ch3-1自動(dòng)控制的一般概念

第三章自動(dòng)控制理論基礎(chǔ)1-1自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念1-2自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成，典型環(huán)節(jié)1-3典型輸入，控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)1-4控制器類型及特點(diǎn)1-5控制系統(tǒng)舉例返回主目錄第一節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)概述1-1（1）

自動(dòng)控制的基本概念控制：主動(dòng)干預(yù)、管理、操縱之意；被控對(duì)象：工作的機(jī)器設(shè)備稱為被控對(duì)象；被控量：把表征這些機(jī)器設(shè)備工作狀態(tài)的物理參量稱為被控量；給定值：而對(duì)這些物理參量的要求值稱為給定值或希望值（或參考輸入)。則控制的任務(wù)可概括為：使被控對(duì)象的被控量等于給定值。（舉例，電機(jī)帶動(dòng)的傳送帶）返回子目錄自動(dòng)控制即沒有人直接參與的控制，其基本任務(wù)是：在無人直接參與的情況下，只利用控制裝置操縱被控對(duì)象，使被控制量等于給定值。自動(dòng)控制系統(tǒng)：指能夠完成自動(dòng)控制任務(wù)的設(shè)備，一般由控制裝置和被控對(duì)象組成。1-1（２）自動(dòng)控制的基本方式實(shí)際結(jié)果分析決策執(zhí)行觀察工作對(duì)象實(shí)測(cè)值干擾觀察預(yù)期目標(biāo)人工功能圖（舉例，稱東西）返回子目錄1-1（２）自動(dòng)控制的基本方式被控量比較執(zhí)行測(cè)量被控對(duì)象實(shí)測(cè)值干擾測(cè)量給定值H自動(dòng)控制方框圖返回子目錄在上圖中，除被控對(duì)象外的其余部分統(tǒng)稱為控制裝置，它必須具備以下三種職能部件。測(cè)量元件：用以測(cè)量被控量或干擾量。（傳感器實(shí)現(xiàn)）比較元件：將被控量與給定值進(jìn)行比較。（比較線路、模擬運(yùn)算器等實(shí)現(xiàn)）執(zhí)行元件：根據(jù)比較后的偏差，產(chǎn)生執(zhí)行作用，去操縱被控對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、電磁鐵、作動(dòng)筒等實(shí)現(xiàn)）

