自动控制原理：胡寿松课件-时域分析法

"自动控制原理 胡寿松 课件第五版 中国矿业大学出版社自动化专业必修科目" 本文将深入探讨胡寿松教授编著的《自动控制原理》中的核心概念，主要关注第三章时域分析法，特别是关于二阶系统、高阶系统瞬态响应以及典型输入信号的内容。这是一门对中国矿业大学自动化专业学生至关重要的课程。 时域分析法是控制系统理论的基础，它通过研究系统在不同输入信号作用下的输出响应来评估系统的性能。瞬态响应描述了系统在某一输入信号作用下，从初始状态变化到稳定状态的过程。稳态响应则是指当时间趋向于无穷大时，系统最终达到的输出状态。 在第三章中，胡寿松教授详细讲解了四种典型的输入信号：单位阶跃函数、单位斜坡函数、加速度函数和脉冲函数。这些信号常用于分析系统的动态特性。 1. 单位阶跃函数（unit-step function）：当a=1时，阶跃函数表示在t=0时刻由0突然变为1的信号。它的输出响应对于分析系统的稳定性和时间常数至关重要。 2. 单位斜坡函数（ramp）：这种输入信号在时间上连续增加，对系统的响应速度有直接影响。 3. 加速度函数（parabolic）：这是一种连续变化的二次函数，可以测试系统的高速响应能力。 4. 脉冲函数（impulse）：通常以单位阶跃函数的导数形式出现，用于考察系统的瞬态响应速度和瞬态行为。 时域分析中的性能指标，如上升时间、超调量、调节时间等，通常基于单位阶跃响应来定义。例如，一阶系统的单位阶跃响应可以用一个简单的传递函数模型来描述，包括时间常数T和增益k。时间常数T决定了系统响应的速度，而增益k则影响系统的稳态输出。 典型一阶系统方框图中，传递函数G(s) = (1/(Ts + 1)) * k，其中Ts是系统的时间常数，s是拉普拉斯变量。通过拉普拉斯变换和逆变换，可以得到系统对不同输入信号的输出响应。 以单位阶跃响应为例，对于一阶系统，当输入是单位阶跃函数时，输出的最终值为1/k，而达到最终值63.2%所需的时间是时间常数T。这个时间常数是衡量系统响应速度的关键参数。 胡寿松的《自动控制原理》第五版深入讲解了时域分析方法，对理解和设计自动控制系统具有极高的价值。这些基础知识对于自动化专业的学生来说，不仅是理论学习的核心，也是未来实际工程应用的基础。