3.2.3 自动控制系统的性能指标
⒈单项性能指标
⑴衰减比η ⑵最大（动态）偏差和超调量 ⑶稳态误差 ⑷调节时间
❖ ⒉综合指标 ❖ ⑴ 积分型指标： ➢ ①误差平方的积分(ISE) ➢ ②时间乘误差平方积分(ITSE) ➢ ③误差绝对值积分(IAE) ➢ ④时间乘误差绝对值的积分(ITAE) ➢ ⑤加权二次型性能指标 ❖ ⑵ 末值型指标 ❖ ⑶ 复合型指标
⒋按控制系统的元件特性分为非线性系统模型和线性系 统模型。 ❖ ⒌按系统参数变化分为定常系统模型和时变系统模型。
3.1.4 建立数学模型的方法
❖ 1.机理分析法
❖ 对系统各部分的运动机理进行分析，并根据它们所依 据的物理规律或化学规律，分别列出描写这些变化规 律的相应的运动方程，经过整理，从中获得所需的数 学模型。
自动控制理论从三个方面对自动控制系统进行研究和阐述：
⑴ 系统的模型 ⑵ 系统的分析 ⑶ 控制系统的综合
自动控制理论在不同时期针对不同的实际问题，提出了 不同的解决控制问题的方法，从而形成了不同特色的理 论和技术体系
(1)经典控制理论 (2)现代控制理论 (3)大系统理论和智能控制技术
3.1 控制系统与数学模型
当自动控制系统受到各种干扰(扰动)或人为要求给定 值(参考输入)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，被控量恢复到原来的稳态值 或稳定到一个新的给定值，即处于平衡状态，称为静态 或稳态。系统从原来的平衡状态过渡到一个新的平衡状 态的过程，称为过渡过程或动态过程。
自动控制系统动态过程常见形式：
3.5 比例积分微分控制
控制规则的确定是控制器设计的核心
❖⑴ 比例控制 ❖⑵ 比例+积分控制 ❖⑶ 比例+微分控制
在实际的自动控制系统中，为保持系统具有 良好的动态特性和静态特性，往往使控制器同时 具有比例、微分、积分控制作用，构成比例+积 分+微分控制，或称为P（比例）I（积分）D （微分）控制。
给定
输入 误差
控制量
控制器
执行机构
－
反馈信号
检测装置
输出
受控对象
❖ PID: Proportional-Integrel-Derivative （比例-积分-微分）
给定
输入 误差
控制量
控制器
执行机构
－
反馈信号
检测装置
输出
受控对象
❖ 按负反馈原理组成的闭环控制系统才是真正意 义上的自动控制系统，反馈控制是自动控制最 基本的形式，自动控制理论主要就是围绕反馈 控制来研究自动控制系统的。
3.4.2 扰动控制
扰动控制是一种开环控制，无法检测控制效果，因 此在工业生产中是不能单独使用的一般它和反馈控制一 起使用。另外它只能在动可以测量的情况下采用，而且 一个补偿装置只能补偿一种与之相对应的扰动。对于其 它扰动未必能起补偿作用。
3.3自动控制系统设计与实现
⒈确定控制目标 ⒉选择测量参数(被调量) ⒊操作变量的选择 ⒋控制方案的确定 ⒌选择控制算法 ⒍执行器的选择 ⒎设计报警和联锁保护系统 ⒏控制系统的调试和投运
3.4 反馈控制和扰动控制
3.4.1 反馈控制
自动控制最基本的形式，将被控量测量出来，反 馈至控制系统的输入端与给定信号进行比较得出偏差 信号，然后根据偏差对被控对象实施有效控制，达到 消除或减少偏差的目的。
数学表达式，称为控制系统的数学模型。
自控制系统的数学模型是对自控制系统的行为规律的一 种数学描述,它反映了控制系统本身的特性。
3.1.2 建立控制系统数学模型的目的
❖ 建立数学模型目的是为了实现某种控制目标。
⑴ 制定工业生产过程优化操作方案。 ⑵ 制定控制系统的设计方案，为此，有时需要利用数学模
型进行仿真研究。 ⑶ 进行控制系统的调试和调节器参数的整定。 ⑷ 设计工业生产过程的故障检测与诊断系统。
⑴单调收敛过程
⑵单调发散过程
⑶衰减振荡过程
⑷等幅振荡过程
⑸发散振荡过程
3.2.2 对自动控制系统的基本性能要求
⑴ 稳定性 与稳定性相关，还可以用平稳性来衡量一个
控制系统过渡过程的好坏。 ⑵ 快速性 ⑶ 准确性
对自动控制系统的研究(包括分析、综合)就 是从动态、静态两方面围绕上面三个特性进行 的。
一般说来，用于控制的数学模型并不要求非常准确。闭 环系统本身具有一定的鲁棒性，因为模型的误差可以视 为干扰，而闭环系统在某种程度上具有自动消除干扰影 响的能力。
3.2 自动控制系统的过渡过程及其性能指标
3.2.1 自动控制系统的过渡过程
研究自动控制系统的过渡过程对设计、分析整定和 改进控制系统，具有重要的意义。它直接表示控制系统 质量的好坏，与工业生产中的安全及产品产量、质量有 着密切相关的联系。
❖ 2.实验辨识法
❖ 实验辨识法是人为地给系统施加某种测试信号，记录 其输出响应，取得必要的数据，经过某种数学处理后 得到的数学模型。
3.1.5 对数学模型的要求
❖ 作为数学模型，首先要求它准确可靠，但并不意味着越 准确越好应根据实际应用的情况提出适当的要求，超过 实际需要的准确性要求必然造成不必要的浪费。
⑸ 制定大型设备启动和停车的操作方案。
3.1.3 数学模型的表达形式
❖ ⒈按控制系统的连续性分为连续系统模型和离散系统模 型。
❖ ⒉按模型的结构分为输入输出模型和状态空间模型。 ❖ ⒊输入、输出模型分为时域表达形式和复数域表达形式。
❖ ⑴时域表达形式分为微分方程、差分方程和状态方程。 ❖ ⑵复数域表达形式分为传递函数、动态结构图
控制系统的输出变化情况与控制系统的输入（无论是干 扰作用还是给定作用）变化情况有关。R(t) 输入源自系统Y(t) 输出
Y(t)=F(R(t))
系统的输入变化是系统输出变化外部因素，系统本身特 性才是系统输出变化的内在因素。
3.1.1 自动控制系统的数学模型
描述控制系统输出、输入及内部各变量之间相互关系的
第3章 自动控制系统的典型控制方法
自动化教研室
3.1 控制系统与数学模型 3.2 自动控制系统的过渡过程及其性能指标 3.3 自动控制系统设计与实现 3.4 反馈控制和扰动控制 3.5 比例积分微分控制 3.6 非线性系统的控制 3.7 最优控制 3.8 自适应控制 3.9 智能控制
自动控制理论