对控制系统的性能要求和本课程的任务

2012-03-17 15:39:11来源: 互联网

控制系统性能要求和本课程的任务

1.5.1对控制系统性能的要求

为了实现自动控制,必须对控制系统提出一定的要求。对于一个闭环控制系统而言,当输入量和扰动量均不变时,系统输出量也恒定不变,这种状态称为平衡状态或静态、稳态。显然,系统在稳态时的输出量是我们关心的,当输入量或扰动量发生变化,反馈量将与输入量之间产生新的偏差,通过控制器的作用,从而使输出量最终稳定,即达到一个新的平衡。但由于系统中各环节总存在惯性,系统从一个平衡点到另一个平衡点无法瞬间完成,即存在一个过渡过程,称为动态过程或暂态过程。

过渡过程的形式不仅与系统的结构和参数有关,也与参考输入和外加扰动有关。一般有单调过程、衰减震荡过程、等幅振荡过程等形式;此外,我们关心系统会否稳定,如果会稳定,系统到达新的平衡状态需要多少时间。 通过上面的分析可知, 对于一个自动控制系统, 需要从如下三方面进行分析:

一﹑稳定性

稳定性是对控制系统最基本的要求。所谓系统稳定,一般指当系统受到扰动作用后,系统的被控制量偏离了原来的平衡状态,但当扰动撤离后,经过苦于时间,系统若仍能返回到原来的平衡状态,则称系统是稳定的。一个稳定的系统,在其内部参数发生微小变化或初始条件改变时,一般仍能正常进行地工作。考虑到系统在工作过程中的环境和参数可能产生的变化,因而要求系统不仅能稳定,而且在设计时还要留有一定的裕量。

二﹑准确性

系统稳态精度通常用它的稳态误差来表示。如果在参考输入信号作用下,当系统达到稳态后,其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。显然,这种误差越小,表示系统输出跟踪输入的精度越高。系统在扰动信号作用下,其输出必然偏离原平衡状态,但由于系统自动调节的作用,其输出量会逐渐向原平衡状态方向恢复。当达到稳态后,系统的输出量若不能恢复到原平衡状态时的稳态值,由此所产生的差值称为扰动稳态误差。这种误差越小,表示系统抗扰动的能力越强,其稳态精度也越高。

三﹑快速性

控制系统不仅要稳定和并有较高的精度,而且还要求系统的响应具有一定的快速性,对于某些系统来说,这是一个十分重要的性能指标。有关系统响应速度定量的性能指标,一般可以用上升时间﹑调整时间和峰值时间来表示。

由于被控对象运行目的不同,各类系统对上述三方面性能要求的侧重点是有差异的。例如随动系统对快速性和稳态精度的要求较高,而恒值控制系统一般却侧重于稳定性能和抗扰动的能力。在同一个系统中,上述三个方面的性能要求通常也是相互制约的。例如为了提高系统的快速性和准确性,就需要增大系统的放大能力,而放大能力的增强,必然促使系统动态性能的变差,甚至会使系统变为不稳定。反之,若强调系统动态过程平稳性的要求,系统的放大倍数就应较小,从而导致系统稳态精度的降低和动态过程的变慢。由此可见,系统动态响应的快速性、高精度与系统稳定性之间存在着矛盾,在系统设计时须针对具体的系统要求,均衡考虑各指标。

1.5.2本课程的基本内容

本课程的主要内容可以分为三个方面:

1. 根据系统的结构和参数,分析系统的稳定性动态性能指标和稳态误差。为此,首先建立系统的模型,然后,依据建立模型的形式,分别采用时域法、根轨迹法和频域法对控制系统进行分析。(上述内容在本书第二章、第三章、第四章、第五章。)

2. 按照所给的控制任务或系统具体的性能要求,设计一个合理的控制装置,并确定其结构和参数。(上述内容在本书第六章)

3. 利用计算机辅助分析和设计手段,利用Matlab软件工具,对反馈控制系统进行分析。这方面内容分布在相应各章。

此外,有关非线性系统的分析在第七章,离散时间系统的分析在本节第八章,第九章则对Matlab反馈控制系统分析、设计中使用到的有关函数进行了介绍。

关键字:控制系统  性能

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0317/article_15192.html
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