对控制系统的基本要求

第四节对控制系统的基本要求及其评价指标,对系统的要求和对系统性能的评价通常可分为三个方面：系统的稳定性；系统的动态性能；系统静态性能。,工程性能评价可以通过一些调节质量指标来实现。评价调节过程质量的好坏，可以从分析调节过程的微分方程入手，也可以从分析过渡过程曲线入手。但是调节质量指标分析大都是按过渡过程曲线形状来讨论，通过对过渡过程分析建立调节质量指标。,一、系统的稳定性,系统的稳定性是指系统在受到扰动作用后自动返回原来的平衡状态的能力。如果系统受到扰动作用（系统内或系统外）后，能自动返回到原来的平衡状态，则该系统是稳定的。稳定系统的数学特征是其输出量具有非发散性；反之，系统是不稳定系统。稳定性是系统能正常工作的前提条件;控制系统稳定与否只与系统本身的结构参数有关，与外部条件无关。,调节系统的过渡过程可以用被调参数与时间坐标曲线描述，也可以用微分方程来描述。在单位阶跃干扰作用下，分析过渡过程中被调参数的变化规律，并以此来评价调节系统的调节质量，因此过渡过程曲线是调节系统的调节质量好坏的写照。,图1-15调节系统过渡过程与调节质量指标图,1.衰减率过渡过程的第三个波幅值；过渡过程的第一个波幅值，,2.衰减比衰减比为被调参数在过渡过程中的第一个波峰值与第三个波峰值的比值,二、系统动态特性,当系统受到外部扰动的影响或是参考输入发生变化的时候，被控量就会随之发生变化，经过一段时间后，被控量恢复到原来的平衡状态或到达一个新的给定状态，称这一过程为过渡过程。描述动态特性的参数有:1.动态偏差（最大超幅量）2.振荡周期3.调节过程时间4.峰值时间5.上升时间6.延滞时间,1动态偏差（最大超幅量）被调参数在过渡过程中，第一个最大峰值超出新稳态y()的量，称为最大超调量，常称动态偏差。设计调节系统时，必须对此做出限制性规定，大，则品质差。,2.振荡周期调节系统过渡过程中，相邻两个波峰所经历的时间，或震荡一周所需时间，叫做振荡周期。,3.调节过程时间调节过程时间亦称过渡过程时间，它是指调节系统受到干扰作用，被调参数开始波动到进入新稳定值上下+5%（+2%）范围内所需时间。,4.峰值时间过渡过程达到第一峰值所需的时间，即达到最大偏差值所经历的时间。,5.上升时间tr它有几种定义：(1)响应曲线从稳态值的10%到90%所需时间；(2)响应曲线从稳态值的5%到95%所需时间；(3)响应曲线从零开始至第一次到达稳态值所需的时间。一般对有振荡的系统常用“(3)”，对无振荡的系统常用“(1)”。,6.延滞时间响应曲线到达稳态值50%所需的时间.,三、系统静态特性,指稳定的系统在过渡过程结束后，其稳态输出偏离希望值的程度，用稳态误差来度量，这是系统精度的衡量指标。描述静态特性的参数有:1.静态偏差2.最大偏差,1.静态偏差y()也称残余偏差或稳态偏差，它表示调节系统受干扰后，达到新的平衡时，被调参数的新稳定值与给定值之差。,2.最大偏差由图1-15可知，最大偏差=+y()。,制冷空调对象属慢热工作对象，有些参数（如温度）的调节目的是为了改善工作和生活条件，故对动态偏差要求可以放宽一些，调节过程时间要求也不严，往往只对静态偏差要求严格。如此可以给调节系统设计带来方便，突出了稳定性和静态偏差两个指标，而把其它质量指标放在次要地位。,第一章小结,本章介绍了自动控制和自动控制系统的基本概念、有关名词术语及控制理论发展的几个重要阶段;说明了开环控制和闭环控制两种基本控制方式，指出“反馈”是自动控制原理的一个非常重要的概念;介绍了控制系统分类的一般方法;用方框图来表示其工作原理和信号的传递过程;系统分析可分为