自動控制原理課件-第一章緒論

2．成績評定出勤5％點名缺一次扣2分允許請假作業(yè)缺一半不允許參加考試。允許補齊作業(yè)10％實驗15％考試70％3．參考書目《自動控制原理》國防科技大學(xué)黃章《自動控制原理》中國礦業(yè)大學(xué)吳

麒《自動控制原理》《自動控制原理》《自動控制原理》電子工業(yè)緒方 《現(xiàn)代控制工程》電子工業(yè)22021/11本課程的主要內(nèi)容自動控制系統(tǒng)的分析（第2，3，4，5章）已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)對于某種典型輸入信號作用下的被控量的響應(yīng)，求出評價系統(tǒng)性能的指標(biāo)：穩(wěn)定性、動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。自動控制系統(tǒng)的設(shè)計（第6章）如果給定系統(tǒng)經(jīng)分析其性能指標(biāo)滿足要求，則不存在進行控制系統(tǒng)設(shè)計問題。如不滿足要求且被控對象本身又不能改變，則控制系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)就是改變系統(tǒng)的某些參數(shù)某種校正裝置，使其滿足預(yù)期的性能指標(biāo)要求。32021/113.自動控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計兩者之間的關(guān)系系統(tǒng)分析與系統(tǒng)設(shè)計是相互聯(lián)系、交替進行的。不是單純?yōu)榱朔治龆治?，而是為了設(shè)計新系統(tǒng)或改造已有的系統(tǒng)。對于從事自動控制的工程技術(shù)

而言，更重要的是設(shè)計系統(tǒng)以及改造那些性能未達到要求的系統(tǒng)。42021/11自動控制原理第一章緒論4第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型7第三章線性系統(tǒng)的時域分析12第四章線性系統(tǒng)的根軌跡法5第五章線性系統(tǒng)的頻域分析法14第六章線性系統(tǒng)的校正方法1052021/11第一章緒論62021/111.1

引言1.2

控制系統(tǒng)的一般概念1.3

控制系統(tǒng)示例1.4

控制系統(tǒng)分類1.5

控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.6

控制系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計1.1

引言1.

自動控制技術(shù)及其應(yīng)用在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的眾多領(lǐng)域中，自動控制技術(shù)起著越來越重要的作用。所謂自動控制，就是在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（控制裝置），使機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（控制對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（被控量）自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。如數(shù)控車床按預(yù)定程序自動切削，人造準(zhǔn)確進入預(yù)定軌道并回收等。72021/11自動控制技術(shù)除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，近幾十年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在航空、航器人控制、

制導(dǎo)等高新技術(shù)領(lǐng)域中，自動控制技術(shù)具有越來越重要的作用。不僅如此，自動控制技術(shù)的應(yīng)用范圍現(xiàn)在已擴展到生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟管理和其它許多社會生活領(lǐng)域中，自動控制已成為現(xiàn)代社會生活中不可或缺的一部分。82021/11自動控制：是指在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置使被控對象（如機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程）的一個或數(shù)個物理量（如電壓、電流、速度、位置、溫度、流量、化學(xué)成分等）自動的按照預(yù)定的規(guī)律運行（或變化）。92021/11自動控制系統(tǒng)：是指能夠?qū)Ρ豢貙ο蟮墓ぷ鳡顟B(tài)進行自動控制的系統(tǒng)。它一般由控制裝置和被控對象組成。被控對象是指那些要求實現(xiàn)自動控制的機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程。控制裝置是指對被控對象起控制作用的設(shè)備總體。自動控制系統(tǒng)的功能和組成是多種多樣的，其結(jié)構(gòu)有簡單和復(fù)雜之分。它可以只控制一個物理量，也可以控制多個物理量甚至一個企業(yè)

或機構(gòu)的全部生產(chǎn)和管理過程；它可以是一個

具體的工程系統(tǒng)，也可以是比較抽象的社會系

統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)或經(jīng)濟系統(tǒng)。102021/112.

