自動化反饋控制系統(tǒng)的基本概念

1、船舶電氣與自動化（船舶自動化）第五章第五章 反饋控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識反饋控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識 第一節(jié)第一節(jié) 反饋控制系統(tǒng)的基本概念反饋控制系統(tǒng)的基本概念 一、反饋控制系統(tǒng)的組成一、反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制系統(tǒng)對機器設(shè)備或生產(chǎn)過程參數(shù)的控反饋控制系統(tǒng)對機器設(shè)備或生產(chǎn)過程參數(shù)的控制過程實際上是直接模擬人的手動操作過程。制過程實際上是直接模擬人的手動操作過程。 例例1、輔鍋爐水位自動控制系統(tǒng)、輔鍋爐水位自動控制系統(tǒng)例例2、主機冷卻水溫度自動控制系統(tǒng)、主機冷卻水溫度自動控制系統(tǒng) 主機冷卻水溫度自動控制系統(tǒng)示意圖主機冷卻水溫度自動控制系統(tǒng)示意圖 在自動控制過程中，由于不需要人來干預(yù)控制過程，因此在自動控制

2、過程中，由于不需要人來干預(yù)控制過程，因此必須采用相應(yīng)的自動化儀表來代替人的功能器官。比如可必須采用相應(yīng)的自動化儀表來代替人的功能器官。比如可用用溫度傳感器和變送器溫度傳感器和變送器來代替人的眼睛，隨時測量冷卻水來代替人的眼睛，隨時測量冷卻水的實際溫度并把該值送給調(diào)節(jié)器。的實際溫度并把該值送給調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器代替人的大腦，代替人的大腦，并對冷卻水實際溫度進(jìn)行分析和計算，然后輸出控制信號并對冷卻水實際溫度進(jìn)行分析和計算，然后輸出控制信號給執(zhí)機構(gòu)。給執(zhí)機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)代替人的雙手，改變?nèi)ㄕ{(diào)節(jié)閥的開代替人的雙手，改變?nèi)ㄕ{(diào)節(jié)閥的開度。不論是手動控制，還是自動控制，反饋的作用都是存度。不論是

3、手動控制，還是自動控制，反饋的作用都是存在的。我們把包含反饋作用的控制過程稱為在的。我們把包含反饋作用的控制過程稱為反饋控制過程反饋控制過程。 組成一個反饋控制系統(tǒng)，必須有四個最基本的環(huán)節(jié)，即組成一個反饋控制系統(tǒng)，必須有四個最基本的環(huán)節(jié)，即控控制對象制對象、測量單元測量單元、調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)單元和和執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)。 （1）控制對象）控制對象 控制對象控制對象是指所要控制的機器、設(shè)備或裝是指所要控制的機器、設(shè)備或裝 置。把所要控制的運行參數(shù)叫做置。把所要控制的運行參數(shù)叫做被控量被控量。 在鍋爐水位自動控制系統(tǒng)中，鍋爐是控制在鍋爐水位自動控制系統(tǒng)中，鍋爐是控制 對象，水位是被控量。對象，水位是被控量

4、。 在柴油機冷卻水溫度自動控制系統(tǒng)中，淡在柴油機冷卻水溫度自動控制系統(tǒng)中，淡 水冷卻器是控制對象，冷卻水溫度是被控量。水冷卻器是控制對象，冷卻水溫度是被控量。 在柴油機轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)中，柴油機是在柴油機轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)中，柴油機是控制對象，轉(zhuǎn)速是被控量?？刂茖ο螅D(zhuǎn)速是被控量。 （2）測量單元）測量單元 測量單元的作用：檢測被控量的實際值，并測量單元的作用：檢測被控量的實際值，并把它轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一信號，該信號叫被控量的把它轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一信號，該信號叫被控量的測量值。測量值。 在氣動控制系統(tǒng)中，其統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號在氣動控制系統(tǒng)中，其統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號是是0.020.1MPa；在電動控制系

