当前位置：文档之家 › 第四章计算机控制系统性能指标描述

第四章计算机控制系统性能指标描述

  • 格式：ppt
  • 大小：3.83 MB
  • 文档页数：94

下载文档原格式

  / 94

合集下载

计算机性能指标ppt课件

计算机性能指标ppt课件
多核CPU
多核处理器是指在一个处理器中集成两个或多个完整的计算引擎（内核）。 早期的CPU一般都是单核芯片，仅仅提高单核芯片的速度会产生过多的热量 且无法带来相应的性能改善，所以现在生产CPU时就集成了两个或多个完整 的内核，这样可以提高性能的同时也能避免CPU温度过高导致CPU不能正常 工作的现象。
计算机性能指标
要衡量一台计算机的性能高低，需 要从几个方面去判断。除硬件影响 外，计算机软件，特别是操作系统 也对计算机性能有一些影响，因此 判断计算机性能时要进行综合评判， 而不是单看某一个部件的性能参数。
CPU的型号
CPU是计算机中最核心的部件，其型号对计算机的性能起着至关重要的作 用。通常会以CPU的型号来命名计算机，如Pentium 4计算机。
✓ 总线的位宽:总线的位宽是指总线能同时传送的二进制数据的位数，或数据 总线的位数。
✓ 总线的工作频率：总线的工作频率以MHz为单位，工作频率越高，总线工 作速率越快，总线带宽越宽。
PC外部总线发展史
ISA总线（工业标准体系结构）：是IBM公司为PC/AT计算机而制定的总线 标准，为16体系结构，只能支持16位的I/O设备，数据传输速率大约是 16MB/s，也称为AT标准。
成，缺一不可。
硬件,软件系统之间的关系
硬件和软件相互依存 硬件和软件无严格界线
硬件和软件协同发展
约翰·冯·诺依曼
冯·诺依曼（John von Neumann， 1903~1957），20世纪最重要的数学 家之一，在现代计算机、博弈论、核 武器和生化武器等诸多领域内有杰出 建树的最伟大的科学全才之一，被后 人称为“计算机之父”和“博弈论之 父”。
总线是计算机各种功能部件之间传送信息的 公用通道，是一条共享链路。总线是一种内 部结构，它通常是由导线组成的传输线束， 是CPU 、内存、输入输出设备传递公共信息 的公用通道，主机的各个部件通过总线连接， 外围设备通过相应的接口电路再与总线连接， 从而形成了计算机硬件系统。

MSE计算机操作系统第四章笔记

MSE计算机操作系统第四章笔记

第四章1.一个作业从提交给计算机系统到执行结束退出系统，一般都要经历提交、收容、执行和完成四个状态。

一个作业在其处于从输入设备进入外部存储设备的过程成为提交状态。

处于提交状态的作业，因其信息尚未全部进入系统，所以不能被调用程序选取。

收容状态也称为后备状态，输入管理系统不断地将作业输入到外存中对应部分（或称输入井，即专门用来存放待处理作业信息的一组外存分区）。

若一个作业的全部信息已全部被输入进输入井，那么，在它还未被调度去执行之前，该作业处于收容状态。

作业调度程序从后备作业中选取若干作业到内存投入运行。

它为被选中作业建立进程并分配必要的资源，这时，这些被选中的作业处于执行状态。

当作业运行完毕，但它所占用的资源尚未全部被系统收回时，该作业处于完成状态。

一般来说，处理机调度可分为4级：作业调度、交换调度、进程调度、线程调度。

作业调度：又称宏观调度或高级调度，其主要任务是按一定的原则对外存输入井上的大量后备作业进行选择，给选出的作业分配内存、输入输出设备等必要的资源，并建立相应的根程序，以使该作业的进程获得竞争处理机的权利，另外，当该作业执行完毕时，还负责回收系统资源。

