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1、第一章第一章 緒緒 論論 近代技術的發(fā)展，使設備的自動化程度大大提高。近代技術的發(fā)展，使設備的自動化程度大大提高。不僅飛機、宇宙飛船等高、精、尖的航空設備的控制，不僅飛機、宇宙飛船等高、精、尖的航空設備的控制，而且許多工業(yè)設備，如數(shù)控機床、軋鋼機、卷紙機等而且許多工業(yè)設備，如數(shù)控機床、軋鋼機、卷紙機等設備的控制也不可能直接用手動控制，而是通過這些設備的控制也不可能直接用手動控制，而是通過這些裝備中的自動調(diào)節(jié)裝置進行的。裝備中的自動調(diào)節(jié)裝置進行的?！翱刂乒こ炭刂乒こ獭本途褪菍@些自動調(diào)節(jié)裝置的研究分析。是對這些自動調(diào)節(jié)裝置的研究分析。1頁頁最最早期的、在工業(yè)中起重要作用的早期的、在工業(yè)中起重要作

2、用的第一個第一個自動調(diào)節(jié)裝置是自動調(diào)節(jié)裝置是1788年瓦特發(fā)明的蒸汽機中的離心調(diào)速器。這是一個自動調(diào)年瓦特發(fā)明的蒸汽機中的離心調(diào)速器。這是一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的問題，也是一個典型的機械動力學問題。調(diào)速器的節(jié)系統(tǒng)的問題，也是一個典型的機械動力學問題。調(diào)速器的工作原理是：工作原理是：如果負載增加，如果負載增加，(若若P不變不變Mn)蒸汽機蒸汽機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 下降，則離心振子下降，則離心振子下降?；瑝K下降?；瑝K將通過杠桿將通過杠桿使蒸汽閥門開大，使蒸使蒸汽閥門開大，使蒸汽供給量增加（汽供給量增加（M不變，不變，Pn ），從而使蒸汽），從而使蒸汽機轉(zhuǎn)速上升。機轉(zhuǎn)速上升。nPM9550 圖圖1-12頁頁蒸汽機蒸

3、汽機比較機構比較機構離心機構離心機構轉(zhuǎn)換機構轉(zhuǎn)換機構蒸汽量蒸汽量Q閥門閥門nPM9550 圖圖1-13頁頁 反之若負載減小，蒸汽機轉(zhuǎn)速上升則離心調(diào)速器可使反之若負載減小，蒸汽機轉(zhuǎn)速上升則離心調(diào)速器可使轉(zhuǎn)速下降。這樣，轉(zhuǎn)速下降。這樣，離心調(diào)速器可自動地抵制負載的變化，離心調(diào)速器可自動地抵制負載的變化，使轉(zhuǎn)速保持在某一給定范圍之內(nèi)。使轉(zhuǎn)速保持在某一給定范圍之內(nèi)?？梢哉f，這是最早的自可以說，這是最早的自動反饋控制系統(tǒng)。但是后來發(fā)現(xiàn)，汽閥的速度調(diào)節(jié)并不完動反饋控制系統(tǒng)。但是后來發(fā)現(xiàn)，汽閥的速度調(diào)節(jié)并不完善。若使速度恢復較快，就是加強反饋效果（如，即使速善。若使速度恢復較快，就是加強反饋效果（如，即使速

4、度有微小變化也使供汽量的變化較大），但這樣一來，就度有微小變化也使供汽量的變化較大），但這樣一來，就會出現(xiàn)速度反復變化頻繁的會出現(xiàn)速度反復變化頻繁的振蕩振蕩現(xiàn)象，若其參數(shù)處理不好現(xiàn)象，若其參數(shù)處理不好時，還會使蒸汽機產(chǎn)生劇烈的振蕩（在反饋控制系統(tǒng)中，時，還會使蒸汽機產(chǎn)生劇烈的振蕩（在反饋控制系統(tǒng)中，振蕩是經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象）。振蕩是經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象）。4頁頁 這就迫使從事該領域研究的科學家這就迫使從事該領域研究的科學家(振蕩主要振蕩主要從數(shù)學領域研究從數(shù)學領域研究數(shù)學家數(shù)學家)思考并解決這些問題：思考并解決這些問題：v 1868年馬克斯威爾年馬克斯威爾(Maxwell)從描述系統(tǒng)的微分從描述系統(tǒng)的微

5、分方程的解中有無增長指數(shù)函數(shù)項，來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)方程的解中有無增長指數(shù)函數(shù)項，來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；定性；v 1884年勞斯年勞斯(Routh)提出了系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)；提出了系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)；v 1895年赫爾維茨年赫爾維茨(Hurwitz)也獨立提出了系統(tǒng)穩(wěn)也獨立提出了系統(tǒng)穩(wěn)定判據(jù)，使自動控制技術向前邁進了一大步。定判據(jù)，使自動控制技術向前邁進了一大步。5頁頁 第一次和第二次世界大戰(zhàn)中的武器技術的發(fā)展，第一次和第二次世界大戰(zhàn)中的武器技術的發(fā)展，使很多裝備的自動調(diào)節(jié)裝置有了飛躍的發(fā)展，這期間使很多裝備的自動調(diào)節(jié)裝置有了飛躍的發(fā)展，這期間由于通信的需要，使用了由于通信的需要，使用了負反饋放大器負反饋放大

6、器，這時，這時勞斯一勞斯一赫爾維茨赫爾維茨(RouthHurwitz)的穩(wěn)定性理論的實際意義的穩(wěn)定性理論的實際意義又不大了，因為描述放大器的微分方程階次太高，而又不大了，因為描述放大器的微分方程階次太高，而用用“頻率響應頻率響應”及圖解形式處理更實際。及圖解形式處理更實際。奈魁斯特奈魁斯特 (H.Nyquist)于于1932年創(chuàng)立了穩(wěn)定判據(jù)及年創(chuàng)立了穩(wěn)定判據(jù)及“穩(wěn)定裕度穩(wěn)定裕度”的概念的概念 (在后面第五章我們將要學習這部分內(nèi)容在后面第五章我們將要學習這部分內(nèi)容)；6頁頁 在此基礎上，在此基礎上，伯德伯德 (H.W.Bode)于于1945年提出用圖解法來年提出用圖解法來分析和綜合線性反饋控制系

