1、 魯棒控制、自適應(yīng)控制、預(yù)測(cè)控制、容錯(cuò)控制等。魯棒控制、自適應(yīng)控制、預(yù)測(cè)控制、容錯(cuò)控制等。先進(jìn)控制理論先進(jìn)控制理論小結(jié)：項(xiàng)目項(xiàng)目經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論研究對(duì)象研究對(duì)象線性定常系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)（單輸入、單輸（單輸入、單輸出）出）線性、非線性、定常、線性、非線性、定常、時(shí)變系統(tǒng)時(shí)變系統(tǒng)（多輸入、多輸出）（多輸入、多輸出）描述方法描述方法傳遞函數(shù)（輸入、傳遞函數(shù)（輸入、輸出描述）輸出描述）向量空間向量空間（狀態(tài)空間描述）（狀態(tài)空間描述）研究辦法研究辦法根軌跡法和頻率根軌跡法和頻率法法狀態(tài)空間法狀態(tài)空間法研究目標(biāo)研究目標(biāo)系統(tǒng)分析及給定輸入、系統(tǒng)分析及給定輸入、輸出情況下的系統(tǒng)

2、綜輸出情況下的系統(tǒng)綜合。合。揭示系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律，實(shí)揭示系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律，實(shí)現(xiàn)在一定意義下的最優(yōu)控現(xiàn)在一定意義下的最優(yōu)控制與設(shè)計(jì)。制與設(shè)計(jì)。 附加：附加：MATLABMATLAB工具和拉普拉斯變換工具和拉普拉斯變換 自動(dòng)控制自動(dòng)控制 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 反反 饋饋：取出輸出量送回到輸入端，并與輸入取出輸出量送回到輸入端，并與輸入 信號(hào)相比較產(chǎn)生偏差信號(hào)的過(guò)程。信號(hào)相比較產(chǎn)生偏差信號(hào)的過(guò)程。 在反饋控制系統(tǒng)中，控制裝置對(duì)被控對(duì)象施在反饋控制系統(tǒng)中，控制裝置對(duì)被控對(duì)象施加控制作用，是取自被控量的反饋信息，用來(lái)不加控制作用，是取自被控量的反饋信息，用來(lái)不斷修正被控量與輸入

3、量之間的偏差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)斷修正被控量與輸入量之間的偏差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的任務(wù)，即反饋控制原理。被控對(duì)象進(jìn)行控制的任務(wù)，即反饋控制原理。反饋控制本質(zhì)是按偏差進(jìn)行控制的過(guò)程。反饋控制本質(zhì)是按偏差進(jìn)行控制的過(guò)程。反饋控制原理前向通道前向通道主反饋通道主反饋通道比較元件比較元件偏偏差差量量主反饋量主反饋量控控制制變變量量操操作作變變量量被控量被控量給定元件給定元件反饋控制系統(tǒng)組成圖前向通道前向通道主反饋通道主反饋通道比較元件比較元件偏偏差差量量主反饋量主反饋量控控制制變變量量操操作作變變量量被控量被控量給定元件給定元件n 主反饋：主反饋： 直接取自系統(tǒng)輸出端，經(jīng)過(guò)測(cè)量和變換，又直接取自系統(tǒng)

4、輸出端，經(jīng)過(guò)測(cè)量和變換，又引入到系統(tǒng)輸入端的信號(hào)叫主反饋信號(hào)，相應(yīng)的引入到系統(tǒng)輸入端的信號(hào)叫主反饋信號(hào)，相應(yīng)的反饋叫主反饋。反饋叫主反饋。前向通道前向通道主反饋通道主反饋通道比較元件比較元件偏偏差差量量主反饋量主反饋量控控制制變變量量操操作作變變量量被控量被控量給定元件給定元件n 前向通道：前向通道： 從系統(tǒng)輸入端到輸出量之間的通道稱為前向通道。從系統(tǒng)輸入端到輸出量之間的通道稱為前向通道。 前向通道前向通道主反饋通道主反饋通道比較元件比較元件偏偏差差量量主反饋量主反饋量控控制制變變量量操操作作變變量量被控量被控量給定元件給定元件n 主反饋通道：主反饋通道： 從輸出量到主反饋信號(hào)之間的通道稱為主