參與控制的信號(hào)來自三條通道，即給定值、干擾量、被控量。比較執(zhí)行測(cè)量被控對(duì)象實(shí)測(cè)值干擾測(cè)量給定值H被控量開環(huán)控制閉環(huán)控制下面根據(jù)不同的信號(hào)源來分析自動(dòng)控制的幾種基本控制方式一、開環(huán)控制給定值干擾計(jì)算執(zhí)行受控對(duì)象被控量按給定值操縱的開環(huán)控制系統(tǒng)原理方框圖開環(huán)控制——系統(tǒng)的輸出端與輸入端之間不存在反饋回路，輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用沒有影響。比較執(zhí)行測(cè)量被控對(duì)象實(shí)測(cè)值干擾測(cè)量給定值H被控量爐溫控制系統(tǒng)爐溫控制系統(tǒng)原理方框圖定時(shí)開關(guān)爐子電阻絲特點(diǎn)：控制裝置只按給定值來控制受控對(duì)象優(yōu)點(diǎn)：控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，相對(duì)來說成本低。缺點(diǎn)：對(duì)可能出現(xiàn)的被控量偏離給定值的偏差沒有任何修正能力，抗干擾能力差，控制精度不高。二、閉環(huán)控制特點(diǎn)：通過計(jì)算被控量和給定值的差值來控制被控對(duì)象。優(yōu)點(diǎn)：可以自動(dòng)調(diào)節(jié)由于干擾和內(nèi)部參數(shù)的變化而引起的變動(dòng)。計(jì)算比較給定值E執(zhí)行被控對(duì)象干擾被控量測(cè)量－按偏差調(diào)節(jié)的系統(tǒng)原理方框圖如上圖所示，反饋回來的信號(hào)與給定值相減，即根據(jù)偏差進(jìn)行控制，稱為負(fù)反饋，反之稱為正反饋（核爆炸、滾雪球）。這種控制方式控制精度較高，因?yàn)闊o論是干擾的作用，還是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，只要被控量偏離給定值，系統(tǒng)就會(huì)自行糾偏。但是閉環(huán)控制系統(tǒng)的參數(shù)如果匹配得不好，會(huì)造成被控量的較大擺動(dòng)，甚至系統(tǒng)無法正常工作。計(jì)算比較給定值E執(zhí)行被控對(duì)象干擾被控量測(cè)量－飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)原理示意圖測(cè)量元件：垂直陀螺儀，當(dāng)飛機(jī)以給定俯仰角水平飛行師，陀螺儀電位器沒有電壓輸出，如果飛機(jī)受到擾動(dòng)，偏離原來的值，電位器輸出信號(hào)，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)舵機(jī)，使升降舵偏轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)反饋電位器滑動(dòng)，反饋到輸入端；隨著偏差的減小，放大器輸入值越來越小，知道俯仰角回到期望值，舵面也恢復(fù)到原來的狀態(tài)。俯仰角控制系統(tǒng)方框圖控制對(duì)象：飛機(jī)被控量：俯仰角控制裝置：放大器，舵機(jī)，垂直陀螺儀，反饋電位器（自動(dòng)駕駛儀）1-2自動(dòng)控制的組成給定裝置：設(shè)定被控量給定值的裝置；給定電位器檢測(cè)及反饋環(huán)節(jié)：測(cè)量被控量，轉(zhuǎn)換為與給定值相同的物理量，再反饋到輸入端，再與給定值進(jìn)行比較；電位器和垂直陀螺儀控制器：將反饋量與給定量進(jìn)行比較，運(yùn)算（比例放大，積分或微分控制）后輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)：接收控制器信號(hào)，完成對(duì)被控對(duì)象的驅(qū)動(dòng)；舵機(jī)控制對(duì)象：要控制的設(shè)備或變量；飛機(jī)，舵面的偏轉(zhuǎn)角是被控量返回子目錄16補(bǔ)充：數(shù)學(xué)模型1列寫微分方程的一般方法2非線性方程的線性化3傳遞函數(shù)4動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和典型環(huán)節(jié)返回主目錄17分析和設(shè)計(jì)任何一個(gè)控制系統(tǒng)，首要任務(wù)是建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)輸入、輸出變量以及內(nèi)部各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。建立數(shù)學(xué)模型的方法分為解析法和實(shí)驗(yàn)法1列寫微分方程的一般方法18解析法：依據(jù)系統(tǒng)及元件各變量之間所遵循的物理、化學(xué)定律列寫出變量間的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)法：對(duì)系統(tǒng)或元件輸入一定形式的信號(hào)（階躍信號(hào)、單位脈沖信號(hào)、正弦信號(hào)等），根據(jù)系統(tǒng)或元件的輸出響應(yīng)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理而辨識(shí)出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。19總結(jié)：解析方法適用于簡單、典型、常見的系統(tǒng)，而實(shí)驗(yàn)方法適用于復(fù)雜、非常見的系統(tǒng)。實(shí)際上常常是把這兩種方法結(jié)合起來建立數(shù)學(xué)模型更為有效。20控制系統(tǒng)微分方程的建立基本步驟：分析各元件的工作原理，明確輸入、輸出量建立輸入、輸出量的動(dòng)態(tài)聯(lián)系消去中間變量標(biāo)準(zhǔn)化微分方程返回子目錄21

