第1章控制系统导论.pptVIP

恒值控制系统实例：炉温控制系统 uε ub ur ua n u 炉温控制系统方块图 电位器 电压及功 率放大器 执行 电动机 减速器 调压器 电炉 热电偶 Tr ur uε ua n θ n(t) Tc ub u 1-4 对控制系统的基本要求 一个系统的输入包括有用的输入信号和扰动，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。 控制器 执行机构 被控对象 输入信号 偏差 - 测量转换机构 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 输入c(t) 实际 系统的输入输出曲线 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。由于系统元件的惯性，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。 实际的调节过程分为两个阶段: 1.过渡过程 输出量处于激烈变化之中。反映系统的动态特性。 2.稳态过程 输出量稳定在新的平衡状态，并保持不变。反映系统的稳态特性。 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。为了衡量 系统调节过程的好坏，提出了对系统性能的要求。 一、对系统性能的基本要求 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、快、准三个方面 1.稳定性：指系统重新恢复平衡状态的能力，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：指过渡过程进行时间的长短。 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：指过渡过程结束后的稳态误差，越小越好。稳态误差：指过渡过程结束后，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。 二、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。选用原则P13 1.阶跃函数 （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，常用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。（第三章） （1）数学表达式 0 t r(t) R （1） 数学表达式 （2）图形 表示从t=0时刻，以恒速R变化的函数。（第三章） R=1,叫单位速度函数 2.斜坡函数（速度函数） 0 t r(t) R 3.加速度函数 （1）数学表达式 (2)图形 表示从t=0时刻开始，以恒加速度R变化。 （第三章） R=1叫单位加速度函数。 速度和加速度函数一般用来衡量系统的稳态特性 0 t r(t) 4.脉冲函数 （1）矩形脉冲函数数学表达式 ( 2 ) 图形 r(t) 0 t 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) （第三章、第七章） 5.正弦函数 （1） 数学表达式 (2) 图形 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) （第五章） 0 t r(t) A * 控 制 系 统 工 程 本课程的地位 前科学 ……………………实践感受和哲学思维……………………… 应用技术 学 学 学 自动化技术 …… 学 学