5、反饋通道。從輸出量到主反饋信號(hào)之間的通道稱為主反饋通道。前向通道前向通道主反饋通道主反饋通道比較元件比較元件偏偏差差量量主反饋量主反饋量控控制制變變量量操操作作變變量量被控量被控量給定元件給定元件n 主回路：主回路： 主反饋閉合了除系統(tǒng)輸入信號(hào)和干擾信號(hào)以外的主反饋閉合了除系統(tǒng)輸入信號(hào)和干擾信號(hào)以外的其它所有信號(hào)，所形成的閉合回路稱為主回路。其它所有信號(hào)，所形成的閉合回路稱為主回路。前向通道前向通道主反饋通道主反饋通道比較元件比較元件偏偏差差量量主反饋量主反饋量控控制制變變量量操操作作變變量量被控量被控量給定元件給定元件n 給定元件：給定元件： 給出與系統(tǒng)輸出量希望值相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量。給出與

6、系統(tǒng)輸出量希望值相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量。前向通道前向通道主反饋通道主反饋通道比較元件比較元件偏偏差差量量主反饋量主反饋量控控制制變變量量操操作作變變量量被控量被控量給定元件給定元件n 測(cè)量元件：測(cè)量元件： 測(cè)量系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值，并把輸出量的量綱測(cè)量系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值，并把輸出量的量綱轉(zhuǎn)化成與輸入量相同。轉(zhuǎn)化成與輸入量相同。前向通道前向通道主反饋通道主反饋通道比較元件比較元件偏偏差差量量主反饋量主反饋量控控制制變變量量操操作作變變量量被控量被控量給定元件給定元件n 比較元件：比較元件： 比較系統(tǒng)的輸入量和主反饋信號(hào)，并給出兩者比較系統(tǒng)的輸入量和主反饋信號(hào)，并給出兩者之間的偏差。之間的偏差。前向通道

7、前向通道主反饋通道主反饋通道比較元件比較元件偏偏差差量量主反饋量主反饋量控控制制變變量量操操作作變變量量被控量被控量給定元件給定元件n 放大元件：放大元件： 對(duì)微弱的偏差信號(hào)進(jìn)行放大和變換，使之具有對(duì)微弱的偏差信號(hào)進(jìn)行放大和變換，使之具有足夠的幅值和功率，以適應(yīng)執(zhí)行元件動(dòng)作的要求。足夠的幅值和功率，以適應(yīng)執(zhí)行元件動(dòng)作的要求。前向通道前向通道主反饋通道主反饋通道比較元件比較元件偏偏差差量量主反饋量主反饋量控控制制變變量量操操作作變變量量被控量被控量給定元件給定元件n 執(zhí)行元件：執(zhí)行元件： 根據(jù)放大后的偏差信號(hào)產(chǎn)生控制、動(dòng)作，操作根據(jù)放大后的偏差信號(hào)產(chǎn)生控制、動(dòng)作，操作系統(tǒng)的輸出量，使之按照輸入量

8、的變化規(guī)律而變化。系統(tǒng)的輸出量，使之按照輸入量的變化規(guī)律而變化。 前向通道前向通道主反饋通道主反饋通道比較元件比較元件偏偏差差量量主反饋量主反饋量控控制制變變量量操操作作變變量量被控量被控量給定元件給定元件 除此之外還有除此之外還有：?jiǎn)挝环答佅到y(tǒng)：?jiǎn)挝环答佅到y(tǒng)：主反饋信號(hào)等于輸出量的系統(tǒng)叫單主反饋信號(hào)等于輸出量的系統(tǒng)叫單位反饋系統(tǒng)。位反饋系統(tǒng)。非單位反饋系統(tǒng)：非單位反饋系統(tǒng)：主反饋信號(hào)不等于輸出量的系統(tǒng)主反饋信號(hào)不等于輸出量的系統(tǒng)叫非單位反饋系統(tǒng)。叫非單位反饋系統(tǒng)。局部反饋：局部反饋：對(duì)應(yīng)內(nèi)回路。對(duì)應(yīng)內(nèi)回路。 爐子的溫度恒定爐子的溫度恒定在期望的數(shù)值上。在期望的數(shù)值上。+_受信儀放大器減速器校

9、正裝置檢測(cè)裝置電機(jī)+例例2 2：火炮自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)火炮自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)“火炮打飛機(jī)火炮打飛機(jī)” 已知鈾已知鈾235235原子核在一個(gè)中子的撞擊下，可發(fā)生核裂變?cè)雍嗽谝粋€(gè)中子的撞擊下，可發(fā)生核裂變反應(yīng)，放出大量的能量，同時(shí)釋放大約反應(yīng)，放出大量的能量，同時(shí)釋放大約2.52.5個(gè)中子，放出的個(gè)中子，放出的中子有可能再與鈾中子有可能再與鈾235235原子核發(fā)生核反應(yīng)，這就是所謂核裂原子核發(fā)生核反應(yīng)，這就是所謂核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。235125Unn核裂變廢料+能量+ .U235初始中子數(shù)中子數(shù)2.5n+中子數(shù)n能量有效中子率有效中子率例例3 3：正反饋例子正反饋例子 注意：注意： 指控制器與控

