控制系統(tǒng)導(dǎo)論答案課件

自動(dòng)控制原理胡壽松主編科學(xué)出版社自動(dòng)控制原理胡壽松主編科學(xué)出版社1引言自動(dòng)控制的定義：所謂自動(dòng)控制是指在無(wú)人直接參與的情況下，通過(guò)外加的設(shè)備或裝置（稱為控制器Controller），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程（統(tǒng)稱被控對(duì)象Plant）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。引言自動(dòng)控制的定義：2控制理論的發(fā)展可分為三個(gè)時(shí)期：

經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論大系統(tǒng)理論及智能控制理論自動(dòng)控制理論：是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)學(xué)科是自動(dòng)化學(xué)科的重要理論基礎(chǔ)控制理論的發(fā)展可分為三個(gè)時(shí)期：自動(dòng)控制理論：是研究自動(dòng)控制共3經(jīng)典控制理論(古典控制理論)主要研究對(duì)象：?jiǎn)屋斎雴屋敵隹刂葡到y(tǒng)的分析與綜合問(wèn)題采用的數(shù)學(xué)模型：①動(dòng)態(tài)微分方程——時(shí)域數(shù)學(xué)模型②傳遞函數(shù)——復(fù)域數(shù)學(xué)模型③結(jié)構(gòu)圖——圖形化的數(shù)學(xué)模型④信號(hào)流圖——圖形化的數(shù)學(xué)模型經(jīng)典控制理論(古典控制理論)主要研究對(duì)象：43.分析方法：線性系統(tǒng)：時(shí)域分析法、根軌跡法、頻域分析法等非線性系統(tǒng)：相平面法、描述函數(shù)法、逆系統(tǒng)法4.經(jīng)典控制理論的局限性：難以有效解決時(shí)變系統(tǒng)和多變量系統(tǒng)的分析與綜合問(wèn)題；傳遞函數(shù)只反應(yīng)端口關(guān)系，難以揭示系統(tǒng)更為深刻的內(nèi)部特性。3.分析方法：5現(xiàn)代控制理論以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)，可研究多輸入--多輸出、時(shí)變、非線性、高精度、高效能控系統(tǒng)的分析與綜合問(wèn)題?，F(xiàn)代控制理論在空間技術(shù)方面取得了巨大成功，但在應(yīng)用于復(fù)雜工業(yè)過(guò)程控制時(shí)，卻遇到了諸如建立精確數(shù)學(xué)模型困難、工業(yè)過(guò)程控制中普遍存在的不確定性和干擾等因素，一般難以取得預(yù)期的控制效果?，F(xiàn)代控制理論以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)，可研究多輸入--多輸出、時(shí)變6大系統(tǒng)及智能控制理論隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了諸如電力系統(tǒng)、交通網(wǎng)絡(luò)、通訊系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)等這樣一些規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地理位置分散的系統(tǒng)，為解決這類系統(tǒng)的控制問(wèn)題，提出了大系統(tǒng)理論。另一方面，對(duì)于一些復(fù)雜系統(tǒng)，難于建立數(shù)學(xué)模型，難于用常規(guī)控制理論定量計(jì)算分析，必須采用定量、定性相結(jié)合的控制方式，于是提出了智能控制理論——模擬人的控制技術(shù)，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。大系統(tǒng)及智能控制理論隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了諸7控制系統(tǒng)導(dǎo)論8課程學(xué)習(xí)要面臨數(shù)學(xué)基礎(chǔ)寬而深控制原理抽象計(jì)算復(fù)雜且繁瑣繪圖困難計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語(yǔ)言MATLAB課程學(xué)習(xí)要面臨數(shù)學(xué)基礎(chǔ)寬而深計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語(yǔ)言9第一章控制系統(tǒng)導(dǎo)論1-1自動(dòng)控制的基本原理1-2自動(dòng)控制系統(tǒng)示例1-3自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類1-4對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求1-5典型輸入信號(hào)

1-6自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)工具第一章控制系統(tǒng)導(dǎo)論10例：水溫人工控制

