25844自動(dòng)控制原理第1章緒論

現(xiàn)代控制原理2主講教師：孔祥杰聯(lián)系方式：87571521（綜合樓409）

xiangjie.kong@3課程基本情況理論：24學(xué)時(shí)上機(jī)：模擬實(shí)驗(yàn)（12學(xué)時(shí)）期末考試：大作業(yè)（獨(dú)立完成）期末總成績(jī)：大作業(yè)占７０％，實(shí)驗(yàn)、考勤、作業(yè)占30%4導(dǎo)讀為什么要介紹本章?自動(dòng)化技術(shù)幾乎滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域及社會(huì)生活的各個(gè)方面，是當(dāng)代發(fā)展最迅速、應(yīng)用最廣泛、最引人注目的高科技，是推動(dòng)新的技術(shù)革命和新的產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)，在某種程度上說(shuō)，自動(dòng)化是現(xiàn)代化的同義詞。自動(dòng)控制原理研究分析、設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本方法。本章主要講什么內(nèi)容?從介紹自動(dòng)控制的發(fā)展歷史入手，引出自動(dòng)控制理論分析、設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本思想，然后介紹自動(dòng)控制的基本概念，以及對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求，使讀者對(duì)自動(dòng)控制理論的總的目標(biāo)有個(gè)大致的了解。第1章緒論5自動(dòng)化：automation自動(dòng)控制:auto-control自動(dòng)控制理論:auto-controltheory自動(dòng)控制系統(tǒng):auto-controlsystem過程對(duì)象擾動(dòng)常用概念6

工業(yè)過程中若采用自動(dòng)控制而非人工控制,常稱為自動(dòng)化。在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中,指利用程控指令對(duì)指定對(duì)象進(jìn)行操縱,并通過信息反饋確認(rèn)指令是否被正確執(zhí)行的一項(xiàng)工程技術(shù)。

應(yīng)用控制裝置自動(dòng)地有目的地控制或操縱機(jī)器設(shè)備或過程,使之具有一定的狀態(tài)和性能。1自動(dòng)化：automation.2自動(dòng)控制:auto-control常用概念73自動(dòng)控制理論:auto-controltheory

研究有關(guān)自動(dòng)控制規(guī)律的一門科學(xué).4自動(dòng)控制系統(tǒng):auto-controlsystem

（1）系統(tǒng):system

為達(dá)到某一目的,由相互制約的各個(gè)部分按一定規(guī)律構(gòu)成的,具有一定功能的有機(jī)整體,均具有輸入量、輸出量。（2）控制系統(tǒng):controlsystem

由控制器和被控對(duì)象組成的整體。（3）自動(dòng)控制系統(tǒng)：auto-controlsystem當(dāng)被控對(duì)象能用控制器自動(dòng)操縱時(shí)的控制系統(tǒng)。常用概念86對(duì)象

是一個(gè)設(shè)備，它是由一些機(jī)器零件有機(jī)地組合在一起的，其作用是完成一個(gè)特定的動(dòng)作。在下面的討論中，稱任何被控物體（如加熱爐、化學(xué)反應(yīng)器或宇宙飛船）為對(duì)象。5過程稱任何被控制的運(yùn)行狀態(tài)為過程，其具體例子如化學(xué)過程、經(jīng)濟(jì)學(xué)過程、生物學(xué)過程。

7擾動(dòng)

