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指响应从零值第一次上升到稳态值所需的时间。对单调上升系统，一般指响应从稳态值的
10010上升到稳态值的900/0所需的时间。如图3.1-23 (a)中的f，或图3.1-23 (b)中的#。。
②峰值时间￡。
指输出响应超过稳态值到达第一个峰值Cmax所需的时间。
③调节时间（或称过渡过程时间）t。
指输出响应c(t)与理想稳态值c(∞)之间的误差达到±5%（或±2%），且以后不再
超出此范围的最短时间。
④超调量矿。‘
指系统的最大响应值与稳态值之差的百分比。
Cm“-c(∞王X100%
U一2—i( oo)
⑤稳态误差e。。
当时间￡趋于∞时，系统响应的期望值与实际值之差。
⑥振荡次数Ⅳ
指在调整时间￡。内，输出量在稳态值上下波动的次数。该参数反映出系统的稳定性，振
荡次数越小，说明系统越稳定。
在上述各项性能指标中，上升时间f。和峰值时间t，表征系统的快速性；￡。表示系统过渡
过程的持续时间，从总体上反映出系统的快速性；超调量盯。和振荡次数Ⅳ反映系统的稳定
性；稳态误差反映系统的抗干扰能力和控制精度。通常用超调量(T旷调节时间f。和稳态误
差e。。这三个指标来评价系统的动态品质和稳态精度。
上篇模拟电子技术基础59
一般希望系统具有快的响应速度、小的超调量和高的稳态精度。但系统固有的特性一般
都不能满足上述要求，这就需要通过设计控制器来对系统进行校正，使系统的动、静态品质
都满足要求。
3.1.4控制器类型及特点
控制器是自动控制系统中的关键部分。控制器通过对误差信号的放大或运算，输出二个控
制量去控制执行机构的工作，使被控对象达到所期望的状态。控制器可以是简单的机械或电气
装置，也可以是复杂的实时计算机系统。带有控制器的闭环系统结构如图3.1- 24所示。
闭环系统中所使用的元件与开环系统类似。在闭环系统中，需要处理许多种不同类型的
信号。这些信号常常是非电量，因此它们必须通过变换器转换成电量。
给定输入
图3.1 - 24闭环控制系统结构框图
例如，输入信号可能是温度，而输出变量却是电压，这些信号影响着控制器的工作。有
些控制器需要外加电源才能工作，而有些控制器则不需要。例如，电烙铁中的双金属片是一
种不需要电能的器件。一种最古老的控制器——蒸汽调速机的工作就不需要电能，如图
3.1-25所示。在蒸汽机转速过高时，离心摆锤向上升，通过杠杆原理使执行器的进气阀门
关小，从而使转速降低；反之，当蒸汽机转速太砥时，离心摆锤向下降。同样，通过杠杆原
理使执行器的进气阀门开大，进气量增加，从而使蒸汽机的转速提高。在这一例子中，如果
用伺服电机去控制阀门，那么就需要给电机提供电能。
图3.1 - 25不需要电能的闭环控制系统
在闭环控制系统中，为了减小或消除干扰信号对系统的影响，一般需要将输出量或与之
60电子技术基础
有关的一个信号反馈到输入端。控制环节的任务是连续地将设定值与受控变量进行比较，使
控制器向着减小误差的方向动作。在这里，控制器是整个系统中最重要的部件。根据实际系
统的工作原理，控制器可以分为两大类：断续工作控制器和连续工作控制器。下面以连续工
作控制器为例，介绍控制器的种类及原理。
系统给定值和反馈值的差值称为控制误差。采用连续控制器时，每次控制误差e的变化
都会引起控制变量y的变化，从而对受控对象实现连续不断的控制，直到误差为零。
研究连续控制器的一般方法是：设误差e作阶跃变化，观察控制变量），的阶跃响应(y
随时间f的变化过程)。根据阶跃响应特性我们可以区分控制器的类型。
1．比例控制器（P-控制器）
我们首先利用液面控制的例子来讨论P-控制器的工作。
图3.1 - 26所示为一个由杠杆机构和浮子组成的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。注水阀门开启度的大小由杠杆和浮子控制。
浮子用于测量液面的实际高度（Xi）。参考值（w=x。）通过改变杠杆的支点位置设定。干
扰量（彳）是注水管和排水管中的水压。
在单位时间内，如果注水量大于排水量，浮子向上浮起至Xi。比时，杠杆在浮子的推动
下向上运动，产生了误差信号e。通过杠杆的作用产生了一个控制变量Ay，对阀门的开度进
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民用航空器维修基础系列教材 电子技术基础(33)