10、制對(duì)象之間只有順向作用而沒(méi)有指控制器與控制對(duì)象之間只有順向作用而沒(méi)有反向聯(lián)系的控制過(guò)程。反向聯(lián)系的控制過(guò)程。 特點(diǎn)特點(diǎn)是系統(tǒng)的輸出量不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的控制作用是系統(tǒng)的輸出量不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響。發(fā)生影響。 電 位 器 V+ 功 率 放 大 器 電 動(dòng) 機(jī) 負(fù) 載 開環(huán)控制系統(tǒng)可以按開環(huán)控制系統(tǒng)可以按給定量控制方式給定量控制方式組成，也組成，也可以按可以按擾動(dòng)控制方式擾動(dòng)控制方式組成。組成。 電電 位位 器器 V+ 功功 率率 放放 大大 器器 電電 動(dòng)動(dòng) 機(jī)機(jī) 負(fù)負(fù) 載載 測(cè)測(cè) 速速 發(fā)發(fā) 電電 機(jī)機(jī) n開環(huán)控制系統(tǒng)：開環(huán)控制系統(tǒng)： 1. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì) 2.調(diào)試方便調(diào)試方便 3.

11、抗干擾能力差，控制精度不高。抗干擾能力差，控制精度不高。n閉環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)： 1.系統(tǒng)具有糾正偏差的能力。系統(tǒng)具有糾正偏差的能力。 2.抗擾性好，控制精度高?？箶_性好，控制精度高。 3.包含元件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高。包含元件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高。 4.參數(shù)應(yīng)選擇適當(dāng)參數(shù)應(yīng)選擇適當(dāng)。開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較 在分析自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)明確在分析自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)明確下面的一些問(wèn)題下面的一些問(wèn)題: : 1.被控對(duì)象是什么？被控量是什么？作用在被被控對(duì)象是什么？被控量是什么？作用在被控對(duì)象上的主要干擾信號(hào)有哪些？控對(duì)象上的主要干擾信號(hào)有哪些？ 2.通過(guò)操縱哪個(gè)機(jī)構(gòu)來(lái)改

12、變被控量？即確定執(zhí)通過(guò)操縱哪個(gè)機(jī)構(gòu)來(lái)改變被控量？即確定執(zhí)行元件。行元件。 3.有哪些測(cè)量元件，測(cè)量的是被控量還是干擾信有哪些測(cè)量元件，測(cè)量的是被控量還是干擾信號(hào)？測(cè)量元件的確定對(duì)分析系統(tǒng)起關(guān)鍵作用。號(hào)？測(cè)量元件的確定對(duì)分析系統(tǒng)起關(guān)鍵作用。 4.指令信號(hào)或給定值是由哪個(gè)裝置提供的？指令信號(hào)或給定值是由哪個(gè)裝置提供的？ 5.如何實(shí)現(xiàn)各信號(hào)的綜合比較、計(jì)算和判斷偏如何實(shí)現(xiàn)各信號(hào)的綜合比較、計(jì)算和判斷偏差？差？ 說(shuō)明：說(shuō)明： 被控對(duì)象：被控對(duì)象： 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)被控量：被控量： 渦輪轉(zhuǎn)速渦輪轉(zhuǎn)速nc執(zhí)行元件：執(zhí)行元件：即是改變供油量的即是改變供油量的機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)中與柱機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)中與柱塞泵的

13、斜盤以及和塞泵的斜盤以及和斜盤相聯(lián)接的油缸斜盤相聯(lián)接的油缸活塞。斜盤傾角不活塞。斜盤傾角不同，泵在同樣轉(zhuǎn)速同，泵在同樣轉(zhuǎn)速下供油量就不同。下供油量就不同。轉(zhuǎn)速測(cè)量：轉(zhuǎn)速測(cè)量：靠離心塊（轉(zhuǎn)速靠離心塊（轉(zhuǎn)速傳感器）來(lái)完成，傳感器）來(lái)完成，轉(zhuǎn)速不同，離心塊轉(zhuǎn)速不同，離心塊產(chǎn)生的離心力不同，產(chǎn)生的離心力不同，作用在滑閥上（分作用在滑閥上（分油活門）的力的大油活門）的力的大小就代表了轉(zhuǎn)速的小就代表了轉(zhuǎn)速的大小。大小。轉(zhuǎn)速給定：轉(zhuǎn)速給定：由油門的位置給由油門的位置給定，油門位置不定，油門位置不同，作用在滑閥同，作用在滑閥上的起始彈簧力上的起始彈簧力也不同，起始彈也不同，起始彈簧力的大小就代簧力的大小就代表