工作原理：通過(guò)調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度，可調(diào)節(jié)熱蒸汽流量,從而控制被加熱水的溫度。熱蒸汽通過(guò)管道把熱量傳遞給被加熱的水,被加熱水的溫度與熱蒸汽流量成正比。1.1自動(dòng)控制的基本原理熱蒸汽排汽冷水熱水例：水溫人工控制工作原理：通過(guò)調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度，可調(diào)節(jié)熱蒸汽11水溫人工（手動(dòng)）控制

——系統(tǒng)的組成：（1）被控對(duì)象：水箱（2）被控量：水溫（3）眼睛：觀測(cè)水溫變化（4）大腦：分析、比較、判斷（5）手：動(dòng)作執(zhí)行水溫人工（手動(dòng)）控制12水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)中需增加的設(shè)備：控制器

——大腦執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電機(jī)）——手加入給定信號(hào)工作原理：檢測(cè)實(shí)際溫度產(chǎn)生控制信號(hào)測(cè)量變送裝置——眼睛控制器電機(jī)控制器根據(jù)水溫偏差，輸出不同的控制作用，通過(guò)電機(jī)調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度，以改變熱蒸汽的流入量，從而達(dá)到控制水溫的目的。

水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)中需增加的設(shè)備：控制器——大腦執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電13水溫自動(dòng)控制：（1）被控對(duì)象：水箱（2）被控量：水溫（3）測(cè)量裝置：測(cè)量被加熱水的溫度（4）控制器：完成比較和控制功能（5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：完成控制動(dòng)作水溫自動(dòng)控制：14控制系統(tǒng)原理框圖被控對(duì)象大腦（控制器）眼睛（測(cè)量裝置）被控對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器測(cè)量裝置給定輸入給定輸入水溫水溫手（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）水箱水箱電機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖被控對(duì)象大腦（控制器）眼睛15控制系統(tǒng)中常用的名詞術(shù)語(yǔ)

自動(dòng)控制：指在無(wú)人直接參與的情況下，利用控制裝置操縱被控對(duì)象，使被控對(duì)象的被控量自動(dòng)地按預(yù)定的規(guī)律變化。

被控對(duì)象：指需要給予控制的設(shè)備或工作機(jī)械、生產(chǎn)過(guò)程等，簡(jiǎn)稱為對(duì)象。

被控量：指被控系統(tǒng)中需要控制的具體的物理量（如溫度、壓力、水位、流量等），被控量又稱為系統(tǒng)的輸出量。

控制系統(tǒng)中常用的名詞術(shù)語(yǔ)自動(dòng)控制：指在無(wú)人直接參與的情況下16系統(tǒng)的輸入：泛指對(duì)系統(tǒng)的輸出量有直接影響的外界輸入信號(hào)。通常有兩種，即給定輸入和擾動(dòng)輸入。給定輸入：根據(jù)生產(chǎn)要求，被控量需要達(dá)到的運(yùn)行規(guī)律（數(shù)值）。給定輸入又稱參考輸入、或給定值。擾動(dòng)輸入：擾動(dòng)也稱干擾，指引起被控量偏離給定值的各種因素。系統(tǒng)的輸入：泛指對(duì)系統(tǒng)的輸出量有直接影響的外界輸入信號(hào)。通常17反饋:將系統(tǒng)(或環(huán)節(jié))的輸出信號(hào)經(jīng)變換、處理送到系統(tǒng)(或環(huán)節(jié))的輸入端的信號(hào),稱為反饋。若此信號(hào)是從系統(tǒng)輸出端取出送入系統(tǒng)輸入端,這種反饋稱主反饋。而其它稱為局部反饋。偏差信號(hào):指給定輸入信號(hào)與主反饋信號(hào)之差。反饋:將系統(tǒng)(或環(huán)節(jié))的輸出信號(hào)經(jīng)變換、處理送到系統(tǒng)(或環(huán)節(jié)18自動(dòng)控制系統(tǒng)：指控制裝置和被控對(duì)象的總稱?？刂屏浚褐甘┘咏o被控對(duì)象的信號(hào)，它將減少或消除擾動(dòng)對(duì)被調(diào)量的影響，使它按一定的規(guī)律變化?？刂破鳎褐笇?duì)被控對(duì)象起控制作用的控制裝置的總體。自動(dòng)控制系統(tǒng)：指控制裝置和被控對(duì)象的總稱?？刂屏浚褐甘┘咏o被19自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理方框圖控制對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器測(cè)量裝置比較環(huán)節(jié)給定輸入偏差測(cè)量值被控量控制作用擾動(dòng)輸入控制量廣義對(duì)象自動(dòng)控制裝置輸出量所謂反饋是指：通過(guò)測(cè)量裝置將系統(tǒng)的輸出信號(hào)反饋到系統(tǒng)的輸入端。反饋——控制系統(tǒng)的精髓。自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理方框圖控制對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器測(cè)量裝置比較環(huán)20自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本控制方式

