什么是時域分析?
指控制系統在一定的輸入下,根據輸出量的時域表達式,分析系統的穩定性、瞬態和穩態性能。
由于時域分析是直接在時間域中對系統進行分析的方法,所以時域分析具有直觀和準確的優點。
系統輸出量的時域表示可由微分方程得到,也可由傳遞函數得到。
在初值為零時,一般都利用傳遞函數進行研究,用傳遞函數間接的評價系統的性能指標。具體是根據閉環系統傳遞函數的極點和零點來分析系統的性能。此時也稱為復頻域分析。
線性微分方程的解
時域分析以線性定常微分方程的解來討論系統的特性和性能指標。設微分方程如下:
式中,x(t)為輸入信號,y(t)為輸出信號。
我們知道,微分方程的解可表示為:,其中,為對應的齊次方程的通解,只與微分方程(系統本身的特性或系統的特征方程的根)有關。對于穩定的系統,當時間趨于無窮大時,通解趨于零。所以根據通解或特征方程的根可以分析系統的穩定性。
為特解,與微分方程和輸入有關。一般來說,當時間趨于無窮大時特解趨于一個穩態的函數。
綜上所述,對于穩定的系統,對于一個有界的輸入,當時間趨于無窮大時,微分方程的全解將趨于一個穩態的函數,使系統達到一個新的平衡狀態。工程上稱為進入穩態過程。
系統達到穩態過程之前的過程稱為瞬態過程。瞬態分析是分析瞬態過程中輸出響應的各種運動特性。理論上說,只有當時間趨于無窮大時,才進入穩態過程,但這在工程上顯然是無法進行的。在工程上只討論輸入作用加入一段時間里的瞬態過程,在這段時間里,反映了主要的瞬態性能指標。
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