7、統(tǒng)的方法，這就是頻率法。與分析和綜合線性反饋控制系統(tǒng)的方法，這就是頻率法。與此同時，此同時，依萬斯依萬斯(WREvans)于于1948年創(chuàng)立了年創(chuàng)立了“根軌跡根軌跡法法”，對用微分方程模型來研究問題提供了一個簡單而有，對用微分方程模型來研究問題提供了一個簡單而有效的方法，在某些情況下，它比頻率法更簡單，更直接。效的方法，在某些情況下，它比頻率法更簡單，更直接。到此，到此，“古典控制理論古典控制理論”已比較完善，并在各行業(yè)中廣泛已比較完善，并在各行業(yè)中廣泛地應用這些理論，促進了控制工程的進一步發(fā)展。地應用這些理論，促進了控制工程的進一步發(fā)展。1948年，年，美國數(shù)學家美國數(shù)學家維納維納(NWie

8、ner)發(fā)表發(fā)表)了了篇題為控制論篇題為控制論的著作，首創(chuàng)了控制論的著作，首創(chuàng)了控制論(Cybernetics)這個名詞，他認為，到這個名詞，他認為，到那時為止，反饋理論已可以解決許多生物控制機理，經(jīng)濟那時為止，反饋理論已可以解決許多生物控制機理，經(jīng)濟發(fā)展過程等問題，這本著作的出版，標志著這門學科的正發(fā)展過程等問題，這本著作的出版，標志著這門學科的正式誕生。式誕生。掌舵人掌舵人7頁頁 第二次世界大戰(zhàn)后，控制理論在民用工業(yè)中得到進一第二次世界大戰(zhàn)后，控制理論在民用工業(yè)中得到進一步應用。如化工、石油、冶金等部門，實現(xiàn)了對過程的控步應用。如化工、石油、冶金等部門，實現(xiàn)了對過程的控制，解決了壓力、溫度

9、、流量與化學成分的控制問題。到制，解決了壓力、溫度、流量與化學成分的控制問題。到50年代中期年代中期，以反饋控制為中心的理論體系基本形成。，以反饋控制為中心的理論體系基本形成。一般把這一時期以前形成的理論稱為經(jīng)（古）典控制論。一般把這一時期以前形成的理論稱為經(jīng)（古）典控制論。8頁頁經(jīng)典控制論是在復數(shù)域中以傳遞函數(shù)概念為基礎的經(jīng)典控制論是在復數(shù)域中以傳遞函數(shù)概念為基礎的理論體系。主要研究理論體系。主要研究單輸入單輸入-輸出定常系統(tǒng)的分輸出定常系統(tǒng)的分析與設計析與設計。經(jīng)（古）典控制理論的主要缺點是：經(jīng)（古）典控制理論的主要缺點是：1)所研究的系統(tǒng)限于線性時不變系統(tǒng)，即其部件可所研究的系統(tǒng)限于線性

10、時不變系統(tǒng)，即其部件可用常系數(shù)線性微分方程描述的系統(tǒng)；用常系數(shù)線性微分方程描述的系統(tǒng)；2)研究的系統(tǒng)只能是單回路的；研究的系統(tǒng)只能是單回路的；3)只提供分析的方法，然后改進系統(tǒng)再進行嘗試，只提供分析的方法，然后改進系統(tǒng)再進行嘗試，不能提供最好的設計。這些問題的存在促使現(xiàn)代控不能提供最好的設計。這些問題的存在促使現(xiàn)代控制理論的迅速發(fā)展。制理論的迅速發(fā)展。9頁頁 50年代末，由于導彈制導、航天、航海、航空技術的年代末，由于導彈制導、航天、航海、航空技術的發(fā)展需要和電子計算機技術的成熟，控制理論發(fā)展到一個發(fā)展需要和電子計算機技術的成熟，控制理論發(fā)展到一個新的階段，出現(xiàn)了現(xiàn)代控制論。新的階段，出現(xiàn)了現(xiàn)

11、代控制論。1956年前蘇聯(lián)年前蘇聯(lián)特略金特略金提出提出的的最優(yōu)控制最優(yōu)控制，1957年美國年美國貝爾曼貝爾曼(Bellman)提出的提出的動態(tài)規(guī)動態(tài)規(guī)劃理論劃理論，和，和1960年美國年美國卡爾曼卡爾曼(Kalman)提出的提出的最優(yōu)過濾最優(yōu)過濾理論理論形成了現(xiàn)代控制理論的基礎。狀態(tài)空間概念的引入，形成了現(xiàn)代控制理論的基礎。狀態(tài)空間概念的引入，計算機的發(fā)展及對現(xiàn)代控制理論起了重要的推動作用。計算機的發(fā)展及對現(xiàn)代控制理論起了重要的推動作用。10頁頁 現(xiàn)代控制理論的基本工具是在時間域中以現(xiàn)代控制理論的基本工具是在時間域中以狀態(tài)空間狀態(tài)空間變量變量為基礎的理論體系，它是從分析力學中引用過去的，為基礎

12、的理論體系，它是從分析力學中引用過去的，而而“分析力學分析力學”是十九世紀初期為研究機械運動而發(fā)展起是十九世紀初期為研究機械運動而發(fā)展起來的，所以，現(xiàn)代控制理論的基礎與發(fā)展也同機械工程密來的，所以，現(xiàn)代控制理論的基礎與發(fā)展也同機械工程密切相關的。切相關的。由上述可知，控制理論系由由上述可知，控制理論系由經(jīng)經(jīng)(古古)典控制論典控制論和和現(xiàn)現(xiàn)代控制論代控制論兩部分組成。兩部分組成。11頁頁 現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的主要方向是探求最高的效率、最低現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的主要方向是探求最高的效率、最低的成本、最高產(chǎn)品質(zhì)量、最低能耗及最大可靠性等最佳狀的成本、最高產(chǎn)品質(zhì)量、最低能耗及最大可靠性等最佳狀態(tài)。由于現(xiàn)代科學技

13、術的迅速發(fā)展，將控制理論應用于機態(tài)。由于現(xiàn)代科學技術的迅速發(fā)展，將控制理論應用于機械工程的重要性日益明顯，這就導致了械工程的重要性日益明顯，這就導致了“機械工程控制機械工程控制理論理論”(Mechanical Engineering Cybernetics)或或(Mechanical Control Engineering)這門學科的產(chǎn)生這門學科的產(chǎn)生與發(fā)展，與發(fā)展，因為機械系統(tǒng)和過程因為機械系統(tǒng)和過程(如生產(chǎn)過程、切削過程、鍛壓、焊接如生產(chǎn)過程、切削過程、鍛壓、焊接及熱處理過程等及熱處理過程等)要求最佳控制。實際上，這門學科既是要求最佳控制。實際上，這門學科既是一門廣義的系統(tǒng)動力學，又是一種

