第一章 控制系統(tǒng)一般概念

第一章控制系統(tǒng)一般概念第1頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一章控制系統(tǒng)一般概念1.1引言1.2控制科學(xué)與控制論、系統(tǒng)論、信息論1.3自動(dòng)控制的發(fā)展1.4自動(dòng)控制系統(tǒng)分類(lèi)和組成1.5閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成1.6現(xiàn)代控制系統(tǒng)實(shí)例1.7對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求1.8典型輸入信號(hào)或者激勵(lì)信號(hào)第2頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)外界擾動(dòng)使得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓增大，從而導(dǎo)致電壓放大器的輸入電壓降低，降低，因此電動(dòng)機(jī)兩端的電壓降低，最終使得電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速降低，維持在希望的轉(zhuǎn)速值1000轉(zhuǎn)/秒。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展中，自動(dòng)控制理論與自動(dòng)控制系統(tǒng)起著越來(lái)越重要的作用。除了在宇宙飛船系統(tǒng)、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)和機(jī)器人系統(tǒng)等領(lǐng)域中，自動(dòng)控制具有特別重要的作用外，它已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)和工業(yè)過(guò)程中的不可缺少的組成部分。自動(dòng)控制技術(shù)的核心就是反饋控制或閉環(huán)控制。如圖是一個(gè)速度反饋控制系統(tǒng)，目的是使直流電動(dòng)機(jī)速度n維持在為1000轉(zhuǎn)/秒。

1.1引言

第3頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月從以上敘述可以理解到，反饋的含義是將系統(tǒng)的輸出經(jīng)過(guò)處理后再送到系統(tǒng)的輸入端，以調(diào)整系統(tǒng)的再輸出。除了工程系統(tǒng)以外，生物系統(tǒng)中的變量，如人體的血糖和血壓受某些過(guò)程的影響，而這些過(guò)程都可以通過(guò)自動(dòng)控制方法進(jìn)行研究。同樣，在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中，大到宏觀控制，小到商業(yè)管理經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的變量，如受政府財(cái)政政策影響的失業(yè)和通貨膨脹，亦可利用控制方法來(lái)研究。自動(dòng)控制的這些應(yīng)用對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)力產(chǎn)生了巨大的影響。目前，自動(dòng)控制理論還在繼續(xù)發(fā)展，正向以控制論（Cybernetics）、信息論(Informationtheory)、系統(tǒng)論(Systematology)和仿生學(xué)(Bionics)為基礎(chǔ)的智能控制理論深入。第4頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2控制科學(xué)與控制論、系統(tǒng)論、信息論自動(dòng)控制系統(tǒng)是由各環(huán)節(jié)、部件組成，按反饋原理進(jìn)行控制的。反饋控制是一種最基本的控制方式，它要求根據(jù)誤差信息通過(guò)一定的控制算法形成控制作用。所以在自動(dòng)控制系統(tǒng)中包括多個(gè)環(huán)節(jié)：信息的量測(cè)（提?。⑻幚恚庸ず妥儞Q）和信息的傳輸（圖1中的箭頭代表信息的傳輸方向或稱(chēng)信息流向）、存儲(chǔ)及利用，并最終形成控制作用（也是一種信息）。因此可以看出，系統(tǒng)、信息和控制的緊密關(guān)系。系統(tǒng)是信息和控制的載體，而信息反映系統(tǒng)的性能，控制是實(shí)現(xiàn)預(yù)期性能的手段?！叭摗?-系統(tǒng)論、信息論和控制論為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)提供了全新的思維方式和科學(xué)方法論原則，它們對(duì)整個(gè)人類(lèi)社會(huì)起著巨大作用。第5頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月信息論的創(chuàng)始人是美國(guó)學(xué)者C.香農(nóng)(Shannon)。人們通過(guò)分析系統(tǒng)中信息的流向、變換和處理來(lái)認(rèn)識(shí)系統(tǒng)中每個(gè)元件的作用、功能和構(gòu)成。系統(tǒng)論是研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能一般規(guī)律的科學(xué)，其研究對(duì)象為各類(lèi)系統(tǒng)，包括工程系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等?？刂普撌茄芯縿?dòng)物、機(jī)器、自然、和社會(huì)等系統(tǒng)中控制、反饋和通信的共同規(guī)律的科學(xué)；而控制理論是在控制論出現(xiàn)之前將通信、控制和反饋應(yīng)用到工程和物理系統(tǒng)，所形成的對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)理論和方法。但一般都認(rèn)為，“控制論”的一個(gè)分支“工程控制論”就是“控制理論”.Cybernetics---控制論Controltheory---控制理論本書(shū)的主要任務(wù)是介紹控制理論或工程控制論，即以工程系統(tǒng)為背景介紹自動(dòng)控制的基本概念、設(shè)計(jì)及其應(yīng)用。第6頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3自動(dòng)控制的發(fā)展人們普遍認(rèn)為最早應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程的自動(dòng)反饋控制器，是JamesWatt于1976年發(fā)明的離心飛球調(diào)速器，它被用來(lái)調(diào)節(jié)蒸汽機(jī)的速度。第7頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