列寫微分方程的一般方法例1.列寫如圖所示RC網(wǎng)絡(luò)的微分方程。RCuruci22

列寫微分方程的一般方法RCuruci解：由基爾霍夫定律得:23解：由基爾霍夫定律得:式中:i為流經(jīng)電阻R和電容C的電流,消去中間變量i,可得:令（時(shí)間常數(shù)），則微分方程為：24非線性方程的線性化在實(shí)際工程中，構(gòu)成系統(tǒng)的元件都具有不同程度的非線性，如下圖所示。返回子目錄25于是，建立的動(dòng)態(tài)方程就是非線性微分方程，對(duì)其求解有諸多困難，因此，對(duì)非線性問題做線性化處理確有必要。對(duì)弱非線性的線性化如上圖（a），當(dāng)輸入信號(hào)很小時(shí)，忽略非線性影響，近似為放大特性。對(duì)（b）和（c），當(dāng)死區(qū)或間隙很小時(shí)（相對(duì)于輸入信號(hào)）同樣忽略其影響，也近似為放大特性，如圖中虛線所示。非線性方程的線性化26在平衡點(diǎn)A（x0，y0）處，當(dāng)系統(tǒng)受到干擾，y只在A附近變化，則可對(duì)A處的輸出—輸入關(guān)系函數(shù)按泰勒級(jí)數(shù)展開，由數(shù)學(xué)關(guān)系可知，當(dāng)很小時(shí)，可用A處的切線方程代替曲線方程（非線性），即小偏差線性化。平衡位置附近的小偏差線性化輸入和輸出關(guān)系具有如下圖所示的非線性特性非線性方程的線性化27傳遞函數(shù)的基本定義建立了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型-微分方程，求解方程便可得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程，常用的方法是拉氏變換。本節(jié)引入另一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型-傳遞函數(shù)，它是拉氏變換求解線性常系數(shù)微分方程的過程中構(gòu)造出來的，是一個(gè)派生的概念返回子目錄28傳遞函數(shù)的概念與定義

線性定常系統(tǒng)在輸入、輸出初始條件均為零的條件下，輸出的拉氏變換與輸入的拉氏變換之比，稱為該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。返回子目錄傳遞函數(shù)的基本定義29返回子目錄例2-1中建立的RC網(wǎng)絡(luò)微分方程，即試求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)1、象方程：將微分方程兩端取拉氏變換，得傳遞函數(shù)的基本定義30返回子目錄線性定常系統(tǒng)在輸入、輸出初始條件均為零的條件下，輸出的拉氏變換與輸入的拉氏變換之比，稱為該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)的基本定義31了解零初始條件下，拉氏變換的普遍規(guī)律傳遞函數(shù)的基本定義32返回子目錄這里，“初始條件為零”有兩方面含義：一指輸入作用是t＝0后才加于系統(tǒng)的，因此輸入量及其各階導(dǎo)數(shù)，在t=時(shí)的值為零。二指輸入信號(hào)作用于系統(tǒng)之前系統(tǒng)是靜止的，即t=時(shí)，系統(tǒng)的輸出量及各階導(dǎo)數(shù)為零。許多情況下傳遞函數(shù)是能完全反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能的。傳遞函數(shù)的基本定義33G(s)Ur(s)Uc(s))s(U)s(U)s(Grc=傳遞函數(shù)的基本定義34關(guān)于傳遞函數(shù)的幾點(diǎn)說明傳遞函數(shù)僅適用于線性定常系統(tǒng)，否則無法用拉氏變換導(dǎo)出；因?yàn)槔献儞Q是一種積分運(yùn)算傳遞函數(shù)完全取決于系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、參數(shù)，而與輸入、輸出無關(guān)；傳遞函數(shù)只表明一個(gè)特定的輸入、輸出關(guān)系，對(duì)于多輸入、多輸出系統(tǒng)來說沒有統(tǒng)一的傳遞函數(shù)；（可定義傳遞函數(shù)矩陣，見第九章）35傳遞函數(shù)是在零初始條件下建立的，因此，它只是系統(tǒng)的零狀態(tài)模型，有一定的局限性，但它有現(xiàn)實(shí)意義，而且容易實(shí)現(xiàn)。傳遞函數(shù)是關(guān)于復(fù)變量s的有理真分式，它的分子，分母的階次是：。36動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和典型環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的定義：由局部傳遞函數(shù)和基本符號(hào)組成的框圖稱為動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖引入動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的意義：便于求傳遞函數(shù)；形象直觀地表明輸入信號(hào)在系統(tǒng)或元件中的傳遞過程。返回子目錄37動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的概念系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖由若干基本符號(hào)構(gòu)成。構(gòu)成動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的基本符號(hào)有四種，即信號(hào)線、傳遞方框、綜合點(diǎn)和引出點(diǎn)。信號(hào)線