5、統(tǒng)中，其統(tǒng)一的；在電動控制系統(tǒng)中，其統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)電流信號是標(biāo)準(zhǔn)電流信號是010 mA或或420mA。 在溫度自動控制系統(tǒng)中，測量單元采用溫度在溫度自動控制系統(tǒng)中，測量單元采用溫度傳感器和溫度變送器；在壓力自動控制系統(tǒng)中，傳感器和溫度變送器；在壓力自動控制系統(tǒng)中，測量單元采用壓力傳感器和壓力變送器；在鍋爐測量單元采用壓力傳感器和壓力變送器；在鍋爐水位自動控制系統(tǒng)中，測量單元采用水位發(fā)訊器水位自動控制系統(tǒng)中，測量單元采用水位發(fā)訊器（參考水位罐）和差壓變送器。（參考水位罐）和差壓變送器。 （3）調(diào)節(jié)單元）調(diào)節(jié)單元 調(diào)節(jié)單元是指具有各種調(diào)節(jié)作用規(guī)律的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)單元是指具有各種調(diào)節(jié)作用規(guī)律的調(diào)節(jié)器。把運行參

6、數(shù)所希望控制的最佳值叫給定值，器。把運行參數(shù)所希望控制的最佳值叫給定值，用用 r 表示；被控量的測量值用表示；被控量的測量值用 z 表示。把被控表示。把被控量的測量值偏離給定值的數(shù)量叫偏差值，用量的測量值偏離給定值的數(shù)量叫偏差值，用 e 表示表示,顯然，顯然，e = r - z 。若若e 0，則說明測量值低于設(shè)定值，為，則說明測量值低于設(shè)定值，為正偏差正偏差；若若e 0，則說明測量值大于設(shè)定值，為，則說明測量值大于設(shè)定值，為負(fù)偏差負(fù)偏差；若若e 0，則說明測量值等于設(shè)定值，為，則說明測量值等于設(shè)定值，為無偏差無偏差。 n調(diào)節(jié)器首先接收測量單元送來的被控量的測量調(diào)節(jié)器首先接收測量單元送來的被控量

7、的測量信號，并與被控量的給定值相比較得到偏差信信號，并與被控量的給定值相比較得到偏差信號，再根據(jù)偏差信號的大小和方向（正偏差還號，再根據(jù)偏差信號的大小和方向（正偏差還是負(fù)偏差），依據(jù)某種調(diào)節(jié)作用規(guī)律輸出一個是負(fù)偏差），依據(jù)某種調(diào)節(jié)作用規(guī)律輸出一個控制信號，對被控量施加控制作用，直到偏差控制信號，對被控量施加控制作用，直到偏差等于零或接近零為止。等于零或接近零為止。 在實際應(yīng)用中，調(diào)節(jié)器一般有在實際應(yīng)用中，調(diào)節(jié)器一般有位式調(diào)節(jié)器、比位式調(diào)節(jié)器、比例調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器、比例微分調(diào)節(jié)器例調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器、比例微分調(diào)節(jié)器和比例積分微分調(diào)節(jié)器和比例積分微分調(diào)節(jié)器等五種，根據(jù)控制對象等五種，根據(jù)

8、控制對象特性的不同及對被控量控制精度的要求，控制特性的不同及對被控量控制精度的要求，控制系統(tǒng)可選用不同調(diào)節(jié)作用規(guī)律的調(diào)節(jié)器。系統(tǒng)可選用不同調(diào)節(jié)作用規(guī)律的調(diào)節(jié)器。 （4）執(zhí)行機構(gòu)）執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)的輸入量是調(diào)節(jié)單元輸出的控制執(zhí)行機構(gòu)的輸入量是調(diào)節(jié)單元輸出的控制信號，調(diào)節(jié)單元輸出的控制信號一般都要經(jīng)過信號，調(diào)節(jié)單元輸出的控制信號一般都要經(jīng)過執(zhí)行機構(gòu)才能作用到控制對象上，從而改變流執(zhí)行機構(gòu)才能作用到控制對象上，從而改變流入控制對象的物質(zhì)或能量，使之能適應(yīng)控制對入控制對象的物質(zhì)或能量，使之能適應(yīng)控制對象的負(fù)荷變化。在氣動控制系統(tǒng)中，執(zhí)行機象的負(fù)荷變化。在氣動控制系統(tǒng)中，執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)般是氣動薄膜調(diào)節(jié)閥或