14、了給定轉(zhuǎn)速的表了給定轉(zhuǎn)速的大小。大小。比較元件：比較元件：就是滑閥，離心就是滑閥，離心力和彈簧力在閥力和彈簧力在閥芯上進(jìn)行比較，芯上進(jìn)行比較，若兩個(gè)作用力不若兩個(gè)作用力不相等，則推動(dòng)閥相等，則推動(dòng)閥芯打開油路，輸芯打開油路，輸出高壓燃油到燃出高壓燃油到燃燒室。燒室。柱 塞 泵發(fā) 動(dòng) 機(jī)滑 閥離 心 塊干 擾+-油 缸油 門n nc比 較 、 放 大執(zhí) 行給 定對(duì) 象測(cè) 量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)職能框圖發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)職能框圖 爐溫控制系統(tǒng)方框圖爐溫控制系統(tǒng)方框圖函數(shù)記錄儀方框圖函數(shù)記錄儀方框圖水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖1.1.給定信號(hào)的形式給定信號(hào)的形式 恒值系統(tǒng)恒值系統(tǒng) / / 隨動(dòng)

15、系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng) 2.2.按系統(tǒng)是否滿足疊加原理按系統(tǒng)是否滿足疊加原理 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng) / / 非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)3.3.按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化 定常系統(tǒng)定常系統(tǒng) / / 時(shí)變系統(tǒng)時(shí)變系統(tǒng)4.4.按信號(hào)傳遞的形式按信號(hào)傳遞的形式 連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng) / / 離散系統(tǒng)離散系統(tǒng)5.5.按輸入輸出變量的多少按輸入輸出變量的多少 單變量系統(tǒng)單變量系統(tǒng) / / 多變量系統(tǒng)多變量系統(tǒng)一、控制系統(tǒng)的分類一、控制系統(tǒng)的分類控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象輸入輸入控制量控制量輸出輸出結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：輸入量與輸出量之間僅有前向通路，輸入量與輸出量之間僅有前向通路，信號(hào)的傳遞是單方向的，輸出

16、對(duì)輸入沒(méi)有影響。信號(hào)的傳遞是單方向的，輸出對(duì)輸入沒(méi)有影響。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖：圖： 1. 1. 開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng) 開環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)：開環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，容易設(shè)計(jì)和調(diào)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，容易設(shè)計(jì)和調(diào)整以及成本較低的，對(duì)那些負(fù)載恒定，擾動(dòng)整以及成本較低的，對(duì)那些負(fù)載恒定，擾動(dòng)小，控制精度要求不高的實(shí)際系統(tǒng)，是有效小，控制精度要求不高的實(shí)際系統(tǒng)，是有效的控制方式。的控制方式。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：自身沒(méi)有能力根據(jù)系統(tǒng)的輸出量來(lái)修自身沒(méi)有能力根據(jù)系統(tǒng)的輸出量來(lái)修正控制量的數(shù)值，控制精度取決于器件精度，正控制量的數(shù)值，控制精度取決于器件精度，系統(tǒng)抗干擾能力差。系統(tǒng)抗干擾能力差。2. 2. 閉

17、環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖：圖： 特點(diǎn)：特點(diǎn)：不僅有從輸入至輸出之間前向通路，同時(shí)不僅有從輸入至輸出之間前向通路，同時(shí)具有從輸出返回至輸入端的信號(hào)傳遞通道。信號(hào)具有從輸出返回至輸入端的信號(hào)傳遞通道。信號(hào)的傳遞構(gòu)成閉合回路。的傳遞構(gòu)成閉合回路。 閉閉環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)：環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：控制精度高，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)?？刂凭雀?，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：由于增加了檢測(cè)裝置和反饋環(huán)節(jié)，由于增加了檢測(cè)裝置和反饋環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本有所增加。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本有所增加。 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng) ：如果系統(tǒng)滿足疊加原理，則稱其為如果系統(tǒng)滿足疊加原理，則稱其為線性系統(tǒng)。疊加原理說(shuō)明，兩個(gè)不同的作用函數(shù)線性