14、合乎唯物辯證法的方法一門廣義的系統(tǒng)動力學，又是一種合乎唯物辯證法的方法論，它對啟迪與發(fā)展人們的思維與智力有很大的作用。論，它對啟迪與發(fā)展人們的思維與智力有很大的作用。12頁頁 本門課程僅研究專業(yè)技術問題，但又必須緊密結(jié)合專本門課程僅研究專業(yè)技術問題，但又必須緊密結(jié)合專業(yè)實際，與工程實踐相結(jié)合。以數(shù)學、物理及有關科學為業(yè)實際，與工程實踐相結(jié)合。以數(shù)學、物理及有關科學為其理論基礎，以機械工程中有關系統(tǒng)動力學為其抽象、概其理論基礎，以機械工程中有關系統(tǒng)動力學為其抽象、概括與研究的對象，運用信息的傳輸、處理與反饋進行控制括與研究的對象，運用信息的傳輸、處理與反饋進行控制這一正確的思維方法與觀點，在這一

15、正確的思維方法與觀點，在數(shù)理基礎課程數(shù)理基礎課程與與專業(yè)課專業(yè)課程程之間架起一道橋梁，將兩者緊密之間架起一道橋梁，將兩者緊密結(jié)合起來，所以我們說結(jié)合起來，所以我們說它是一門它是一門專業(yè)技術基礎課專業(yè)技術基礎課。13頁頁1-1 機械工程控制理論的研究對象與任務機械工程控制理論的研究對象與任務 控制理論的研究對象是各種控制理論的研究對象是各種系統(tǒng)系統(tǒng)。系統(tǒng)是將一些系統(tǒng)是將一些裝置或計劃進行組合，使它能達到某一目的。裝置或計劃進行組合，使它能達到某一目的。這個定這個定義的含義非常之泛，它不僅包括電機、電氣元件或伺義的含義非常之泛，它不僅包括電機、電氣元件或伺服閥、液壓缸這樣的元件組成的物理系統(tǒng)，而且

16、包括服閥、液壓缸這樣的元件組成的物理系統(tǒng)，而且包括一些抽象的動態(tài)現(xiàn)象，如在經(jīng)濟學、人口學中遇到的一些抽象的動態(tài)現(xiàn)象，如在經(jīng)濟學、人口學中遇到的一些現(xiàn)象。也就是說，經(jīng)濟的運行，人口的變遷都各一些現(xiàn)象。也就是說，經(jīng)濟的運行，人口的變遷都各自組成系統(tǒng)。自組成系統(tǒng)。14頁頁 機械工程控制論的研究對象就是機械系統(tǒng)，如圖機械工程控制論的研究對象就是機械系統(tǒng)，如圖1-2與與1-3，一個質(zhì)量一個質(zhì)量-阻尼阻尼-彈簧單自由度系統(tǒng)在不同的輸入時的情況。彈簧單自由度系統(tǒng)在不同的輸入時的情況。機械工程控制論的任務是研究工程技術中廣義機械工程控制論的任務是研究工程技術中廣義系統(tǒng)的動系統(tǒng)的動力學問題力學問題。具體地說，它

17、研究的是工程技術中的廣義系統(tǒng)在。具體地說，它研究的是工程技術中的廣義系統(tǒng)在一定的外界條件作用下，從系統(tǒng)的一定的初始狀態(tài)出發(fā)，所一定的外界條件作用下，從系統(tǒng)的一定的初始狀態(tài)出發(fā)，所經(jīng)歷的由其內(nèi)部的固有特性經(jīng)歷的由其內(nèi)部的固有特性(即由系統(tǒng)的結(jié)構與參即由系統(tǒng)的結(jié)構與參數(shù)所決定的數(shù)所決定的特性特性)所決定的整個動態(tài)歷程，研究這一所決定的整個動態(tài)歷程，研究這一系統(tǒng)系統(tǒng)及及輸入、輸出輸入、輸出三者之間的關系。三者之間的關系。mckf(t)y(t)圖圖1-2圖圖1-3cky(t)mx(t)15頁頁圖圖1-2中，中，m,k,c分別表示質(zhì)量、粘性阻尼、彈簧剛度。假分別表示質(zhì)量、粘性阻尼、彈簧剛度。假設質(zhì)量受外

18、力設質(zhì)量受外力f(t)的作用，質(zhì)量發(fā)生的位移為的作用，質(zhì)量發(fā)生的位移為y(t)，現(xiàn)在來，現(xiàn)在來研究研究 f(t),y(t),m,k,c之間的動態(tài)關系。之間的動態(tài)關系。根據(jù)動力學關系，則有：根據(jù)動力學關系，則有：由上式有由上式有)()()()(tymtyctkytf )()()()(tftkytyctym mckf(t)y(t)圖圖1-2)(tyc)(tfky(t)m16頁頁這是一個二階微分方程，它的解包含了兩個積分常數(shù)，可這是一個二階微分方程，它的解包含了兩個積分常數(shù)，可根據(jù)初始條件根據(jù)初始條件 求出。求出。002)0()0()()()(yyyytftykcpmp222dtdpdtdp )()

19、()()(tftkytyctym 00)0()0(yyyy 設設上式可寫成：上式可寫成：17頁頁如果對圖如果對圖1-2而言，彈簧受位移而言，彈簧受位移x(t)的作用見圖的作用見圖1-3，質(zhì)量位，質(zhì)量位移為移為y(t)，則系統(tǒng)的動力學方程為：，則系統(tǒng)的動力學方程為：00)0()0()()()()()(yyyytkxtxctkytyctym 002)0()0()()()()(yyyytxkcptykcpmpmckf(t)y(t)圖圖1-2圖圖1-3cky(t)mx(t)18頁頁 002)0()0()()()()(yyyytxkcptykcpmpmckf(t)y(t)圖圖1-2 002)0()0()

20、()()(yyyytftykcpmp由系統(tǒng)本身的結(jié)構參數(shù)所由系統(tǒng)本身的結(jié)構參數(shù)所決定，反映了與外界無關決定，反映了與外界無關的系統(tǒng)本身的固有的特性。的系統(tǒng)本身的固有的特性。反映了系統(tǒng)與外界的關系。反映了系統(tǒng)與外界的關系。系統(tǒng)本身的結(jié)構與參數(shù)要系統(tǒng)本身的結(jié)構與參數(shù)要影響這一算子的。影響這一算子的。1圖圖1-3cky(t)mx(t)19頁頁y(0)與與y(0)分別為質(zhì)量的初位移和初速度，這是在輸入作用分別為質(zhì)量的初位移和初速度，這是在輸入作用于系統(tǒng)之前系統(tǒng)的初始狀態(tài)。顯然，此系統(tǒng)在任何瞬時的于系統(tǒng)之前系統(tǒng)的初始狀態(tài)。顯然，此系統(tǒng)在任何瞬時的狀態(tài)完全可以由質(zhì)量的位移和速度這兩個變動著的狀態(tài)在狀態(tài)完全