交换调度：又称中级调度，其主要任务是按照给定的原则和策略，将处于外存交换区中的就绪状态或就绪等待状态的进程调入内存，或把处于内存就绪状态或内存等待状态的进程交换到外存交换区。

交换调度主要涉及内存的管理和扩充，一般将它归在存储管理之中。

进程调度：又称微观调度或低级调度，其主要任务是按照某种策略和方法选取一个处于就绪状态的进程占用处理机。

只有在多道批处理系统中才有作业调度，而在分时和实时系统中一般只有进程调度、交换调度和线程调度。

这是因为在分时和实时系统中，为了缩短响应时间或为了满足用户需求的截止时间，作业不是建立在外存中，而是直接建立在内存中。

2.作业调度作业调度的功能：（1）记录系统中各作业的状况，包括执行阶段的有关情况。

通常，系统为每个作业建立一个作业控制表JCB记录这些有关信息。

计算机控制系统性能分析

计算机控制系统性能分析

南京邮电大学自动化学院实验报告课程名称：计算机控制系统实验名称：计算机控制系统性能分析所在专业：自动化学生姓名：**班级学号：B************: ***2013 /2014 学年第二学期实验一：计算机控制系统性能分析一、 实验目的：1.建立计算机控制系统的数学模型；2.掌握判别计算机控制系统稳定性的一般方法3.观察控制系统的时域响应，记录其时域性能指标；4.掌握计算机控制系统时间响应分析的一般方法；5.掌握计算机控制系统频率响应曲线的一般绘制方法。

二、 实验内容：考虑如图1所示的计算机控制系统图1 计算机控制系统1. 系统稳定性分析(1) 首先分析该计算机控制系统的稳定性，讨论令系统稳定的K 的取值范围； 解:G1=tf([1],[1 1 0]);G=c2d(G1,0.01,'zoh');//求系统脉冲传递函数 rlocus(G);//绘制系统根轨迹Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i s-7-6-5-4-3-2-1012-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5将图片放大得到0.750.80.850.90.9511.051.11.151.21.25-0.15-0.1-0.050.050.10.15Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i sZ 平面的临界放大系数由根轨迹与单位圆的交点求得。

放大图片分析： [k,poles]=rlocfind(G)Select a point in the graphics window selected_point = 0.9905 + 0.1385i k =193.6417 poles =0.9902 + 0.1385i 0.9902 - 0.1385i 得到0<K<193(2) 假设不考虑采样开关和零阶保持器的影响，即看作一连续系统，讨论令系统稳定的K 的取值范围； 解：G1=tf([1],[1 1 0]); rlocus(G1);-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.200.2-0.8-0.6-0.4-0.20.20.40.60.8Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i s由图片分析可得，根轨迹在S 平面左半面，系统是恒稳定的，所以： 0<K<∞(3) 分析导致上述两种情况下K 取值范围差异的原因。

计算机控制系统复习资料(精简版 列出重点知识点)

计算机控制系统复习资料(精简版 列出重点知识点)

第一章概论，讲述计算机控制系统的发展过程；计算机控制系统在日常生活和科学研究中的意义；计算机控制系统的组成及工作原理；计算机控制的特点、优点和问题；与模拟控制系统的不同之处；计算机控制系统的设计与实现问题以及计算机控制系统的性能指标。

1.计算机控制系统与连续模拟系统类似，主要的差别是用计算机系统取代了模拟控制器。

2.计算机系统主要包括：．A／D转换器，将连续模拟信号转换为断续的数字二进制信号，送入计算机；．D／A转换器，将计算机产生的数字指令信号转换为连续模拟信号(直流电压)并送给直流电机的放大部件；．数字计算机(包括硬件及相应软件)，实现信号的转换处理以及工作状态的逻辑管理，按给定的算法程序产生相应的控制指令。

3.计算机控制系统的控制过程可以归结为：．实时数据采集，即A/D变换器对反馈信号及指令信号的瞬时值进行检测和输入；．实时决策，即计算机按给定算法，依采集的信息进行控制行为的决策，生成控制指令；．实时控制，即D/A变换器根据决策结果，适时地向被控对象输出控制信号。