航天飛機(jī)升空及在太空飛行,由于各種外部的因數(shù),使得飛機(jī)偏離既定軌道,必須控制其回到設(shè)計(jì)的軌道上。（反饋控制）阿波羅宇宙飛船要成功登上月球，必需要求飛船為軟著陸，即飛船到達(dá)月球表面的向下速度為零，飛船運(yùn)行過(guò)程中燃料消耗最小，飛行時(shí)間最短等等（最優(yōu)控制）后來(lái)，應(yīng)用于航空航天，工業(yè)過(guò)程等等。第8頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

戰(zhàn)機(jī)追擊中，敵機(jī)飛行軌跡，我機(jī)是無(wú)法預(yù)知的，我機(jī)的飛行控制系統(tǒng)能準(zhǔn)確迅速地跟蹤敵機(jī)將敵機(jī)擊毀（自適應(yīng)跟蹤控制）。美國(guó)F-22隱形戰(zhàn)斗機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)要避開(kāi)敵方雷達(dá)搜索，同時(shí)根據(jù)地形變化進(jìn)行控制，具有自學(xué)習(xí)的功能（智能控制）。第9頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)電與配電系統(tǒng)第10頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月中藥生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)（分離、純化、精制、制備、干燥等）

石油化工生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)第11頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離散生產(chǎn)系統(tǒng)機(jī)器人控制第12頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月總之，控制領(lǐng)域歷史悠久、成果豐碩、影響著商業(yè)、軍事和科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用。通信、計(jì)算和傳感技術(shù)的相互滲透將使許多新的控制方式的應(yīng)用成為可能。第13頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

自動(dòng)控制理論研究自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，進(jìn)行系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)的一般性理論。研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。自動(dòng)控制系統(tǒng)

由控制裝置和被控對(duì)象所組成，它們以某種相依賴(lài)的方式組合成為一個(gè)有機(jī)整體，并對(duì)被控對(duì)象輸出的物理量（如玻璃窯爐控制系統(tǒng)中的溫度、壓力、液位）進(jìn)行自動(dòng)控制。1.4自動(dòng)控制系統(tǒng)分類(lèi)和組成控制通過(guò)對(duì)系統(tǒng)輸入的操作使得輸出達(dá)到指定的目標(biāo)。自控控制

就是在無(wú)人直接參加的情況下，利用控制裝置使被控對(duì)象（過(guò)程）自動(dòng)地按預(yù)定規(guī)律變化的控制過(guò)程。1.自動(dòng)控制的有關(guān)概念第14頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.自動(dòng)控制系統(tǒng)分類(lèi)根據(jù)控制方式分為：開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、反饋控制（閉環(huán)控制）系統(tǒng)等。根據(jù)系統(tǒng)性能分為：線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)、定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)、確定性系統(tǒng)和不確定性系統(tǒng)等。根據(jù)被控制量變化規(guī)律分為：恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)等。根據(jù)元件類(lèi)型分為：機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)和生物系統(tǒng)等。根據(jù)系統(tǒng)功用分為：溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)和位置控制系統(tǒng)等。第15頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)

開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)又稱(chēng)為前饋控制系統(tǒng)?？刂谱饔檬怯奢斎胄盘?hào)直接向前輸送，而不是由輸出信號(hào)回輸?shù)捷斎胄盘?hào)來(lái)進(jìn)行控制的系統(tǒng)，稱(chēng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。輸出不影響輸入，對(duì)輸出不需測(cè)量，易于實(shí)現(xiàn)；組成系統(tǒng)的元部件精度高，系統(tǒng)的精度才能高；系統(tǒng)的穩(wěn)定性不是主要問(wèn)題?？刂蒲b置被控對(duì)象u給定值擾動(dòng)

