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    指響應從零值第一次上升到穩態值所需的時間。對單調上升系統，一般指響應從穩態值的
10010上升到穩態值的900/0所需的時間。如圖3.1-23 (a)中的f，或圖3.1-23  (b)中的#。。
  ②峰值時間￡。
  指輸出響應超過穩態值到達第一個峰值Cmax所需的時間。
  ③調節時間（或稱過渡過程時間）t。
  指輸出響應c(t)與理想穩態值c(∞)之間的誤差達到±5%（或±2%），且以后不再
超出此范圍的最短時間。
    ④超調量礦。‘
    指系統的最大響應值與穩態值之差的百分比。
    Cm“-c(∞王X100%
    U一2—i( oo)
  ⑤穩態誤差e。。
  當時間￡趨于∞時，系統響應的期望值與實際值之差。
  ⑥振蕩次數Ⅳ
  指在調整時間￡。內，輸出量在穩態值上下波動的次數。該參數反映出系統的穩定性，振
蕩次數越小，說明系統越穩定。
    在上述各項性能指標中，上升時間f。和峰值時間t，表征系統的快速性；￡。表示系統過渡
過程的持續時間，從總體上反映出系統的快速性；超調量盯。和振蕩次數Ⅳ反映系統的穩定
性；穩態誤差反映系統的抗干擾能力和控制精度。通常用超調量(T曠調節時間f。和穩態誤
差e。。這三個指標來評價系統的動態品質和穩態精度。
上篇模擬電子技術基礎59
    一般希望系統具有快的響應速度、小的超調量和高的穩態精度。但系統固有的特性一般
都不能滿足上述要求，這就需要通過設計控制器來對系統進行校正，使系統的動、靜態品質
都滿足要求。
3.1.4控制器類型及特點
    控制器是自動控制系統中的關鍵部分。控制器通過對誤差信號的放大或運算，輸出二個控
制量去控制執行機構的工作，使被控對象達到所期望的狀態�？刂破骺梢允呛唵蔚臋C械或電氣
裝置，也可以是復雜的實時計算機系統。帶有控制器的閉環系統結構如圖3.1- 24所示。
    閉環系統中所使用的元件與開環系統類似。在閉環系統中，需要處理許多種不同類型的
信號。這些信號常常是非電量，因此它們必須通過變換器轉換成電量。
給定輸入
圖3.1 - 24閉環控制系統結構框圖
    例如，輸入信號可能是溫度，而輸出變量卻是電壓，這些信號影響著控制器的工作。有
些控制器需要外加電源才能工作，而有些控制器則不需要。例如，電烙鐵中的雙金屬片是一
種不需要電能的器件。一種最古老的控制器——蒸汽調速機的工作就不需要電能，如圖
3.1-25所示。在蒸汽機轉速過高時，離心擺錘向上升，通過杠桿原理使執行器的進氣閥門
關小，從而使轉速降低；反之，當蒸汽機轉速太砥時，離心擺錘向下降。同樣，通過杠桿原
理使執行器的進氣閥門開大，進氣量增加，從而使蒸汽機的轉速提高。在這一例子中，如果
用伺服電機去控制閥門，那么就需要給電機提供電能。
圖3.1 - 25不需要電能的閉環控制系統
在閉環控制系統中，為了減小或消除干擾信號對系統的影響，一般需要將輸出量或與之
60電子技術基礎
有關的一個信號反饋到輸入端�？刂骗h節的任務是連續地將設定值與受控變量進行比較，使
控制器向著減小誤差的方向動作。在這里，控制器是整個系統中最重要的部件。根據實際系
統的工作原理，控制器可以分為兩大類：斷續工作控制器和連續工作控制器。下面以連續工
作控制器為例，介紹控制器的種類及原理。
    系統給定值和反饋值的差值稱為控制誤差。采用連續控制器時，每次控制誤差e的變化
都會引起控制變量y的變化，從而對受控對象實現連續不斷的控制，直到誤差為零。
    研究連續控制器的一般方法是：設誤差e作階躍變化，觀察控制變量），的階躍響應(y
隨時間f的變化過程)。根據階躍響應特性我們可以區分控制器的類型。
    1．比例控制器（P-控制器）
    我們首先利用液面控制的例子來討論P-控制器的工作。
    圖3.1 - 26所示為一個由杠桿機構和浮子組成的P-控制器，它的功能是控制液面的高
度。注水管向水箱中注水，排水管向外排水。注水閥門開啟度的大小由杠桿和浮子控制。
    浮子用于測量液面的實際高度（Xi）。參考值（w=x。）通過改變杠桿的支點位置設定。干
擾量（彳）是注水管和排水管中的水壓。
    在單位時間內，如果注水量大于排水量，浮子向上浮起至Xi。比時，杠桿在浮子的推動
下向上運動，產生了誤差信號e。通過杠桿的作用產生了一個控制變量Ay，對閥門的開度進
　
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