自動控制理論的發(fā)展歷史112021/11自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。既是一門古老的學(xué)科，又是一門正在發(fā)展的、具有強大生命力的新興學(xué)科。從1868年Maxwell提出低階系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)至今一百多年里，自動控制理論的發(fā)展可分為四個主要階段：第一階段：經(jīng)典控制理論（或古典控制理論）的產(chǎn)生、發(fā)展和成熟；第二階段：現(xiàn)代控制理論的興起和發(fā)展；第三階段：大系統(tǒng)控制興起和發(fā)展階段；第四階段：智能控制發(fā)展階段。經(jīng)典控制理論控制理論的發(fā)展初期，是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動調(diào)節(jié)原理，主要用于工業(yè)控制。二戰(zhàn)期間，為了設(shè)計和制造飛機及船用自動駕駛儀、火、系統(tǒng)等基于反饋原理的裝備，進一步促進和完善了自動控制理論的發(fā)展。1868年，Maxwell提出了低階系統(tǒng)的穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù)。1895年，數(shù)學(xué)家Routh和Hurwitz分別獨立地提出了高階系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)，即Routh和Hurwitz判據(jù)。二戰(zhàn)期間（1938-1945年）Nyquist提出了頻率響應(yīng)理論；1948年，Evans提出了根軌跡法。至此，控制理論發(fā)展的第一階段基本完成，形成了以時域法、根軌跡法和頻率法為主要方法的經(jīng)典控制理論。122021/11經(jīng)典控制理論的基本特征主要用于線性定常系統(tǒng)的研究，即用于常系數(shù)線性微分方程描述的系統(tǒng)的分析與綜合；多用于單輸入，單輸出的反饋控制系統(tǒng)；（3）只系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系，而忽略系統(tǒng)的狀態(tài)，是一種對系統(tǒng)的外部描述方法。132021/11應(yīng)當(dāng)

，反饋控制是一種最基本最重要的控制方式，引入反饋信號后，系統(tǒng)對來自和外部干擾的響應(yīng)變得十分“遲鈍”，從而提高了系統(tǒng)的能力和控制精度。與此同時，反饋作用又帶來了系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，正是這個曾一度困擾人們的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題激發(fā)了人們對反饋控制系統(tǒng)進行深入研究的熱情，推動了自動控制理論的發(fā)展與完善。因此從某種意義上講，古典控制理論是伴隨著反饋控制技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展而逐漸完善和成熟起來的。142021/11現(xiàn)代控制理論由于經(jīng)典控制理論通常適用于單輸入、單輸出的線性定常系統(tǒng)，只注重系統(tǒng)的外部描述而忽視系統(tǒng)的

狀態(tài)。因而在實際應(yīng)用中有一定的局限性。隨著航天事業(yè)和計算機的發(fā)展，20世紀(jì)60年代初，在經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)上，以線性代數(shù)理論和狀態(tài)空間分析法為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制理論迅速發(fā)展起來。1954年，Bellman提出動態(tài)規(guī)劃理論

1956年，Pontryagin提出極大值原理1960年，Kalman提出多變量最優(yōu)控制和最優(yōu)濾波理論152021/11現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論在數(shù)學(xué)工具、理論基礎(chǔ)和研究方法上不僅能提供系統(tǒng)的外部信息（輸出量和輸入量），而且還能提供系統(tǒng)狀態(tài)變量的信息。它無論對線性系統(tǒng)或非線性系統(tǒng)，定常系統(tǒng)或時變系統(tǒng)，單變量系統(tǒng)或多變量系統(tǒng)，都是一種有效的分析方法。162021/11古典（經(jīng)典）控制理論與現(xiàn)代控制理論的區(qū)別172021/11古典控制理論現(xiàn)代控制理論控制對象SISO控制對象MIMO確定性系統(tǒng)不確定性系統(tǒng)積分變換矩陣?yán)碚摍C理建模參數(shù)估計及系統(tǒng)辨識大系統(tǒng)理論20世紀(jì)70年始，現(xiàn)代控制理論繼續(xù)向深度和廣度發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的控制方法和理論。如：現(xiàn)代頻域方法以傳遞函數(shù)矩陣為數(shù)學(xué)模型，研究線性定常多變量系統(tǒng)；自適應(yīng)控制理論和方法以系統(tǒng)辨識和參數(shù)估計為基礎(chǔ)，在實時辨識基礎(chǔ)上確定最優(yōu)控制規(guī)律；魯棒控制方法在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和其它性能基礎(chǔ)上，設(shè)計不變的魯棒控制器，以處理數(shù)學(xué)模型的不確定性。大系統(tǒng)理論（續(xù)）隨著控制理論應(yīng)用范圍的擴大，從個別小系統(tǒng)的控制，發(fā)展到若干個相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)組成的大系統(tǒng)進行整體控制；從傳統(tǒng)的工程控制領(lǐng)域推廣到包括經(jīng)濟管理、生物工程、能源、