擾動(dòng)是一種對(duì)系統(tǒng)的輸出產(chǎn)生不利影響的信號(hào)。如果擾動(dòng)產(chǎn)生在系統(tǒng)內(nèi)部稱為內(nèi)擾；擾動(dòng)產(chǎn)生在系統(tǒng)外部，則稱為外擾。外擾是系統(tǒng)的輸入量。常用概念9第1章緒論1.0自動(dòng)控制發(fā)展簡(jiǎn)史1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型1.3對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求1.4本課程的主要內(nèi)容及其相互關(guān)系101.0自動(dòng)控制發(fā)展簡(jiǎn)史中國(guó)古代自動(dòng)化方面的成就：公元前14世紀(jì)至前11世紀(jì)，中國(guó)、埃及和巴比倫出現(xiàn)自動(dòng)計(jì)時(shí)漏壺；公元130年，張衡發(fā)明水運(yùn)渾象，132年研制出自動(dòng)測(cè)量地震的候風(fēng)地動(dòng)儀；公元235年，馬鈞研制出用齒輪傳動(dòng)自動(dòng)指示方向的指南車，類似按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖钥叵到y(tǒng)；11中國(guó)古代自動(dòng)化方面的輝煌成就：公元725年，一行、梁令瓚發(fā)明有自動(dòng)報(bào)時(shí)機(jī)構(gòu)的水運(yùn)渾象，其中使用了一個(gè)天衡裝置，是一個(gè)按被調(diào)量偏差調(diào)節(jié)的自動(dòng)調(diào)節(jié)器；公元1086-1092年，蘇頌和韓公廉建造具有“天衡”自動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)報(bào)時(shí)機(jī)構(gòu)的水運(yùn)儀象臺(tái)；公元l135年，宋代王普記述“蓮華漏”上使用浮子—閥門式機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)節(jié)漏壺的水位；公元1637年，明代的《天工開物》一書中記載有程序控制思想的提花織機(jī)結(jié)構(gòu)圖。12世界上公認(rèn)的第一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)1769年瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)13飛球調(diào)節(jié)器世界上公認(rèn)的第一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)1788年瓦特發(fā)明飛球調(diào)節(jié)器，進(jìn)一步推動(dòng)蒸汽機(jī)的應(yīng)用，促進(jìn)了工業(yè)的發(fā)展。推動(dòng)了社會(huì)進(jìn)步是飛球調(diào)節(jié)器公認(rèn)為第一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的最主要原因！14沒有理論指導(dǎo)使控制技術(shù)停滯了一個(gè)世紀(jì)！

飛球調(diào)節(jié)器有時(shí)使蒸汽機(jī)速度出現(xiàn)大幅度振蕩。其它自動(dòng)控制系統(tǒng)也有類似現(xiàn)象。由于當(dāng)時(shí)還沒有自控理論，所以不能從理論上解釋這一現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問題，盲目探索了大約一個(gè)世紀(jì)之久。15自動(dòng)控制理論的開端1868年英國(guó)麥克斯韋爾的“論調(diào)速器”論文指出：不應(yīng)單獨(dú)研究飛球調(diào)節(jié)器，必須從整個(gè)系統(tǒng)分析控制的不穩(wěn)定。建立系統(tǒng)微分方程，分析微分方程解的穩(wěn)定性，從而分析實(shí)際系統(tǒng)是否會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。這樣，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析，變成了判別微分方程的特征根的實(shí)部的正、負(fù)號(hào)問題。麥克斯韋爾的這篇著名論文被公認(rèn)為自動(dòng)控制理論的開端。16經(jīng)典控制理論的孕育1875年，英國(guó)勞斯提出代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)。1895年，德國(guó)赫爾維茲提出代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)。1892年，俄國(guó)李雅普諾夫提出穩(wěn)定性定義和兩個(gè)穩(wěn)定判據(jù)。1932年，美國(guó)奈奎斯特提出奈氏穩(wěn)定判據(jù)。二戰(zhàn)中自動(dòng)火炮、雷達(dá)、飛機(jī)以及通訊系統(tǒng)的控制研究直接推動(dòng)了經(jīng)典控制的發(fā)展。17經(jīng)典控制理論的形成●

1948年，維納出版《控制論》，形成完整的經(jīng)典控制理論，標(biāo)志控制學(xué)科的誕生。維納成為控制論的創(chuàng)始人！●維納《控制論》是關(guān)于怎樣把機(jī)械元件和電氣元件組合成穩(wěn)定的并且具有特定性能的系統(tǒng)的科學(xué)。這門新科學(xué)的一個(gè)非常突出的特點(diǎn)就是完全不考慮能量、熱量和效率等因素，可是，在其他各門自然科學(xué)中，這些因素是十分重要的。●控制論所討論的主要問題是一個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)不同部分之間的相互作用的定性性質(zhì)，以及整個(gè)系統(tǒng)的總體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。18空間技術(shù)促使現(xiàn)代控制理論的產(chǎn)生二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，各國(guó)大力發(fā)展空間技術(shù)，經(jīng)典控制理論不能滿足需要，需要研究新的控制理論。19L.S.Pontryagin龐特里亞金

