自动控制_01一般概念剖析.ppt

1-4 对控制系统的基本要求 前面我们已经讲过，输入信号和扰动是一个系统典型的外作用，但我们希望系统只受输入信号的控制，而丝毫不受扰动的影响，所以我们只研究在输入信号作用下，对系统性能的要求。 去掉扰动后的自动控制系统原理图 控制器 执行机构 被控对象 输入信号 给定值 偏差 - 测量变送器 输出量 当输入信号突然发生跳变时，这时输出量还处在原有的平衡状态，这样就出现了偏差，这个偏差控制输出量达到新的平衡，这就是一个调节过程。 t 0 1 输入r(t) t 0 1 输出c(t) 1 2 理想的 调节过程 实际 理想的调节过程是：出现偏差后，执行机构突然动作，使输出量立即达到新的平衡状态，调节过程瞬时完成，实际上这是不可能的，因为什么呢？对，惯性。所以当输出量发生跳变时，任何实际系统从原平衡状态到达新的平衡状态都要经历一个过渡过程，过渡过程的曲线形状随系统的不同而有所差异，有的是单调增长到稳定值（曲线1），有的是衰减到稳定值（曲线2） 。 整个调节过程分为两个阶段: a.过渡过程 反映系统的动态特性。（输出量处于激烈变化之中） b.稳态过程 反映系统的稳态特性。（输出量稳定在新的平衡状态，并保持不变。） 阴影部分表示的是实际调节过程与理想调节过程的差异，差异越小，系统的调节质量越高。 一.典型外作用： 为了能对不同的控制系统的性能用统一的标准来恒量，通常需要选择几种典型的外作用。 1.选取原则 （1）在现场及实验中容易产生 （2）在工程中经常遇到，并且是最不利的外作用。 （3）数学表达式简单，便于理论分析。 2.阶跃函数 （1）数学表达式 （2）图形： 表示在t=0时刻出现了幅值为R的跳变，是最不利的外作用。R=1时的阶跃函数叫单位阶跃函数，用1(t)表示。常用阶跃函数作为评价系统动态性能的典型外作用。所以阶跃函数在自动控制系统的分析中起着特别重要的作用。 3.斜坡函数 （也叫速度函数） （1）.数学表达式 （2）图形： 如R=1,叫单位速度函数，表示从t=0时刻，以恒速R变化。 4.加速度函数 （1）数学表达式 (2)图形 R=1叫单位加速度函数。表示从t=0时刻开始，以恒加速度R变化。 5.脉冲函数 （1）矩形脉冲函数数学表达式 (2)图形： 脉冲函数是对ε趋于0，求极限得到的。数学表达式为 但脉冲函数在现实中是不存在的，只是数学上的定义，在现实系统中常把作用时间很短，幅值很大而强度有限的一些外作用近似看作脉冲函数。当A=1时，称为单位脉冲函数，记作δ(t), 强度为A的脉冲函数r(t)表示成 r(t)=Aδ(t) 6.正弦函数 （1）.数学表达式 A为振幅，w=2πf 为正弦函数的角频率，这里，初始相角φ=0，如果初始相角φ不等于0，那么正弦函数r(t)的表达式为： r(t)=Asin(wt-φ) (2).图形 正弦函数也是控制系统常见的一种典型外作用，很多实际的随动系统就是经常在这种正弦函数作用下工作的，更为重要的是系统在正弦函数作用下的响应，即频率特性，是自动控制理论中研究系统性能的重要依据。 二.对系统性能的基本要求。 阶跃输入是变化最剧烈，对系统最不利的外作用，如果系统在阶跃函数作用下能满足自动控制任务。那么，系统在其它缓慢变化的外作用下更能满足要求。所以，常选用阶跃函数作用典型输入来研究系统的 性能。阶跃响应的某些特征值，就是性能指标，可以统一评价系统的性能。总的来说，希望实际的调节过程尽可能接近于理想的调节过程。工程上把它归结为稳、准、快三个方面 1.稳定性：就是指系统重新恢复平稳状态的能力，即过渡过程的收敛情况。 1、2、5最终趋于平衡状态，这类系统是稳定的。3?振荡发散，4 ?单调发散。这类系统的过渡过程随时间的推移而发散，无法正常工作，不稳定。稳定性是对控制系统的最基本要求。 2.快速性：指过渡过程进行的时间长短。 （曲线1要反复振荡才能达到稳态值，过渡过程持续时间很长。曲线2要经长时间的缓慢爬升才能到稳定值，系统响应迟钝，过渡过程时间也很长，快速性都不好，而 曲线5快速趋于稳定，即稳且快，与理想的调节过程偏差最小。） 3.准确性：指过渡过程结束后稳态误差越小越好。稳态误差：指过渡过程结束后，也就是进入稳态过程后，希望的输出量与实际输出量之间的误差，是恒量系统稳态精度的重要指标。 《自动控制