、環(huán)境等大型系統(tǒng)以及社會科學(xué)領(lǐng)域。大系統(tǒng)理論是過程控制與信息處理相結(jié)合的系統(tǒng)工程理論，具有規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能綜合、目標(biāo)多樣、因素眾多等特點。它是一個多輸入、多輸出、多干擾、多變量的系統(tǒng)。大系統(tǒng)理論目前仍處于發(fā)展和開創(chuàng)性階段。智能控制是近年來新發(fā)展起來的一種控制技術(shù)，是人工智能在控制上的應(yīng)用。智能控制的概念和原理主要是針對被控對象、環(huán)境、控制目標(biāo)或任務(wù)的復(fù)雜性提出來的，它的指導(dǎo)思想是依據(jù)人的思維方式和處理問題的技巧，解決那些目前需要人的智能才能解決的復(fù)雜控制問題。被控對象的復(fù)雜性體現(xiàn)為:模型的不確定性，高度非線性，分布式的傳感器和執(zhí)行器，復(fù)雜的信息模式，龐大的數(shù)據(jù)量，以及嚴(yán)格的性能指標(biāo)等。智能控制是驅(qū)動智能機器自主地實現(xiàn)其目標(biāo)的過程，對自主機器人的控制就是典型的例子；而環(huán)境的復(fù)雜性則表現(xiàn)為變化的不確定性和難以辨識。智能控制是從“仿人”的概念出發(fā)的。一般認為，其方法包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、和控制等方法。21開環(huán)控制系統(tǒng)Open-loopControlSystem定義：系統(tǒng)的控制量不受輸出量影響的控制系統(tǒng)。特點：系統(tǒng)的輸出量與輸入量之間不存在反饋的通道，這種控制方式稱為開環(huán)控制。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，不需要對輸出量進

量，也不需要將輸出量反饋到系統(tǒng)輸入端與輸入量進行比較。因此，開環(huán)控制系統(tǒng)又稱無反饋控制系統(tǒng)?？刂破鲗ο蠡蜻^程輸入量輸出量圖開環(huán)控制系統(tǒng)方塊圖控制量1.2

控制系統(tǒng)的一般概念2021/11閉環(huán)（反饋）控制系統(tǒng)Closed-loop

ControlSystem222021/11閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱反饋控制系統(tǒng)，最廣泛控制方式。反饋——把取出的輸出量送回輸入端，并與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差信號的過程，稱為反饋。反饋控制——采用負反饋(正反饋很少)，并利用偏差進行控制的過程（利用偏差修正偏差）。由于引入了被反饋量的反饋信息，整個控制過程成為閉合的，因此反饋控制也稱為閉環(huán)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖輸入量控制器控制對象測量元件輸出量反饋回路被控量干擾量232021/11控制量閉環(huán)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較242021/11開環(huán)控制：順向作用，沒有反向的聯(lián)系，沒有修正

偏差的能力，抗擾動性較差。結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、成本低。在精度要求不高或擾動影響較小的場合，

這種控制方式還有一定的實用價值（步進電機，水

泵，風(fēng)扇）。閉環(huán)控制：為偏差控制，可以抑制內(nèi)擾動（系統(tǒng)參數(shù)變化）、外擾動（負載變化）對被控制量產(chǎn)生的影響，因此，控制精度高。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高（成本成倍增加）；系統(tǒng)設(shè)計、分析麻煩。方框圖的有關(guān)概念方框