18、系統(tǒng)。疊加原理說(shuō)明，兩個(gè)不同的作用函數(shù)同時(shí)作用于系統(tǒng)的響應(yīng)，等于兩個(gè)作用函數(shù)單獨(dú)同時(shí)作用于系統(tǒng)的響應(yīng)，等于兩個(gè)作用函數(shù)單獨(dú)作用的響應(yīng)之和。作用的響應(yīng)之和。 線性系統(tǒng)對(duì)幾個(gè)輸入量同時(shí)作用的響應(yīng)可以線性系統(tǒng)對(duì)幾個(gè)輸入量同時(shí)作用的響應(yīng)可以一個(gè)一個(gè)地處理，然后對(duì)每一個(gè)輸入量響應(yīng)的一個(gè)一個(gè)地處理，然后對(duì)每一個(gè)輸入量響應(yīng)的結(jié)果進(jìn)行疊加。結(jié)果進(jìn)行疊加。 線性定常系統(tǒng)和線性時(shí)變系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)和線性時(shí)變系統(tǒng) ：可以用線性定可以用線性定常（常系數(shù)）微分方程描述的系統(tǒng)稱為線性定常常（常系數(shù)）微分方程描述的系統(tǒng)稱為線性定常系統(tǒng)。如果描述系統(tǒng)的微分方程的系數(shù)是時(shí)間的系統(tǒng)。如果描述系統(tǒng)的微分方程的系數(shù)是時(shí)間的函數(shù)，則這

19、類系統(tǒng)為線性時(shí)變系統(tǒng)。函數(shù)，則這類系統(tǒng)為線性時(shí)變系統(tǒng)。 宇宙飛船控制系統(tǒng)就是時(shí)變控制的一個(gè)例宇宙飛船控制系統(tǒng)就是時(shí)變控制的一個(gè)例子（宇宙飛船的質(zhì)量隨著燃料的消耗而變化）。子（宇宙飛船的質(zhì)量隨著燃料的消耗而變化）。這類系統(tǒng)可以用線性微分方程式描述這類系統(tǒng)可以用線性微分方程式描述, ,其一般形其一般形式式)()()()()()()()(1111011110trbtrdtdbtrdtdbtrdtdbtcatcdtdatcdtdatcdtdammmmmmnnnnnn 式中式中, , c c( (t t) )是輸出量是輸出量, , r r( (t t) )是輸入量。系數(shù)是輸入量。系數(shù)a a0 0, ,a

20、 a1 1, , ,a an n；b b0 0, ,b b1 1, , ,b bm m是常數(shù)時(shí)是常數(shù)時(shí), , 稱為定常系統(tǒng)；系數(shù)稱為定常系統(tǒng)；系數(shù)a a0 0, ,a a1 1, , ,a an n；b b0 0, ,b b1 1, , ,b bm m 隨時(shí)間變化時(shí)隨時(shí)間變化時(shí), , 稱為時(shí)變系統(tǒng)。稱為時(shí)變系統(tǒng)。線性定常連續(xù)系統(tǒng)按其輸入量的變化規(guī)律不同又可分為線性定常連續(xù)系統(tǒng)按其輸入量的變化規(guī)律不同又可分為恒恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。 指參考輸入量隨時(shí)間任意變化的系統(tǒng)。其任指參考輸入量隨時(shí)間任意變化的系統(tǒng)。其任務(wù)是要求輸出量以一定的精度和速度跟蹤

21、參考輸務(wù)是要求輸出量以一定的精度和速度跟蹤參考輸入量，跟蹤的速度和精度是隨動(dòng)系統(tǒng)的兩項(xiàng)主要入量，跟蹤的速度和精度是隨動(dòng)系統(tǒng)的兩項(xiàng)主要性能指標(biāo)。性能指標(biāo)。 指參考輸入量保持常值的系統(tǒng)。其任務(wù)是消指參考輸入量保持常值的系統(tǒng)。其任務(wù)是消除或減少擾動(dòng)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)輸出的影響，使被控量除或減少擾動(dòng)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)輸出的影響，使被控量（即系統(tǒng)的輸出量）保持在給定或希望的數(shù)值上。（即系統(tǒng)的輸出量）保持在給定或希望的數(shù)值上。如電壓控制系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)的要求是穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)如電壓控制系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)的要求是穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)誤差。誤差。 根據(jù)給定參考輸入信號(hào)分類根據(jù)給定參考輸入信號(hào)分類 恒值控制系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng) 隨動(dòng)控制系統(tǒng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)