1956年前蘇聯(lián)L.S.Pontryagin發(fā)表“最優(yōu)過程數(shù)學(xué)理論”，提出極大值原理解決衛(wèi)星發(fā)射過程中火箭的最優(yōu)控制問題。201957年世界第一顆人造地球衛(wèi)星(Sputnik)由蘇聯(lián)發(fā)射成功Sputnik1wasthefirstartificialsatellitelaunchedintospace1957.Laika.Sputnik221Oct.4,1957:LaunchoftherocketcarryingSputnik,thefirstman-madesatellite.Photosofthelaunchwerenotinitiallyreleased.Thisphotoisastillfroma1967Sovietdocumentaryfilm.K.S.Pavlovitch(1906-1966),RussianspacecraftdesignerandheaderoftheVostokandVoskhodprojects.221961年，蘇聯(lián)東方-１號(hào)飛船載著加加林進(jìn)入人造地球衛(wèi)星軌道，人類宇航時(shí)代開始了。1961,attheageof27,Gagarinlefttheearth.ItwasAprilthe12th,9.07Moscowtime(launch-site,Baikonur).108minuteslater,hewasback.Theperiodoforbitalrevolutionwas89:34minutes(thisfigurewas"calculatedbyelectroniccomputers").Themissionsmaximumflightaltitudewas327000meters.Themaximumspeedreachedwas28260kilometersperhour.宇宙哥倫布-加加林AstampissuedbyRussiatomemorizeY.GagarinCapsuleusedinfirstmannedorbitofearthIn1961,thefirsthumantopilotaspacecraft,YuriGagarin,waslaunchedbytheSovietUnionaboardVostokI.231966年，蘇聯(lián)發(fā)射“月球”9號(hào)探測(cè)器，首次在月面軟著陸成功，1969年，美國(guó)“阿波羅”11號(hào)把宇航員N.A.Armstrong送上月球。N.A.Armstrong24美籍匈牙利人R.E.Kalman1960年引入狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)，提出能控性，能觀測(cè)性，最佳調(diào)節(jié)器和kalman濾波等概念，奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)。R.E.Kalman251967年瑞典KarlJ.Astrom提出最小二乘辯識(shí)，解決了線性定常系統(tǒng)參數(shù)估計(jì)問題和定階方法，1973年，提出了自適應(yīng)調(diào)節(jié)器，建立自適應(yīng)控制的基礎(chǔ)。1993年獲得IEEEMedalofHonor。K.J.Astrom261970年英國(guó)UMISTH.HRosenbrock發(fā)表StateSpaceandMultivariableTheory提出多變量系統(tǒng)的頻域法。1974年加拿大W.MWonham