控制裝置和被控對象分別用方框表示信號線

方框的輸入和輸出以及它們之間的聯(lián)接用帶箭頭的信號線表示輸入信號進入方框的信號輸出信號離開方框的信號控制系統(tǒng)的輸出量就是被控量,它的期望值一般是系統(tǒng)輸入信號的函數(shù)。信號線方框信號線輸入信號輸出信號252021/11示例1：水位控制系統(tǒng)人工控制的恒值水位系統(tǒng)水位自動控制系統(tǒng)閥門進水要求水位實際水位水池出水連桿進水浮子水池出水262021/111.3控制系統(tǒng)示例示例2：電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)電樞控制直流電D.C.M+-uaiBn

n變化激磁電流：iB設(shè)一臺直流電

帶動負載以轉(zhuǎn)速n在轉(zhuǎn)動，要求保持轉(zhuǎn)速不變，即控制轉(zhuǎn)速：n=n0=常數(shù)電樞電壓：ua負載轉(zhuǎn)矩：Mfz直流電采用電樞控制不論什么因素引起的轉(zhuǎn)速變化，均通過電樞電壓將轉(zhuǎn)速控制到n=n0272021/1128電機轉(zhuǎn)速人工控制系統(tǒng)+AW1ua

D.C.Mn-通過轉(zhuǎn)速表觀察電機轉(zhuǎn)速n與要求的轉(zhuǎn)速n0進行比較得到偏差；根據(jù)偏差的大小和正負進行控制：n

n0

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n02021/11n

n0

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n0電機轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)u1電

功壓

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放大

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反饋信號u2

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反饋信號u2

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n0292021/11電位計w1是給定元+件，產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓u1，u1的設(shè)定值與轉(zhuǎn)速的期望值n

相0對應(yīng)。稱電壓u1為參考輸入，電壓u

-2為反饋信號由以上分析可知：產(chǎn)生控制作用的關(guān)鍵是偏差

信號，而偏差信號是對被控量不斷測量轉(zhuǎn)換并反饋到輸入端與參考輸入量相減（即負反饋）得到的，這種利用負反饋得到偏差信號，進而產(chǎn)生控制作用，又去消除偏差的控制原理就叫反饋控制原理W1電壓放大功率放大直流電測速電機W20nu

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ua302021/11Mfzn

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ucu2-開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點開環(huán)系統(tǒng)：具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，易于設(shè)計和調(diào)整，成本較優(yōu)點。對于那些負載恒定，擾動小，控制精度要求不高的實際系統(tǒng)，是有效的控制方式。閉環(huán)系統(tǒng)：由于增加了放大裝置、檢測裝置和反饋環(huán)節(jié)，使得結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本有所增加；但它提高了系統(tǒng)的控制精度和能力；同時負反饋對系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。312021/11圖1.2閉環(huán)控制系統(tǒng)方塊圖輸入量控制器控制對象測量元件輸出量反饋回路被控量干擾量控制量2.

反饋控制系統(tǒng)的組成、名詞術(shù)語和定義（1）322021/11主反饋信號偏差反饋控制系統(tǒng)的組成、名詞術(shù)語和定義（2）參考輸入r:輸入到控制系統(tǒng)中的指令信號；主反饋b:

與輸出成正比或某種函數(shù)關(guān)系且與參考輸入量綱相同的反饋信號；偏差e:參考輸入與主反饋之差，即e=r-b;控制量u:

從控制器輸出并作用于被控制對象的信號；擾動n：來自系統(tǒng)

