江苏省自学考试大纲《08315控制工程基础》：第3章时域瞬态响应分析

第3章 时域瞬态响应分析
一、学习目的与要求
通过本章学习，明确一个系统在建立了系统的数学模型（包括微分方程和传递函数）之后，就可以采用不同的方法来分析和研究系统的动态性能，时域分析是重要的方法之一。明确系统在外加作用激励下，根据所描述系统的数学模型，求出系统的输出量随时间变化的规律，并由此确定系统的性能，明确系统的时间响应及其组成，脉冲响应函数的概念，掌握一阶、二阶系统的典型时间响应和高阶系统的时间响应以及主导极点的概念。
二、课程内容
（一）时域响应以及典型输入信号
1.时域响应的含义
（1）瞬态响应的含义
（2）稳态响应当含义
2.典型输入信号的概念
（1）选择典型输入信号的好处
（2）常见的典型输入信号
阶跃函数、斜坡函数、加速度函数、脉冲函数、正弦函数
（二）一阶系统的瞬态响应
1.一阶系统的单位阶跃响应
2.一阶系统的单位斜坡响应
3.一阶系统的单位脉冲响应
（三）二阶系统的瞬态响应
1.二阶系统的单位阶跃响应
（1）欠阻尼情况
（2）临界阻尼情况
（3）过阻尼情况
（4）零阻尼情况
（5）负阻尼情况
2.二阶系统的单位脉冲响应
（1）欠阻尼情况
（2）临界阻尼情况
（3）过阻尼情况
3.二阶系统的单位斜坡响应
（1）欠阻尼情况
（2）临界阻尼情况
（3）过阻尼情况
（四）时域分析性能指标
1.瞬态响应性能指标包括
2.上升时间
3.峰值时间
4.最大超调量
5.调整时间
（五）高阶系统的瞬间响应
1.主导极点的概念
2.偶极子的概念
*（六）借助MATLAB进行系统时间响应分析
（七）机电系统时域瞬态响应的实验方法
三、考核知识点与考核要求
（一）熟练掌握时间响应
1.时间响应的概念
2.瞬态响应和稳态响应的定义
（二）熟练掌握脉冲响应函数
1.脉冲响应函数的定义
2.脉冲响应函数与传递函数的关系
3.如何利用脉冲响应函数求系统在任意输入下的响应
（三）熟练掌握一阶系统的时间响应
1.一阶系统的传递函数及其增益和时间常数的计算
2.一阶系统的单位脉冲响应函数的计算
3.一阶系统的单位阶跃响应函数的计算
4.一阶系统的单位斜坡响应函数的计算
（四）二阶系统的时间响应
1.熟练掌握二阶系统的传递函数及其无阻尼自然频率、有阻尼自然频率和阻尼比的计算
2.熟练掌握二阶系统特征方程
3.熟练掌握二阶系统特征方程根的分布
4.熟练掌握欠阻尼下的单位阶跃响应计算
5.掌握临界阻尼下的单位阶跃响应
6.掌握过阻尼下的单位阶跃响应
7.掌握阻尼比、无阻尼自然频率与响应曲线的关系
8.掌握不同阻尼比下的单位脉冲响应
（五）领会高阶系统的时间响应
1.主导极点的概念及其与时间响应的关系
2.偶极子的概念
（六）瞬态响应的性能指标
1.熟练掌握瞬态响应的性能指标定义
2.熟练掌握二阶系统的瞬态响应指标的计算
3.掌握二阶系统的阻尼比、无阻尼自然频率与各性能指标间的关系
四、本章的重点和难点
1.控制系统在单位脉冲、阶跃、速度、加速度信号作用下响应的求取方法
2.欠阻尼系统的动态性能指标的求取
3.阻尼系数与各项性能指标的关系
4.二阶系统的传递函数及其无阻尼自然频率、有阻尼自然频率和阻尼比的计算