表示信號(hào)輸入、輸出的通道。箭頭代表信號(hào)傳遞的方向。38傳遞方框G(s)方框的兩側(cè)為輸入信號(hào)線和輸出信號(hào)線，方框內(nèi)寫入該輸入、輸出之間的傳遞函數(shù)G(s)。39綜合點(diǎn)綜合點(diǎn)亦稱加減點(diǎn)，表示幾個(gè)信號(hào)相加、減，叉圈符號(hào)的輸出量即為諸信號(hào)的代數(shù)和，負(fù)信號(hào)需在信號(hào)線的箭頭附近標(biāo)以負(fù)號(hào)。＋省略時(shí)也表示＋40引出點(diǎn)表示同一信號(hào)傳輸?shù)綆讉€(gè)地方。41動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的基本連接形式1.串聯(lián)連接G1(s)G2(s)X(s)Y(s)方框與方框通過信號(hào)線相連，前一個(gè)方框的輸出作為后一個(gè)方框的輸入，這種形式的連接稱為串聯(lián)連接。42并聯(lián)連接G1(s)G2(s)X(s)－＋Y(s)兩個(gè)或兩個(gè)以上的方框，具有同一個(gè)輸入信號(hào)，并以各方框輸出信號(hào)的代數(shù)和作為輸出信號(hào)，這種形式的連接稱為并聯(lián)連接。43反饋連接一個(gè)方框的輸出信號(hào)輸入到另一個(gè)方框后，得到的輸出再返回到這個(gè)方框的輸入端，構(gòu)成輸入信號(hào)的一部分。這種連接形式稱為反饋連接。G(s)R(s)－C(s)H(s)44系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的構(gòu)成45典型環(huán)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中的方塊，像鏈條上的一個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)，故方塊也稱為環(huán)節(jié)，方塊中表示的傳遞函數(shù)也稱為環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。系統(tǒng)元部件不同，環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)也有所差異，但它們不外乎幾種典型環(huán)節(jié)的組合，這些典型環(huán)節(jié)為：46典型環(huán)節(jié)（1）比例環(huán)節(jié)某一環(huán)節(jié)，在輸入信號(hào)的作用下，其輸出立即成比例的反應(yīng)，或者說輸出量在時(shí)間上無延遲、在形狀上無失真的復(fù)現(xiàn)輸入量，但幅度大小上可以有變化，這種環(huán)節(jié)稱為比例環(huán)節(jié)，又稱放大環(huán)節(jié)。傳遞函數(shù)為：47典型環(huán)節(jié)Fig3.1-7R(s)、C(s)是輸入變量和輸出變量的頻域表示法48典型環(huán)節(jié)比例環(huán)節(jié)是自動(dòng)控制中，用的最多的環(huán)節(jié)，如運(yùn)算放大器，齒輪減速器，杠桿，彈簧，分壓器等，如下圖fig3.1-849典型環(huán)節(jié)（2）慣性環(huán)節(jié)當(dāng)輸入量突變時(shí)，輸出量不會(huì)突變，只能按指數(shù)規(guī)律逐漸變化，即具有慣性，傳遞函數(shù)為：50典型環(huán)節(jié)當(dāng)給該環(huán)節(jié)加入階躍輸入信號(hào)時(shí)，其輸出量按指數(shù)上升，上升的快慢由時(shí)間常數(shù)T決定，慣性環(huán)節(jié)存在一定的延遲，這類環(huán)節(jié)有儲(chǔ)能元件，輸入突然改變時(shí)，輸出不能立即反應(yīng)輸入量的變化。fig3.1-951典型環(huán)節(jié)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)含有這種環(huán)節(jié)，包含儲(chǔ)能元件如儲(chǔ)存磁場(chǎng)能的電感，儲(chǔ)存電場(chǎng)的電容，儲(chǔ)存彈簧勢(shì)能的彈簧等fig3.1-1052典型環(huán)節(jié)（3）積分環(huán)節(jié)