9、氣動活塞式調(diào)節(jié)閥；般是氣動薄膜調(diào)節(jié)閥或氣動活塞式調(diào)節(jié)閥；在電動控制系統(tǒng)中，一般采用伺服電機。在電動控制系統(tǒng)中，一般采用伺服電機。 以上四個基本單元在組成反饋控制系統(tǒng)中是以上四個基本單元在組成反饋控制系統(tǒng)中是缺一不可的。但對于一個完整的反饋控制系統(tǒng)，缺一不可的。但對于一個完整的反饋控制系統(tǒng)，一般還設(shè)有顯示單元，用來指示被控量的給定值一般還設(shè)有顯示單元，用來指示被控量的給定值和測量值。同時，對氣動控制系統(tǒng)來說，應(yīng)設(shè)有和測量值。同時，對氣動控制系統(tǒng)來說，應(yīng)設(shè)有氣源裝置和定值器；對電動控制系統(tǒng)尚需設(shè)穩(wěn)壓氣源裝置和定值器；對電動控制系統(tǒng)尚需設(shè)穩(wěn)壓電源等輔助裝置。電源等輔助裝置。二、自動控制系統(tǒng)傳遞方框圖

10、二、自動控制系統(tǒng)傳遞方框圖控制單元執(zhí)行機構(gòu)被控對象測量單元)(tr)(te)(tp)(tq)(td)(ty圖5-2 反饋控制系統(tǒng)傳遞方框圖R(t)設(shè)定值 z(t)測量值 e(t)偏差值 y(t)被控量 q(t) 執(zhí)行量 p(t) 控制量 d(t)外部擾動值)(tzA （1）環(huán)節(jié)）環(huán)節(jié) 在控制系統(tǒng)傳遞方框圖中，代表實際單元的每在控制系統(tǒng)傳遞方框圖中，代表實際單元的每個小方框稱為一個個小方框稱為一個環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)。每個環(huán)節(jié)都有輸入量和輸。每個環(huán)節(jié)都有輸入量和輸出量，并用帶箭頭的信號線來表示。其中箭頭指向出量，并用帶箭頭的信號線來表示。其中箭頭指向該環(huán)節(jié)的信號線為輸入量，箭頭離開該環(huán)節(jié)的信號該環(huán)節(jié)的信號線

11、為輸入量，箭頭離開該環(huán)節(jié)的信號線為輸出量。線為輸出量。 任何環(huán)節(jié)輸出量的變化均取決于輸入量的變化任何環(huán)節(jié)輸出量的變化均取決于輸入量的變化以及該環(huán)節(jié)的特性，而輸出量的變化不會直接影響以及該環(huán)節(jié)的特性，而輸出量的變化不會直接影響輸入量，這叫信號傳遞的輸入量，這叫信號傳遞的單向性單向性。 （2）擾動）擾動控制對象作為反饋控制系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)，其輸出量控制對象作為反饋控制系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)，其輸出量是被控量，而是被控量，而引起被控量變化的因素引起被控量變化的因素統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為擾動擾動。擾動可分為兩類：擾動可分為兩類：外部擾動、基本擾動外部擾動、基本擾動?；緮_動基本擾動是指來自控制系統(tǒng)內(nèi)部控制通道（調(diào)節(jié)通是指

12、來自控制系統(tǒng)內(nèi)部控制通道（調(diào)節(jié)通道）的擾動?；緮_動通過道）的擾動?；緮_動通過調(diào)節(jié)通道調(diào)節(jié)通道影響被控量。影響被控量。例如，在水位控制系統(tǒng)中，給水調(diào)節(jié)閥開度的改變例如，在水位控制系統(tǒng)中，給水調(diào)節(jié)閥開度的改變將引起水位的變化；在冷卻水溫度控制系統(tǒng)中，三將引起水位的變化；在冷卻水溫度控制系統(tǒng)中，三通調(diào)節(jié)閥開度的改變將引起水溫的變化，等等。通調(diào)節(jié)閥開度的改變將引起水溫的變化，等等。 外部擾動外部擾動是指來自系統(tǒng)外部環(huán)境的擾動，外部擾動是指來自系統(tǒng)外部環(huán)境的擾動，外部擾動通過通過擾動通道擾動通道影響被控量。影響被控量。例如，以鍋爐為控制對象的水位控制系統(tǒng)，水位是例如，以鍋爐為控制對象的水位控制系統(tǒng)，

