系统的传递函数为G(s)=500/(s4+11.6s3+40.65s2+54.47s) 。其单位阶跃响应函数可以表达为: y(t)=K+Aδ(t)+BeCt+DtFeGt+HeMtcos(ωt+β),(t≥0)。 其中 K、 A、B、C、D、F、G、H、M、ω 、β 是单位阶跃响应中各分量的实数系数。则可求得它们的值分别为
时间: 2024-02-06 08:04:07 浏览: 60
根据单位阶跃响应函数的表达式,我们可以将其分解为若干个分量,分别对应系统的不同特性。
首先,由于系统的传递函数为G(s),因此它的阶数为4,存在4个极点。我们可以通过部分分式分解求出这4个极点的值:
G(s) = 500/(s4+11.6s3+40.65s2+54.47s)
= 500/(s(s3+11.6s2+40.65s+54.47))
= 500/(s(s+0.385)(s+4.097)(s+7.018))
因此,系统存在一个零点(s=0)和三个极点(s=-0.385, s=-4.097, s=-7.018)。
接下来,我们可以根据这些特征值,将单位阶跃响应函数分解为若干个分量:
y(t) = K + Aδ(t) + B e^(-0.385t) + C e^(-4.097t) + D e^(-7.018t) + F cos(ωt+β) + G sin(ωt+β) + H e^(-0.385t) cos(ωt+β) + M e^(-0.385t) sin(ωt+β)
其中,δ(t)表示单位冲击函数,A表示冲击响应的幅值,B、C、D分别表示三个极点对应的指数函数分量的幅值,F和G分别表示零点对应的余弦函数分量和正弦函数分量的幅值,H和M分别表示零点对应的指数函数分量和正弦函数分量的幅值,ω表示正弦函数的角频率,β表示相位差。
我们可以通过求解初始条件和稳态响应,来确定这些系数的值。由于是单位阶跃响应,初始条件为0,稳态响应为1/K。因此,
K + Aδ(t) = 0 (t<0)
K + Aδ(t) + 1/K = 1 (t>=0)
解得,K=-A,A=1/K,即:
y(t) = 1/K - δ(t)/K - A e^(-0.385t) + B e^(-4.097t) + C e^(-7.018t) + F cos(ωt+β) + G sin(ωt+β) + H e^(-0.385t) cos(ωt+β) + M e^(-0.385t) sin(ωt+β)
接下来,我们需要确定其余的系数。根据余弦函数的性质,我们可以将cos(ωt+β)拆分为cos(ωt)*cos(β)-sin(ωt)*sin(β),因此:
y(t) = 1/K - δ(t)/K - A e^(-0.385t) + B e^(-4.097t) + C e^(-7.018t)
+ F cos(β)cos(ωt) - F sin(β)sin(ωt) + G sin(β)cos(ωt) + G cos(β)sin(ωt)
+ H e^(-0.385t)cos(β)cos(ωt) - H e^(-0.385t)sin(β)sin(ωt)
+ M e^(-0.385t)sin(β)cos(ωt) + M e^(-0.385t)cos(β)sin(ωt)
我们可以将其写成以下形式:
y(t) = 1/K - δ(t)/K - A e^(-0.385t) + B e^(-4.097t) + C e^(-7.018t)
+ (F cos(β) - G sin(β))cos(ωt) + (F sin(β) + G cos(β))sin(ωt)
+ H e^(-0.385t)(cos(β)cos(ωt) - sin(β)sin(ωt))
+ M e^(-0.385t)(sin(β)cos(ωt) + cos(β)sin(ωt))
我们可以通过比较系数,得到以下结果:
K = 500
A = -1/500
B = 0
C = 0
F cos(β) - G sin(β) = 0
F sin(β) + G cos(β) = 0
H cos(β) = 0
M sin(β) = 0
由于F和G对应的是零点的余弦函数分量和正弦函数分量,因此它们的比值应该等于零点的相位差所对应的正切值:
tan(β) = G/F
由于H对应的是零点的指数函数分量,因此cos(β)=0,即β=π/2。因此,
G = 0
F = 0
由于M对应的是零点的正弦函数分量,因此sin(β)=0,即β=0。因此,
H = 0
M = 1/500
综上所述,单位阶跃响应函数可以表示为:
y(t) = 1/500 - δ(t)/500 - e^(-0.385t)/500 + e^(-7.018t)/500 + e^(-4.097t)/500 + e^(-0.385t)sin(ωt)
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