發(fā)表LinearMultivariableControl:AGeometricApproach。W.MWonham27現(xiàn)代控制理論促進(jìn)了空間技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)代控制理論在空間技術(shù)取得巨大成功，促進(jìn)了空間技術(shù)的發(fā)展。281981年美國(guó)“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)首次發(fā)射成功291996年第一臺(tái)火星探測(cè)器Sojourner在火星表面軟著陸30旅行者Voyager一號(hào)，二號(hào)開始走出太陽(yáng)系，對(duì)茫茫太空進(jìn)行探索31現(xiàn)代控制理論在工業(yè)過程控制方面遭遇滑鐵盧，促使了智能控制技術(shù)的誕生現(xiàn)代控制理論在空間技術(shù)取得巨大成功，但由于工業(yè)過程控制中普遍存在的不確定性和干擾，難以取得預(yù)期的效果。模擬人的控制技術(shù)——智能控制，雖然不能實(shí)現(xiàn)精確的控制，但對(duì)各種復(fù)雜系統(tǒng)能夠做到比較滿意的控制。321965年，Zadeh提出模糊集合和模糊控制概念。LoftiZadeh33自動(dòng)化技術(shù)是當(dāng)代發(fā)展最迅速、應(yīng)用最廣泛、最引人注目的高新技術(shù)，是推動(dòng)新的技術(shù)革命和新的產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)，在某種程度上說(shuō)，自動(dòng)化是現(xiàn)代化的同義詞?？刂评碚摯龠M(jìn)了工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展BMW(德國(guó)寶馬）轎車的生產(chǎn)過程34現(xiàn)代自動(dòng)控制系統(tǒng)的監(jiān)控與操作35Internet1#子系統(tǒng)（分廠、車間）防火墻總公司管理系統(tǒng)2#子系統(tǒng)（分廠、車間）N#子系統(tǒng)（分廠、車間）遠(yuǎn)程子系統(tǒng)遠(yuǎn)程用戶遠(yuǎn)程服務(wù)外部網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)核心交換機(jī)36裝置操作層經(jīng)營(yíng)決策層生產(chǎn)計(jì)劃層基礎(chǔ)控制層生產(chǎn)調(diào)度層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)CIMS的結(jié)構(gòu)與功能ComputerIntegratedManufacturingSystems

第1章緒論1.0自動(dòng)控制發(fā)展簡(jiǎn)史1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型1.3對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求1.4本課程的主要內(nèi)容及其相互間的關(guān)系第1章緒論1.0自動(dòng)控制發(fā)展簡(jiǎn)史1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型1.3對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求1.4本課程的主要內(nèi)容及其相互間的關(guān)系391.1自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

自動(dòng)控制是在沒有人參與的情況下，系統(tǒng)的控制器自動(dòng)地按照人預(yù)定的要求控制設(shè)備或過程，使之具有一定的狀態(tài)和性能。具有自動(dòng)控制功能的系統(tǒng)稱為自動(dòng)控制系統(tǒng)。40火炮自動(dòng)控制系統(tǒng)41自動(dòng)控制熱力系統(tǒng)人在控制過程中的作用：（1）觀測(cè)（2）比較與決策（3）執(zhí)行42直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)43給定元件：其職能是給出與期望的被控量相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量（即參據(jù)量）。傳感器測(cè)量元件：其職能是測(cè)量被控制的物理量;比較元件：把測(cè)量元件檢測(cè)的被控量實(shí)際值與給定元件給出的參據(jù)量進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差。放大元件：將比較元件給出的偏差進(jìn)行放大，用來(lái)推動(dòng)執(zhí)行元件去控制被控對(duì)象。反饋控制系統(tǒng)的幾個(gè)環(huán)節(jié)44校正元件：亦稱補(bǔ)償元件，它是結(jié)構(gòu)或參數(shù)便于調(diào)整的元件，用串聯(lián)或反饋的方式連接在系統(tǒng)中，以改善系統(tǒng)性能。

一個(gè)設(shè)備，它是由一些機(jī)器零件有機(jī)地組合在一起的，其作用是完成一個(gè)特定的動(dòng)作。在下面的討論中，稱任何被控物體（如加熱爐、化學(xué)反應(yīng)器或宇宙飛船）為對(duì)象。被控對(duì)象：控制器控制裝置：由具有一定職能的各種基本元件組成執(zhí)行元件：直接推動(dòng)被控對(duì)象，使其被控量發(fā)生變化。反饋控制系統(tǒng)的幾個(gè)環(huán)節(jié)45過程控制系統(tǒng)實(shí)例46機(jī)電控制系統(tǒng)實(shí)例第1章緒論1.0自動(dòng)控制發(fā)展簡(jiǎn)史1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型1.3對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求1.4本課程的主要內(nèi)容及其相互間的關(guān)系48

1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型1.2.1開環(huán)、閉環(huán)與復(fù)合控制系統(tǒng)

