§1.7 对控制系统性能的基本要求

实际物理系统一般都含有储能元件或惯性元件，因而系统的输出量和反馈量总是迟后于输入量的变化。因此，当输入量发生变化时，输出量从原平衡状态变化到新的平衡状态总是要经历一定时间。在输入量的作用下，系统的输出变量由初始状态达到最终稳态的中间变化过程称过渡过程，又称瞬态过程。过渡过程结束后的输出响应称为稳态过程。系统的输出响应由过渡过程和稳态过程组成。

不同的控制对象、不同的工作方式和控制任务，对系统的品质指标要求也往往不相同。一般说来，对系统品质指标的基本要求可以归纳为三个字：稳、准、快。

稳：稳是指系统的稳定性。稳定性是系统重新恢复平衡状态的能力。任何一个能够正常工作的控制系统，首先必须是稳定的。稳定是对自动控制系统的最基本要求。

由于闭环控制系统有反馈作用，控制过程有可能出现振荡或发散。以图1-10所示的火炮方位角控制系统为例：设系统原来处于静止状态，火炮方位角与手轮对应的方位角一致， 。若手轮突然转动某一角度(相当于系统输入阶跃信号)，输入轴与输出轴之间便产生偏差角，自整角机输出相应的偏差电压 。 经整流器、校正装置和功率放大器处理后成为 ，驱动电动机带动发射架向误差角减小的方向运动。当 时，由于电动机电枢、火炮架存在惯性，输出轴不能立即停止转动，因而产生过调， 。过调导致偏差信号极性反相，使电机驱动火炮架开始制动，速度为零后又反向运动。如此反复下去，发射架将在 确定的方位上来回摆动。如果系统有足够的阻尼，则摆动振幅将随时间迅速衰减，使发射架最终停留在 的方位上，跟踪过程如图1-14中曲线1所示。系统便是稳定的。

不稳定的系统是无法使用的，系统激烈而持久的振荡会导致功率元件过载，甚至使设备损坏而发生事故，这是绝不允许的。

准：准是对系统稳态（静态）性能的要求。对一个稳定的系统而言，当过渡过程结束后，系统输出量的实际值与期望值之差称为稳态误差，它是衡量系统控制精度的重要指标。稳态误差越小，表示系统的准确性越好，控制精度越高。

快：快是对系统动态性能（过渡过程性能）的要求。描述系统动态性能可以用平稳性和快速性加以衡量。平稳指系统由初始状态运动到新的平衡状态时，具有较小的过调和振荡性；快速指系统运动到新的平衡状态所需要的调节时间较短。动态性能是衡量系统质量高低的重要指标。

由于被控对象的具体情况不同，各种系统对三项性能指标的要求应有所侧重。例如恒值系统一般对稳态性能限制比较严格，随动系统一般对动态性能要求较高。

同一个系统，上述三项性能指标之间往往是相互制约的。提高过程的快速性，可能会引起系统强烈振荡；改善了平稳性，控制过程又可能很迟缓，甚至使最终精度也很差。分析和解决这些矛盾，将是本课程讨论的重要内容。