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频域指标与时域指标间的关系

时间:2022-02-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:实际应用中给定的性能指标可能与采用的研究方法不符,此时须进行指标转换。如二阶系统的性能指标均是参数ωn和ζ的函数,可以通过ωn和ζ把时域的瞬态响应指标和频域的频率响应指标关联起来。但如果高阶闭环系统中存在一对共轭复数主导极点,那么就可以运用上述二阶系统的瞬态响应指标和频率响应指标之间的关系,大大简化高阶系统的分析和研究。

在设计控制系统时,需首先根据工作条件和使用要求确定控制系统的性能指标,不同的控制系统要求对应于不同的性能指标。在时域或频域方法中,均有对应的指标定义,如:

(1)瞬态响应指标:超调量Mp、调整时间ts上升时间tr等;

(2)频率响应指标:开环频率响应指标的相位裕量γ、增益裕量Kg和增益交界频率ωc,以及闭环频率响应指标的谐振峰值Mr、谐振频率ωr和截止频率ωb等。

其中Mp、γ、Mr等反映系统的阻尼情况,直接关系到系统的稳定性;而ts、ωc、ωr和ωb主要反映系统的快速性。

实际应用中给定的性能指标可能与采用的研究方法不符,此时须进行指标转换。如二阶系统的性能指标均是参数ωn和ζ的函数,可以通过ωn和ζ把时域的瞬态响应指标和频域的频率响应指标关联起来。

(1)超调量Mp,相位裕量γ和谐振峰值Mr之间的关系。

已知二阶欠阻尼系统

这三个性能指标仅与阻尼比ζ有关,只要知道其中一个,即可求得其余两个指标。

(2)调整时间ts、增益交界频率ωc、谐振频率ωr和截止频率ωb之间的关系。

已知二阶欠阻尼系统

整理可得

即可由阻尼比ζ值求得这些响应指标之间的关系。

高阶系统的瞬态响应和频率响应之间的关系很复杂。但如果高阶闭环系统中存在一对共轭复数主导极点,那么就可以运用上述二阶系统的瞬态响应指标和频率响应指标之间的关系,大大简化高阶系统的分析和研究。频率法分析与设计高阶控制系统时,在一定的应用条件下可采用频域响应指标Mr、ωc和时域响应指标Mp、ts间联系经验公式:

由于性能指标在一定程度上决定了系统实现的难易程度、工艺要求、可靠性和成本,因此性能指标的提出应有依据,不能脱离实现的可能性。

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