被控量nc特點(diǎn)3.開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)常見(jiàn)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)：自動(dòng)洗衣機(jī)，自動(dòng)流水線等。第16頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開(kāi)環(huán)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)電位器電壓放大器可控硅功放直流電動(dòng)機(jī)Purukn擾動(dòng)ua擾動(dòng)框圖第17頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月閉環(huán)控制系統(tǒng)輸入量眼睛(書(shū)位置)大腦手臂、手輸出量(手位置)眼睛人取書(shū)的反饋控制系統(tǒng)方塊圖輸出量與輸入量之間有反向聯(lián)系，靠輸入量與主反饋信號(hào)之間的偏差對(duì)輸出量進(jìn)行控制的系統(tǒng)叫閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）。第18頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電位器電壓放大器可控硅硅放大器直流電動(dòng)機(jī)測(cè)速機(jī)Purubuk-n擾動(dòng)ua框圖閉環(huán)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)系統(tǒng)分析：第19頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電位器電壓放大器可控硅放大器直流電動(dòng)機(jī)測(cè)速機(jī)Purubuk－n擾動(dòng)ua負(fù)反饋調(diào)整過(guò)程電位器電壓放大器可控硅放大器直流電動(dòng)機(jī)測(cè)速機(jī)Purubuk＋n擾動(dòng)ua正反饋（有效控制）（失控）第20頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象測(cè)量（變換）-r給定值e偏差擾動(dòng)被控量nc測(cè)量信號(hào)

閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖第21頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反饋控制，按反饋極性分為：正反饋，負(fù)反饋反饋系統(tǒng)如果無(wú)特殊說(shuō)明，一般都指負(fù)反饋輸出影響輸入，故能削弱或抑制干擾；低精度元件可組成高精度系統(tǒng)；因?yàn)榭赡馨l(fā)生超調(diào)、振蕩，故穩(wěn)定性很重要。特點(diǎn)第22頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.恒值控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)輸入量為恒定常值的反饋系統(tǒng)為恒值控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的任務(wù)是保證在任何擾動(dòng)作用下，輸出量以一定的精度接近給定值。如化工生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力、流量和液位等物理量的控制均為恒值控制。圖為一物料加熱用的爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)。電爐是被控對(duì)象，而爐溫是被控制量。由電位器組成的溫度給定環(huán)節(jié)給出的電壓相比較，形成誤差電壓對(duì)應(yīng)所期望的爐內(nèi)溫度，它與表示實(shí)際爐溫的熱電偶的電壓。uruf原理：第23頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月隨動(dòng)系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)或跟蹤系統(tǒng)）輸入量是事先不確定的反饋系統(tǒng)稱(chēng)為隨動(dòng)系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)或跟蹤系統(tǒng)，例如雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)就是這樣的系統(tǒng)。在圖中所示的典型雷達(dá)系統(tǒng)中，拋物面形狀的天線不斷地發(fā)射電脈沖，系統(tǒng)接收從目標(biāo)飛行器發(fā)射回來(lái)的回波，并計(jì)算雷達(dá)天線的坐標(biāo)和指向目標(biāo)的向量之間的偏差。系統(tǒng)的任務(wù)是保證在任何擾動(dòng)作用下，讓天線指向各個(gè)角落以保持這些指向目標(biāo)的向量的平行?；鹋谧詣?dòng)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，飛機(jī)俯仰角的儀表指示系統(tǒng)，X-Y記錄儀均為類(lèi)似的隨動(dòng)系統(tǒng)。

第24頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

閉環(huán)控制系統(tǒng)是由各種不同的元部件組成的。將組成系統(tǒng)的元部件按職能分類(lèi)主要有以下幾種：a.測(cè)量元件：檢測(cè)系統(tǒng)輸出并參與控制的信號(hào)，如眼睛感知手的位置。b.給定元件：系統(tǒng)輸入，給出系統(tǒng)的控制目標(biāo)，如眼睛感知書(shū)的位置。c.比較元件：比較和系統(tǒng)輸出系統(tǒng)輸入，如大腦比較手和書(shū)的位置。d.放大元件：對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行放大，如神經(jīng)和肌肉把大腦給出的控制信息放大。e.執(zhí)行元件：執(zhí)行控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，如手臂和手執(zhí)行大腦的信號(hào)使手向書(shū)的位置移動(dòng)。f.校正元件：對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行修正，如大腦根據(jù)手和書(shū)的位置偏差進(jìn)行思考后給出控制信息。1.5閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成第25頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量元件--測(cè)速發(fā)電機(jī)給定元件--電位器比較元件--放大器放大元件--放大器執(zhí)行元件--可控硅功放第26頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸入量串聯(lián)補(bǔ)償元件放大元件執(zhí)行元件被控對(duì)象輸出量反饋補(bǔ)償元件局部反饋反饋補(bǔ)償元件主反饋反饋控制系統(tǒng)基本組成框圖第27頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.6現(xiàn)代控制系統(tǒng)實(shí)例

