安徽科技学院：《机械工程控制基础》课程教学资源（PPT课件）第3章 系统的时间响应分析

第三章系统的时间响应分析 要点：系统时域响应组成，一、二阶系统时域响应； 系统性能指标；系统误差分析与计算。 难点：一、二阶系统时域响应； 系统性能指标；系统误差分析与计算。 学习方法：课堂作笔记、课下详细阅读、理解、讨 论以便更好地掌握新概念，认真完成作 业，学习使用matlab软件。 安徽科技学院机械工程学院

第三章 系统的时间响应分析 要点：系统时域响应组成，一、二阶系统时域响应； 系统性能指标；系统误差分析与计算。 难点：一、二阶系统时域响应； 系统性能指标；系统误差分析与计算。 学习方法：课堂作笔记、课下详细阅读、理解、讨 论以便更好地掌握新概念，认真完成作 业，学习使用matlab软件。 安徽科技学院机械工程学院

第三章系统的时间响应分析 章节 内容 课时 第一节 时间响应及其组成 2 第二节 典型输入信号 第三节 一阶系统 2 第四节 二阶系统 第五节 高阶系统 第六节 系统误差分析与计算 2 第七节 单位脉冲函数在时间响应中的作用 第八节 设计示例 安徽科技学院机械工程学院

章节 内容 课时 第一节 时间响应及其组成 2 第二节 典型输入信号 第三节 一阶系统 2 第四节 二阶系统 第五节 高阶系统 2 第六节 系统误差分析与计算 第七节 单位脉冲函数在时间响应中的作用 第八节 设计示例 安徽科技学院机械工程学院 第三章 系统的时间响应分析

◆时间响应及其组成 ★时间响应：系统的输出随时间的变化。 数学上：初始条件下，系统动力学 方程的解。 安徽科技学院机械工程学院

◆ 时间响应及其组成  时间响应：系统的输出随时间的变化。 数学上：初始条件下，系统动力学 方程的解。 安徽科技学院机械工程学院

◆时间响应及其组成 ★时间响应：系统的输出随时间的变化。数学上： 初始条件下，系统动力学方程的解。 图示m-k单自由度振动系统，外力（即输入）：F cos @t; 动力学方程：my()+(t)=Fcos@t Fcosot m 安徽科技学院机械工程学院

◆ 时间响应及其组成  时间响应：系统的输出随时间的变化。数学上： 初始条件下，系统动力学方程的解。 ( ) ( ) ( ) cos ; cos m k F t m y t ky t F t   − + = 图示 单自由度振动系统，外力 即输入 ： 动力学方程： 安徽科技学院机械工程学院

◆时间响应及其组成 ★时间响应：系统的输出随时间的变化。数学上： 初始条件下，系统动力学方程的解。 图示m-k单自由度振动系统，外力（即输入）：F cos ot;: 动力学方程：my(t)+y(t)=F cos @f 解的结构：y(t)=Asin@,t+Bcos@,t+Y cosot 通解，(t) 特解y2(t) Fcosot m 安徽科技学院机械工程学院

◆ 时间响应及其组成  时间响应：系统的输出随时间的变化。数学上： 初始条件下，系统动力学方程的解。 ( ) ( ) ( ) ( ) cos ; cos sin cos cos n n m k F t m y t ky t F t y t A t B t Y t      − + = = + + 图示 单自由度振动系统，外力 即输入 ： 动力学方程： 解的结构： 安徽科技学院机械工程学院 通解y t 1 ( ) 特解y t 2 ( )

◆时间响应及其组成 ★时间响应：系统的输出随时间的变化。数学上： 初始条件下，系统动力学方程的解。 图示m-k单自由度振动系统，外力（即输入）：F cos @t, 动力学方程：my()+y(t)=F cos@t(I) 解的结构：y(t)=Asin@,t+Bcos,t+Y cosot 通解y(t) 特解y2(t) 将y,(t)=Y cos@t代入()，有(-mo2+k)Y cosot-=Fcos @,t F Y= m k 安徽科技学院机械工程学院

