欠阻尼二阶系统动态分析

在二阶系统的时域分析基础上分析

一、欠阻尼二阶系统基本量

二阶系统的设计一般取 ζ=0.4∼0.8

c(t)=1−11−ζ2e−ζωnt(1−ζ2cos⁡ωdt+ζsin⁡ωdt)=1−11−ζ2e−ζωntsin⁡(ωdt+β)β=arctan⁡1−ζ2ζζ=cos⁡β

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二、动态性能指标

ωn↑td,tr,tp,ts↓
ζ↑td,tr,tp↑σ,ts↓

延迟时间:经验公式

h(td)=0.5td=1+0.6ζ+0.2ζ2ωn

上升时间:

h(tr)=1sin⁡(ωdtr+β)=0tr=π−βωd

峰值时间:

dhdt∣t=tp=0tp=πωd

阻尼振荡周期的一半,与闭环极点虚部成反比;闭环极点距离负实轴距离越远,峰值时间越短

超调量:

sin⁡(π+β)=−1−ζ2h(tp)=1−11−ζ2e−πζ/1−ζ2sin⁡(π+β)σ%=h(tp)−h(∞)h(∞)=e−πζ/1−ζ2

调节时间:

ts≤3.5ζωnΔ=0.05ts≤4.4ζωnΔ=0.02