1.5  对自动控制系统的基本要求

    1.5.1 基本要求   (动画:直流调速系统的过渡过程)

    各类控制系统都是动态系统。系统中含有储能（或储存信息）的元件，在外界输入信号作用下系统响应是一动力学变化的过程，呈现出“惯性”的特点。因此当输入量发生变化时系统的输出量从原稳态值变化到新的稳态值需经历一定的时间，这一时间叫做过渡过程时间。整个控制系统的响应过程可分为两个阶段：暂态（响应）过程（即过渡过程）和稳态（响应）过程，过渡过程结束后系统就进入稳态过程。 对稳态过程的基本要求是： 在稳态时系统输出量的实际值与希望值之差（叫做稳态误差）应很小，即系统具有较高的控制精度或控制的准确度。
    暂态过程的基本形态 系统的暂态过程远比稳态过程复杂，为了说明对暂态过程的要求现以图 1.6 所示的直流调速系统为例，考察暂态过程的一般变化形式及其特点。由图可见：当输入信号（包括给定信号和负载扰动）从某一值跃变到另一新值时，由于系统存在电磁惯性和机械惯性，故电机的输出转速不可能跃变而是存在一暂态过程。暂态过程的基本特性取决于系统的结构和参数，其基本形态有下列几种。                           

   若系统的惯性较大、增益又较低时，系统的反应将较迟钝，则当输入信号跃变时系统的输出响应将缓慢地趋于新的稳态值，整个暂态过程呈现非周期变化的形式，如图 1.20 所示。现以给定信号向上的跃变为例简要说明如下：系统的响应过程和上述第“ 1 ” 项相类似；所不同的是由于系统反应迟钝，反馈信号的值始终不会超过给定信号。因此在暂态过程中虽然随着时间的推移反馈信号逐步地增大，偏差信号也逐步地在减小，但它的极性始终不变号（恒为正的）只是幅值越来越小而已，因而系统的暂态响应特性呈现非周期变化的特点。

   (3）等幅振荡过程

   若系统的惯性较小、增益又较大且无阻尼时，则当输入信号跃变，系统的暂态响应将按振荡规律变化。由于无阻尼作用，这意味着在振荡过程中不消耗能量，从而振荡的幅度不衰减，故系统的暂态响应特性呈现等幅持续振荡的形式，如图 1.21 所示。

   （4）发散振荡过程

    若系统的增益过大（或参数配置不当）时，则在输入信号的作用下系统的输出量不仅振荡而且幅值越来越大，呈现发散振荡的形式，如图 1.22 所示。这时系统根本无法工作，这样的系统叫做不稳定系统。