21、可以由質(zhì)量的位移和速度這兩個變動著的狀態(tài)在此瞬時的取值來描述。此瞬時的取值來描述。.002)0()0()()()(yyyytftykcpmp 002)0()0()()()()(yyyytxkcptykcpmp20頁頁在上例中，在上例中，f(t)與與x(t)稱為系統(tǒng)的輸入或激勵，稱為系統(tǒng)的輸入或激勵，y(t)稱為系稱為系統(tǒng)的輸出或系統(tǒng)對輸入的響應，由以上分析可知系統(tǒng)及其統(tǒng)的輸出或系統(tǒng)對輸入的響應，由以上分析可知系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的關系如圖輸入、輸出三者之間的關系如圖1-4。系統(tǒng)系統(tǒng)輸入輸入輸出輸出圖圖1-4mckf(t)y(t)圖圖1-2圖圖1-3cky(t)mx(t)21頁頁就輸入、輸

22、出、系統(tǒng)三者關系而言，工程控制的內(nèi)容有以就輸入、輸出、系統(tǒng)三者關系而言，工程控制的內(nèi)容有以下五個方面：下五個方面：1、當系統(tǒng)一定，輸入已定時，求系統(tǒng)的輸出、當系統(tǒng)一定，輸入已定時，求系統(tǒng)的輸出(響應響應)，并通，并通過輸出來研究系統(tǒng)本身的有關問題，此即過輸出來研究系統(tǒng)本身的有關問題，此即系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析問題；問題；2、當系統(tǒng)已定時，確定輸入，且所確定的輸入應使得輸出、當系統(tǒng)已定時，確定輸入，且所確定的輸入應使得輸出盡可能符合給定的最佳要求，此即盡可能符合給定的最佳要求，此即最優(yōu)控制最優(yōu)控制問題：問題：3、當輸入已知時，確定系統(tǒng)，且所確定的系統(tǒng)就使得輸出、當輸入已知時，確定系統(tǒng)，且所確定的系統(tǒng)就

23、使得輸出盡可能符合給定的最佳要求，此即盡可能符合給定的最佳要求，此即最優(yōu)設計最優(yōu)設計問題；問題；系統(tǒng)系統(tǒng)輸入輸入輸出輸出圖圖1-422頁頁4、當輸出已知時，確定系統(tǒng)，以識別輸入或輸入中的有關、當輸出已知時，確定系統(tǒng)，以識別輸入或輸入中的有關信息，此即信息，此即濾波與預測濾波與預測問題；問題；5、當輸入與輸出均已知時，求出系統(tǒng)的結(jié)構與參數(shù)，即建、當輸入與輸出均已知時，求出系統(tǒng)的結(jié)構與參數(shù)，即建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，此即立系統(tǒng)的數(shù)學模型，此即系統(tǒng)識別或系統(tǒng)辨識系統(tǒng)識別或系統(tǒng)辨識問題。問題。本書主要以經(jīng)典控制理論來研究問題本書主要以經(jīng)典控制理論來研究問題1。系統(tǒng)系統(tǒng)輸入輸入輸出輸出圖圖1-423頁頁1-

24、2 1-3 反饋控制原理與反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制原理與反饋控制系統(tǒng)的組成一、反饋控制概念及控制原理一、反饋控制概念及控制原理 反饋控制原理是控制論的基本原理，反饋是控制論反饋控制原理是控制論的基本原理，反饋是控制論中一個非常重要的概念。中一個非常重要的概念。反饋：反饋：將系統(tǒng)的輸出，部分或全部地返回到輸入將系統(tǒng)的輸出，部分或全部地返回到輸入稱為系統(tǒng)反饋。其本質(zhì)是系統(tǒng)內(nèi)部元素的相互聯(lián)系，稱為系統(tǒng)反饋。其本質(zhì)是系統(tǒng)內(nèi)部元素的相互聯(lián)系，信息的交換。信息的交換。24頁頁 在開車過程中，司機用眼睛觀察轉(zhuǎn)速表上的實際車速并在開車過程中，司機用眼睛觀察轉(zhuǎn)速表上的實際車速并由大腦將實際車速與希望車速進行比

25、較，大腦根據(jù)比較后的由大腦將實際車速與希望車速進行比較，大腦根據(jù)比較后的偏差偏差對腳發(fā)出指令，控制油門踏板，從而使實際車速與希望對腳發(fā)出指令，控制油門踏板，從而使實際車速與希望車速一致。在這里人與車構成了一個系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，眼車速一致。在這里人與車構成了一個系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，眼睛將實際車速這一信息送入大腦并與大腦中儲存的車速信息睛將實際車速這一信息送入大腦并與大腦中儲存的車速信息進行比較，這一過程就是進行比較，這一過程就是信息反饋信息反饋過程。過程。例例1：司機駕駛汽車過程。：司機駕駛汽車過程。希望車速希望車速y(t)大腦大腦偏差偏差腳、油門踏板腳、油門踏板 汽車汽車實際車速實際車速x(t)

26、眼睛、轉(zhuǎn)速表眼睛、轉(zhuǎn)速表b(t)e(t)輸入量輸入量輸出量輸出量25頁頁 通常，把輸出量返回到輸入端并與輸入量比較的過程通常，把輸出量返回到輸入端并與輸入量比較的過程稱為稱為反饋反饋，反饋包括，反饋包括正反饋正反饋和和負反饋負反饋。若反饋信號是與輸。若反饋信號是與輸入信號相減而使偏差值愈采愈小，則稱入信號相減而使偏差值愈采愈小，則稱負反饋負反饋；反之，則；反之，則稱稱正反饋正反饋。顯然如圖所示系統(tǒng)中的反饋為負反饋。該系統(tǒng)。顯然如圖所示系統(tǒng)中的反饋為負反饋。該系統(tǒng)的控制過程是的控制過程是利用輸出量與輸入量之間的偏差利用輸出量與輸入量之間的偏差進行控制并最后消除這一偏差的過程。進行控制并最后消除這