◆ 时间响应及其组成  时间响应：系统的输出随时间的变化。数学上： 初始条件下，系统动力学方程的解。 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) cos ; cos 1 sin cos cos n n m k F t m y t ky t F t y t A t B t Y t      − + = = + + 图示 单自由度振动系统，外力 即输入 ： 动力学方程： 解的结构： 安徽科技学院机械工程学院 通解y t 1 ( ) 特解y t 2 ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 cos 1 cos cos , 1 1 , 1 1 n n y t Y t m k Y t F t F F F k Y m k k k m m k            = − + =   = =  =  = =     − + − −  +   将 代入 ，有

◆时间响应及其组成 ★时间响应：系统的输出随时间的变化。数学上： 初始条件下，系统动力学方程的解。 图示m-k单自由度振动系统，外力（即输入）片F cos wt, 动力学方程：my()+()=Fcosot() 解的结构：(0=4sIn@,t+Bcos@f+k1-元coso(2) 安徽科技学院机械工程学院

◆ 时间响应及其组成  时间响应：系统的输出随时间的变化。数学上： 初始条件下，系统动力学方程的解。 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 ( ) cos ; cos 1 1 sin cos cos 2 1 n n m k F t m y t ky t F t F y t A t B t t k       − + = = + +  − 图示 单自由度振动系统，外力 即输入 ： 动力学方程： 解的结构： 安徽科技学院机械工程学院

◆时间响应及其组成 ★时间响应：系统的输出随时间的变化。数学上： 初始条件下，系统动力学方程的解。 解的结构：0=4sin0@1+Bcos0,/+太1一2coso(2) 对2)求牛y0i@wsa1-Ba,sina1-有1元smam(3) F@ 设=0时，y(t)=y(0),y()=y(0)代入(2)(3) 0-8+装克8=0-京4 安徽科技学院机械工程学院

◆ 时间响应及其组成  时间响应：系统的输出随时间的变化。数学上： 初始条件下，系统动力学方程的解。 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 = cos sin s 1 sin in 3 1 =0 = 0 , 0 2 3 1 0 = + 1 0 cos cos 2 1 1 0 4 1 0 5 n n n n n n n n F y t A t B t t k t y t y y t y F y B F y t A t B t t k y A k F B y k y A                − −  − =  = + +  − = −  −  − =  = 解的结构： 对 求导 设 时， 代入 、 ， 安徽科技学院机械工程学院

◆时间响应及其组成 ★时间响应：系统的输出随时间的变化。数学上： 初始条件下，系统动力学方程的解。 F 1 解的结构：(0=1sino1+Bcos1+天1-京cosr(2)） (0)=B+F.1 3+k1→B=0)1(4 0)=a,→A=05) ()0)(0)co F 1 k1-2 安徽科技学院机械工程学院

◆ 时间响应及其组成  时间响应：系统的输出随时间的变化。数学上： 初始条件下，系统动力学方程的解。 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 1 0 = + 1 0 1 sin cos cos 2 1 1 0 4 1 0 5 0 1 1 sin 0 cos cos cos 1 1 n n n n n n n n F y t A t B t t k F B y k y A y F F y B F y t k y A t y t t t k k                = + +  − = −  − = = + −  +  −   − − =  解的结构： 安徽科技学院机械工程学院

◆时间响应及其组成 ★时间响应：系统的输出随时间的变化。数学上： 初始条件下，系统动力学方程的解。 自由响应 强迫响应 0-0ma1+oosa--s/ F F k1-2 cos wt 零输入响应 零状态响应 系统的时间响应可从两个方面分类： ①按振动性质可分为自由响应和强迫响应（看频率）； 零输入响应：无输入时系统初态引起自由响应； ②按振动来源 零状态响应：在“无输入时的系统初态”为零而 仅由输入引起的响应。 安徽科技学院机械工程学院

◆ 时间响应及其组成  时间响应：系统的输出随时间的变化。数学上： 初始条件下，系统动力学方程的解。 ( ) ( ) ( ) 2 2 0 1 1 sin 0 cos cos cos 1 1 n n n n y F F y t t y t t t k k        = + −  +  − − 系统的时间响应可从两个方面分类： ① 按振动性质可分为自由响应和强迫响应(看频率)； ② 按振动来源 零输入响应 零状态响应 自由响应 强迫响应 零输入响应：无输入时系统初态引起自由响应； 零状态响应：在“无输入时的系统初态”为零而 仅由输入引起的响应。 安徽科技学院机械工程学院