chapter1.htm

这是微软提供的HTTP服务器例程

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                  <p><b><a name="c4"></a>1.4 自动控制系统分类 </b><a href="chapter1.htm#d">回目录</a></p>
                  <p><font size="2">对各种各样控制系统进行分类，从不同的观点出发可以有不同的分类方法：通常按下列方法进行划分。</font></p>
                  <p><font size="2">一、线性控制系统和非线性控制系统</font></p>
                  <p><font size="2">若组成控制系统的元件都具有线性特性，则称这种系统为线性控制系统。这种系统的输入与输出间的关系，一般用微分方程,传递函数来描述，也可以用状态空间表达式来表示。线性系统的主要特点是具有齐次性和适用叠加原理。如果线性系统中的参数不随时间而变化，则称为线性定常系统；反之，则称为线性时变系统。本书主要讨论线性定常系统。</font></p>
                  <p><font size="2">在控制系统中，至少要一个元件具有非线性特性，则称该系统为非线性控制系统。非线性系统一般不具有齐次性，也不适用叠加原理，而且它的输出响应和稳定性与其初始态有很大关系。 
                    </font></p>
                  <p><font size="2">严格地说，绝对的线性控制系统(或元件)是不存在的，因为所用的物理系统和元件在不同的程度上都具有非线性特性。为了简化对系统的分析和设计，在一定的条件下，可以用分析线性系统的理论和方法对它进行研究。</font></p>
                  <p><font size="2">工程上有时为了改善控制系统的性能，常常人为地引入某种非线性元件。例如为了实现最短时间控制,采用开关型(Bang-Bang)的控制方式；又如在由晶闸管组成的整流装置的直流调速系统中，为了改善系统的动态特性和限制电动机的最大电流，人们有意识地把速度调节器和电流调节器设计成具有饱和非线性的特性。 
                    </font></p>
                  <p><font size="2">二、恒值控制系统和随动系统</font></p>
                  <p><font size="2">恒值控制系统的参考输入为常量，要求它的被控制量在任何扰动的作用下能尽快地恢复(或接近)到原有的稳态值。由于这类系统能自动地消除各种扰动对被控制量的影响，故它又名为自镇定系统。随动系统的参考输入是一个变化的量，一般是随机的，要求系统的被控制量能快速、准确地跟踪参考输入信号的变化而变化。</font></p>
                  <p><font size="2">三.连续控制系统和离散控制系统</font></p>
                  <p><font size="2">控制系统中各部分的信号若都是时间t的连续函数，则称这类系统为连续控制系统。前面所举的液面控制系统和随动系统都属于这类控制系统。 
                    </font></p>
                  <p><font size="2">在控制系统各部分的信号中只要有一个是时间t的离散信号，则称这种系统为离散控制系统。</font></p>
                  <p><font size="2">应当指出，上述分类只是按常见分类法进行划分，此外还有其它分类方法：如集中参数系统和分布参数系统；单输入输出系统和多输入输出系统；时变系统和非时变系统；有静差系统和无静差系统；最优控制和次最优控制系统；自适应系统和自镇定控制系统，等等。</font><br>
                  </p>
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                  <p> </p>
                  <p><b><a name="c5"></a>1.5 对控制系统的性能要求和本课程的任务 </b><a href="chapter1.htm#d">回目录</a><br>
                  </p>
                  <p><font size="2"><b>1.5.1对控制系统性能的要求</b></font></p>
                  <p><font size="2">为了实现自动控制，必须对控制系统提出一定的要求。对于一个闭环控制系统而言，当输入量和扰动量均不变时，系统输出量也恒定不变，这种状态称为平衡状态或静态、稳态。显然，系统在稳态时的输出量是我们关心的，当输入量或扰动量发生变化，反馈量将与输入量之间产生新的偏差，通过控制器的作用，从而使输出量最终稳定，即达到一个新的平衡。但由于系统中各环节总存在惯性，系统从一个平衡点到另一个平衡点无法瞬间完成，即存在一个过渡过程，称为动态过程或暂态过程。</font></p>
                  <p><font size="2">过渡过程的形式不仅与系统的结构和参数有关，也与参考输入和外加扰动有关。一般有单调过程、衰减震荡过程、等幅振荡过程等形式；此外，我们关心系统会否稳定，如果会稳定，系统到达新的平衡状态需要多少时间。 
                    通过上面的分析可知, 对于一个自动控制系统, 需要从如下三方面进行分析:</font></p>
                  <p><font size="2">一﹑稳定性</font></p>
                  <p><font size="2">稳定性是对控制系统最基本的要求。所谓系统稳定，一般指当系统受到扰动作用后，系统的被控制量偏离了原来的平衡状态，但当扰动撤离后，经过苦于时间，系统若仍能返回到原来的平衡状态，则称系统是稳定的。一个稳定的系统，在其内部参数发生微小变化或初始条件改变时，一般仍能正常进行地工作。考虑到系统在工作过程中的环境和参数可能产生的变化，因而要求系统不仅能稳定，而且在设计时还要留有一定的裕量。</font></p>
