题目
时域分析的性能指标,哪个指标是反映相对稳定性的A. 上升时间B. 调整时间C. 最大超调量D. 峰值时间
时域分析的性能指标,哪个指标是反映相对稳定性的
A. 上升时间
B. 调整时间
C. 最大超调量
D. 峰值时间
题目解答
答案
C. 最大超调量
解析
本题考查时域分析性能指标的相关知识,解题的关键在于理解每个时域性能指标所代表的物理意义,从而判断哪个指标反映相对稳定性。
各选项分析
- A. 上升时间 $t_r$:
上升时间是指系统响应从终值的 $10\%$ 上升到 $90\%$(对于欠阻尼二阶系统)或从 $0$ 上升到终值(对于过阻尼系统)所需的时间。它主要反映了系统响应的快速性,即系统达到稳态值的快慢程度,而不是相对稳定性。其计算公式对于欠阻尼二阶系统为 $t_r=\frac{\pi - \beta}{\omega_d}$,其中 $\beta = \arccos\zeta$,$\omega_d=\omega_n\sqrt{1 - \zeta^2}$,$\zeta$ 是阻尼比,$\omega_n$ 是无阻尼自然振荡频率。 - B. 调整时间 $t_s$:
调整时间是指系统响应达到并保持在终值的 $\pm 2\%$ 或 $\pm 5\%$ 误差带内所需的最小时间。它同样是衡量系统响应快速性的指标,描述了系统达到稳定状态所需的时间,与相对稳定性并无直接关联。对于欠阻尼二阶系统,当取 $\pm 2\%$ 误差带时,$t_s\approx\frac{4}{\zeta\omega_n}$;当取 $\pm 5\%$ 误差带时,$t_s\approx\frac{3}{\zeta\omega_n}$。 - C. 最大超调量 $\sigma\%$:
最大超调量是指系统响应的最大峰值与稳态值之差的百分比,即 $\sigma\%=\frac{h(t_p)-h(\infty)}{h(\infty)}\times100\%$,其中 $h(t_p)$ 是系统响应的最大峰值,$h(\infty)$ 是系统的稳态值。对于欠阻尼二阶系统,$\sigma\% = e^{-\frac{\zeta\pi}{\sqrt{1 - \zeta^2}}}\times100\%$。最大超调量反映了系统在受到输入信号作用后,响应偏离稳态值的程度,它与系统的阻尼比 $\zeta$ 密切相关。阻尼比越大,最大超调量越小,系统的相对稳定性越好。因此,最大超调量是反映系统相对稳定性的重要指标。 - D. 峰值时间 $t_p$:
峰值时间是指系统响应达到第一个峰值所需的时间。对于欠阻尼二阶系统,其计算公式为 $t_p=\frac{\pi}{\omega_d}=\frac{\pi}{\omega_n\sqrt{1 - \zeta^2}}$。峰值时间主要体现了系统响应达到最大值的快慢,与系统的快速性有关,而不是相对稳定性。