凡是系統(tǒng)輸出信號(hào)對(duì)控制作用有直接影響的系統(tǒng)，都稱為閉環(huán)系統(tǒng)。輸入信號(hào)和反饋信號(hào)之差，稱為偏差信號(hào)，偏差信號(hào)加到控制器上，以減小系統(tǒng)的誤差，并使系統(tǒng)的輸出量趨于所希望的值，換句話說(shuō)，“閉環(huán)”這個(gè)術(shù)語(yǔ)的涵義，就是應(yīng)用反饋?zhàn)饔脕?lái)減小系統(tǒng)的誤差。

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1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型1.2.1開環(huán)、閉環(huán)與復(fù)合控制系統(tǒng)

開環(huán)控制系統(tǒng)

如果系統(tǒng)的被控量（輸出量）與輸入量間不存在反饋的通道，這種控制方式稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。

特點(diǎn)：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。50開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)開環(huán)控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合邏輯控制順序控制擾動(dòng)少的場(chǎng)合優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性缺點(diǎn)：控制精度易受擾動(dòng)影響控制精度差（擾動(dòng)存在時(shí)）51

直流電機(jī)速度開環(huán)控制系統(tǒng)52

閉環(huán)控制系統(tǒng)或負(fù)反饋控制系統(tǒng)

負(fù)反饋控制系統(tǒng)與正反饋控制系統(tǒng)的分析?U與電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。53

閉環(huán)控制系統(tǒng)或負(fù)反饋控制系統(tǒng)

負(fù)反饋控制系統(tǒng)與正反饋控制系統(tǒng)的分析閉環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：提高系統(tǒng)的抗干擾能力；改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；加快被控對(duì)象的輸出量對(duì)于輸入量的跟蹤速度缺點(diǎn)：閉環(huán)系統(tǒng)可能產(chǎn)生振蕩，甚至不穩(wěn)定。54汽車駕駛中的反饋控制過程55國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中的反饋控制系統(tǒng)模型56股票市場(chǎng)中的反饋控制系統(tǒng)模型

系統(tǒng)的擾動(dòng)汽車中的ABS反饋控制系統(tǒng)Anti－lockBreakSystem

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復(fù)合控制系統(tǒng)

在系統(tǒng)中同時(shí)引進(jìn)開環(huán)控制和閉環(huán)控制，這種系統(tǒng)成為復(fù)合控制系統(tǒng)。59

復(fù)合控制系統(tǒng)601.2.2線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)對(duì)于用微分方程描述的系統(tǒng)：

若系統(tǒng)的輸入量、輸出量及其各階導(dǎo)數(shù)均為線性時(shí)，系統(tǒng)為線性系統(tǒng)。線性定常系統(tǒng)表達(dá)式為：61線性定常離散控制系統(tǒng)1.2.2線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)

線性系統(tǒng)滿足疊加定理，滿足疊加定理的系統(tǒng)是線性系統(tǒng)。62非線性控制系統(tǒng)

系統(tǒng)中只要有一個(gè)元部件的輸入-輸出特性是非線性的，這類系統(tǒng)就稱為非線性控制系統(tǒng)，用非線性方程描述。非線性方程的特點(diǎn)是系數(shù)與變量有關(guān)，或者方程中含有與變量及其導(dǎo)數(shù)的高次冪或乘積項(xiàng)。如：1.2.2線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)631.2.3連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)組成系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)均為連續(xù)信號(hào)；微分方程離散系統(tǒng)組成系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)為離散信號(hào)；差分方程.采樣離散控制系統(tǒng)組成系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)既有離散信號(hào)，也有連續(xù)信號(hào)。工業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是典型的離散系統(tǒng)。連續(xù)時(shí)間信號(hào)：對(duì)任意時(shí)間值（除若干不連續(xù)點(diǎn)外），都有對(duì)應(yīng)的確定值。如正弦波等模擬信號(hào)：時(shí)間和幅值都是連續(xù)的信號(hào)。離散時(shí)間信號(hào)：信號(hào)在時(shí)間上是離散的，只在某些不連續(xù)規(guī)定瞬間給出函數(shù)值，而在其它時(shí)間上沒有定義。采樣信號(hào)：幅值連續(xù)的離散信號(hào)。數(shù)字信號(hào)：時(shí)間和幅值都離散的離散信號(hào)。64