22、給定值給定值不變，不變，克服干克服干擾擾給定值為給定值為未知的時(shí)未知的時(shí)間函數(shù)間函數(shù) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控制量如果是根據(jù)預(yù)先編好自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控制量如果是根據(jù)預(yù)先編好的程序進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱程序控制系統(tǒng)。例如，煉的程序進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱程序控制系統(tǒng)。例如，煉鋼爐中的微機(jī)控制系統(tǒng)，洲際彈道導(dǎo)彈的程序控制鋼爐中的微機(jī)控制系統(tǒng)，洲際彈道導(dǎo)彈的程序控制系統(tǒng)等。系統(tǒng)等。 離散系統(tǒng)指系統(tǒng)的某處或多處的信號(hào)為脈沖序列或數(shù)碼形離散系統(tǒng)指系統(tǒng)的某處或多處的信號(hào)為脈沖序列或數(shù)碼形式，因而信號(hào)在時(shí)間上是離散的式，因而信號(hào)在時(shí)間上是離散的. .連續(xù)信號(hào)經(jīng)采樣轉(zhuǎn)換成離散連續(xù)信號(hào)經(jīng)采樣轉(zhuǎn)換成離散信號(hào)。信號(hào)。一般一般, ,在離

23、散系統(tǒng)中既有連續(xù)的模擬信號(hào)在離散系統(tǒng)中既有連續(xù)的模擬信號(hào), ,也有離散的數(shù)也有離散的數(shù)字信號(hào)。因此，離散系統(tǒng)要用差分方程來(lái)描述。線性差分方程字信號(hào)。因此，離散系統(tǒng)要用差分方程來(lái)描述。線性差分方程的一般形式為的一般形式為)() 1() 1()()() 1() 1()(110110krbkrbmkrbmkrbkcakcankcankcammnn 式中式中, , m mn n, , n n為差分方程的次數(shù)為差分方程的次數(shù), ,a a0 0, ,a a1 1, , ,a an n；b b0 0, ,b b1 1, , ,b bm m為常系數(shù)為常系數(shù), ,r r( (k k),),c c( (k k)

24、)分別為輸入和輸出采樣序列。分別為輸入和輸出采樣序列。 u(nT) t 0 T 2T nT A/D - + 給定值 數(shù)字控制器 輸出 執(zhí)行器 D/A 數(shù)字計(jì)算機(jī) 受控對(duì)象 傳感器 u(t) t 0 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng) 離散時(shí)間系統(tǒng)離散時(shí)間系統(tǒng) 系統(tǒng)中只要有一個(gè)元部件的輸入系統(tǒng)中只要有一個(gè)元部件的輸入- -輸出特性是輸出特性是非線性的非線性的, ,這類系統(tǒng)就稱為非線性系統(tǒng)。這時(shí)這類系統(tǒng)就稱為非線性系統(tǒng)。這時(shí), ,要用要用非線性微分非線性微分( (或差分或差分) )方程來(lái)描述其特性。方程來(lái)描述其特性。 非線性方程的特點(diǎn)是系數(shù)與變量有關(guān)非線性方程的特點(diǎn)是系數(shù)與變量有關(guān), ,或者方程或者方程中含

25、有變量及其導(dǎo)數(shù)的高次冪或乘積項(xiàng)中含有變量及其導(dǎo)數(shù)的高次冪或乘積項(xiàng), ,例如例如)()()()()(2trtytytyty 嚴(yán)格地說(shuō)嚴(yán)格地說(shuō), ,實(shí)際的控制系統(tǒng)都是非線性系統(tǒng)實(shí)際的控制系統(tǒng)都是非線性系統(tǒng)。 古典控制理論中（我們所正在學(xué)習(xí)的），采用古典控制理論中（我們所正在學(xué)習(xí)的），采用的是單輸入單輸出描述方法。主要是針對(duì)線性定的是單輸入單輸出描述方法。主要是針對(duì)線性定常系統(tǒng)，對(duì)于非線性系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)，解決問(wèn)題常系統(tǒng)，對(duì)于非線性系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)，解決問(wèn)題的能力是極其有限的。的能力是極其有限的。 下面是非線性系統(tǒng)的一些例子：下面是非線性系統(tǒng)的一些例子：0,0)1(,sin)(322222222xxdt

26、dxdtxdxdtdxxdtxdtAxdtdxdtxdn分類小結(jié)分類小結(jié) 閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)按傳遞路徑按傳遞路徑. 1 隨隨動(dòng)動(dòng)系系統(tǒng)統(tǒng)程程序序控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)恒恒值值控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)按按控控制制作作用用.2 離散系統(tǒng)離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)按信號(hào)性質(zhì)按信號(hào)性質(zhì). 3 非非線線性性系系統(tǒng)統(tǒng)線線性性系系統(tǒng)統(tǒng)按按數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型.4(stability) 盡管自控系統(tǒng)有不同的類型盡管自控系統(tǒng)有不同的類型, ,對(duì)每個(gè)系統(tǒng)也都對(duì)每個(gè)系統(tǒng)也都有不同的特殊要求有不同的特殊要求, ,但在已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)時(shí)但在已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)時(shí), , 對(duì)全過(guò)程提出的共同基本要求都是一樣的，即穩(wěn)對(duì)全過(guò)程提