反饋控制（閉環(huán)控制）開(kāi)環(huán)控制復(fù)合控制自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本控制方式反饋控制（閉環(huán)控制）211.反饋控制——閉環(huán)控制反饋控制又稱為閉環(huán)控制，是最基本、也是應(yīng)用最廣泛的一種控制方式。反饋控制是指：在系統(tǒng)輸出端與輸入端之間，不但有順向作用，而且還有反饋回路，或者說(shuō)輸出量直接或間接地參與了控制作用。原理框圖如圖所示。給定輸入被控對(duì)象檢測(cè)裝置控制器偏差擾動(dòng)輸入輸出量前/正向通道反/負(fù)向通道1.反饋控制——閉環(huán)控制反饋控制又稱為閉環(huán)控制，是最基本、22負(fù)反饋原理：是指將系統(tǒng)的輸出反饋到系統(tǒng)的輸入端，與給定值進(jìn)行比較產(chǎn)生一個(gè)偏差信號(hào)，并根據(jù)輸入量與輸出量的偏差信號(hào)進(jìn)行控制。給定輸入被控對(duì)象檢測(cè)裝置控制器偏差擾動(dòng)輸入輸出量反饋控制是根據(jù)負(fù)反饋原理，按偏差量進(jìn)行控制的。負(fù)反饋原理：給定被控對(duì)象檢測(cè)裝置控制器偏差擾動(dòng)輸入輸出量反饋23減小或消除由擾動(dòng)所產(chǎn)生的偏差閉環(huán)控制的特點(diǎn)：控制的目的：信息循環(huán)往復(fù)傳遞，根據(jù)負(fù)反饋原理，按偏差量進(jìn)行控制；（必須有輸出量的測(cè)量裝置）抗干擾性好，控制精度高；有反饋回路，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有穩(wěn)定性問(wèn)題。減小或消除由擾動(dòng)所產(chǎn)生的偏差閉環(huán)控制的特點(diǎn)：控制的目的：信息242、開(kāi)環(huán)控制所謂開(kāi)環(huán)控制是指：系統(tǒng)中的信號(hào)由輸入端到輸出端單向流動(dòng)，不存在反饋回路，或者說(shuō)輸出量對(duì)控制作用不產(chǎn)生任何影響的一種控制方式。原理框圖如圖所示輸入量控制器被控對(duì)象擾動(dòng)輸入輸出量可分為：按給定控制方式組成和按擾動(dòng)控制方式組成兩種。2、開(kāi)環(huán)控制所謂開(kāi)環(huán)控制是指：系統(tǒng)中的信號(hào)由輸入端到輸出端單25開(kāi)環(huán)控制的特點(diǎn)：信號(hào)單向傳遞，沒(méi)有形成閉合回路；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制及時(shí)，不存在穩(wěn)定性問(wèn)題；只根據(jù)輸入量進(jìn)行控制，輸出量對(duì)控制作用無(wú)任何影響；控制精度差，抗干擾能力差。輸入量控制器被控對(duì)象擾動(dòng)輸入輸出量開(kāi)環(huán)控制的特點(diǎn)：信號(hào)單向傳遞，沒(méi)有形成閉合回路；輸入量控制器263．復(fù)合控制開(kāi)環(huán)控制對(duì)主要擾動(dòng)采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償裝置，實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)控制（也稱為前饋補(bǔ)償），有效減小動(dòng)態(tài)偏差；同時(shí)，再組成反饋控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)按偏差控制，以消除其余各種擾動(dòng)所產(chǎn)生的偏差，保證控制的精度。反饋控制+3．復(fù)合控制開(kāi)環(huán)控制對(duì)主要擾動(dòng)采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償裝置，實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)27(a)按給定輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制給定輸入被控量_被控對(duì)象檢測(cè)元件控制器前饋控制復(fù)合控制具有兩種基本形式：(a)按給定輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制給定被控量_被控對(duì)象檢測(cè)元28(b)按擾動(dòng)作用補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制檢測(cè)元件_前饋控制擾動(dòng)輸入被控量給定輸入受控對(duì)象控制器+(b)按擾動(dòng)作用補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制檢測(cè)元件_前饋控制擾動(dòng)輸入被291-2自動(dòng)控制系統(tǒng)示例函數(shù)記錄儀電阻爐微型計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)鍋爐液位控制系統(tǒng)1-2自動(dòng)控制系統(tǒng)示例函數(shù)記錄儀30函數(shù)記錄儀原理示意圖函數(shù)記錄儀原理示意圖31若ur變化，在放大器的輸入端得到偏差電壓Δu＝ur-up，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，并通過(guò)齒輪系和繩輪帶動(dòng)記錄筆左右移動(dòng)，同時(shí)減小電壓偏差，當(dāng)Δu＝0時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄筆也靜止不動(dòng)。若ur變化，在放大器的輸入端得到偏差電壓Δu＝ur-up，經(jīng)32局部反饋主反饋筆的位置局部反饋主反饋筆的位置33電阻爐微型計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)示意圖電阻爐微型計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)示意圖34

