自动控制原理及应用
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① 传递函数的分母反映了由系统的结构与参数所决定的系统的固有特性,而分子则反映了系统与外界之间的联系。

② 当系统在初始状态为零时,对于给定的输入,系统输出的拉普拉斯变换完全取决于其传递函数。一旦系统的初始状态不为零,则传递函数不能完全反映系统的动态历程。

③ 系统的传递函数Gs)是复变量s的有理真分式函数,s=σ+jω,其中σ为实部,ω为虚部。实际系统或者元件总具有惯性,传递函数分子中s的阶次不会大于分母中s的阶次,即式(2-29)中mn

④ 传递函数有无量纲和取何种量纲,取决于系统输出的量纲与输入的量纲。

⑤ 不同用途、不同物理组成的不同类型系统、环节或元件,具有相同形式的传递函数。传递函数的分析方法用于不同的物理系统。

⑥ 传递函数非常适用于对单输入、单输出线性定常系统的动态特性进行描述。但对于多输入、多输出系统,需要对不同的输入量和输出量分别求传递函数。

⑦ 传递函数的零点和极点。系统的传递函数Gs)经因式分解后,可以写成如下一般形式:

  (2-36)

式中,k为常数,为在零极点形式下,系统的放大系数。当s=zjj=1,2,…,m)时,均能使Gs)=0,故称z1z2,…,zmGs)的零点。当s=pii=1,2,…,n)时,均能使Gs)的分母为0,故称p1p2,…,pnGs)的极点,系统传递函数的极点也就是系统微分方程的特征根。

在后续分析中可认识到:系统传递函数的零点、极点和放大系数决定着系统的瞬态性能和稳态性能。将零、极点标在复平面上(s平面)上,则得传递函数的零、极点分布图,如图2-9所示。图中零点用“id:2147494540;FounderCES”表示,极点用“×”表示。

id:2147494533;FounderCES

图2-9 零、极点分布图

⑧ 传递函数的拉普拉斯逆变换即为系统的脉冲响应,因此传递函数能反映系统运动特性。因为,单位脉冲函数的拉普拉斯变换式为1(即:Rs)=L[δt)]=1),因此有

  (2-37)

可见,系统传递函数的拉普拉斯逆变换即为单位脉冲输入信号下系统的输出。因此,系统的单位脉冲输入信号下系统的输出完全描述了系统动态特性,所以也是系统的数学模型,通常称为脉冲响应函数。

应当注意传递函数的局限性及适用范围。系统传递函数只表示系统输入量和输出量之间的数学关系(描述系统的外部特性),而不表示系统中间变量之间的关系(描述系统的内部特性)。针对这个局限性,在现代控制理论中,往往采用状态空间描述法对系统的动态特性进行描述。传递函数是从拉普拉斯变换导出的,拉普拉斯变换是一种线性变换,因此传递函数只适应于描述线性定常系统。传递函数是在零初始条件下定义的,所以它不能反映非零初始条件下系统的自由响应运动规律。