27、出的共同基本要求都是一樣的，即穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。定性、快速性和準(zhǔn)確性。 系統(tǒng)在受到擾動(dòng)作用后系統(tǒng)在受到擾動(dòng)作用后, ,自動(dòng)返回原來(lái)的平衡狀自動(dòng)返回原來(lái)的平衡狀態(tài)的能力。如果系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用（系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)態(tài)的能力。如果系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用（系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)外）后，能自動(dòng)返回到原來(lái)的平衡狀態(tài)，則該系統(tǒng)外）后，能自動(dòng)返回到原來(lái)的平衡狀態(tài)，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。穩(wěn)定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)特征是其輸出量具有非是穩(wěn)定的。穩(wěn)定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)特征是其輸出量具有非發(fā)散性；反之，系統(tǒng)是不穩(wěn)定系統(tǒng)。發(fā)散性；反之，系統(tǒng)是不穩(wěn)定系統(tǒng)。 穩(wěn)定性是保證系統(tǒng)能正常工作的必要條件，衡穩(wěn)定性是保證系統(tǒng)能正常工作的必要條件，衡量指標(biāo)有穩(wěn)定裕度等。量指標(biāo)

28、有穩(wěn)定裕度等。圖1.13 穩(wěn)定性示意圖 穩(wěn)定性示意圖穩(wěn)定性示意圖(rapidness) 要求自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程盡量短暫，輸出盡要求自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程盡量短暫，輸出盡快平穩(wěn)地跟蹤上輸入的變化?？炱椒€(wěn)地跟蹤上輸入的變化。 通常在時(shí)域中給出瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)來(lái)衡量快速性通常在時(shí)域中給出瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)來(lái)衡量快速性。常用單位階躍信號(hào)作用下，系統(tǒng)輸出的超調(diào)量。常用單位階躍信號(hào)作用下，系統(tǒng)輸出的超調(diào)量 ，上升時(shí)間，上升時(shí)間 ，峰值時(shí)間，峰值時(shí)間 ，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間（，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間（或調(diào)整時(shí)間）或調(diào)整時(shí)間） 和振蕩次數(shù)和振蕩次數(shù)N N等指標(biāo)表示。等指標(biāo)表示。rTpTsT 當(dāng)過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，要求輸出量最終應(yīng)準(zhǔn)確當(dāng)過(guò)

29、渡過(guò)程結(jié)束后，要求輸出量最終應(yīng)準(zhǔn)確地達(dá)到希望值，否則將產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差。地達(dá)到希望值，否則將產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差。 準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性指標(biāo)有指標(biāo)有穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差和和穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)，指穩(wěn)定系統(tǒng)在，指穩(wěn)定系統(tǒng)在完成過(guò)渡過(guò)程后的穩(wěn)態(tài)輸出偏離希望值的程度。完成過(guò)渡過(guò)程后的穩(wěn)態(tài)輸出偏離希望值的程度。3.3.準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性(accuracy) 例：分析各條曲線的特性例：分析各條曲線的特性n1.穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：就是指系統(tǒng)重新恢復(fù)平穩(wěn)狀態(tài)的能力，就是指系統(tǒng)重新恢復(fù)平穩(wěn)狀態(tài)的能力，即過(guò)渡過(guò)程的收斂情況。即過(guò)渡過(guò)程的收斂情況。 1 1、2 2、5 5最終趨于平衡狀態(tài)，這類系統(tǒng)是穩(wěn)最終趨于平衡狀態(tài)，這類系統(tǒng)是穩(wěn)定的。定的。

30、3 3振蕩發(fā)散，振蕩發(fā)散，4 4 單調(diào)發(fā)散。這類系統(tǒng)單調(diào)發(fā)散。這類系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程隨時(shí)間的推移而發(fā)散，無(wú)法正常工作，的過(guò)渡過(guò)程隨時(shí)間的推移而發(fā)散，無(wú)法正常工作，不穩(wěn)定（還有一種等幅振蕩）。穩(wěn)定性是對(duì)控制不穩(wěn)定（還有一種等幅振蕩）。穩(wěn)定性是對(duì)控制系統(tǒng)的最基本要求。系統(tǒng)的最基本要求。n2.2.快速性：快速性：指過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行的時(shí)間長(zhǎng)短。指過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行的時(shí)間長(zhǎng)短。 曲線曲線1 1要反復(fù)振蕩才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，過(guò)渡過(guò)程要反復(fù)振蕩才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，過(guò)渡過(guò)程持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)。曲線持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)。曲線2 2要經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的緩慢爬升才能要經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的緩慢爬升才能到穩(wěn)定值，系統(tǒng)響應(yīng)遲鈍，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間也很長(zhǎng)，到穩(wěn)定值，系統(tǒng)響應(yīng)遲鈍，過(guò)