1.硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng)的控制目標(biāo)是將磁頭準(zhǔn)確定位，以便正確讀取磁盤(pán)磁道上的信息，因此被控制變量是磁頭的位置(pp:8)。第28頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原理：將預(yù)期的行車(chē)路線與實(shí)際的行車(chē)路線相比較，便能得到行駛偏差。實(shí)際路線的測(cè)量通過(guò)眼睛（傳感器）來(lái)實(shí)現(xiàn)或者通過(guò)手（傳感器）感知與方向盤(pán)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.汽車(chē)駕駛控制系統(tǒng)無(wú)人駕駛儀第29頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.磁懸浮列車(chē)控制系統(tǒng)磁懸浮列車(chē)是一種依靠電磁場(chǎng)特有的“同性相斥”的特性將車(chē)輛托起，使整個(gè)列車(chē)懸浮在鐵軌之上，利用電磁力進(jìn)行導(dǎo)向，并利用直線電機(jī)將電能直接轉(zhuǎn)換為推進(jìn)力，來(lái)推動(dòng)列車(chē)前進(jìn)。第30頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月飛行器控制系統(tǒng)是指駕駛員（或自動(dòng)控制裝置）通過(guò)對(duì)飛行器的副翼、升降舵、方向舵等裝置的操縱，控制飛行器的俯仰、橫滾和偏航等姿態(tài)的所需軟硬件的有機(jī)整體。方向舵副翼升降舵典型飛機(jī)俯仰角控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.飛行控制系統(tǒng)第31頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖5.水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)第32頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月６．宏觀經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，控制論逐步應(yīng)用到經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，形成經(jīng)濟(jì)控制論。一些典型的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象，如生產(chǎn)、消費(fèi)、貨幣、利潤(rùn)、成本、稅收、貿(mào)易、信貸、庫(kù)存、銷(xiāo)售等，可按其表現(xiàn)范圍和結(jié)構(gòu)差異分為宏觀經(jīng)濟(jì)和微觀經(jīng)濟(jì)。一般地，國(guó)家或省市等的國(guó)民經(jīng)濟(jì)稱(chēng)為宏觀經(jīng)濟(jì)，企業(yè)級(jí)的經(jīng)濟(jì)稱(chēng)為微觀經(jīng)濟(jì)。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的反饋控制系統(tǒng)