鍋爐液位控制系統(tǒng)示意圖鍋爐液位控制系統(tǒng)示意圖35鍋爐液位控制系統(tǒng)方框圖鍋爐液位控制系統(tǒng)方框圖361-3自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類開(kāi)環(huán)控制反饋控制復(fù)合控制等1.按制控制方式分自動(dòng)控制系統(tǒng)有多種分類方法。1-3自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類開(kāi)環(huán)控制1.按制控制方式分自動(dòng)372.按系統(tǒng)輸入信號(hào)劃分（1）恒值控制系統(tǒng)給定輸入信號(hào)為一恒定值（常數(shù)值）控制的目的：盡可能的消除各種擾動(dòng)因素的影響，使輸出量維持在給定值(期望值)。如工業(yè)過(guò)程中恒溫、恒壓、恒速等控制系統(tǒng)。恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)2.按系統(tǒng)輸入信號(hào)劃分（1）恒值控制系統(tǒng)給定輸入信號(hào)為一38（2）隨動(dòng)控制系統(tǒng)給定輸入信號(hào)是一個(gè)事先無(wú)法確定的任意變化的量?？刂频哪康模阂笙到y(tǒng)的輸出量能迅速平穩(wěn)地復(fù)現(xiàn)或跟蹤輸入信號(hào)的變化。如雷達(dá)天線的自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和高炮自動(dòng)描準(zhǔn)系統(tǒng)就是典型的隨動(dòng)系統(tǒng)。（2）隨動(dòng)控制系統(tǒng)給定輸入信號(hào)是一個(gè)事先無(wú)法確定的任意變化的39（3）程序控制系統(tǒng)系統(tǒng)的給定輸入信號(hào)不是常值,而是事先確定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,編成程序裝在輸入裝置中,即控制輸入信號(hào)是事先確定的程序信號(hào)。控制的目的：使被控對(duì)象的被控量按照要求的程序動(dòng)作。如數(shù)控車床就屬此類系統(tǒng)。（3）程序控制系統(tǒng)系統(tǒng)的給定輸入信號(hào)不是常值,而是事先確定403.按系統(tǒng)性能分（數(shù)學(xué)模型）線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)3.按系統(tǒng)性能分（數(shù)學(xué)模型）線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)定常系統(tǒng)和時(shí)41線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)組成系統(tǒng)元器件的特性均為線性的,可用一個(gè)或一組線性微分方程來(lái)描述系統(tǒng)輸入和輸出之間關(guān)系。線性系統(tǒng)的主要特征是具有齊次性和疊加性。(1)線性系統(tǒng)(2)非線性系統(tǒng)在系統(tǒng)中只要有一個(gè)元器件的特性不能用線性微分方程來(lái)描述,則稱為非線性系統(tǒng)。非線性系統(tǒng)還沒(méi)有一種完整、成熟、統(tǒng)一的分析法。通常對(duì)于非線性程度不很嚴(yán)重,或做近似分析時(shí),均可用線性系統(tǒng)理論和方法來(lái)處理。線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)組成系統(tǒng)元器件的特性均為線性的,42線性微分方程：指變量（包括輸入變量、輸出變量）及變量的各階導(dǎo)數(shù)均為一次的（無(wú)高次方項(xiàng)及交叉相乘項(xiàng)及常數(shù)項(xiàng)）例：（線性）（非線性）（非線性）（線性）線性微分方程：（線性）（非線性）（非線性）（線性）43線性系統(tǒng)有兩個(gè)重要特性：疊加性：幾個(gè)輸入同時(shí)作用時(shí)，系統(tǒng)的輸出等于各輸入單獨(dú)作用時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸出之和。齊次性：系統(tǒng)的輸入增大或縮小K倍時(shí)，系統(tǒng)的輸出也增大或縮小相同的倍數(shù)。