13、水位是被控量，鍋爐負(fù)荷（外部用汽量）的變化將引起水被控量，鍋爐負(fù)荷（外部用汽量）的變化將引起水位的變化；在柴油機氣缸冷卻水溫度控制系統(tǒng)中，位的變化；在柴油機氣缸冷卻水溫度控制系統(tǒng)中，水溫是被控量，柴油機負(fù)荷的變化、海水溫度的變水溫是被控量，柴油機負(fù)荷的變化、海水溫度的變化、淡水冷卻器中水管結(jié)垢的多少等都會引起冷卻化、淡水冷卻器中水管結(jié)垢的多少等都會引起冷卻水溫度的變化。這種擾動是由于水溫度的變化。這種擾動是由于設(shè)備負(fù)荷或外界環(huán)設(shè)備負(fù)荷或外界環(huán)境境的擾動變化而導(dǎo)致控制對象內(nèi)部的能量平衡遭到的擾動變化而導(dǎo)致控制對象內(nèi)部的能量平衡遭到破壞而引起的。破壞而引起的。（3）系統(tǒng)的輸入與輸出）系統(tǒng)的輸入與輸

14、出 前面提到的輸入和輸出的概念都是針對環(huán)節(jié)前面提到的輸入和輸出的概念都是針對環(huán)節(jié)而言的；若從系統(tǒng)的角度來看，作為一個整而言的；若從系統(tǒng)的角度來看，作為一個整體，系統(tǒng)具有兩個輸入，即設(shè)定值和外部擾體，系統(tǒng)具有兩個輸入，即設(shè)定值和外部擾動，以及一個輸出，即被控量。動，以及一個輸出，即被控量。 （4）反饋）反饋 調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)執(zhí)行機構(gòu)改變控制強度，即調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)執(zhí)行機構(gòu)改變控制強度，即改變流入控制對象的物質(zhì)或能量的流量，引改變流入控制對象的物質(zhì)或能量的流量，引起被控量的變化（即系統(tǒng)輸出變化），而系起被控量的變化（即系統(tǒng)輸出變化），而系統(tǒng)輸出的變化經(jīng)測量單元又送回到系統(tǒng)的輸統(tǒng)輸出的變化經(jīng)測量單元又送

15、回到系統(tǒng)的輸入端，這個過程叫入端，這個過程叫反饋反饋。 正反饋正反饋是指經(jīng)反饋能加強閉環(huán)系統(tǒng)輸入效是指經(jīng)反饋能加強閉環(huán)系統(tǒng)輸入效應(yīng)，即使偏差應(yīng)，即使偏差e增大。增大。 負(fù)反饋負(fù)反饋是指經(jīng)反饋能減弱閉環(huán)系統(tǒng)輸入效是指經(jīng)反饋能減弱閉環(huán)系統(tǒng)輸入效應(yīng)，即使偏差應(yīng)，即使偏差e減小。減小。 （5）前向通道與反饋通道）前向通道與反饋通道 在控制系統(tǒng)傳遞方框圖中，從系統(tǒng)的輸入端在控制系統(tǒng)傳遞方框圖中，從系統(tǒng)的輸入端沿信號線方向到達(dá)系統(tǒng)輸出端的通道稱為前沿信號線方向到達(dá)系統(tǒng)輸出端的通道稱為前向通道；而相反方向的通道則稱為反饋通道。向通道；而相反方向的通道則稱為反饋通道。（6）閉環(huán)系統(tǒng)）閉環(huán)系統(tǒng) 在反饋控制系統(tǒng)傳

16、遞方框圖中，前一環(huán)在反饋控制系統(tǒng)傳遞方框圖中，前一環(huán)節(jié)的輸出就是后一環(huán)節(jié)的輸入，系統(tǒng)的輸出節(jié)的輸出就是后一環(huán)節(jié)的輸入，系統(tǒng)的輸出又經(jīng)反饋通道送回到系統(tǒng)的輸入端。這樣，又經(jīng)反饋通道送回到系統(tǒng)的輸入端。這樣，控制系統(tǒng)就形成了一個封閉的控制回路，稱控制系統(tǒng)就形成了一個封閉的控制回路，稱為為閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)，反饋控制系統(tǒng)必定是閉環(huán)系統(tǒng)。，反饋控制系統(tǒng)必定是閉環(huán)系統(tǒng)。 開環(huán)系統(tǒng)不再是反饋控制系統(tǒng)，無法根開環(huán)系統(tǒng)不再是反饋控制系統(tǒng)，無法根據(jù)偏差來實現(xiàn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的參數(shù)自動控?fù)?jù)偏差來實現(xiàn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的參數(shù)自動控制。制。三、反饋控制系統(tǒng)的工作過程三、反饋控制系統(tǒng)的工作過程反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)按給定值的

