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控制系统的分析添加标题控制系统的主要性能指标添加标题控制系统的典型环节添加标题稳态误差和系统结构添加标题稳定性和系统结构添加标题MATLAB平台应用添加标题控制系统动态性能3.1控制系统的性能指标1、自动控制的主要问题控制系统的分析典型信号下的响应(阶跃响应,频率特性)典型环节在典型信号下响应(传递函数)性能指标(稳定性,稳态误差,调节时间，超调量等)控制系统的设计性能要求(性能指标,约束条件)控制器的结构和参数设计及整定性能校核(计算,仿真,实验)稳定性：1对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值。2对随动系统，被控制量始终跟踪参据量的变化。稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。2、自动控制系统的主要性能指标对自动控制系统性能的基本要求可以归结为稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性。稳准快快速性：对动态过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。要求变动迅速，但仍然抓住目标。准确性：单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。用稳态误差来表示。(精度)在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，其稳态输出与所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。准确性稳态误差与系统的型（纯积分环节的多少）和放大系数有关。显然，可以增加积分环节使系统的精度提高。线性系统稳定性只与传递函数分母的根有关，没有正实部的根则稳定，否则不稳定。所以，一阶系统总是稳定的。（由于实际系统多项式的系数为正）控制系统传递函数分母多项式S的最高次数。控制系统传递函数分母多项式S=0的根的个数。表3-1给定信号输入下的稳态误差阶跃输入x(t)=1斜坡输入x(t)=t抛物线输入x(t)=1/2t2Kp=K∞∞Kv=0Ka=0Kp=∞0Kv=K∞Ka=00型系统1型系统2型系统Kp=∞00Kv=∞Ka=K对角线上出现的稳态偏差具有有限值，对角线以上出现的稳态偏差为∞，对角线以下出现的稳态偏差为零。3.3控制系统的结构与稳态误差典型系统环节（任何系统可以分解）所以系统可看成是若干称为典型环节的基本因子的乘积，常用的典型环节有6种，分析清楚典型环节。对系统分析和设计研究带来很大的方便。自动控制系统可以用传递函数来描述，任一复杂的传递函数G(s)，都可表示为分式：1.比例环节(放大环节)（杠杆，齿轮系，电位器，变压器等）运动方程式y(t)=K?r(t)传递函数G(s)=K单位阶跃响应C(s)=G(s)R(s)=K/s可见，当输入量r(t)=1(t)时，输出量y(t)不失真、不延迟、成比例变化。r(t)1c(t)t0K典型环节2.惯性环节微分方程式：式中，T是惯性环节时间常数。惯性环节的传递函数有一个负实极点p=?1/T，无零点。传递函数：单位阶跃响应:(RC电路，电机简化，弹簧,汽缸等）3.积分环节微分方程式：传递函数：阶跃响应曲线是按指数上升的曲线。0ty(t)0.6320.8650.950.9821.0T2T3T4T(理性化的积分电路，弹簧,汽缸等）单位阶跃响应：当输入阶跃函数时，输出随时间直线增长，增长速度由1/T决定。4.微分环节微分方程式为：r(t)t01y(t)t01T??c(t)=T?(t)由于阶跃信号在时刻t=0有一跃变，其他时刻均不变化，所以微分环节对阶跃输入的响应只在t=0时刻产生一个响应脉冲。纯微分环节在物理系统中很少独立存在，常见的为带有惯性的微分特性，传递函数为：传递函数为：G(s)=Ts单位阶跃响应：r(t)t01y(t)t0T或二阶振荡环节(有两个独立储能元件的系统)微分方程式为：传递函数为：式中，T0，0ξ1，?n=1/T，T称为振荡环节的时间常数，ξ为阻尼比，?n为自然振荡频率。振荡环节有一对位于s左半平面的共轭极点：二阶系统单位阶跃响应：式中，β=cos－1