什么是時(shí)域分析?
指控制系統(tǒng)在一定的輸入下,根據(jù)輸出量的時(shí)域表達(dá)式,分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。
由于時(shí)域分析是直接在時(shí)間域中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析的方法,所以時(shí)域分析具有直觀和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。
系統(tǒng)輸出量的時(shí)域表示可由微分方程得到,也可由傳遞函數(shù)得到。
在初值為零時(shí),一般都利用傳遞函數(shù)進(jìn)行研究,用傳遞函數(shù)間接的評(píng)價(jià)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。具體是根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)來分析系統(tǒng)的性能。此時(shí)也稱為復(fù)頻域分析。
線性微分方程的解
時(shí)域分析以線性定常微分方程的解來討論系統(tǒng)的特性和性能指標(biāo)。設(shè)微分方程如下:
式中,x(t)為輸入信號(hào),y(t)為輸出信號(hào)。
我們知道,微分方程的解可表示為:,其中,
為對(duì)應(yīng)的齊次方程的通解,只與微分方程(系統(tǒng)本身的特性或系統(tǒng)的特征方程的根)有關(guān)。對(duì)于穩(wěn)定的系統(tǒng),當(dāng)時(shí)間趨于無窮大時(shí),通解趨于零。所以根據(jù)通解或特征方程的根可以分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
為特解,與微分方程和輸入有關(guān)。一般來說,當(dāng)時(shí)間趨于無窮大時(shí)特解趨于一個(gè)穩(wěn)態(tài)的函數(shù)。
綜上所述,對(duì)于穩(wěn)定的系統(tǒng),對(duì)于一個(gè)有界的輸入,當(dāng)時(shí)間趨于無窮大時(shí),微分方程的全解將趨于一個(gè)穩(wěn)態(tài)的函數(shù),使系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)。工程上稱為進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過程。
系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)過程之前的過程稱為瞬態(tài)過程。瞬態(tài)分析是分析瞬態(tài)過程中輸出響應(yīng)的各種運(yùn)動(dòng)特性。理論上說,只有當(dāng)時(shí)間趨于無窮大時(shí),才進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過程,但這在工程上顯然是無法進(jìn)行的。在工程上只討論輸入作用加入一段時(shí)間里的瞬態(tài)過程,在這段時(shí)間里,反映了主要的瞬態(tài)性能指標(biāo)。
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