设 \( R_1 = R_2 = R \),\( C_1 = C_2 = C \) 的情况下,整个系统的响应特性可以通过考虑各个元件参数来描述。时间常数通常用于表征一阶线性动态系统从一个稳定状态变化至另一个所需经历的过程长度。 在一阶RC电路中,时间常数 τ 定义为电阻R与电容C乘积的结果,即 \( \tau = R \times C \)[^3]。然而,在讨论二阶RC电路时,情况变得稍微复杂一些。由于存在两个串联的一阶环节,因此整体行为不再能简单通过单一的时间常数表示。实际上,二阶RC网络可以被视作是由两个独立但相互作用的时间常数组成: \[ \tau_{total} = (R_1 + R_2) \cdot C \] 但是需要注意的是,上述表达式仅适用于特定条件下的简化模型——即当两个级联部分具有相同阻值容量的情况下。更一般的情形下,每个组件都会贡献自己的时间尺度给总的行为模式,从而形成更为复杂的传递函数关系[^1]。 为了更好地理解这一点,可以从频域角度出发分析该类型的滤波器性能指标,比如截止频率等。不过针对单纯的时间常数概念来说,主要还是围绕着各组成部分所决定的不同衰减速率来进行考量[^4]。 ```python def calculate_time_constant(R, C): """ Calculate the time constant of a single RC circuit. Parameters: R : float Resistance value in ohms. C : float Capacitance value in farads. Returns: tau : float Time constant calculated as R * C. """ return R * C # For two identical stages in series with equal resistances and capacitances, # The total effective time constant can be approximated by summing individual ones. R_value = 10e3 # Example resistance value in Ohm C_value = 10e-6 # Example capacitance value in Farad time_const_stage_one = calculate_time_constant(R_value, C_value) time_const_total_approximate = 2 * time_const_stage_one print(f"Approximate Total Time Constant: {time_const_total_approximate:.2f}s") ```
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值