27、一偏差的過程。希望車速希望車速y(t)大腦大腦偏差偏差腳、油門踏板腳、油門踏板 汽車汽車實際車速實際車速x(t)眼睛、轉(zhuǎn)速表眼睛、轉(zhuǎn)速表b(t)e(t)輸入量輸入量輸出量輸出量26頁頁 在上述系統(tǒng)中，人直接參與了反饋控制過程，因此這在上述系統(tǒng)中，人直接參與了反饋控制過程，因此這是一個人工反饋控制系統(tǒng)。在自動控制系統(tǒng)中，反饋是用是一個人工反饋控制系統(tǒng)。在自動控制系統(tǒng)中，反饋是用自動控制元件完成的。現(xiàn)以自動控制元件完成的。現(xiàn)以工作臺位置控制系統(tǒng)工作臺位置控制系統(tǒng)和和工作臺工作臺速度控制系統(tǒng)速度控制系統(tǒng)為例，說明自動控制系統(tǒng)的控制過程。為例，說明自動控制系統(tǒng)的控制過程。希望車速希望車速y(t)大腦大

28、腦偏差偏差腳、油門踏板腳、油門踏板 汽車汽車實際車速實際車速x(t)眼睛、轉(zhuǎn)速表眼睛、轉(zhuǎn)速表b(t)e(t)輸入量輸入量輸出量輸出量27頁頁例例2：工作臺位置控制系統(tǒng)。：工作臺位置控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由指該系統(tǒng)由指令電位器、反饋令電位器、反饋電位器、放大器、電位器、放大器、伺服電機、齒輪伺服電機、齒輪減速器、滾珠絲減速器、滾珠絲杠及工作臺組成，杠及工作臺組成，其功用是控制工其功用是控制工作臺位置按指令作臺位置按指令電位器給出的規(guī)電位器給出的規(guī)律變化。律變化。D Du28頁頁工作原理如下：工作原理如下：通過指令電位器的滑動觸點通過指令電位器的滑動觸點給出工作臺的位置指令給出工作臺的位置指令xr，并轉(zhuǎn)

29、換為控制電壓并轉(zhuǎn)換為控制電壓ur。被控。被控制工作臺的位移制工作臺的位移xc由反饋電由反饋電位器檢測，并轉(zhuǎn)換為反饋電位器檢測，并轉(zhuǎn)換為反饋電壓壓uc。兩電位器接成橋式電。兩電位器接成橋式電路。當工作臺位置路。當工作臺位置xc與給定與給定位置位置xr有偏差時，橋式電路有偏差時，橋式電路的輸出電壓為的輸出電壓為 D Du=ur uc，設開始時指令電位器和反饋設開始時指令電位器和反饋電位器滑動觸點都處于左端，電位器滑動觸點都處于左端，即即xr=xc=0，則，則D Du=ur uc=0，此時，放大器無輸出，直流此時，放大器無輸出，直流伺服電機不轉(zhuǎn)，工作臺靜止伺服電機不轉(zhuǎn)，工作臺靜止不動，系統(tǒng)處于平衡狀

30、態(tài)。不動，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。D Du29頁頁D Du30頁頁當給出位置指令當給出位置指令xr時，在工作臺改變位置之前的瞬間，時，在工作臺改變位置之前的瞬間，xc=0，uc=0，則電橋的輸出為，則電橋的輸出為D Du=ur uc=ur 0=ur，該偏，該偏差電壓經(jīng)放大器放大后控制直流伺服電機轉(zhuǎn)動，直流伺服差電壓經(jīng)放大器放大后控制直流伺服電機轉(zhuǎn)動，直流伺服電機通過齒輪減速器和滾株絲杠驅(qū)動工作臺右移。隨著工電機通過齒輪減速器和滾株絲杠驅(qū)動工作臺右移。隨著工作臺的移動。工作臺實際位置與給定位置之間的偏差逐漸作臺的移動。工作臺實際位置與給定位置之間的偏差逐漸減小，即偏差電壓減小，即偏差電壓D Du逐漸減

31、小。當反饋電位器滑動觸點的逐漸減小。當反饋電位器滑動觸點的位置與給定位置一致，即輸出完全復現(xiàn)輸入時，電橋平衡，位置與給定位置一致，即輸出完全復現(xiàn)輸入時，電橋平衡，偏差電壓偏差電壓D Du=0，伺服電機停轉(zhuǎn)，工作臺停止在由指令電位，伺服電機停轉(zhuǎn)，工作臺停止在由指令電位器給定的位置上，系統(tǒng)進入新的平衡狀態(tài)，當給出反向指器給定的位置上，系統(tǒng)進入新的平衡狀態(tài)，當給出反向指令時，偏差電壓極性相反，伺服電機反轉(zhuǎn)，工作臺左移，令時，偏差電壓極性相反，伺服電機反轉(zhuǎn)，工作臺左移，當工作臺移至給定位置時，系統(tǒng)再次進入平衡狀態(tài)。如果當工作臺移至給定位置時，系統(tǒng)再次進入平衡狀態(tài)。如果指令電位器滑動觸點的位置不斷改變，

32、則工作臺位置也跟指令電位器滑動觸點的位置不斷改變，則工作臺位置也跟著不斷變化。該系統(tǒng)的控制過程可用下面方塊圖表示：著不斷變化。該系統(tǒng)的控制過程可用下面方塊圖表示：31頁頁W1放大器放大器電機電機減速器減速器絲杠絲杠工作臺工作臺W2xrurucD Duq qmq qcxcD Du32頁頁 由系統(tǒng)上述工作過程可知，為了使輸出量復現(xiàn)輸入量，由系統(tǒng)上述工作過程可知，為了使輸出量復現(xiàn)輸入量，系統(tǒng)通過反饋電位器不斷地對輸出量進行檢測并返回到輸系統(tǒng)通過反饋電位器不斷地對輸出量進行檢測并返回到輸入端與輸入量進行比較得出偏差信號，再利用所得偏差信入端與輸入量進行比較得出偏差信號，再利用所得偏差信號控制系統(tǒng)運動，

33、以便隨時消除偏差。從而實現(xiàn)了工作臺號控制系統(tǒng)運動，以便隨時消除偏差。從而實現(xiàn)了工作臺位置按指令電位器給定規(guī)律變化的目的。位置按指令電位器給定規(guī)律變化的目的。D Du33頁頁例例3：工作臺速度控制系統(tǒng)。：工作臺速度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)構成：系統(tǒng)構成：該系統(tǒng)由指令電位器、放大器、電該系統(tǒng)由指令電位器、放大器、電液伺服液伺服閥、液壓缸、工作臺、齒條齒輪副、測速發(fā)電機組成，其閥、液壓缸、工作臺、齒條齒輪副、測速發(fā)電機組成，其功能是控制工作臺速度為某一恒定值。功能是控制工作臺速度為某一恒定值。P034頁頁 系統(tǒng)中，電系統(tǒng)中，電液伺服閥輸出油液流量的大小和液流方液伺服閥輸出油液流量的大小和液流方向分別由電向分別

