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1.4 自动控制系统的性能指标

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2022-09-07 / 0 评论 / 853 阅读 / 0 点赞

1.4 自动控制系统的性能指标

  一个闭环控制系统,当扰动量或给定量(或给定量的变化规律)发生变化时,被控量偏离了给定量(或给定量的变化规律)而产生偏差,通过 反馈控制作用 ,经过短暂的过渡过程,被控量又趋近于或恢复到原来的稳态值,或按照新的给定量(或给定量的变化规律)稳定下来,这时系统从原来的平衡状态过渡到新的平衡状态。

把被控量处于变化状态的过程称为动态过程或暂态过程,而把被控量处于相对稳定的状态称为静态或稳态。

自动系统的输出响应由暂态过程和稳态过程组成,暂态品质和稳态性能可用相应的指标衡量。 自动控制系统的性能指标通常是指系统的稳定性、准确性和快速性。

1.4.1 稳定性

稳是指系统的稳定性。稳定性时自动控制系统重新恢复平衡状态的能力。

  • 稳定性是保证自动控制系统正常工作的先决条件。

  • 一个稳定的控制系统,其被控量 偏离 期望值初始偏差随时间的增长逐渐减小并趋于零

  • 具体来说:

    ① 对于稳定的恒值控制系统,被控量因扰动而偏离期望值后,经过一个过渡过程时间,被控量应恢复到原来的期望值状态;

    ② 对于稳定的随动系统,被控量应能始终跟踪参据量的变化。

    不稳定的控制系统,其被控量偏离期望值的初始偏差将随时间的增长而发散,因此,不稳定的控制系统无法实现预定的控制任务。

1.4.2 准确性

准是对系统稳态(静态)性能的要求。

理想情况下,当过渡过程结束后,被控量达到的稳态值(即平衡状态)应与期望值一致。但实际上,由于系统结构,外作用形式以及摩擦、间隙等非线性因素的影响,被控量的稳态值与期望值之间会有误差存在,称为 稳态误差

稳态误差是衡量系统控制精度的重要指标。稳态误差越小,表示系统的准确性越好,控制精度越高。

1.4.3 快速性

快是对系统动态(过渡过程)性能的要求。为了很好的完成控制任务,控制系统仅仅满足稳定性要求是不够的,还必须对其过度过程的形式和快慢提出要求,称为动态性能。

动态性能是衡量系统质量高低的重要指标。

描述系统动态性能可以用平稳性快速性加以衡量。

  • 平稳是指系统由初始状态过渡到新的平衡状态时,具有较小的过调和振荡性;
  • 快速是指系统过渡到新的平衡状态所需要的调节时间较短。

由于被控对象的具体情况不同,各种系统对上述三项性能指标的要求应有所侧重。

例如恒值系统一般对稳态性能限制比较严格,随动系统一般对动态性能要求较高。

同一个系统,上述三项性能指标之间往往是相互制约的。提高过程的快速性,可能会起系统强烈振荡;改善了平稳性,控制过程又可能很迟缓,甚至使最终精度也很差。

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