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23.4 : 二阶系统 II

在欠阻尼二阶系统中,阻尼比 ζ 介于 0 和 1 之间,单位阶跃输入会产生传递函数,当使用拉普拉斯方法逆变换时,会显示输出响应。输出呈现阻尼正弦振荡,输入和输出之间的差异称为误差信号。该误差信号也表现出阻尼振荡行为。最终,当系统达到稳定状态时,误差减小到零。

如果 ζ = 0,系统将变得无阻尼,导致永久振荡而没有任何衰减。系统将无限期地持续振荡,永远不会达到稳定状态。

在临界阻尼场景中,ζ = 1,系统的极点相同。对于单位阶跃输入,推导出输出方程,并通过拉普拉斯逆变换获得响应。此响应不会出现振荡,并会尽快恢复平衡而不会过冲。

在过阻尼情况下,ζ > 1,系统的两个积分分量为实数、负数且不相等。当施加单位阶跃输入时,得到输出方程。该方程的拉普拉斯逆变换产生以两个衰减指数项为特征的响应。当阻尼比远大于 1 时,其中一个指数衰减明显快于另一个。因此,衰减较快的项通常可以忽略,从而简化响应类似于一阶系统的响应。这种近似允许推导出近似传递函数,从而简化分析和设计。

总之,了解二阶系统在不同阻尼条件下对单位阶跃输入的响应行为对于系统设计和分析至关重要。欠阻尼响应的特点是阻尼振荡,而无阻尼响应的特点是连续振荡。临界阻尼系统迅速达到平衡,没有振荡,而过阻尼系统表现出较慢的非振荡响应。这些见解对于调整系统以实现所需的性能特征、确保实际应用中的稳定性和准确性至关重要。

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Second order SystemsUnderdampedDamping RatioUnit step InputTransfer FunctionOutput ResponseError SignalOscillatory BehaviorCritically DampedOverdampedInverse Laplace TransformationEquilibriumPerformance CharacteristicsSystem Design

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