34、由電液伺服閥的輸入電流大小和方向決定。改變液伺服閥的輸入電流大小和方向決定。改變電電液伺服閥輸入電流的大小和方向，便可改變工作臺運液伺服閥輸入電流的大小和方向，便可改變工作臺運動速度和方向。工作臺運動速度由測速裝置動速度和方向。工作臺運動速度由測速裝置(該裝置由齒條、該裝置由齒條、齒輪和測速發(fā)電機組成，測速發(fā)電機的輸出電壓與輸入轉(zhuǎn)齒輪和測速發(fā)電機組成，測速發(fā)電機的輸出電壓與輸入轉(zhuǎn)速成正比速成正比)檢測并轉(zhuǎn)換為電壓，與給定電壓比較，其偏差電檢測并轉(zhuǎn)換為電壓，與給定電壓比較，其偏差電壓為壓為D Du。P035頁頁36頁頁當工作臺運動速度為給定速度當工作臺運動速度為給定速度V0時，測速發(fā)電機輸出電壓

35、時，測速發(fā)電機輸出電壓為為uc0，此時偏差電壓為，此時偏差電壓為D Du=ur uc0，放大器輸出電流為，放大器輸出電流為i0，電電液伺服閥輸出流量為液伺服閥輸出流量為Q0，該流量是保持工作臺運動速，該流量是保持工作臺運動速度度V0所必需的。此時系統(tǒng)的工作狀態(tài)為平衡工作狀態(tài)，在所必需的。此時系統(tǒng)的工作狀態(tài)為平衡工作狀態(tài)，在系統(tǒng)工作過程中，如果由于負載、油溫或其他因素變化引系統(tǒng)工作過程中，如果由于負載、油溫或其他因素變化引起速度波動，則起速度波動，則ucuc0。若工作臺運動速度。若工作臺運動速度V大于給定速度大于給定速度V0，則，則ucuc0,因而因而D Du=ur uc0 D Du0，于是放大

36、器輸出電，于是放大器輸出電流減流減i小，從而使電小，從而使電液伺服閥輸出油液流量減小，工作臺液伺服閥輸出油液流量減小，工作臺運動速度運動速度V下降，當工作臺運動速度下降，當工作臺運動速度V等于給定速度等于給定速度V0時，時，系統(tǒng)恢復平衡工作狀態(tài)；反之，如果某因素使工作臺速度系統(tǒng)恢復平衡工作狀態(tài)；反之，如果某因素使工作臺速度下降小于給定速度下降小于給定速度V0時，則時，則ur D Du0，于是放大器輸出電流加大，工作臺運動速度上升，直到達于是放大器輸出電流加大，工作臺運動速度上升，直到達到到V0，系統(tǒng)恢復平衡狀態(tài)。，系統(tǒng)恢復平衡狀態(tài)。37頁頁該系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示：該系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示：電

37、位器電位器放大器放大器伺服閥伺服閥液壓缸液壓缸工作臺工作臺xrurucQxc(V)齒輪、齒條齒輪、齒條測速發(fā)電機測速發(fā)電機in圖圖1-938頁頁例：恒溫箱控制系統(tǒng)例：恒溫箱控制系統(tǒng) TRuP2 t恒溫箱自動控制系統(tǒng)原理圖恒溫箱自動控制系統(tǒng)原理圖恒溫箱自動控制系統(tǒng)原理圖恒溫箱自動控制系統(tǒng)原理圖39頁頁T恒溫箱自動控制系統(tǒng)原理圖恒溫箱自動控制系統(tǒng)原理圖40頁頁例：機床工作臺位置控制系統(tǒng)例：機床工作臺位置控制系統(tǒng) 41頁頁 由以上各例可知，雖然構成各反饋控制系統(tǒng)的元件由以上各例可知，雖然構成各反饋控制系統(tǒng)的元件不同，系統(tǒng)的功用也各不相同，但反饋控制系統(tǒng)的工作不同，系統(tǒng)的功用也各不相同，但反饋控制系統(tǒng)

38、的工作原理都是相同的，即都是按原理都是相同的，即都是按負反饋負反饋控制原理進行工作控制原理進行工作的。負反饋是一個利用偏差進行控制并最后消除偏差的的。負反饋是一個利用偏差進行控制并最后消除偏差的控制過程?？刂七^程。42頁頁1-4 系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求 q 對廣義系統(tǒng)可按反饋情況分：對廣義系統(tǒng)可按反饋情況分：一、一、系統(tǒng)的幾種分類系統(tǒng)的幾種分類1、開環(huán)系統(tǒng)、開環(huán)系統(tǒng)2、閉環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)q 對自動控制系統(tǒng)還可按輸出變化規(guī)律分對自動控制系統(tǒng)還可按輸出變化規(guī)律分1、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)2、隨動系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)3、程序控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)43頁頁1、開

39、環(huán)系統(tǒng)、開環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)輸出量對系統(tǒng)的控制沒有影響的系統(tǒng)。其方框系統(tǒng)輸出量對系統(tǒng)的控制沒有影響的系統(tǒng)。其方框圖表現(xiàn)為圖表現(xiàn)為無反饋回路無反饋回路。例：數(shù)控機床的進給系統(tǒng)。例：數(shù)控機床的進給系統(tǒng)。q 對廣義系統(tǒng)可按反饋情況分：對廣義系統(tǒng)可按反饋情況分：圖圖1-11控制裝置控制裝置伺伺 服服驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置工作臺工作臺指令指令工作臺工作臺位置位置輸入裝置輸入裝置(系統(tǒng)輸入系統(tǒng)輸入)(系統(tǒng)輸出系統(tǒng)輸出)44頁頁2、閉環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)輸出量部分或全部地對系統(tǒng)控制作用有實際影響的系統(tǒng)。輸出量部分或全部地對系統(tǒng)控制作用有實際影響的系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構簡單、成本低、工作穩(wěn)定，但不能修正被控開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構簡單、成本低

