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1.7对自动控制系统性能的基本要求

自动控制系统的基本任务是克服各种扰动的影响，使系统的被控量能够按照预定的规律变化。由于实际系统中一般含有惯性或储能元件，这些元件的能量不可能突变，因此控制系统在受到扰动或输入量变化时，其被控量不可能立即达到给定值，而有一个变化过程。通常把系统受到外作用后，被控量随时间变化的全过程，称为动态过程或称过渡过程。过渡过程结束后的输出响应称为稳态过程。

控制系统的性能，可以用系统输出响应的特性来衡量，考虑到输出响应在不同阶段的特点，工程上常以稳定性、快速性、准确性三个方面来评价自动控制系统的总体性能。1.7.1稳定性

稳定性是保证一个控制系统能够正常工作的首要条件，也是对控制系统最基本的要求。一个稳定的控制系统，其被控量偏离给定值的偏差应随时间的增长逐渐减小并趋于零。反之，不稳定的控制系统，其被控量偏离给定值的偏差将随时间的增长而发散。图1-7-1控制系统动态特性曲线

在图1-7-1所示的系统中，系统在外力作用下，输出

逐渐与给定值

一致，则系统是稳定的，如曲线①所示；反之，输出如曲线②发散，则系统是不稳定的。1.7.2快速性

快速性是指动态过程进行的时间长短。动态过程时间越短，说明系统快速性越好，反之说明系统响应迟钝，难以跟踪快速变化的指令信号。图1-7-2所示曲线①的快速性要优于曲线②。图1-7-2控制系统动态特性曲线1.7.3准确性

准确性是指系统在动态过程结束后，被控量与给定值的偏差，这一偏差称为稳态误差，它是衡量系统稳态精度的指标，反映了系统的稳态性能。控制系统设计的任务之一是尽量减小系统的稳态误差，或者使稳态误差小于某一容许值。

若在动态过程结束后，被控量能够达到给定值，说明该系统具有很好的准确性，如图1-7-3曲线①所示；若被控量在动态过程结束后不能达到给定值，存在很大的误差，说明该系统的准确性很差，如曲线②所示。图1-7-3控制系统动态特性曲线

一个自动控制系统稳定性、快速性、准速性的要求往往是相互制约的。提高动态过程的快速性，可能会引起系统的强烈振荡，改善系统的平稳性，控制过程又可能很迟缓，甚至会使系统的稳态精度很差，分析和解决这些矛盾，是本门课程的重要内容。

自动控制理论不是研究某一个或某一类被控量的控制问题，而是研究自动控制系统的普遍性、一般性的规律。本门课程沿着自动控制系统建模、分析和设计这条主线展开。在对实际控制系统进行分析和设计时，首先要建立系统的数学模型，在已知系统数学模型前提下，研究控制系统的性能并寻找系统性能与系统结构、参数之间的关系，称为控制系统的分析。如果已知对系统性能指标的要求，寻找合理的控制方案，这类问题称为控制系统的设计或校正。分析和设计是两个完全相

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