線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)有兩個(gè)重要特性：疊加性：幾個(gè)輸入同時(shí)作用時(shí)，系統(tǒng)的輸44定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)(1)定常系統(tǒng)如果描述系統(tǒng)特性的微分方程中各項(xiàng)系數(shù)都是與時(shí)間無(wú)關(guān)的常數(shù),則稱為定常系統(tǒng)。(2)時(shí)變系統(tǒng)如果描述系統(tǒng)特性的微分方程中只要有一項(xiàng)系數(shù)是時(shí)間的函數(shù),此系統(tǒng)稱為時(shí)變系統(tǒng)。定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)(1)定常系統(tǒng)如果描述系統(tǒng)特性45連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)(1)連續(xù)系統(tǒng)系統(tǒng)中所有元件的信號(hào)都是隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào),稱為連續(xù)系統(tǒng)。(2)離散系統(tǒng)系統(tǒng)中有一處或數(shù)處的信號(hào)是脈沖序列或數(shù)碼。若系統(tǒng)中采用了采樣開(kāi)關(guān),將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的脈沖形式的信號(hào),此類系統(tǒng)稱為采樣控制系統(tǒng)或脈沖控制系統(tǒng)。若采用數(shù)字計(jì)算機(jī)或數(shù)字控制器,其離散信號(hào)是以數(shù)碼形式傳遞的,此類系統(tǒng)稱為數(shù)字控制系統(tǒng)。連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)(1)連續(xù)系統(tǒng)系統(tǒng)中所有元件的信號(hào)都是46這類系統(tǒng)可用常系數(shù)線性微分方程來(lái)描述，其一般形式為：式中，輸出量輸入量時(shí)，稱為n階線性微分方程。線性定常連續(xù)系統(tǒng)這類系統(tǒng)可用常系數(shù)線性微分方程來(lái)描述，式中，輸出量輸入量時(shí)，47單輸入單輸出系統(tǒng)與多輸入多輸出系統(tǒng)(1)單輸入單輸出系統(tǒng)(單變量系統(tǒng))系統(tǒng)的輸入量和輸出量各為一個(gè),稱為單輸入單輸出系統(tǒng)。(2)多輸入多輸出系統(tǒng)(多變量系統(tǒng))系統(tǒng)的輸入量和輸出量多于一個(gè),稱為多輸入多輸出系統(tǒng)。對(duì)于線性多輸入多輸出系統(tǒng),系統(tǒng)的任何一個(gè)輸出等于數(shù)個(gè)輸入單獨(dú)作用下輸出的疊加。單輸入單輸出系統(tǒng)與多輸入多輸出系統(tǒng)(1)單輸入單輸出系統(tǒng)(單481.4自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求自動(dòng)控制系統(tǒng)是否能很好地工作，是否能使被控量精確地按照預(yù)定的規(guī)律變化，這取決于被控對(duì)象、控制器及各功能元器件的特性參數(shù)是否計(jì)得當(dāng)。對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)時(shí)，首先要有一個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能好壞的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)系統(tǒng)性能的基本要求歸納起來(lái)體現(xiàn)在三個(gè)方面：二、快速性一、穩(wěn)定性三、準(zhǔn)確性1.4自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求自動(dòng)控制系統(tǒng)是否能很好地工作，491.穩(wěn)定性(穩(wěn))穩(wěn)定工作是所有自動(dòng)控制系統(tǒng)最基本的要求,是系統(tǒng)能否工作的前題條件。不穩(wěn)定的系統(tǒng)根本無(wú)法完成控制任務(wù)。考慮到實(shí)際系統(tǒng)工作環(huán)境或參數(shù)的變動(dòng),可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定,因此,我們除要求系統(tǒng)穩(wěn)定外,還要求其具有一定的穩(wěn)定裕量。1.穩(wěn)定性(穩(wěn))穩(wěn)定工作是所有自動(dòng)控制系統(tǒng)最基本的要求,是50穩(wěn)定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程穩(wěn)定的概念：如果系統(tǒng)受到外加輸入（給定或擾動(dòng)）作用后，系統(tǒng)最終能恢復(fù)或達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。否則稱為不穩(wěn)定。

