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善系统的稳态和动态性能。控制器是闭环控制系统中的重要环节。
(4)执行机构
它接收来自控制器的信号，政变操纵变量的大小或符号，完成对被控对象的驱动，使被
控制量达到所要求的数值。执行机构一般由传动装置和调节机构等组成，本系统中为舵机。
加在被控对象上的量称为控制量。
(5)控制对象
指要控制的设备或变量。如上面的系统中，飞机就是被控制的对象，各舵面的偏转角就
是被控量。
对系统组成的分析和绘制系统的方框图是分析和研究自动控制系统的基础，在进一步分
析系统的性能以前，首先应绘制出系统的方框图。
2．典型环节及其特性
自动控制系统是由一个一个的环节组成的总体。在生产实际中存在着许多工程控制系
统，这些系统有机械的、液压的、气动的、电气的或几种类型混合的，尽管它们的构造或功
能不同，但有些环节的动态性能相同，因此可以用同一类环节表示。复杂的控制系统都是由
一些典型环节组成的。以下是自动控制系统中的一些典型环节及其特性。
(1)比例环节
某一环节，在输入信号作用下，其输出立即成比例地反应，或者说输出量在时间上无延
迟、在形状上无失真地复现输入量，但幅度大小上可以有变化，这种环节称为比例环节。比
例环节又叫放大环节。
设比例环节的放大倍数为Kpj其功能框图如图3.1-7 (a)所示，单位阶跃响应（定义
见后）如图3.1-7 (b)所汞。图中，R(s)和C(s)是输入变量和输出变量的频域表示法。
52电子技术基础
生臣]旦
(a)(b) ‘
图3.1 -7 比例环节的传递函数和阶跃响应
比例环节是自动控制系统中使用最多的一个环节，如运算放大器、齿轮减速器、杠杆、
弹簧、分压器等，如图3.1 -8所示。
Kp=搿-鲁
岛=揣=乏 绵=器=熹
图3.1 -8比例环节实例
(2)惯性环节
惯性环节的特点是：当输入量突变时，输出量不会突变，只能按指数规律逐渐变化，即
具有惯性。惯性环节的输入输出关系（即传递函数）为：
Uo(s) K
Ui(s) - Ts +1
当给该环节加入阶跃输入信号时，其输出量按指数规律上升，上升的快慢由时间常数r
决定。输出信号的变化曲线如图3.1-9所示。由图可见，惯性环节都存在一定的延迟，这
是由于这类环节中一般都有储能元件，当输入突然改变时，它们的物理状态不能突变，即输
出量不能立即反映输入量的变化。
在自动控制系统中经常含有这种环节，包含的储能元件如储存磁场能的电感、储存电场
能的电容、储存弹簧势能的弹簧、储存动能的机械负载等。图3.1 -10所示的RC电路就是
一个惯性环节，其传递函数为：
G（扯器-RCs +1=T
RC3+1 乃+1
r f
图3.1 -9惯性环节的阶跃响应
一＼刍
+妥
U
O‘———————一
图3.1一lO RC屯路
上篇模拟电子技术基础53
_—______._.—.____..__一
(3)积分环节
积分就是随时间积累的意思，在日常生活中属于积分过程的例子很多。
为了说明积分环节的概念，先看一个例子。图3.1 - 11所
示为一个充液体的容器，其输入量是液体流量，输出量是液面
高度，因此输入量随时间积累起来就是输出量，输出量和输入
量之间的这种关系就叫积分关系，具有这种特性的环节统称为
积分环节。
积分环节输出量和输入量之间的关系可以表示为：
C(s) 1
R(s) - Tis
图3.1 -11积分环节
Ti是积分常数，其大小决定积分的快慢。Ti越大，积分越慢。
当输入量发生阶跃变化时，输出量以一定的斜率线性上升，如图3.1 - 12所示。
图3.1 - 12积分环节的阶跃响应
对积分环节来说，只要有输入信号存在，不管多大，输出总是上升的。这一特点可以用
来改善控制系统的稳态性能。
积分环节也是自动控制系统中最常见的环节之一，凡是输出量对输入量具有储存和积累
特点的元件一般都含有积分环节，例如机械运动系统中的位移与转速、转速与转角、阻容电
路中的电压与电流等。图3.1 - 13所示为几种积分环节实例。
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民用航空器维修基础系列教材 电子技术基础(30)