40、、工作穩(wěn)定，但不能修正被控制量的偏差。制量的偏差。閉環(huán)系統(tǒng)能自動修正被控量的偏差，控制精度高，但系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)能自動修正被控量的偏差，控制精度高，但系統(tǒng)容易產(chǎn)生振蕩。容易產(chǎn)生振蕩?？刂蒲b置控制裝置驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置工作臺工作臺指令指令工作臺工作臺位置位置輸入裝置輸入裝置(系統(tǒng)輸入系統(tǒng)輸入)(系統(tǒng)輸出系統(tǒng)輸出)檢測裝置檢測裝置(被控對象被控對象)控制部分控制部分45頁頁 例如：直流電動機轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系統(tǒng)例如：直流電動機轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系統(tǒng) 給定電壓給定電壓ug經(jīng)放大后產(chǎn)生電樞電壓經(jīng)放大后產(chǎn)生電樞電壓ua，當電動機勵磁電壓，當電動機勵磁電壓uf恒恒定時，改變定時，改變ua可得到不同的轉(zhuǎn)速可得到不同的轉(zhuǎn)速n

41、。n與與ua具有一一對應的關系。例具有一一對應的關系。例如當如當u=ua1時，時，n=n1；該系統(tǒng)的信號通路不閉合，所以是；該系統(tǒng)的信號通路不閉合，所以是開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)。當有擾動引起轉(zhuǎn)速變化時，無法克服擾動造成的影響，因此當有擾動引起轉(zhuǎn)速變化時，無法克服擾動造成的影響，因此ua與與n之間的對應關系是不準確的。要進行補償就必須借助人工改變輸入之間的對應關系是不準確的。要進行補償就必須借助人工改變輸入電壓電壓ua。ug電位器電位器電動機電動機負載負載功率功率放大器放大器uaufn46頁頁例：直流電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)。例：直流電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)。在直流電動機轉(zhuǎn)速在直流電動機轉(zhuǎn)速開環(huán)控制開環(huán)控制系

42、統(tǒng)中系統(tǒng)中引引入測速發(fā)電機入測速發(fā)電機，構成一個直流電動機，構成一個直流電動機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖所示。，如圖所示。ug電位器電位器電動機電動機負載負載功功放放ua47頁頁二、對自動控制系統(tǒng)還可按輸出變化規(guī)律分二、對自動控制系統(tǒng)還可按輸出變化規(guī)律分1、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 在外界干擾作用下，系統(tǒng)的輸出仍能基本保持在外界干擾作用下，系統(tǒng)的輸出仍能基本保持為常量的系統(tǒng)。如前所述蒸汽機離心調(diào)速機構及工為常量的系統(tǒng)。如前所述蒸汽機離心調(diào)速機構及工作臺速度控制系統(tǒng)。作臺速度控制系統(tǒng)。2、隨動系統(tǒng)、隨動系統(tǒng) 在外界條件作用下，系統(tǒng)的輸出能相應于輸入在外界條件作用下，系統(tǒng)的輸出能相應

43、于輸入在廣闊范圍內(nèi)按任意規(guī)律變化的系統(tǒng)。例如炮瞄雷在廣闊范圍內(nèi)按任意規(guī)律變化的系統(tǒng)。例如炮瞄雷達系統(tǒng)、液壓仿形刀架。達系統(tǒng)、液壓仿形刀架。48頁頁3、程序控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng) 在外界作用下，系統(tǒng)的輸出按預定程序變化的在外界作用下，系統(tǒng)的輸出按預定程序變化的系統(tǒng)?？梢允情_環(huán)也可以是閉環(huán)的。系統(tǒng)?？梢允情_環(huán)也可以是閉環(huán)的。如：工作臺位置控制系統(tǒng)。如：工作臺位置控制系統(tǒng)。49頁頁三、閉環(huán)系統(tǒng)的組成三、閉環(huán)系統(tǒng)的組成如圖：如圖：執(zhí)行環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)放大運放大運算環(huán)節(jié)算環(huán)節(jié)被控對象被控對象xixb測量環(huán)節(jié)測量環(huán)節(jié)e e圖圖1-14xo+-控制部分控制部分50頁頁給定環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)執(zhí)行

44、環(huán)節(jié)放大運放大運算環(huán)節(jié)算環(huán)節(jié)被控對象被控對象xixb測量環(huán)節(jié)測量環(huán)節(jié)e exo+-控制部分控制部分1、給定環(huán)節(jié)：給出輸入信號的環(huán)節(jié)，用于確定被、給定環(huán)節(jié)：給出輸入信號的環(huán)節(jié)，用于確定被控對象的控對象的“目標值目標值”，給定環(huán)節(jié)可以用各種形式發(fā)，給定環(huán)節(jié)可以用各種形式發(fā)出信號；出信號；如：電位器、大腦中理想車速值如：電位器、大腦中理想車速值給定環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)圖圖1-1451頁頁給定環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)放大運放大運算環(huán)節(jié)算環(huán)節(jié)被控對象被控對象xixb測量環(huán)節(jié)測量環(huán)節(jié)e exo+-控制部分控制部分2、測量環(huán)節(jié)：它用于測量被控變量，并將被控變、測量環(huán)節(jié)：它用于測量被控變量，并將被控變量轉(zhuǎn)換為便于

45、傳送的另一物理量；量轉(zhuǎn)換為便于傳送的另一物理量；各種傳感器及變送器各種傳感器及變送器測量環(huán)節(jié)測量環(huán)節(jié)圖圖1-1452頁頁給定環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)放大運放大運算環(huán)節(jié)算環(huán)節(jié)被控對象被控對象xixb測量環(huán)節(jié)測量環(huán)節(jié)exo+-控制部分控制部分3、比較環(huán)節(jié)：將輸入信號、比較環(huán)節(jié)：將輸入信號xi和反饋量和反饋量xb相比較，相比較，輸出一偏差信號輸出一偏差信號e=xi-xb，如，如e=0，則后續(xù)部分不再，則后續(xù)部分不再動作。動作。圖圖1-1453頁頁執(zhí)行環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)放大運放大運算環(huán)節(jié)算環(huán)節(jié)被控對象被控對象xixb測量環(huán)節(jié)測量環(huán)節(jié)e exo+-控制部分控制部分執(zhí)行環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)4、放大及

46、運算環(huán)節(jié)：將偏差信號做必要的校正，、放大及運算環(huán)節(jié)：將偏差信號做必要的校正，然后進行功率放大，以便推動執(zhí)行環(huán)節(jié)；然后進行功率放大，以便推動執(zhí)行環(huán)節(jié)；5、執(zhí)行環(huán)節(jié)：接收放大環(huán)節(jié)來的控制信號，驅(qū)動、執(zhí)行環(huán)節(jié)：接收放大環(huán)節(jié)來的控制信號，驅(qū)動被控對象按照預期的規(guī)律進行。被控對象按照預期的規(guī)律進行。圖圖1-14放大運放大運算環(huán)節(jié)算環(huán)節(jié)54頁頁二、二、控制系統(tǒng)的基本要求控制系統(tǒng)的基本要求 對控制系統(tǒng)性能的要求對控制系統(tǒng)性能的要求 評價一個控制系統(tǒng)的好壞，指標是多種多樣的，各系統(tǒng)依評價一個控制系統(tǒng)的好壞，指標是多種多樣的，各系統(tǒng)依其使用目的的不同，對各項性能指標的要求不同。但對控制系其使用目的的不同，對各項