或外部，對系統(tǒng)輸出產(chǎn)生不利影響的信號；332021/11反饋控制系統(tǒng)的組成、名詞術(shù)語、定義（3）輸出：反饋控制系統(tǒng)的被控制量，即被控制對象的輸出量；比較環(huán)節(jié)：將參考輸入與主反饋信號進行比較的環(huán)節(jié)，它的輸出等于參考輸入與主反饋信號的差值，即偏差e,比較環(huán)節(jié)又稱為偏差檢測器;控制對象：被控制的機器，設(shè)備，過程或系統(tǒng)；控制器：用來對被控制對象施加控制作用的裝置；反饋環(huán)節(jié)：將輸出量轉(zhuǎn)化為主反饋信號的裝置；反饋環(huán)節(jié)中通常含有信號檢測裝置。342021/111.4自控系統(tǒng)的分類352021/11一、從描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來分類線性系統(tǒng)：構(gòu)成系統(tǒng)的所有元件均是線性的，系統(tǒng)的數(shù)模為線性微分方程，滿足疊加性與均勻性（或齊次性）。其中又視微分方程中的系數(shù)為常數(shù)或時變，稱系統(tǒng)為定常線性系統(tǒng)或時變線性系統(tǒng)。疊加性：當(dāng)幾個輸入信號同時作用于系統(tǒng)時，系統(tǒng)的響應(yīng)等于每個輸入信號單獨作用于系統(tǒng)時所產(chǎn)生的響應(yīng)之和。均勻性：當(dāng)輸入信號按倍數(shù)變化時，系統(tǒng)響應(yīng)也按同一個倍數(shù)變化。線性系統(tǒng)的上述特性將使系統(tǒng)分析大大簡化。例如實際系統(tǒng)往往是MISO，應(yīng)用疊加原理可分別考慮每個輸入單獨作用時系統(tǒng)引起的響應(yīng)，然后將它們疊加，從而將MISO系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為SISO系統(tǒng)來。又如實際系統(tǒng)輸入信號的幅值各種各樣，運算不方便。應(yīng)用均勻性可將其輸入信號幅值取為1，這樣得到的響應(yīng)和實際輸入信號所產(chǎn)生的響應(yīng)，其變化特性完全相同，所不同的只是在幅值上按比例放大和縮小。因此，在研究系統(tǒng)性能時，系統(tǒng)的各類輸入信號幅值一般均取為1。362021/11非線性系統(tǒng)：系統(tǒng)中只要有一個元部件的輸入－輸出特性是非線性的，這類系統(tǒng)就稱為非線性系統(tǒng)。非線性方程的特點是系數(shù)與變量有關(guān)，或者方程中含有變量及其導(dǎo)數(shù)的高次冪或乘積項。如372021/11ct

ctct

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rt線性系統(tǒng)的重要特征是可以應(yīng)用線性疊加原理。由于描述非線性系統(tǒng)運動的數(shù)學(xué)模型為非線性微分方程，因此不滿足疊加性。故能否應(yīng)用疊加原理是兩類系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別。注意：嚴(yán)格來說，實際的物理系統(tǒng)中不存

性系統(tǒng)，總是或多或少存在不同程度的非線性特性。為了研究方

非線性不顯著或系統(tǒng)在非線性特性區(qū)域的工作范圍不大，可將其視為線性，或?qū)⑵渚€性化，然后按線性系統(tǒng)處理。飽和非線性死區(qū)非線性間隙非線性繼電非線性382021/11恒值控制系統(tǒng)（自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)）輸入信號是某個恒定不變的常數(shù)，要求系統(tǒng)的被控量盡可能的保持在期望值附近，系統(tǒng)的主要問題是存在使被控量偏離期望值的擾動；控制的任務(wù)就是要增強系統(tǒng)的抗擾動能力，使擾動作用于系統(tǒng)時，被控量能盡快的恢復(fù)到期望值上。例如：工業(yè)生產(chǎn)中的溫度、壓力、流量等參數(shù)的控制系統(tǒng)二、按輸入信號特征分類（1）392021/11隨動控制系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）輸入信號是隨時間任意變化的函數(shù)，要求系統(tǒng)的輸出信號緊緊跟隨輸入信號的變化。系統(tǒng)面臨的主要

是，被控對象和執(zhí)行機構(gòu)因慣性等因素的影響，使得系統(tǒng)的輸出信號不能緊緊跟隨輸入信號的變化，控制系統(tǒng)的主要任務(wù)就是提高系統(tǒng)的能力，使系統(tǒng)能夠跟隨難以預(yù)知的輸入信號的變化。例如：火自動系統(tǒng)、的天線控制系統(tǒng)等。二、按輸入信號特征分類（2）402021/11連續(xù)系統(tǒng)：系統(tǒng)中所有物理量均為時間的連續(xù)函數(shù)，其數(shù)模為微分方程離散系統(tǒng)：系統(tǒng)中所有物理量均為時間的離散函數(shù)，其數(shù)模為差分方程離散系統(tǒng)是一個總稱，如果系統(tǒng)中使用采樣開關(guān)，將連續(xù)函數(shù)形式的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散脈沖序列形式

