对控制系统性能的基本要求概要 .pdfVIP

1.7对控制系统性能的基本要求

实际物理系统一般都含有储能元件或惯性元件，因而系统的输出量和反馈量总是迟后于

输入量的变化。因此，当输入量发生变化时，输出量从原平衡状态变化到新的平衡状态总是

要经历一定时间。在输入量的作用下，系统的输出变量由初始状态达到最终稳态的中间变化

过程称过渡过程，又称瞬态过程。过渡过程结束后的输出响应称为稳态过程。系统的输出响

应由过渡过程和稳态过程组成。

不同的控制对象、不同的工作方式和控制任务，对系统的品质指标要求也往往不相同。

一般说来，对系统品质指标的基本要求可以归纳为三个字：稳、准、快。

稳：是指系统的稳定性。稳定性是系统重新恢复平衡状态的能力。任何一个能够正常工

作的控制系统，首先必须是稳定的。稳定是对自动控制系统的最基本要求。

由于闭环控制系统有反馈作用，控制过程有可能出现振荡或发散。以图1-10所示的火

炮方位角控制系统为例：设系统原来处于静止状态，火炮方位角与手柄对应的方位角一致，



。若手柄突然转动某一角度(相当于系统输入阶跃信号)，输入轴与输出轴之间便产

oi

生偏差角，自整角机输出相应的偏差电压u。u经整流器、校正装置和功率放大器处理后

ee

u

成为，驱动电动机带动发射架向误差角减小的方向运动。当时，由于电动机电枢、

aoi



火炮架存在惯性，输出轴不能立即停止转动，因而产生过调，。过调导致偏差信号

oi

极性反相，使电机驱动火炮架开始制动，速度为零后又反向运动。如此反复下去，发射架将

在确定的方位上来回摆动。如果系统有足够的阻尼，则摆动振幅将随时间迅速衰减，使

i



发射架最终停留在的方位上，跟踪过程如图1-14中曲线1所示。系统便是稳定的。

oi

1

并不是只要连接成负反馈形式后系统就一定能正常工作，若系统设计不当或参数调整不

合理，系统响应过程可能出现振荡甚至发散。如图1-14中曲线3、曲线4或5所示。这种

情况就称系统不稳定。

不稳定的系统是无法使用的，系统激烈而持久的振荡会导致功率元件过载，甚至使设备

损坏而发生事故，这是绝不允许的。

准：是对系统稳态（静态）性能的要求。对一个稳定的系统而言，过渡过程结束后，系

统输出量的实际值与期望值之差称为稳态误差，它是衡量系统控制精度的重要指标。稳态误

差越小，表示系统的准确性越好，控制精度越高。

快：是对系统动态性能（过渡过程性能）的要求。描述系统动态性能可以用平稳性和快

速性加以衡量。平稳指系统由初始状态运动到新的平衡状态时，具有较小的过调和振荡性；

快速指系统运动到新的平衡状态所需要的调节时间较短。动态性能是衡量系统质量高低的重

要指标。

由于被控对象的具体情况不同，各种系统对三项性能指标的要求应有所侧重。例如恒值

系统一般对稳态性能限制比较严格，随动系统一般对动态性能要求较高。

同一个系统，上述三项性能指标之间往往是相互制约的。提高过程的快速性，可能会引

起系统强烈振荡；改善了平稳性，控制过程又可能很迟缓，甚至使最终精度也很差。分析和

解决这些矛盾，将是本课程讨论的重要内容。

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