2.1.3 控制系统品质指标的学描述
1．直接型性能指标
稳定系统的动态过程
（1）稳定性
稳定性是指系统处于平衡状态下，受到扰动作 用后，系统恢复原有平衡状态的能力
衡量指标： 稳定性裕度——衰减率
y(t)

工业要求
ym1 ym3 ym1 r
0.75～1.0
r
5%
ym1 ym3 ym5
第2章 自动控制系统组成原理
2.1
自动控制系统的组成结构与性能要求 自动控制系统的分类
2.2
2.1 自动控制系统的组成结构与性能要求
2.1.1 系统的基本组成结构 2.1.2 控制系统稳定性概念 2.1.3 控制系统品质指标的学描述
2.1.1 系统的基本组成结构
（1）被控对象（控制对象） 系 统所要控制的设备或过程，它的 输出称为被控量，它的输入称为 控制量 （2）测量环节（传感器） 将被 控量检测出来并传送给控制环节 的装置 （3）控制环节（控制器） 它的 功能是根据偏差信号，决策如何 去操作被控对象，使得被控量达 到所希望的目标 （4）执行环节（执行器） 按控 制环节的控制决策，具体实现对 被控对象的操作，如阀门、挡板 等。
自动控制系统基本 组成原理方框图
r + e
偏差 测量信号 传感器 给定值 控制器
u
y
执行器 被控对象 被控量
自动控制系统基本组成 原理简化方框图
给定值
r +
e
偏差
控制器
u
广义被 控对象
被控量 y
2.1.2 控制系统稳定性概念
理想的控制效果 被控对象的实际动态过程
自动控
0
ts
（4）误差平方的二阶矩的积分
Q t 2 e 2 (t )dt
0
ts
2.2 自动控制系统的分类
2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 按被控对象特性分类 按自动控制系统是否形成闭合回路分类 按系统输入/输出的个数分类 按给定值信号的特点分类 按控制系统元件的特性分类 按系统中传输信号对时间的关系分类
技术是一种手段，是一种方法！
高新技术的产物——磁悬浮列车
7．工程
工程（Engineering）是指应用科学知识和 人类拥有的技术使自然资源最好地为人类服务的 一项活动
工程就是实现！ 科学和技术都存在于工程之中！
三峡大坝
8、学科与专业
学科是指具有某种理论体系的研究及应用 的一个领域。在该领域中，研究的对象可能千 差万别，但是，他们应用同一种理论体系解决 问题。学科可大可小，取决于人对理论体系的 理解。 专业是学科的一个方向，当把学科分得很 细时，学科与专业就成为同义词了。
1.3 自动化专业的历史沿革
1948年 维纳教授发表《控制论》——控制理论形成 1954年 钱学森教授发表《工程控制论》 1956年 清华、西交大成立工业企业电气化 —— 形成自动化专业 1958年 清华等建立自动控制系，如航空自动控制系 1958年 华北电力大学建立热工测量及其自动化专业 1998年 各院校把原来的与自动化相关的专业更名为 ——自动化专业 1984年 33所高校试办研究生院 有了自动化学科，招收研究生
非人造系统：
社会 经济 生物 环境
自动化
人造系统 强调自动操作和运行
VS
自动控制
人造/非人造系统 强调达到一种目标
自动化源于自动控制！
1.2 名词和术语解释
1、系统
系统（System）是指由相互关联、相互制约、 相互影响的一些部分组成的具有某种功能的有机 整体 系统可以由“实物”组成，也可以由“非实物” 组成
要求： 静态偏差 →0 动态偏差（超调量）
Mp
ym1 r r
100% 20%
2．间接型性能指标
Q
∞ 0
e(t ) dt
Q t e(t ) dt
0 ts
（1）绝对误差的矩的积分 （2）绝对误差的二阶矩的积分 （3）误差平方的矩的积分
Q t 2 e(t ) dt
0
ts
=1101010011101010011101101
3、控制
控制（Control）是指为了改善系统的性能或达 到特定的目的，通过信息的采集和加工而施加到 系统的作用。
可控系统
不可控系统
4、数学模型
用来描述系统中各物理量的变化及相互作用、相 互制约关系的数学表达式称为系统的数学模型
数学模型种类：
状态空间、微分方程、差分方程、脉冲响应、传 递函数、频率响应模型等
自动化专业（学科）概论
第1章 绪论
1.1
自动化与自动控制
1.2
一些名词和术语
自动化专业的历史沿革
1.3
1.1 自动化与自动控制
现代家庭:
古代自动化：
沙漏 风车 指南针
自动化定义：
机器或装置在无人干预的情况下按规 定的程序或指令自动地进行操作或运行
相关名词：自动控制
通过人造装置或人类为了约束自己的 行为而制定的政策和法规来对人造系统和 非人造系统进行控制，从而达到人所期望 的目标
5、科学
科学（Science）是指对各种事实和现象进行 观察、分类、归纳、演绎、分析、推理、计算和实 验，从而发现规律，并对各种定量规律予以验证和 公式化的知识体系
自然科学——研究的是物质世界 社会科学——研究的是人类的精神世界 科学就是发现！
牛顿发现了万有引力定律！
6、技术
技术（Technology）是指人类根据生产实 践经验和自然科学原理改变或控制其环境的手段， 是人类活动的一个专门领域 技术的任务是利用和改造自然，以其生产 的产品为人类服务
系统的组成
系 统 环 境
子系统1 子系统2 2 子系统 子系统3 子系统n
系统输入 （环境对系统的作用）
系统输出 （系统对环境的作用）
2、信息
信息（Information）是指符号、信号或消息所 包含的内容，它是对事物运动状态或存在形式的 不确定性的描述
世界组成：物质、能量、信息 数字信息：用数字描述信息，便于计 算机处理
tr
ts
t
（2）快速性
快速性是指控制过程的持续时间，也就是从干扰 发生起至被控量又建立新的平衡状态为止的过渡 过程时间 t s
被控量进入偏离给定值的
5% 范围内就算基本稳定了
系统输出响应第一次到达希望值的时间称为上升 时间 t r
（3）准确性
（稳定的系统在过渡过程结束后所处的状态称为稳态）
准确性指稳态时系统期望输出量和实际输出量之差 （静态偏差 ）以及在整个控制过程中被控量偏离给定值 的最大值（动态偏差—超调量 ）