自動控制原理J

1§1.4對控制系統(tǒng)性能的基本要求理想控制系統(tǒng):c(t)=r(t)

輸出變化（被控量）是對輸入變化（給定量）的理想跟蹤.實(shí)際系統(tǒng):

（慣性系統(tǒng)）作不到理想跟蹤。有響應(yīng)過程，有控制偏差調(diào)節(jié)過程,表現(xiàn)出不同的動態(tài)性能（控制特性）。

因此，需要對實(shí)際控制系統(tǒng)的控制特性作出評價，建立用于評價的性能指標(biāo)。2

一般來說：系統(tǒng)未加入激勵（輸入信號）時，系統(tǒng)處于靜態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)加入激勵（輸入信號）后，系統(tǒng)就開始了響應(yīng)過程——動態(tài)過程。動態(tài)過程可以分為暫態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程。?

穩(wěn)態(tài)過程——暫態(tài)過程之后，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過程。穩(wěn)態(tài)下，系統(tǒng)的響應(yīng)波形與輸入波形相同，但是存在不同程度的誤差。?暫態(tài)過程——系統(tǒng)輸出從一個平衡狀態(tài)變化到另一個平衡狀態(tài)要經(jīng)歷一個過渡性過程，稱其為暫態(tài)過程(過渡過程)。當(dāng)輸入變化時,反饋引起偏差,經(jīng)過反饋調(diào)節(jié)作用,最終輸出進(jìn)入新的平衡狀態(tài)。

控制系統(tǒng)的響應(yīng)過程3

對控制系統(tǒng)性能的要求可歸結(jié)為三個方面：穩(wěn)定性好

兩層含義：不會發(fā)生自激振蕩、有足夠的穩(wěn)定裕量。

穩(wěn)定性是系統(tǒng)的固有特性（取決于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)及參數(shù)）。不穩(wěn)定系統(tǒng)的輸出是不能趨于希望值的。實(shí)用的控制系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的，否則系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，甚至造成系統(tǒng)損壞和事故。

穩(wěn)定性是自動控制系統(tǒng)的最基本要求。4

系統(tǒng)受外作用力后,其動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)恢復(fù)平衡的能力。穩(wěn)定性：

如果系統(tǒng)受外作用力經(jīng)過一段時間，其被控量達(dá)到某一穩(wěn)定狀態(tài)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。否則為不穩(wěn)定的。穩(wěn)定系統(tǒng)的動態(tài)過程r(t)t0c(t)1r(t)c(t)不穩(wěn)定系統(tǒng)的動態(tài)過程(a)給定信號作用c(t)(b)擾動信號作用d(t)t0c(t)r(t)t0c(t)r(t)c(t)d(t)

不穩(wěn)定的系統(tǒng)是無法正常工作的52快速性好（暫態(tài)特性）快速性是指暫態(tài)響應(yīng)（過渡過程）的時間長短。

通過過渡過程時間長短表征。時間越短，表明快速性越好，反之亦然。r(t)t0c(t)r(t)c1(t)c2(t)

快速性表明了系統(tǒng)輸出對輸入響應(yīng)的快慢程度63準(zhǔn)確性高（穩(wěn)態(tài)特性）

準(zhǔn)確性是系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下被控量和給定量之間的偏差程度。穩(wěn)態(tài)誤差越小，準(zhǔn)確性越高。理想系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為零。由輸入給定值與輸出響應(yīng)的終值之間的差值ess大小表征。r(t)t0c(t)r(t)c(t)ess7有差系統(tǒng)（圖a）若穩(wěn)態(tài)誤差不為零，則系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng)無差系統(tǒng)（圖b）若穩(wěn)態(tài)誤差為零，則系統(tǒng)稱為無差系統(tǒng)。8

穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性往往是互相制約的。在設(shè)計(jì)與調(diào)試的過程中,若過分強(qiáng)調(diào)某方面的性能,則可能會使其他方面的性能受到影響。

