第4章反饋控制系統(tǒng)特性

(Chapter4FeedbackControlSystemCharacteristics)4.1開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)(Open-andClosed-LoopControlSystem)4.2控制系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的靈敏度(SensitivityofControlSystemstoParameterVariations)4.3控制系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的控制(controloftheTransisentResponseofControlSystem)4.4反饋控制系統(tǒng)的干擾信號(hào)(DisturbanceSignalsinafeedbackControlSystem)4.5穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-StateError)4.6反饋的代價(jià)(CostofFeedback

)4.1開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)

(Open-andClosed-LoopControlSystem)開環(huán)控制：開環(huán)控制系統(tǒng)只有輸入量經(jīng)過一定方式影響輸出量，而對(duì)輸出量不進(jìn)行測量，也不知它和輸入量的要求究竟差多少，即輸出量沒有參與對(duì)系統(tǒng)的控制，所以這種系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。沒有反饋參與的控制。即被控制量僅受控于控制量，而對(duì)控制量無反作用。閉環(huán)控制：閉環(huán)控制系統(tǒng)是使系統(tǒng)輸出量參與了系統(tǒng)的控制，系統(tǒng)一旦受到擾動(dòng)的作用產(chǎn)生偏差，就及時(shí)調(diào)整控制量，從而保持輸出量的恒定，所以這種系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。有反饋信號(hào)參與的控制。控制系統(tǒng)包括控制量（輸入信號(hào)）、被控制信號(hào)（輸出）、反饋信號(hào)（測量）、比較器、放大機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。4.2控制系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的靈敏度

(SensitivityofControlSystemstoParameterVariations)反饋系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn):反饋系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1：減小對(duì)象G(s)的參數(shù)變化的系統(tǒng)靈敏度。反饋系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)2：使系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)易于調(diào)節(jié)。反饋系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)3：有效地減小系統(tǒng)中干擾和噪聲的影響。反饋系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)4：減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。參數(shù)變化對(duì)輸出的影響反饋系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1：減小對(duì)象G(s)的參數(shù)變化的系統(tǒng)靈敏度。系統(tǒng)的靈敏度：系統(tǒng)傳遞函數(shù)的變化率與對(duì)象傳遞函數(shù)的變化率之比。設(shè)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為T(s)，對(duì)象傳遞函數(shù)為G(s)則靈敏度定義為：取微小增量的極限形式，則上式變成：系統(tǒng)靈敏度是當(dāng)變化量為微小的增量時(shí)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的變化率與對(duì)象傳遞函數(shù)（或參數(shù)）的變化率之比。開環(huán)系統(tǒng)靈敏度：1閉環(huán)系統(tǒng)靈敏度：

若閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：則反饋系統(tǒng)的靈敏度為即：當(dāng)GH變化時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的靈敏度小于開環(huán)系統(tǒng)的靈敏度。當(dāng)GH很大時(shí)，靈敏度約為1。H(s)的變化直接影響輸出。控制系統(tǒng)引入反饋環(huán)節(jié)后能減小因參數(shù)變化而造成的影響，這是反饋控制系統(tǒng)的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。為得到高精度的開環(huán)系統(tǒng)，必須非常謹(jǐn)慎地選擇開環(huán)因子G(s)，以滿足設(shè)計(jì)規(guī)格要求。而閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)G(s)就不那么苛刻，這是因?yàn)榄h(huán)路增益1+GH(s)能減小系統(tǒng)對(duì)G(s)變化或誤差的靈敏度。利用反饋減小靈敏度的例子：反相放大器因?yàn)檩斎胱杩购艽螅糯笃鞯妮斎腚娏骺珊雎圆挥?jì)(假設(shè))，故可寫出結(jié)點(diǎn)n的電流方程為：運(yùn)算放大器的輸出電壓受放大倍數(shù)A的影響；開環(huán)靈敏度是1；閉環(huán)放大器的靈敏度為：如果A=104，k=0.1，則即靈敏度幅值近似等于0.001，是開環(huán)靈敏度的1/1000。電路對(duì)反饋電阻Rf(或增益因子k)的變化的靈敏度為：可見，電路對(duì)k的靈敏度近似等于1。4.3控制系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的控制

(controloftheTransisentResponseofControlSystem)

反饋系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)2：使系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)易于調(diào)節(jié)。開環(huán)系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)閉環(huán)系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的靈敏度開環(huán)系統(tǒng)的靈敏度：1閉環(huán)系統(tǒng)的靈敏度：對(duì)km的靈敏度開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)4.4反饋控制系統(tǒng)的干擾信號(hào)

(DisturbanceSignalsina