1.3节的内容为我们介绍了系统的时间域描述,而时间域描述的最根本手段便是微分方程,所以书中从建立电机传动系统的微分方程为我们介绍系统的时间域描述。
而系统的线性传递环节可以表示为输入输出的多阶导数分别按一定比例系数组合求和后等式两边相等,其中输入量的阶数需小于或等于输出参量的阶数,这一点与控制理论中的介绍一致,属于现实中系统的必然特性。
之后书本介绍直流电机的系统框图及控制方程电压为输入,转速为输出,控制框图包含了电路的电气特性,电机的转矩特性以及系统的机械特性,所有方程均为物理过程的微分方程,对该类型电路无条件成立。有趣的是,此电路由于角速度的增大形成了一个反向电压,自动形成了一个闭环回路,构成了一个类似的比例积分环节,因而没有稳态误差。之后,通过定标,定义了电气时间常数和机械时间常数,不出意外地,这两个参数的共同决定了系统的响应特性。通过对两时间常数的几何平均和比值开方,分别得到了特征时间及阻尼系数。这两者体现了不可调系统的相应特性,例如阻尼系数决定了超调量及起振时间。
而系统的微分方程同样可以用于解系统的干扰相应特性,书中先从稳态特性进行讨论。若达到稳态,即时间的一阶以上导数均为零,记得到了即为常用的转矩,转速与输入电压成线性关系的方程。之后根据此方程便可以计算当接入转矩后,即加入干扰后的新的稳态点。对于电机满足的系统,即输出比输入一阶,即可得到负载的越变使得转速开始直接上升。根据绘制的干扰响应特性图可以得知相关参数对于响应特性的影响与基准响应特性相似。在实际操作中我们需要在阻尼系数大于0.5的情况下调整特性,即满足超调量要求的情况下实现快速响应。
上述过程为系统阶跃响应特性的数学表征。若将电气时间常数忽略,只考虑机械特性带来的响应延迟,则此微分方程退化为上文所示的P-T1环节。之后书本对P-T1环节的求解,体现的系统与传统的纯阻尼模拟模型一致,这里不再赘述特性的细节。然而除了介绍的阶跃响应,同样还有上升斜坡响应,单位脉冲响应和正弦响应等输入型号来表征系统的动态特性,针对不同作用和特性的系统,需采用不同的响应方式进行表征。
1.3节内容的主要内容我个人认为是直流电机系统的静态特性方程和响应参数下的动态响应特征及相关微分方程的含义及求解。由于本段内容顺序性不强,故无法组织逻辑流畅的行文。