第33頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7．天宮一號(hào)與神八對(duì)接天宮一號(hào)神八第34頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月天宮神八一吻定江山---這些天，“天宮一號(hào)”一直撩動(dòng)著大家的神經(jīng)。因?yàn)榘凑占榷ㄓ?jì)劃，“天宮一號(hào)”很快就要升空了。在“天宮一號(hào)”之后，神舟八號(hào)也將飛赴太空，與“天宮一號(hào)”交會(huì)對(duì)接。有關(guān)專(zhuān)家表示，如果首次交會(huì)對(duì)接成功，將意味著我國(guó)成為繼美國(guó)、俄羅斯后，第三個(gè)獨(dú)立掌握航天交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家。因此，天宮與神八這次太空中的親密接觸，不僅為我國(guó)建立空間站打下基礎(chǔ)，也奠定了中國(guó)載人航天技術(shù)在世界上的一席之地，可謂“一吻定江山”。交會(huì)對(duì)接最怕“追尾”---航天專(zhuān)家、《國(guó)際太空》雜志執(zhí)行主編龐之浩指出，“交會(huì)對(duì)接”是舉世公認(rèn)的航天技術(shù)瓶頸，在國(guó)外載人航天活動(dòng)早期，航天器在空間交會(huì)對(duì)接過(guò)程中就曾失敗。在太空中的空間實(shí)驗(yàn)室和飛船都是高速運(yùn)行的，時(shí)速達(dá)到28000公里以上，要讓它們的距離保持在1米左右，非常不容易，在對(duì)接過(guò)程中，如果計(jì)算不準(zhǔn)，就可能發(fā)生飛船相撞事故。去年俄羅斯飛船在與國(guó)際空間站交會(huì)對(duì)接時(shí)，就沒(méi)有第一次成功，而是在經(jīng)歷了一次失敗后，第二次完成了任務(wù)。龐之浩介紹說(shuō)，“交會(huì)對(duì)接”中最令人撓頭的就是“追尾”了。在有人控制的情況下，一般發(fā)生重大追尾事故的概率要低，而在沒(méi)有航天員的情況下，就要靠地面引導(dǎo)和自動(dòng)控制了。第35頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.7自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的基本任務(wù)，必須對(duì)系統(tǒng)在控制過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的行為提出要求。對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求，通常是通過(guò)系統(tǒng)對(duì)特定輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)滿(mǎn)足的。而這些特殊信號(hào)為：a、電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，要求轉(zhuǎn)速是恒定的，即常值信號(hào)；b、溫度控制系統(tǒng)中，要求溫度是恒定的；c、液位控制系統(tǒng)中，要求液位是恒定的；d、雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)中，要求及時(shí)準(zhǔn)確地跟蹤目標(biāo)……第36頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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階躍輸入是變化最劇烈，對(duì)系統(tǒng)最不利的外作用，如果系統(tǒng)在階躍函數(shù)作用下能滿(mǎn)足自動(dòng)控制任務(wù)。那么，系統(tǒng)在其它緩慢變化的外作用下更能滿(mǎn)足要求。所以，常選用階躍函數(shù)作為典型輸入來(lái)研究系統(tǒng)的性能?！?gt;01.對(duì)系統(tǒng)性能的基本要求第37頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月階躍響應(yīng)的某些特征值，就是性能指標(biāo)，可以統(tǒng)一評(píng)價(jià)系統(tǒng)的性能?？偟膩?lái)說(shuō)，希望實(shí)際的調(diào)節(jié)過(guò)程盡可能接近于理想的調(diào)節(jié)過(guò)程。工程上把它歸結(jié)為穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)方面.穩(wěn)定性指系統(tǒng)重新恢復(fù)平穩(wěn)狀態(tài)的能力，即過(guò)渡過(guò)程收斂情況。第38頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

快速性

指過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行的時(shí)間長(zhǎng)短。

曲線1要反復(fù)振蕩才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，過(guò)渡過(guò)程持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)。曲線2要經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的緩慢爬升才能到穩(wěn)定值，系統(tǒng)響應(yīng)遲鈍，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間也很長(zhǎng)，快速性都不好。

曲線5快速趨于穩(wěn)定，即穩(wěn)且快，與理想的調(diào)節(jié)過(guò)程偏差最小。曲線1、2、5最終趨于平衡狀態(tài)，這類(lèi)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。曲線3振蕩發(fā)散，4單調(diào)發(fā)散,這類(lèi)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程隨時(shí)間的推移而發(fā)散，無(wú)法正常工作，不穩(wěn)定。

穩(wěn)定性是對(duì)控制系統(tǒng)的最基本要求!第39頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月準(zhǔn)確性

指過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后穩(wěn)態(tài)誤差越小越好。

穩(wěn)態(tài)誤差：指過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，也就是進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過(guò)程后，希望的輸出量與實(shí)際輸出量之間的誤差，是恒量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的重要指標(biāo)。對(duì)性能指標(biāo)的要求，不同系統(tǒng)有不同側(cè)重點(diǎn)：衛(wèi)星軌道定位－準(zhǔn)確性雷達(dá)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)－快速性、準(zhǔn)確性社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)－穩(wěn)定性第40頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.8系統(tǒng)典型輸入信號(hào)為了能對(duì)不同的控制系統(tǒng)的性能用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)恒量，通常需要選擇幾種典型的外輸入信號(hào)，這些信號(hào)往往有一定的工程背景。如，某窯爐檢修后，爐內(nèi)溫度從環(huán)境溫控上升到工作溫度1100°C時(shí)的升溫曲線為折線所示，若直接按虛線升溫，則會(huì)造成耐火材料的損壞。第41頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月a.階躍函數(shù)數(shù)學(xué)表達(dá)式圖形

R0

tr(t)表示在t=0時(shí)刻出現(xiàn)了幅值為R的跳變，是非常不利的外作用。R=1時(shí)的階躍函數(shù)叫單位階躍函數(shù)，常用1(t)表示。常用階躍函數(shù)作為評(píng)價(jià)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的典型外作用。所以階躍函數(shù)在自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析中起著特別重要的作用。第42頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月b.斜坡函數(shù)（速度函數(shù)）數(shù)學(xué)表達(dá)式圖