单位反馈系统的开环传递函数为 G(s)=1/s+试根据式频率特性的定义求闭环系统在输人信号r(t)=sin(t+30°)-2cos(5t-45°)作用下的稳态输出。
时间: 2023-08-03 14:06:05 浏览: 125
系统开环传递函数-自动控制第二章
首先,我们需要将输入信号转换为复频域的形式,即:
$r(t)=\sin(t+30°)-2\cos(5t-45°) = \text{Im}\{(e^{j(t+30°)}-2e^{j(5t-45°)})\}$
然后,根据反馈系统的闭环传递函数公式:
$G_c(s) = \frac{G(s)}{1+G(s)H(s)}$
其中,$H(s)$为反馈路径的传递函数,一般为1。
将$G(s)$代入上式得到:
$G_c(s) = \frac{1}{s+1}$
接下来,根据稳态输出的定义,在稳态下,系统的输出应该与输入的频率特性相同。因此,我们可以将稳态输出表示为:
$y_{ss}(t) = |G_c(j\omega)|\cdot |R(j\omega)|\cdot e^{j(\phi_R(\omega)-\phi_G(\omega))}$
其中,$|R(j\omega)|$和$\phi_R(\omega)$分别为输入信号$r(t)$在频率域中的幅度和相位,$|G_c(j\omega)|$和$\phi_G(\omega)$分别为系统的频率响应(幅频特性)的幅度和相位。
对于本题中的$G_c(s)$,其幅频特性为:
$|G_c(j\omega)| = \frac{1}{\sqrt{1+\omega^2}}$
$\phi_G(\omega) = -\arctan(\omega)$
对于输入信号$r(t)$,其频率域中的幅度和相位分别为:
$|R(j\omega)| = \sqrt{1^2+(-2)^2} = \sqrt{5}$
$\phi_R(\omega) = \arctan\left(\frac{-2}{1}\right) = -63.43°$
因此,稳态下的输出为:
$y_{ss}(t) = \frac{\sqrt{5}}{\sqrt{1+\omega^2}}\cdot e^{j(30°-\arctan(\omega)+63.43°)}$
将输入信号$r(t)$代入上式得到:
$y_{ss}(t) = \frac{\sqrt{5}}{\sqrt{1+\omega^2}}\cdot e^{j(93.43°-\arctan(\omega))}$
综上所述,稳态下的输出信号为:
$y_{ss}(t) = \text{Im}\left\{ \frac{\sqrt{5}}{\sqrt{1+j\omega^2}}\cdot e^{j(93.43°-\arctan(\omega)+t)}\right\}$
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