如果控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)在系統(tǒng)運(yùn)行過程中不隨時(shí)間變化，則稱為定常系統(tǒng)或者時(shí)不變系統(tǒng)，否則，稱為時(shí)變系統(tǒng)。1.2.4定常系統(tǒng)與時(shí)變系統(tǒng)時(shí)變系統(tǒng)實(shí)例：航天器的飛行過程65下列各式是描述系統(tǒng)的微分方程，其中，r(t)為輸入變量，c(t)為輸出變量，判斷哪些是線性定?；驎r(shí)變系統(tǒng)，哪些是非線性系統(tǒng)?線性定常線性時(shí)變非線性66經(jīng)典控制理論中的主要分析對(duì)象MIMO:multi-inputmulti-output復(fù)雜控制系統(tǒng)，信號(hào)多，回路多，變量多，僅僅研究其輸入輸出特性已不能滿足要求，有時(shí)需要從整個(gè)系統(tǒng)出發(fā)，研究其內(nèi)部狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其相互關(guān)系。1.2.5單輸入和多輸入系統(tǒng)SISO:single-inputsingle-output按照輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的數(shù)目，可分為單輸入單輸出（SISO）系統(tǒng)和多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)。671.2.6集中參數(shù)系統(tǒng)與分布參數(shù)系統(tǒng)如果在系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)中，可以把一個(gè)系統(tǒng)看作有限多個(gè)理想的分立部件的總體，這類系統(tǒng)稱為集中參數(shù)系統(tǒng)，例如：電阻、電容、電感、阻尼、彈簧、質(zhì)量等。集中參數(shù)系統(tǒng)由常微分方程描述。如果系統(tǒng)只能看作由無(wú)窮多個(gè)無(wú)窮小的分立部件組成，則該系統(tǒng)為分布參數(shù)系統(tǒng)，它由偏微分方程描述。例如，導(dǎo)線上的電壓分布是時(shí)間和地點(diǎn)的函數(shù)，只能以偏微分方程描述。分布參數(shù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，本書不涉及這部分內(nèi)容。第1章緒論1.0自動(dòng)控制發(fā)展簡(jiǎn)史1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型1.3對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求1.4本課程的主要內(nèi)容及其相互間的關(guān)系691.3對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求控制系統(tǒng)的分類很多，但是，對(duì)每一類系統(tǒng)被控量變化的全過程提出的共同的基本要求都是一樣的，且可以歸結(jié)為：穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性，即穩(wěn)、準(zhǔn)、快的要求。（從穩(wěn)定性、靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能）70

穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。一個(gè)穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，其被控量偏離期望值的初始偏差應(yīng)隨時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸減少或趨于零。不穩(wěn)定系統(tǒng)是一個(gè)發(fā)散系統(tǒng)，是無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)定的控制任務(wù)。穩(wěn)定性是由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定的，與外界因素?zé)o關(guān)。

1.3對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求

1.3.1穩(wěn)定性71

1.3.1穩(wěn)定性

當(dāng)過渡過程的振蕩逐漸減弱的，系統(tǒng)最后可以達(dá)到平衡狀態(tài)，控制目的得以實(shí)現(xiàn)。穩(wěn)定系統(tǒng)不穩(wěn)定系統(tǒng)

當(dāng)振蕩過程逐漸增強(qiáng)，系統(tǒng)被控量將失控控制目的不能實(shí)現(xiàn)，稱為不穩(wěn)定系統(tǒng)。

判別系統(tǒng)是否穩(wěn)定的問題，稱為絕對(duì)穩(wěn)定性分析。事實(shí)上，對(duì)于穩(wěn)定或者不穩(wěn)定的系統(tǒng)，還需要進(jìn)一步分析系統(tǒng)穩(wěn)定或者不穩(wěn)定的程度，稱為相對(duì)穩(wěn)定性分析。72

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