第1章自動(dòng)控制基礎(chǔ)第一節(jié)反饋控制系統(tǒng)一、反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1、反饋控制系統(tǒng)的組成

⑴控制對(duì)象控制對(duì)象（被控對(duì)象）：指所要控制的機(jī)器、設(shè)備或裝置。被控量：而所要控制的運(yùn)行參數(shù)。⑵

測(cè)量單元測(cè)量單元的作用：是檢測(cè)被控量的實(shí)際值，并把它轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。測(cè)量單元包含：傳感器和變送器。傳感器：用于對(duì)物理量進(jìn)行檢測(cè)。變送器：將傳感器的輸出轉(zhuǎn)換為調(diào)節(jié)器能夠接收的信號(hào)。⑶

調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)單元（控制單元）：是指具有某種調(diào)節(jié)作用規(guī)律的調(diào)節(jié)器。針對(duì)偏差信號(hào)（被控量的希望值-測(cè)量值），按照調(diào)節(jié)規(guī)律輸出信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制被控量，直到偏差等于零。⑷

執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受調(diào)節(jié)單元輸出的控制信號(hào)，并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為作用到控制對(duì)象的實(shí)際控制動(dòng)作。2、反饋控制系統(tǒng)傳遞方框圖

e(t)>0：正偏差;

e(t)<0：負(fù)偏差;

e(t)=0：無偏差。⑴環(huán)節(jié)方框圖中的每個(gè)小方框稱為一個(gè)環(huán)節(jié)。

每個(gè)環(huán)節(jié)都有輸入量和輸出量。⑵擾動(dòng)

擾動(dòng)：引起被控量變化的因素。擾動(dòng)包含：基本擾動(dòng)和外部擾動(dòng)。

基本擾動(dòng)：是指來自控制系統(tǒng)內(nèi)部控制通道(調(diào)節(jié)通道)的擾動(dòng)。

基本擾動(dòng)q(t)通過調(diào)節(jié)通道影響被控量。

外部擾動(dòng)：是指來自系統(tǒng)外部環(huán)境的擾動(dòng)。

外部擾動(dòng)d(t)通過擾動(dòng)通道影響被控量。⑶系統(tǒng)的輸入與輸出

系統(tǒng)輸入：設(shè)定值r(t)和外部擾動(dòng)d(t),

系統(tǒng)輸出：輸出y(t)。⑷反饋

反饋：系統(tǒng)輸出的變化經(jīng)測(cè)量單元送回到系統(tǒng)的輸入端。

反饋分為：正反饋和負(fù)反饋。

正反饋：加強(qiáng)系統(tǒng)輸入效應(yīng)的反饋，它使偏差值e(t)增大;負(fù)反饋：減弱系統(tǒng)輸入效應(yīng)的反饋，它使偏差值e(t)減小。⑸前向通道與反饋通道

前向通道：從系統(tǒng)輸入端到達(dá)系統(tǒng)輸出端的通道。

反饋通道：從系統(tǒng)輸出端到達(dá)系統(tǒng)輸入端的通道。⑹閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)：控制系統(tǒng)形成一個(gè)封閉的控制回路。

反饋控制系統(tǒng)必定是閉環(huán)系統(tǒng)。二、反饋控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)1、反饋控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程

⑴控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程

穩(wěn)態(tài)：輸出量(被控量)穩(wěn)定在給定值或附近。

動(dòng)態(tài)過程（過渡過程）：系統(tǒng)從受到擾動(dòng)開始到被控量穩(wěn)定在新穩(wěn)態(tài)值，達(dá)到新的平衡狀態(tài)的過程。⑵控制系統(tǒng)的典型輸入信號(hào)①階躍輸入函數(shù)

②速度輸入函數(shù)（斜坡輸入函數(shù)）

③脈沖輸入函數(shù)

④正弦輸入函數(shù)2、反饋控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)控制系統(tǒng)受外部階躍擾動(dòng)后的情況⑴穩(wěn)定性指標(biāo):

衰減率φ

：在衰減振蕩中,第一個(gè)波峰值y1

減去第二個(gè)同相波峰值y3再除以第一個(gè)波峰值y1。

衰減比：是第一個(gè)波峰值y1

和第二個(gè)同相波峰值y3

的比值,即y1/y3。衰減率φ是衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)。要求：φ=0.75~0.9。

當(dāng)φ=0.75時(shí)，y1

是y3

的4倍，衰減比為4∶1。

φ

不能小于0.75。否則系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程的振蕩傾向增加，降低了系統(tǒng)穩(wěn)定性，過渡過程時(shí)間也因振蕩不息而加長。

當(dāng)φ=0時(shí)，其動(dòng)態(tài)過程是等幅振蕩，系統(tǒng)變成不穩(wěn)定系統(tǒng)。

振蕩次數(shù)N：在衰減振蕩中，被控量的振蕩次數(shù)。

一般要求被控量振蕩2~3次就應(yīng)該穩(wěn)定下來。⑵精確性指標(biāo):

最大動(dòng)態(tài)偏差emax

：是指在衰減振蕩中第一個(gè)波峰的峰值,它是動(dòng)態(tài)精度指標(biāo)。

emax

大：說明動(dòng)態(tài)精度低。要求emax小些為好。

emax

太小：有可能使動(dòng)態(tài)過程的振蕩加劇。

靜態(tài)偏差ε：動(dòng)態(tài)過程結(jié)束后,被控量新穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的差值。

ε越小：控制系統(tǒng)的靜態(tài)精度越高。

有差調(diào)節(jié)：被控量穩(wěn)定在給定值附近。

無差調(diào)節(jié)：被控量能最終穩(wěn)定在給定值上。

ε

=

0：無差調(diào)節(jié)。

超調(diào)量

σp：在衰減振蕩中,第一個(gè)波峰值y1減去最終穩(wěn)態(tài)值y(∞)與最終穩(wěn)態(tài)值y(∞)之比的百分?jǐn)?shù)。超調(diào)量是評(píng)定控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)精度的指標(biāo)。要求：σp

<30%。

超調(diào)量太大：說明被控量偏離規(guī)定的狀態(tài)太遠(yuǎn)。

⑶快速性指標(biāo):

過渡過程時(shí)間Ts：是指從控制系統(tǒng)受到擾動(dòng)開始到被控量重新穩(wěn)定下來所需的時(shí)間。

Δ

=

0.02或0.05。

上升時(shí)間

tr：在衰減振蕩中，被控量從初