的信號進行，這樣的系統(tǒng)稱為采樣控制系統(tǒng)；如果使用計算機或數(shù)字控制器，離散信號以數(shù)碼形

式傳遞，這樣的系統(tǒng)稱為數(shù)字控制系統(tǒng)。412021/11三、從信號的連續(xù)離散來分類2021/11rtt0rt

定常系統(tǒng)：如果描述系統(tǒng)的微分方程或差分方程的系數(shù)均為常數(shù)，這類系統(tǒng)為定常系統(tǒng)，又稱時不變系統(tǒng)。特點：系統(tǒng)的響應(yīng)特性只取決于輸入信號的形狀和系統(tǒng)的特性，而與輸入信號施加的時刻無關(guān)。yt

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四、按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時間變化分類時變系統(tǒng)：

如果系統(tǒng)的參數(shù)或結(jié)構(gòu)隨時間而變化，則稱這類系統(tǒng)為時變系統(tǒng)。特點：系統(tǒng)的響應(yīng)特性不僅取決于輸入信號的形狀和系統(tǒng)的特性，而且還與輸入信號施加的時間有關(guān)。對于同一系統(tǒng)來說，當(dāng)輸入信號在不同時刻作用于系統(tǒng)時，系統(tǒng)的響應(yīng)是不同的。時變系統(tǒng)的這一特性給系統(tǒng)的分析研究帶來了

。rtt0yt

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432021/111.5

控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)442021/111.穩(wěn)定性系統(tǒng)在受到擾動作用后自動返回原來的平衡狀態(tài)的能力。如果系統(tǒng)受到擾動作用（系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)外）后，能自動返回到原來的平衡狀態(tài)，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。穩(wěn)定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)特征是其輸出量具有非發(fā)散性；反之，系統(tǒng)是不穩(wěn)定系統(tǒng)。穩(wěn)定性示意圖452021/112.

穩(wěn)態(tài)誤差462021/11自動控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下的控制精度的度量?？刂葡到y(tǒng)的輸出響應(yīng)在過渡過程結(jié)束后的變化形態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)誤差為期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差。控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小說明控制精度越高。因此穩(wěn)態(tài)誤差常作為衡量控制系統(tǒng)性能好壞的一項指標(biāo)。控制系統(tǒng)設(shè)計的課題之一，就是要在兼顧其他性能指標(biāo)的情況下，使穩(wěn)態(tài)誤差盡可能小或者小于某個容許的限制值。472021/113.

瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)在時域中，常用單位階躍信號作用下，系統(tǒng)輸出的超調(diào)量p

,上升時間Tr,峰值時間Tp,過渡過程時間（或調(diào)整時間）Ts

和振蕩次數(shù)N等特征量表示。單位階躍信號作用下，穩(wěn)定系統(tǒng)的典型輸出響應(yīng)曲線見下圖8h(t)t峰值時間tpABB超調(diào)量σ%

=

A

100%上升時間tr調(diào)節(jié)時間ts穩(wěn)定系統(tǒng)的典型單位階躍響應(yīng)曲線2021/1149自動控制系統(tǒng)的典型外作用在工程實踐中，自動控制系統(tǒng)承受的外作用形式多種多樣，既有確定性外作用，又有隨機性外作用。對不同形式的外作用，系統(tǒng)被控量的變化情況（即響應(yīng)）各不相同，為了便于用的方法研究和比較系統(tǒng)的性能，通常選用幾種確定性函數(shù)作為典型外作用?？蛇x作典型外作用的函數(shù)應(yīng)具備以下條件：這種函數(shù)在現(xiàn)場或

中容易獲得；控制系統(tǒng)在這種函數(shù)作用下的性能應(yīng)代表在實際工作條件下的性能；這種函數(shù)的數(shù)學(xué)表達式簡單，便于理論計算。目前，在工程設(shè)計中常用的典型外作用函數(shù)有階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)、脈沖函數(shù)及正弦函數(shù)等確定性函數(shù)。2021/11幾種典型外作用（1）階躍函數(shù)(step

function)（2）斜坡函數(shù)(ramp

function)Rt

0t

0f

t

0Rt t

0f

t

0階躍函數(shù)的幅值R=1時，稱為單位階躍函數(shù).例如：電源電壓的突然跳動；負載突然增大或減小；恒值控制系統(tǒng)的設(shè)定值等等。t

0當(dāng)R=1時，稱為單位斜坡函