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伺服系统是二阶系统的典型代表,具有比例控制器和负载元件,可确保输出位置与输入位置保持一致。这些组件之间的关系由二阶微分方程描述。在零初始条件下应用拉普拉斯变换可得出传递函数,显示系统中输入如何转换为输出。
通过重新解释系统,可以推导出闭环传递函数,该函数将二阶系统描述为具有两个极点的系统。可以重新排列此闭环传递函数以突出基本参数:无阻尼固有频率和阻尼比。
阻尼比 (ζ) 是一个关键参数,定义为实际阻尼与临界阻尼之比。它有助于深入了解系统的行为和稳定性。确定这些参数后,闭环传递函数通常会以标准形式重写,以全面表示二阶系统:
这里,ωn 表示无阻尼固有频率,ζ 表示阻尼比。阻尼比将系统的响应分为以下几类:
欠阻尼(0 < ζ < 1):系统表现出振荡行为,振幅逐渐减小,表明在稳定下来之前围绕平衡点振荡。
临界阻尼(ζ = 1):系统尽快恢复平衡而不发生振荡,这通常是伺服系统快速平稳定位所必需的。
过阻尼(ζ > 1):系统恢复到平衡状态时不会发生振荡,但与临界阻尼系统相比速度较慢,导致响应时间较慢,这在需要快速调整的应用中可能不太理想。
了解这些参数及其对系统响应的影响对于设计和调整伺服系统以满足特定性能标准至关重要。通过传递函数和阻尼特性分析二阶系统,工程师可以预测和优化各种操作条件下的系统行为。
From Chapter 23:
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