控制系统基本要求

当自动控制系统受到各种干扰（扰动）或者人为要求给定值（参考输入）发生改变时，被控量就会发生变化，偏离给定值。通过系统的自动控制作用，经过一定的过渡过程，被控量又恢复到原来的稳定值或者稳定到一个新的给定值。这时系统从原来的平衡状态过渡到一个新的平衡状态，我们把被控量在变化过程中的过渡过程称为动态过程（即随时间而变的过程），而把被控量处于平衡状态称为静态或稳态。

自动控制系统最基本的要求是系统必须使被控量的稳态误差（偏差）为零或在允许的范围内（具体误差多大，要根据具体的生产过程的要求来确定）。对于一个好的自动控制系统来说，要求稳态误差越小越好，最好稳态误差为零。一般要求稳态误差在被控量给定值的2％～5％之内。

自动控制系统除了要求满足稳态性能之外，还应满足动态过程的性能要求，在具体介绍自动控制系统的动态要求之前，先看看控制系统的动态过程（动态特性）有哪几种类型，一般的自动控制系统被控量变化的动态特性有以下几种，如图1-9所示。

图1-9 自动控制系统被控量变化的动态特性

单调过程被控量y（t）单调变化（即没有“正”，“负”的变化），缓慢地到达新的平衡状态（新的稳态值）。如图1-9（a）所示，一般这种动态过程具有较长的动态过程时间（即到达新的平衡状态所需的时间）。

衰减振荡过程被控量y（t）的动态过程是一个振荡过程，但是振荡的幅度不断地衰减，到过渡过程结束时，被控量会达到新的稳态值。这种过程的最大幅度称为超调量，如图1-9 （b）所示。

等幅振荡过程被控量y（t）的动态过程是一个持续等幅振荡过程，始终不能到达新的稳态值，如图1-9（c）所示。这种过程如果振荡的幅度较大，生产过程不允许，则认为是一种不稳定的系统，如果振荡的幅度较小，生产过程可以允许，则认为是一种稳定的系统。

渐扩振荡过程被控量y（t）的动态过程不但是一个振荡过程，而且振荡的幅值越来越大，以致会大大超过被控量允许的误差范围，如图1-9（d）所示，这是一种典型的不稳定过程，设计自动控制系统要绝对避免产生这种情况。(www.xing528.com)

一般来说，自动控制系统如果设计合理，其动态过程多属于图1-9（b）的情况。为了满足要求，我们希望控制系统的动态过程不仅是稳定的，并且希望过渡过程时间（又称调整时间）越短越好，振荡幅度越小越好，衰减得越快越好。

关于稳态性能和动态性能的性能指标，将在第3章详细讨论。

综上所述，对于一个自动控制的性能要求可以概括为三方面：稳定性，快速性和准确性。

①稳定性 一个自动控制系统最基本的要求是系统必须是稳定的，不稳定的控制系统是不能工作的。

②快速性 在系统稳定的前提下，希望控制过程（过渡过程）进行得越快越好，但是有矛盾，如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差（偏差）过大。合理的设计应该兼顾这两方面的要求。

③准确性 即要求动态误差（偏差）和稳态误差（偏差）都越小越好。当与快速性有矛盾时，应兼顾这两方面的要求。