課件：自動控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) (1)講解

自動控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)自動控制原理CONTENETS01系統(tǒng)的穩(wěn)定性02系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)03系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)第一部分01系統(tǒng)的穩(wěn)定性一、系統(tǒng)的穩(wěn)定性當(dāng)擾動作用（或給定值發(fā)生變化）時(shí)，輸出量將會偏離原來的穩(wěn)定值，這時(shí)，由于反饋環(huán)節(jié)的作用，通過系統(tǒng)內(nèi)部的自動調(diào)節(jié)，系統(tǒng)可能回到（或接近）原來的穩(wěn)定（或跟隨給定值）穩(wěn)定下來，如圖1a所示。01.穩(wěn)定系統(tǒng)由于內(nèi)部的相互作用，使系統(tǒng)出現(xiàn)發(fā)散而處于不穩(wěn)定狀態(tài)，如圖1b所示。02.不穩(wěn)定系統(tǒng)一、系統(tǒng)的穩(wěn)定性不穩(wěn)定的系統(tǒng)是無法進(jìn)行工作的；因此，對任何自動控制系統(tǒng)，首要的條件便是系統(tǒng)能穩(wěn)定正常運(yùn)行。03.穩(wěn)定的重要性圖1

穩(wěn)定系統(tǒng)和不穩(wěn)定系統(tǒng)

a）穩(wěn)定系統(tǒng)b）不穩(wěn)定系統(tǒng)第二部分02系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)二、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)當(dāng)系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)過渡到新的穩(wěn)態(tài)，或系統(tǒng)受擾動作用又重新平衡后，系統(tǒng)會出現(xiàn)偏差，這種偏差稱為穩(wěn)態(tài)誤差（ess）（Steady-StateError）。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的大小反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度（或靜態(tài)精度）（StaticAccuracy），它表明了系統(tǒng)的準(zhǔn)確程度。穩(wěn)態(tài)誤差ess越小，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高。有靜差系統(tǒng)：ess≠0，如圖2a所示。無靜差系統(tǒng)：ess=0，如圖2b所示。二、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)圖2

自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能

a）有靜差系統(tǒng)b）無靜差系統(tǒng)第三部分03系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)過渡到新的穩(wěn)態(tài)都需要經(jīng)歷一段時(shí)間，也即需要經(jīng)歷一個(gè)過渡過程。表征這個(gè)過渡過程性能的指標(biāo)叫做動態(tài)指標(biāo)?，F(xiàn)在以系統(tǒng)對突加給定信號（階躍信號）的動態(tài)響應(yīng)為例來介紹動態(tài)指標(biāo)。圖3為系統(tǒng)對突加給定信號的動態(tài)響應(yīng)曲線。動態(tài)指標(biāo)通常用最大超調(diào)量、調(diào)整時(shí)間和振蕩次數(shù)來衡量。三、系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)圖3

系統(tǒng)對突加給定信號的動態(tài)響應(yīng)曲線三、系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)最大超調(diào)量是輸出量C（t）與穩(wěn)態(tài)值C（∞）的最大偏差?Cmax與穩(wěn)態(tài)值C（∞）之比。

即σ=?Cmax

/C（∞）×100%

最大超調(diào)量反映了系統(tǒng)的動態(tài)精度，最大超調(diào)量越小，則說明系統(tǒng)過渡過程進(jìn)行得越平穩(wěn)。

軋鋼機(jī)的初軋機(jī)要求σ小于10%；對連軋σ機(jī)則要求小于2%～5%；而在張力控制的卷取機(jī)和造紙機(jī)等則不允許有超調(diào)量。01.最大超調(diào)量（σ）（MaximumOvershoot）

三、系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)調(diào)整時(shí)間（ts）是系統(tǒng)輸出量進(jìn)入并一直保持在離穩(wěn)態(tài)值的允許誤差帶內(nèi)所需要的時(shí)間。

調(diào)整時(shí)間反映了系統(tǒng)的快速性。調(diào)整時(shí)間ts越小，系統(tǒng)快速性越好。例如連軋機(jī)ts為0.2～0.5s；造紙機(jī)為0.3s。01.調(diào)整時(shí)間（ts）（SettlingTime）

三、系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)振蕩次數(shù)是指在調(diào)整時(shí)間內(nèi)，輸出量在穩(wěn)態(tài)值上下擺動的次數(shù)。01.振蕩次數(shù)（N）（OrderNumber）在上述指標(biāo)中，最大超調(diào)量和振蕩次數(shù)反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。調(diào)整時(shí)間反映了系統(tǒng)的快速性。穩(wěn)態(tài)誤差反映了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。一般說來，我們總是希望最大超調(diào)量小一點(diǎn)，振蕩次數(shù)少一點(diǎn)，調(diào)整時(shí)間短一些，穩(wěn)態(tài)誤差小一點(diǎn)。總之，希望系統(tǒng)能達(dá)到穩(wěn)、快、準(zhǔn)。

以后的分析將表明，這些指標(biāo)要求，在同一個(gè)系統(tǒng)中往往是相互矛盾