                  <p><font size="2">二﹑准确性</font></p>
                  <p><font size="2">系统稳态精度通常用它的稳态误差来表示。如果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，表示系统输出跟踪输入的精度越高。系统在扰动信号作用下，其输出必然偏离原平衡状态，但由于系统自动调节的作用，其输出量会逐渐向原平衡状态方向恢复。当达到稳态后，系统的输出量若不能恢复到原平衡状态时的稳态值，由此所产生的差值称为扰动稳态误差。这种误差越小，表示系统抗扰动的能力越强，其稳态精度也越高。</font></p>
                  <p><font size="2">三﹑快速性</font></p>
                  <p><font size="2">控制系统不仅要稳定和并有较高的精度，而且还要求系统的响应具有一定的快速性，对于某些系统来说，这是一个十分重要的性能指标。有关系统响应速度定量的性能指标，一般可以用上升时间﹑调整时间和峰值时间来表示。</font></p>
                  <p><font size="2">由于被控对象运行目的不同，各类系统对上述三方面性能要求的侧重点是有差异的。例如随动系统对快速性和稳态精度的要求较高，而恒值控制系统一般却侧重于稳定性能和抗扰动的能力。在同一个系统中,上述三个方面的性能要求通常也是相互制约的。例如为了提高系统的快速性和准确性，就需要增大系统的放大能力，而放大能力的增强，必然促使系统动态性能的变差，甚至会使系统变为不稳定。反之，若强调系统动态过程平稳性的要求，系统的放大倍数就应较小，从而导致系统稳态精度的降低和动态过程的变慢。由此可见，系统动态响应的快速性、高精度与系统稳定性之间存在着矛盾，在系统设计时须针对具体的系统要求，均衡考虑各指标。 
                    </font></p>
                  <p><font size="2"><b>1.5.2本课程的基本内容</b></font></p>
                  <p><font size="2">本课程的主要内容可以分为三个方面:</font></p>
                  <p><font size="2">1. 根据系统的结构和参数，分析系统的稳定性动态性能指标和稳态误差。为此，首先建立系统的模型，然后，依据建立模型的形式，分别采用时域法、根轨迹法和频域法对控制系统进行分析。（上述内容在本书第二章、第三章、第四章、第五章。） 
                    </font></p>
                  <p><font size="2">2. 按照所给的控制任务或系统具体的性能要求，设计一个合理的控制装置，并确定其结构和参数。（上述内容在本书第六章）</font></p>
                  <p><font size="2">3. 利用计算机辅助分析和设计手段，利用Matlab软件工具，对反馈控制系统进行分析。这方面内容分布在相应各章。</font></p>
                  <p><font size="2">此外，有关非线性系统的分析在第七章，离散时间系统的分析在本节第八章，第九章则对Matlab反馈控制系统分析、设计中使用到的有关函数进行了介绍。<br>
                    </font> </p>
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                  <p><b><a name="c6"></a>习题 </b><a href="chapter1.htm#d">回目录</a></p>
                  <p><font size="2">1-1 电动机转速控制系统如<font color="#0000FF">图1-10</font>所示，Ua是电枢电压， 
                    if 是激磁电流。试分析系统的工作原理，指出控制量和被控制量，画出系统的方框图，说明是闭环控制还是开环控制。</font></p>
                  <p><img src="image/p1-10.gif" width="447" height="236"></p>
                  <p><font size="2">1-2 电加热炉温度自动控制系统如<font color="#0000FF">图1-11</font>所示。电阻丝电源的通断由可控交流开关控制，温度的测量用电热偶。试分析系统工作原理，画出系统方框图。</font></p>
                  <p><img src="image/p1-11.gif" width="426" height="272"></p>
                  <p><font size="2">1-3 图1-12是一个带有测速负反馈的随动系统，试分析工作原理，并画出系统方框图。</font></p>
                  <p><img src="image/pl-12.gif" width="516" height="345"></p>
                  <p><font size="2"> 1-4 造纸机分部传动速度反馈控制系统如图1-13。含有大量水分的纸浆经过第一榨棍后，挤掉了大量水分，然后再进入第二榨棍。为防止纸浆断裂，要保证两个压榨棍速度协调。图中，M为电动机TG为测速电机，Ur为参数输入电压。试分析其工作原理并画出系统方框图。</font></p>
                  <p><img src="image/p1-13.gif" width="459" height="362"></p>
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            <p><font color="#FF0033">制作人：颜文俊</font></p>
            <p><font color="#0000FF" size="2">Monday, 2001-05-21</font></p>
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