17、變化規(guī)律分類方法：按給定值的變化規(guī)律分類方法： 1、定值控制系統(tǒng)、定值控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的給定值是恒定不變的，為某個確系統(tǒng)的給定值是恒定不變的，為某個確定值，則該系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。定值，則該系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。 例如鍋爐水位與蒸汽壓力控制系統(tǒng)，柴例如鍋爐水位與蒸汽壓力控制系統(tǒng)，柴油機氣缸冷卻水溫度控制系統(tǒng)，燃油粘度控油機氣缸冷卻水溫度控制系統(tǒng)，燃油粘度控制系統(tǒng)，發(fā)電機的原動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)等都制系統(tǒng)，發(fā)電機的原動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)等都屬于定值控制系統(tǒng)。屬于定值控制系統(tǒng)。 2、程序控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的給定值是變化的，而且是按人們事系統(tǒng)的給定值是變化的，而且是按人們事先安排好的規(guī)律進(jìn)行變化，

18、則該系統(tǒng)稱為程序先安排好的規(guī)律進(jìn)行變化，則該系統(tǒng)稱為程序控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)。 例如船舶主機遙控系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速控制，其例如船舶主機遙控系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速控制，其給定值就是按車鐘設(shè)定轉(zhuǎn)速的預(yù)定發(fā)送速率規(guī)給定值就是按車鐘設(shè)定轉(zhuǎn)速的預(yù)定發(fā)送速率規(guī)律而變化的。律而變化的。 3、隨動控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的給定值是任意變化的，且變化規(guī)律系統(tǒng)的給定值是任意變化的，且變化規(guī)律是事先無法確定的系統(tǒng)，則該系統(tǒng)稱為隨動控是事先無法確定的系統(tǒng)，則該系統(tǒng)稱為隨動控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。 例如自動舵的隨動操舵系統(tǒng)，其舵角給定例如自動舵的隨動操舵系統(tǒng)，其舵角給定值完全取決于當(dāng)時的航行情況。值完全取決于當(dāng)時的航行情況。n反饋控制系統(tǒng)

19、的工作過程：反饋控制系統(tǒng)的工作過程：n設(shè)系統(tǒng)處在平衡狀態(tài)（即系統(tǒng)穩(wěn)定運行）時突設(shè)系統(tǒng)處在平衡狀態(tài)（即系統(tǒng)穩(wěn)定運行）時突然受到一個外部擾動，被控量將離開初始穩(wěn)定然受到一個外部擾動，被控量將離開初始穩(wěn)定值發(fā)生變化，測量單元將把被控量的實際值送值發(fā)生變化，測量單元將把被控量的實際值送至調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器內(nèi)部，被控量的給定值與至調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器內(nèi)部，被控量的給定值與測量值進(jìn)行比較，得到偏差值測量值進(jìn)行比較，得到偏差值e，調(diào)節(jié)器依據(jù)，調(diào)節(jié)器依據(jù)某種調(diào)節(jié)作用規(guī)律輸出一個控制信號，通過執(zhí)某種調(diào)節(jié)作用規(guī)律輸出一個控制信號，通過執(zhí)行機構(gòu)改變流入控制對象的物質(zhì)或能量流量，行機構(gòu)改變流入控制對象的物質(zhì)或能量流量，被控

20、量朝著偏差減少的方向變化，這一信號又被控量朝著偏差減少的方向變化，這一信號又通過測量單元送至調(diào)節(jié)器，重復(fù)上述過程，最通過測量單元送至調(diào)節(jié)器，重復(fù)上述過程，最終使被控量又回到給定值或給定值附近，系統(tǒng)終使被控量又回到給定值或給定值附近，系統(tǒng)達(dá)到一個新的平衡狀態(tài)。達(dá)到一個新的平衡狀態(tài)。四、評定控制系統(tǒng)動態(tài)過程品質(zhì)的指標(biāo)四、評定控制系統(tǒng)動態(tài)過程品質(zhì)的指標(biāo) 反饋控制系統(tǒng)的擾動形式是隨機的，反饋控制系統(tǒng)的擾動形式是隨機的，很難用一個數(shù)學(xué)表達(dá)式來精確地描述，很難用一個數(shù)學(xué)表達(dá)式來精確地描述，但可以歸納為四種擾動形式：但可以歸納為四種擾動形式： 階躍形式、階躍形式、 線性形式、脈沖形式、線性形式、脈沖形式、正