47、性能指標的要求不同。但對控制系統(tǒng)的基本要求一般可歸納為以下幾個方面（性能評價指標）：統(tǒng)的基本要求一般可歸納為以下幾個方面（性能評價指標）：1、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性 輸出量對給定的輸入量的偏離應該隨著時間增長逐漸趨輸出量對給定的輸入量的偏離應該隨著時間增長逐漸趨近于零（特征方程的根均具有負實部），這樣的系統(tǒng)是穩(wěn)定系近于零（特征方程的根均具有負實部），這樣的系統(tǒng)是穩(wěn)定系統(tǒng)。穩(wěn)定性要求是控制系統(tǒng)正常工作的統(tǒng)。穩(wěn)定性要求是控制系統(tǒng)正常工作的首要首要條件，且是條件，且是最重要最重要的條件。實際控制系統(tǒng)在進行設計時均留有一定的的條件。實際控制系統(tǒng)在進行設計時均留有一定的穩(wěn)定裕度穩(wěn)定裕度，系統(tǒng)工作時參

48、數(shù)可能發(fā)生變化時，如果未留穩(wěn)定裕度或裕度值系統(tǒng)工作時參數(shù)可能發(fā)生變化時，如果未留穩(wěn)定裕度或裕度值不夠時，會導致系統(tǒng)失穩(wěn)，不穩(wěn)定的系統(tǒng)是不能工作的。不夠時，會導致系統(tǒng)失穩(wěn)，不穩(wěn)定的系統(tǒng)是不能工作的。55頁頁2、響應的快速性、響應的快速性 快速性指當系統(tǒng)的輸出量與給定的輸入量之間產(chǎn)生偏差快速性指當系統(tǒng)的輸出量與給定的輸入量之間產(chǎn)生偏差時，消除這種偏差的快慢程度。它是衡量系統(tǒng)性能的一個很時，消除這種偏差的快慢程度。它是衡量系統(tǒng)性能的一個很重要的指標。重要的指標。56頁頁ts2%(5%)ox txomaxx二階系統(tǒng)的單位階躍響應二階系統(tǒng)的單位階躍響應57頁頁3、響應的準確性、響應的準確性 是指在過渡過

49、程結(jié)束后輸出量與給定的輸入量的偏是指在過渡過程結(jié)束后輸出量與給定的輸入量的偏差，它又稱為靜態(tài)精度，它也是衡量系統(tǒng)工作性能的重差，它又稱為靜態(tài)精度，它也是衡量系統(tǒng)工作性能的重要指標。要指標。對控制系統(tǒng)的基本要求可以用三個字來表示：對控制系統(tǒng)的基本要求可以用三個字來表示：“穩(wěn)、快、準穩(wěn)、快、準”本課程所要講解的內(nèi)容都是圍繞本課程所要講解的內(nèi)容都是圍繞“穩(wěn)、快、準穩(wěn)、快、準”這三項要求來進行的。這三項要求來進行的。58頁頁 本課程的任務本課程的任務 不同的控制系統(tǒng)，由于其控制要求不同，對于不同的控制系統(tǒng)，由于其控制要求不同，對于穩(wěn)定穩(wěn)定性、響應速度以及穩(wěn)態(tài)精度性、響應速度以及穩(wěn)態(tài)精度的要求也是不相同

50、的。如隨動的要求也是不相同的。如隨動系統(tǒng)對響應速度的要求是很高的。系統(tǒng)的三個方面的要求系統(tǒng)對響應速度的要求是很高的。系統(tǒng)的三個方面的要求往往是相互制約相互矛盾的。從后面的講解中同學們會了往往是相互制約相互矛盾的。從后面的講解中同學們會了解到，要想使系統(tǒng)的響應速度解到，要想使系統(tǒng)的響應速度（快）（快）與穩(wěn)態(tài)精度與穩(wěn)態(tài)精度（準）（準）的的提高，就要求系統(tǒng)具有較大的增益值（放大能力），而增提高，就要求系統(tǒng)具有較大的增益值（放大能力），而增益的增大，總是使系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度降低甚至導致系統(tǒng)失穩(wěn)益的增大，總是使系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度降低甚至導致系統(tǒng)失穩(wěn)由穩(wěn)定變?yōu)椴环€(wěn)定由穩(wěn)定變?yōu)椴环€(wěn)定（穩(wěn)）（穩(wěn)）。這也就是說：。這也

51、就是說：系統(tǒng)動態(tài)響應的快速性、高精度與動態(tài)穩(wěn)定性之間是永系統(tǒng)動態(tài)響應的快速性、高精度與動態(tài)穩(wěn)定性之間是永恒的矛盾！恒的矛盾！59頁頁那么本課程的任務也就很明確了：那么本課程的任務也就很明確了：解決上面的矛盾解決上面的矛盾1、對于一個具體的控制系統(tǒng)（一定首先保證它是穩(wěn)定的），、對于一個具體的控制系統(tǒng)（一定首先保證它是穩(wěn)定的），如何從理論上對它的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度進度定性的分析如何從理論上對它的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度進度定性的分析和定量的計算；和定量的計算；2、根據(jù)對系統(tǒng)性能要求，如何合理地、根據(jù)對系統(tǒng)性能要求，如何合理地設計校正裝置設計校正裝置，使系，使系統(tǒng)的性能能全面地滿足技術上要求。統(tǒng)的性能能全

52、面地滿足技術上要求。60頁頁對大家的幾點要求對大家的幾點要求1、按時上課，勿曠課、遲到、早退；、按時上課，勿曠課、遲到、早退；2、按時交作業(yè)及實驗報告，并要求獨立完成；、按時交作業(yè)及實驗報告，并要求獨立完成；3、上課認真聽講，勿影響他人；、上課認真聽講，勿影響他人；4、按時做實驗，認真預習，更不允許讓同學替代。、按時做實驗，認真預習，更不允許讓同學替代。5、請將手機關閉（至少也要打振動吧）！、請將手機關閉（至少也要打振動吧）！本門課程綜合性強，涉及的知識面廣，希望本門課程綜合性強，涉及的知識面廣，希望大家能認真學習。大家能認真學習。必修課必修課?任選課？任選課？61頁頁謝謝觀看/歡迎下載BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH