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1-5  自动控制系统的性能指标


稳态:被控量(输出)处于相对稳定状态。静态


暂态过程:被控量(输出)变化状态的过程。动态过程,过渡过程


自动控制系统的性能指标通常指:系统稳定性、稳态性能、暂态性能 


*1.5.1  稳定性


当扰动量或给定量发生变化时,输出量将偏离原来的稳定值。由于反馈的作用,通过系统内部的自动调节,系统可能回到原来的稳定值或随新的给定值稳定下来。也可能由于内部的相互作用,使系统发散而处于不稳定状态。


稳定是系统正常工作的首要条件。

线性自动控制系统的稳定性是由系统结构和参数决定的,与外界因素无关。

举例:凸面小球和凹面小球,单摆


*1.5.2  稳态性能


描述系统稳态时的稳定程度


(1)性能指标:稳态误差


无差系统:稳态无差为零


有差系统:~


*1.5.3  暂态性能


描述系统从一个稳态到达另一个稳态期间所表现出的能力


性能指标


上升时间,超调量,过渡过程时间(调节时间),振荡次数等


以阶跃信号(给定信号)的动态响应为例,其动态响应曲线为


 

上升时间:为响应从零第一次上升到稳态值所需时间。

超调量:输出最大值与输出稳态值的相对误差,即

调节时间:系统的输出量进入允许误差范围对应的时间。。

振荡次数:在调节时间内,输出量在稳态值附近上下波动的次数。反应系统的过渡过程的平稳性。


*1.5.4  对控制系统的基本要求


对控制系统的基本要求应包括三方面。


(1)稳定性


当系统受到扰动或给定量变化后,经过一段时间仍能恢复到原状或达到新的平衡状态。


系统在外力作用下,输出逐渐与期望值一致,则系统是稳定的,如曲线①所示;反之,输出如曲线②所示,则系统是不稳定的。

(2)快速性


很好完成控制任务,仅仅满足稳定性要求是不够的,须对过渡过程的形势和快慢提出要求。


(3)准确性


系统输出量跟随给定量(输入量)的精度。用稳态误差来表示。


在参考输入信号作用下,当系统达到稳态后,其稳态输出与参考输入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。


有时,在满足系统暂态品质与稳态精度之间,存在矛盾,在实际应用中应两者兼顾。