積分是隨時(shí)間積累的意思；輸入量是液體流量，輸出量是液面高度，因此輸入量隨時(shí)間積累起來就是輸出量，兩者之間的這種關(guān)系稱為積分關(guān)系。傳遞函數(shù)為Fig3.1-1153典型環(huán)節(jié)當(dāng)輸入量發(fā)生階躍變化時(shí)，輸出量以一定的斜率線性上升；對(duì)于積分環(huán)節(jié)來說，只要有輸入存在，不管多大，輸出總是上升的。Fig3.1-1254典型環(huán)節(jié)凡是輸出量對(duì)輸入量有儲(chǔ)存和積累特點(diǎn)的元件，都是積分環(huán)節(jié)；如機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的位移與轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角，阻容電路中的電壓與電流等Fig3.1-1355典型環(huán)節(jié)（4）微分環(huán)節(jié)輸出量和輸入量的微分成正比，即輸出量與輸入量無關(guān)而與輸入量的變化率成正比。傳遞函數(shù)為：56典型環(huán)節(jié)若輸入信號(hào)為階躍信號(hào)，輸出信號(hào)是一個(gè)脈沖行數(shù)，當(dāng)t>0時(shí)，輸出為零，即：微分環(huán)節(jié)只對(duì)輸入信號(hào)發(fā)生變化時(shí)起作用，系統(tǒng)穩(wěn)定后，該環(huán)節(jié)就不再有輸出，可用于改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)Fig3.1-1457典型環(huán)節(jié)（5）振蕩環(huán)節(jié)這種類型的系統(tǒng)常含有兩個(gè)不同形式的儲(chǔ)能元件，若兩種元件中的能量有相互交換，就可能在交換和儲(chǔ)能過程中產(chǎn)生振蕩；在電子領(lǐng)域，儲(chǔ)能元件有電容器和電感線圈。傳遞函數(shù)為：式中：T為時(shí)間常數(shù)，為阻尼系數(shù)。58典型環(huán)節(jié)（5）振蕩環(huán)節(jié)當(dāng)振蕩環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)為階躍函數(shù)時(shí)，輸出信號(hào)的變化曲線形狀取決于阻尼比，當(dāng)阻尼比在0~1之間時(shí)，是欠阻尼狀態(tài)，輸出如圖：59典型環(huán)節(jié)（5）振蕩環(huán)節(jié)阻尼比>1，系統(tǒng)過阻尼，輸出呈指數(shù)單調(diào)變化，相應(yīng)慢；=1，臨界阻尼，呈指數(shù)單調(diào)變化，相應(yīng)比過阻尼快；=0無阻尼狀態(tài)，輸出為等幅正弦波振蕩；實(shí)際系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)的快速性，做成欠阻尼的。601.3典型輸入控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)系統(tǒng)的響應(yīng)與輸入信號(hào)的形式有關(guān)，自動(dòng)控制系統(tǒng)中的輸入往往具有隨機(jī)性，無法事先知道或用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示，通常把實(shí)際的輸入信號(hào)用幾種有代表性的函數(shù)來表示，以下介紹典型輸入。611.3典型輸入單位階躍函數(shù)1(t)tf(t)0?íì<3==0t00tR)t(R)t(f其拉氏變換為：s1dte1)s(F)]t(f[L0st===ò￥-

