安定时间 技术专题简介

简介

安定时间是在步阶输入后,输出到达最终值,且误差可维持在一定范围内的时间安定时间(Settling time)也称为整定时间,是指放大器或控制系统在步阶输入后,输出到达最终值,且其误差可维持在一定范围(一般是会对称于最终值)内的时间,是暂态响应的特性之一。安定时间包括很短的传播延迟,加上输出依照瞬态率(英语:Slew rate)振荡到最终值附近的时间,以及最后安定在允许误差附近的时间。有能量储存的系统无法立即反应,当输入变化或有扰动时会有暂态的现象。

定义

Tay, Mareels and Moore(1997)定义安定时间为“输出到达最终值附近,且和最终值之间的误差维持在一定范围(一般是5%到2%)内所需要的时间。”

数学细节

安定时间和系统响应及时间常数有关。

一阶系统

一阶RC电路的阶跃响应,三倍时间常数时输出到达输入的95%,在五倍时间常数时输出到达输入的99.3%

一阶系统较少定义安定时间,但一阶系统在三倍时间常数后,其输出和稳态的误差降至 e − 3 ≈ 0.05 {displaystyle e^{-3}approx 0.05} ,五倍时间常数后,其输出和稳态的误差降至 e − 5 ≈ 0.0067 {displaystyle e^{-5}approx 0.0067} ,一般已可以忽略其误差。

二阶系统

若二阶欠阻尼系统的阻尼比 ζ 1 {displaystyle zeta ll 1} ,其步阶响应下的安定时间可以用以下式来近似:

T s = − ln ⁡ ( tolerance fraction ) damping ratio × natural freq {displaystyle T_{s}=-{frac {ln({text{tolerance fraction}})}{{text{damping ratio}}times {text{natural freq}}}}}

因此,误差在2%内的安定时间为:

T s = − ln ⁡ ( 0.02 ) ζ ω n ≈ 4 ζ ω n {displaystyle T_{s}=-{frac {ln(0.02)}{zeta omega _{n}}}approx {frac {4}{zeta omega _{n}}}}

Published by

风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平