21、弦形式。正弦形式。 階躍擾動tr(t)0Rtr(t)0Rttr(t)01/2Rt2線性擾動加速度擾動tr(t)0正弦擾動脈沖擾動r(t)01/hhh0時，稱為理想的單位脈沖函數(shù)，記作(t)。r(t)0r(t)tth0 為了便于分析和研究反饋控制系統(tǒng)的性能，為了便于分析和研究反饋控制系統(tǒng)的性能，通常以通常以階躍信號階躍信號作為系統(tǒng)的給定值或擾動，因為作為系統(tǒng)的給定值或擾動，因為階躍信號是反饋控制系統(tǒng)一種最常見的輸入信號，階躍信號是反饋控制系統(tǒng)一種最常見的輸入信號，而且不論是作為給定值或者擾動量，對系統(tǒng)是最而且不論是作為給定值或者擾動量，對系統(tǒng)是最嚴(yán)重的沖擊，最容易引起系統(tǒng)發(fā)生不平衡狀態(tài)嚴(yán)重的沖擊

22、，最容易引起系統(tǒng)發(fā)生不平衡狀態(tài)n根據(jù)控制系統(tǒng)接受的擾動途徑，可以分為兩種情根據(jù)控制系統(tǒng)接受的擾動途徑，可以分為兩種情況：一種情況是外部擾動不變，改變給定值（如況：一種情況是外部擾動不變，改變給定值（如隨動控制隨動控制）；另一種情況是給定值不變（）；另一種情況是給定值不變（定值控定值控制制），改變外部擾動。由于控制器控制規(guī)律或系），改變外部擾動。由于控制器控制規(guī)律或系統(tǒng)參數(shù)的不同，控制系統(tǒng)的動態(tài)過程將表現(xiàn)為不統(tǒng)參數(shù)的不同，控制系統(tǒng)的動態(tài)過程將表現(xiàn)為不同的形式。同的形式。 在階躍信號輸入時，被控量變化的動態(tài)過程在階躍信號輸入時，被控量變化的動態(tài)過程有以下四種：有以下四種： （1）發(fā)散振蕩過程）發(fā)散

23、振蕩過程 （2）等幅振蕩過程）等幅振蕩過程 （3）單調(diào)過程（非周期過程）單調(diào)過程（非周期過程） （4）衰減振蕩過程）衰減振蕩過程圖圖5-3 5-3 過程曲線基本類型過程曲線基本類型（b)y（t)t（d)y（t)t（a)y（t)tt（c)y（t)發(fā)散振蕩發(fā)散振蕩等幅振蕩等幅振蕩衰減振蕩衰減振蕩單調(diào)過程單調(diào)過程（1）穩(wěn)定性指標(biāo)）穩(wěn)定性指標(biāo) 衰減率和振蕩次數(shù)衰減率和振蕩次數(shù)Nn衰減率，是指在衰減振蕩中，第一個波峰值衰減率，是指在衰減振蕩中，第一個波峰值y1減去第二個同相波峰值減去第二個同相波峰值y3除以第一個波峰值除以第一個波峰值y1，即：，即： 0 發(fā)散振蕩過程，發(fā)散振蕩過程， 0 1 衰減衰減振

24、蕩振蕩過程過程 =0 等幅振蕩過程，等幅振蕩過程， =1非周期過程非周期過程 一般希望一般希望=0.75=0.750.90.9131yyy （1）穩(wěn)定性指標(biāo)）穩(wěn)定性指標(biāo) 與衰減率相對應(yīng)的是另一種衡量指標(biāo)是與衰減率相對應(yīng)的是另一種衡量指標(biāo)是衰減比衰減比。所謂衰減比是第一個波峰值所謂衰減比是第一個波峰值y1和第二個同相波和第二個同相波峰值峰值y3的比值，即的比值，即y1/y3。 衰減率衰減率是衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)，要求是衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)，要求 =0.750.9。當(dāng)。當(dāng) =0.75時，時，y1是是y3的的4倍，此時衰減倍，此時衰減比比4:1。 振蕩次數(shù)振蕩次數(shù)N，是指在衰減振蕩中，被控量的振蕩是指在衰減振蕩中，被控量的振蕩次數(shù)。一般要求被控量振蕩次數(shù)。一般要求被控量振蕩23次就應(yīng)該穩(wěn)定次就應(yīng)該穩(wěn)定下來。下來。 圖圖5-4 5-4 定值控制系統(tǒng)的動態(tài)過程定值控制系統(tǒng)的動態(tài)過程ttst0y1y2y3y0emax0y（)d（t)tdt0y（t)0圖圖5-5 5