其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：突然改變參考輸入值，電動(dòng)機(jī)突然加載或卸載；621.3典型輸入t

單位斜坡函數(shù)0t0t0t)t(1t)t(f<3?íì=.=其拉氏變換為：20sts1dtet)s(F)]t(f[L===ò￥-f(t)0

其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：631.3典型輸入單位脈沖函數(shù)000)()(=1?íì￥==ttttfd

其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：其拉氏變換為：1)()]([==sFtfLò+￥￥-=1)(dttd定義：圖中1代表了脈沖強(qiáng)度。單位脈沖作用在現(xiàn)實(shí)中是不存在的，它是某些物理現(xiàn)象經(jīng)數(shù)學(xué)抽象化的結(jié)果。641.3典型輸入正弦函數(shù)其拉氏變換為：220sin)()]([ωsωdteωtsFtfLst+===ò￥-000sin)(<3?íì=ttωttf

其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：f(t)1-３對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求返回子目錄當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的給定量改變或受到各種擾動(dòng)時(shí)，被控量就會(huì)偏離原來的值而產(chǎn)生偏差，通過系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，經(jīng)過短暫的過渡過程（動(dòng)態(tài)過程，暫態(tài)過程），被控量又恢復(fù)到原來的狀態(tài)（穩(wěn)態(tài)，靜態(tài)）；自動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)或穩(wěn)態(tài)性能可以用相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)來衡量。1-３對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求返回子目錄（1）系統(tǒng)的穩(wěn)定性當(dāng)給定量發(fā)生變化或受到擾動(dòng)時(shí)，輸出量將偏離原來的穩(wěn)定值，若系統(tǒng)通過自動(dòng)調(diào)節(jié)恢復(fù)到原來的穩(wěn)定值，說明系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則就是不穩(wěn)定的。1-３對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求返回子目錄（2）穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)穩(wěn)態(tài)誤差（ess）：當(dāng)系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)過渡到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)，或系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用又重新平衡后，系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)偏差，這一偏差稱為穩(wěn)態(tài)誤差；衡量系統(tǒng)精度和準(zhǔn)確度的指標(biāo)；若ess=0，稱系統(tǒng)為無靜差系統(tǒng)，不為零則稱為有靜差系統(tǒng)。1-３對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求返回子目錄t)(th)(pth1ptst誤差帶01-３對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求返回子目錄（3）動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，組成系統(tǒng)的元件通常都有一定的慣性，如機(jī)械慣性、電磁慣性、熱慣性等，系統(tǒng)中各種變量一般都不能突變，因此，系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)需要經(jīng)歷一段時(shí)間，這段時(shí)間稱為過渡過程；表征這一過程的指標(biāo)稱為動(dòng)態(tài)指標(biāo)。