31、渡過(guò)程時(shí)間也很長(zhǎng)，快速性都不好，而曲線快速性都不好，而曲線5 5快速趨于穩(wěn)定，即穩(wěn)且快快速趨于穩(wěn)定，即穩(wěn)且快，與理想的調(diào)節(jié)過(guò)程偏差最小。，與理想的調(diào)節(jié)過(guò)程偏差最小。n3.3.準(zhǔn)確性：準(zhǔn)確性：指過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后穩(wěn)態(tài)誤差越小越好。指過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后穩(wěn)態(tài)誤差越小越好。穩(wěn)態(tài)誤差：指過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，也就是進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過(guò)穩(wěn)態(tài)誤差：指過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，也就是進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過(guò)程后，希望的輸出量與實(shí)際輸出量之間的誤差，是程后，希望的輸出量與實(shí)際輸出量之間的誤差，是衡量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的重要指標(biāo)。衡量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的重要指標(biāo)。 c(t) t 給定值 響應(yīng)緩慢 響應(yīng)快速 變化劇烈 t c(t) 響應(yīng)平穩(wěn) t 跟蹤誤差 c(t) 響應(yīng)動(dòng)作

32、要響應(yīng)動(dòng)作要快快動(dòng)態(tài)過(guò)程動(dòng)態(tài)過(guò)程平穩(wěn)平穩(wěn)跟蹤值要跟蹤值要準(zhǔn)確準(zhǔn)確穩(wěn)、準(zhǔn)、快穩(wěn)、準(zhǔn)、快 在工程實(shí)踐中，自動(dòng)控制系統(tǒng)承受的外作用形在工程實(shí)踐中，自動(dòng)控制系統(tǒng)承受的外作用形式多種多樣，對(duì)不同形式的外作用，系統(tǒng)被控量的式多種多樣，對(duì)不同形式的外作用，系統(tǒng)被控量的變化情況（即響應(yīng)）各不相同，為了便于用統(tǒng)一的變化情況（即響應(yīng)）各不相同，為了便于用統(tǒng)一的方法研究和比較控制系統(tǒng)的性能，通常選用幾種確方法研究和比較控制系統(tǒng)的性能，通常選用幾種確定性函數(shù)作為典型外作用。比如：階躍、斜坡、脈定性函數(shù)作為典型外作用。比如：階躍、斜坡、脈沖、正弦函數(shù)等。沖、正弦函數(shù)等。選取原則選取原則: :（1 1）在現(xiàn)場(chǎng)及實(shí)驗(yàn)中）在

33、現(xiàn)場(chǎng)及實(shí)驗(yàn)中容易產(chǎn)生容易產(chǎn)生; ;（2 2）系統(tǒng)在工程中經(jīng)常遇到，并且是最）系統(tǒng)在工程中經(jīng)常遇到，并且是最不利的外作用不利的外作用; ;（3 3）數(shù)學(xué)表達(dá)式簡(jiǎn)單，便于理論分）數(shù)學(xué)表達(dá)式簡(jiǎn)單，便于理論分析。析。 000)(tRttf階躍函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為階躍函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 幅值幅值R1的階躍函數(shù)，稱單位階躍函數(shù)，用的階躍函數(shù)，稱單位階躍函數(shù)，用1(t)表示，幅值為表示，幅值為R的階躍函數(shù)便可表示為的階躍函數(shù)便可表示為f(t)R 1(t) 。在任意時(shí)刻在任意時(shí)刻t0出現(xiàn)的階躍函數(shù)可表示為出現(xiàn)的階躍函數(shù)可表示為f(t- t0)R 1(t- t0) 。 階躍函數(shù)是自動(dòng)控制系統(tǒng)在實(shí)際工作條件下經(jīng)階躍函數(shù)是自動(dòng)控制系統(tǒng)在實(shí)際工作條件下經(jīng)常遇到的一種外作用形式。如電源電壓突然跳動(dòng)等。常遇到的一種外作用形式。如電源電壓突然跳動(dòng)等。在控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)工作中，一般將階躍函數(shù)作在控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)工作中，一般將階躍函數(shù)作用下系統(tǒng)的響應(yīng)特性作