根據(jù)工作任務(wù)的不同,分析和設(shè)計(jì)自動控制系統(tǒng)，使其對三方面的性能有所側(cè)重，并兼顧其它。

關(guān)于控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的具體定義和計(jì)算方法將在后面相關(guān)章節(jié)專門討論。9§1.5自動控制理論發(fā)展簡介自動控制理論源于早期人們對負(fù)反饋的應(yīng)用和研究.■1788年瓦特運(yùn)用反饋原理設(shè)計(jì)了蒸汽機(jī)用的離心式飛錘調(diào)節(jié)器.■1868年Maxwell發(fā)表了”論調(diào)速器”論文.■1948年N.winer出版著作,奠定了控制論基礎(chǔ).《CyberneticsorControlandCommunicationintheAnimalandMachine》■1954年錢學(xué)森出版《工程控制論》奠定了工程控制論基礎(chǔ),

發(fā)展了控制科學(xué)與工程。10控制理論發(fā)展的三個階段:

一.經(jīng)典控制論發(fā)展階段針對SISO系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題.

三大分析方法:

時域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法.

11二.現(xiàn)代控制理論發(fā)展階段（60年代以來）

主要針對多變量、非線性、時變等問題產(chǎn)生了以狀態(tài)空間法為核心的現(xiàn)代控制理論。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，提出了最優(yōu)控制、魯棒控制、自適應(yīng)控制等。12三.智能控制理論發(fā)展階段

針對大系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)的柔性和更高的自主性要求,模擬人腦的思維,產(chǎn)生了專家控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制。13自動控制系統(tǒng)舉例:

例1火炮跟蹤系統(tǒng)

輸入量:Φr輸出量:Φo

平衡狀態(tài):Φo=Φr

1415

ugkudn~ub按偏差調(diào)節(jié)：n↑→ub↑→(ug-ub)↓→ud↓→n↓

例2：直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制量：ud=K(ug-ub)被控量：電機(jī)轉(zhuǎn)速n偏差信號：e=ug-ub16方框蛇圖死（Bl商oc勿k初di騰ag處ra臘m）17例3造紙祖機(jī)分終部傳某動控柳制系魂統(tǒng)●工作承原理?●系統(tǒng)田方框俱圖?側(cè)(規(guī)Bl曉oc藝k牌di笛a(bǔ)g幻玉ra賢m)（示賭意圖址，Pi念ct頭or朽ia濃l冤di令ag豬ra窗m）18如圖劑所示戰(zhàn)。含刪有大距量水昌分的辟紙張坡經(jīng)過卻第一碑壓榨扯棍后找，去赤掉了虹一部我分含障水量裹，然航后再紙進(jìn)入箱第二物壓榨削棍，社再榨斃去一擠部分邀水分襲。第猾一和蓋第二揮壓榨招棍分屯別由刻各自護(hù)的電逃動機(jī)項(xiàng)拖動恐，顯狠然兩個猛壓榨找棍的彩轉(zhuǎn)速畫必須帳協(xié)調(diào)，否恐則將畜會拉揪斷紙升頁或障出現(xiàn)姥疊堆辨。自動德控制親系統(tǒng)況中壓握榨棍穗拖動蓮電動矩機(jī)M2的轉(zhuǎn)鞋速由露測速博發(fā)電統(tǒng)機(jī)TG檢測單，并難轉(zhuǎn)換種為速放度反移饋電僅壓Uf。反盒饋電蕉壓Uf與參炒考電么壓Ur相比擔(dān)較得浩偏差誦電壓e=Ur洲-Uf，經(jīng)溪過放迎大去雁控制乳拖動物電機(jī)M2的轉(zhuǎn)義速，施達(dá)到蜻兩個鼓壓榨冰棍的枝轉(zhuǎn)速謀協(xié)調(diào)夢。19系統(tǒng)他方框膨圖(B偏lo練ck塞d桑ia藏gr漆am揚(yáng))20練習(xí)類題：觀察休、思