1-３對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求返回子目錄動(dòng)態(tài)變化過程有：單調(diào)過程；衰減振蕩過程；等幅振蕩過程；發(fā)散振蕩過程1-３對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求返回子目錄（1）上升時(shí)間第一次到達(dá)穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間;對(duì)單調(diào)上升系統(tǒng)，一般指相應(yīng)從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需要的時(shí)間；t)(th)(pth1ptst誤差帶01-３對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求返回子目錄（2）峰值時(shí)間輸出響應(yīng)超過穩(wěn)態(tài)值到達(dá)第一個(gè)峰值所需的時(shí)間；t)(th)(pth1ptst誤差帶01-３對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求返回子目錄（3）調(diào)節(jié)時(shí)間（過渡過程時(shí)間）輸出響應(yīng)與理想穩(wěn)態(tài)值之間的誤差達(dá)到±5%，且以后不再超出此范圍的最短時(shí)間；t)(th)(pth1ptst誤差帶01-３對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求返回子目錄（4）超調(diào)量系統(tǒng)最大響應(yīng)值與穩(wěn)態(tài)值之差的百分比t)(th)(pth1ptst誤差帶01-３對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求返回子目錄（5）穩(wěn)態(tài)誤差當(dāng)時(shí)間趨于無窮時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)的期望值與實(shí)際值之差t)(th)(pth1ptst誤差帶01-３對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求返回子目錄（6）振蕩次數(shù)N指在調(diào)整時(shí)間內(nèi)，輸出量在穩(wěn)態(tài)值上下波動(dòng)的次數(shù)，反應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，振蕩次數(shù)越少越穩(wěn)定t)(th)(pth1ptst誤差帶01-３對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求返回子目錄上升時(shí)間和峰值時(shí)間表征系統(tǒng)的快速性；調(diào)節(jié)時(shí)間表示系統(tǒng)過渡過程的持續(xù)時(shí)間，反映出系統(tǒng)的快速性；超調(diào)量和振蕩次數(shù)反映系統(tǒng)的穩(wěn)定性；穩(wěn)態(tài)誤差反映系統(tǒng)的抗干擾能力和控制精度；超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)誤差是評(píng)價(jià)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度。t)(th)(pth1ptst誤差帶01-4控制器類型及特點(diǎn)返回子目錄控制器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，控制器通過對(duì)誤差信號(hào)的放大或運(yùn)算，輸出一個(gè)控制量去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作，使被控對(duì)象達(dá)到所期望的狀態(tài)。圖3.1-241.4控制器類型及特點(diǎn)控制器分類：斷續(xù)工作控制器和連續(xù)工作控制器；采用連續(xù)工作控制器時(shí)，每次控制誤差e的變化都會(huì)引起控制變量的變化，從而對(duì)受控對(duì)象實(shí)現(xiàn)連續(xù)不斷的控制，直到誤差為零。研究連續(xù)控制器的一般方法是：設(shè)誤差e做階躍變化，觀察控制變量的階躍響應(yīng)，根據(jù)階躍響應(yīng)特性我們可以區(qū)分控制器的類型：返回子目錄1.4控制器類型及特點(diǎn)1、比例控制器（P-控制器）P-控制器的控制量與誤差成正比；即：誤差信號(hào)在控制器的輸入端階躍變化時(shí)，輸出端的控制變量將出現(xiàn)相同的變化；如圖3.1-27返回子目錄1.4控制器類型及特點(diǎn)1、比例控制器（P-控制器）但是P-控制器存在誤差，控制精度不高；返回子目錄1.4控制器類型及特點(diǎn)在電子電路中，P-控制器由電子器件構(gòu)成，電路符號(hào)為：3.1-28；是由運(yùn)算放大器組成的比例放大器實(shí)現(xiàn)的3.1-29返回子目錄1.4控制器類型及特點(diǎn)2、積分控制器（I-控制器）I-控制器的控制變量按誤差信號(hào)的大小和正負(fù)以一定的斜率上升或下降；控制變量的變換率取決于誤差信號(hào)e；其階躍響應(yīng)3.1-31：它可以消除剩余誤差，但是產(chǎn)生的控制作用比較緩慢返回子目錄1.4控制器類型及特點(diǎn)在電子電路中，I-控制器由電子器件構(gòu)成，電路符號(hào)為：3.1-32；是由運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的3.1-34返回子目錄1.4控制器類型及特點(diǎn)3、比例積分控制器P-控制器對(duì)誤差信號(hào)的反應(yīng)速度較快，但存在剩余誤差；而I-控制器可以消除剩余誤差，但反應(yīng)速度較慢，將兩者聯(lián)合使用可以構(gòu)成一個(gè)即快又沒有剩余誤差的控制器，稱為PI-控制器。返回子目錄1.4控制器類型及特點(diǎn)3、比例積分控制器P-控制器對(duì)誤差信號(hào)的反應(yīng)速度較快，但存在剩余誤差；而I-控制器可以消除剩余誤差，但反應(yīng)速度較慢，將兩者聯(lián)合使用可以構(gòu)成一個(gè)即快又沒有剩余誤差的控制器，稱為PI-控制器。返回子目錄