穩(wěn)定是最基本的要求，不穩(wěn)定的系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的。

穩(wěn)定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程穩(wěn)定的概念：穩(wěn)定是最基本的要求，不穩(wěn)定的51不穩(wěn)定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程不穩(wěn)定的系統(tǒng)，控制作用不能把被控量保持在所希望的值上，輸出可能發(fā)生增幅振蕩或單調(diào)增長(zhǎng)的現(xiàn)象，直到破壞設(shè)備或限幅。不穩(wěn)定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程不穩(wěn)定的系統(tǒng)，控制作用不能把被控量保持52由于慣性的影響，系統(tǒng)中的狀態(tài)和輸出不可能瞬時(shí)變化，任何一個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程都需要經(jīng)歷一定時(shí)間。所謂快速性，是指調(diào)節(jié)時(shí)間要盡可能短，調(diào)節(jié)時(shí)間越短，表明快速性越好，反之亦然?？焖傩员砻髁讼到y(tǒng)輸出對(duì)輸入響應(yīng)的快慢程度二、快速性由于慣性的影響，系統(tǒng)中的狀態(tài)和輸出不可能瞬時(shí)變化，任何一個(gè)調(diào)53一般用穩(wěn)態(tài)誤差描述穩(wěn)態(tài)誤差指：調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，被調(diào)量偏差的大小，即輸入給定值與輸出穩(wěn)態(tài)值之差。穩(wěn)態(tài)誤差的大小反映了系統(tǒng)控制的精度，顯然，誤差越小越好。三、準(zhǔn)確性一般用穩(wěn)態(tài)誤差描述三、準(zhǔn)確性54穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性往往是互相制約的。在設(shè)計(jì)與調(diào)試的過(guò)程中，若過(guò)分強(qiáng)調(diào)某方面的性能，則可能會(huì)使其他方面的性能受到影響。怎樣根據(jù)工作任務(wù)的不同，分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)，使其對(duì)三方面的性能有所側(cè)重，并兼顧其它性能，正是自控原理課程要解決的問(wèn)題。穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性往往是互相制約的。在設(shè)計(jì)與調(diào)試的過(guò)程中55對(duì)于一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)其輸入信號(hào)往往是比較復(fù)雜的,而系統(tǒng)的輸出響應(yīng)又與輸入信號(hào)類型有關(guān)。為了便于用統(tǒng)一的方法研究和比較控制系統(tǒng)的性能，通常選用幾種確定性函數(shù)作為典型輸入信號(hào)。1.5典型輸入信號(hào)對(duì)于一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)其輸入信號(hào)往往是比較復(fù)雜的,而系統(tǒng)的56表示在t=0時(shí)刻，有一個(gè)幅值為R躍變，如圖所示。在實(shí)際系統(tǒng)中，如負(fù)荷突然增大或減小，流量閥突然開(kāi)大或關(guān)小均可以近似看成階躍函數(shù)的形式。1.階躍函數(shù)數(shù)學(xué)表達(dá)式