4.计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。

5.自动控制，是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。

6.计算机控制系统的特性系统规模有大有小系统类型多种多样系统造价有高有低计算机控制系统不断推陈出新7.按功能分类1)数据处理系统2)直接数字控制（DDC）3)监督控制（SCC）4)分散型控制5)现场总线控制系统按控制规律分类1)程序和顺序控制2)比例积分微分控制（PID）3)有限拍控制4)复杂控制5)智能控制按控制方式分类1)开环控制2)闭环控制9.计算机控制系统的结构和组成控制算法软件网络硬件11.硬件平台运算处理与存储部分：CPU，存储器（RAM，ROM，EPROM，FLASH-ROM，EEPROM以及磁盘等），时钟，中断，译码，总线驱动等。

输入输出接口部分：各种信号（模拟量，开关量，脉冲量等）的锁存、转换、滤波，调理和接线，以及串行通讯等。

计算机的主要性能指标!!

计算机的主要性能指标!!

计算机的主要性能指标!!计算机是现代科学技术发展的产物，在计算机诞生后，由于不断发展完善，计算机也逐渐形成了不同的型号。

而计算机中最重要的是硬件和软件硬件两大部分。

硬件方面指使用某种硬件所实现的功能能力。

包括硬件的数量和硬件的容量两个方面。

硬件方面包括处理器、存储器、主板、显卡、接口、 CPU （处理器）、硬盘、电源、输入输出端口、磁盘等；软件方面包括软件以及各种软件间所建立起来的关系和实现的方法、程序。

其中硬件包括 CPU软件、显示软件等等！其中硬件主要指计算机硬件是指所用于处理与执行各种信息处理以及与之相关的硬件以及电路。

从这一方面讲，电脑属于硬件范畴；而计算机的主要性能指标主要有：速度：指计算速度（包括时间分辨率和速度);速度快慢主要由计算机硬件、软件方面（如 CPU、内存以及其他）、软件三个部分构成；软件又分为软件和硬件两大部分。

而下面我们来详细的介绍一下计算机的性能指标！主要分为以下几个方面：处理器运算能力、内存大小、硬盘容量：计算机（数据处理设备）、图形处理芯片(CPU)、操作系统等硬件方面包括硬盘、存储器、视频解码器、音频芯片、计算机语言软件、内存插槽、显示器用两个）等。

计算机所采用的硬件类型也因电脑而异！例如：微型计算机(LAN)与一般电脑也有区别：体积小但价格昂贵！一般认为每台电脑都配备 CPU （中央处理器）、存储器、内存、显卡、显示芯片、声卡、音频芯片、扬声器芯片、 CPU电源、风扇、电机、磁盘驱动器等器件与组成系统。

而芯片分为：晶圆片、晶体管、硅阵列、DDR3存储器、 USB等；也包括数字处理器、存储器、 CPU/存储器、逻辑芯片、 DSP芯片、存储芯片等等！1.处理器运算能力处理器是机器硬件的核心，它就像是我们身体中的大脑、神经、肌肉、骨骼，还有各个关节（包括手臂),它是我们身体的最重要的器官。

而计算机中处理器是计算机硬件中最重要的部分，它是决定着计算机能否正常工作的根本因素！因此可以说它是计算机中性能最重要的部分！所以从这一方面讲，电脑就是它！而处理器是计算机中最主要的部分，它可使计算机产生出各种程序并进行处理。

计算机控制系统：计算机控制系统数学描述与性能分析习题与答案

计算机控制系统：计算机控制系统数学描述与性能分析习题与答案

一、多选题1、系统暂态主能指标包括（）A.调节时间B.上升时间C.阻尼比D.峰值时间正确答案：A、B、D2、减小或消除系统的稳态误差方法有（）A.采用串级控制抑制内回路扰动。

B.在系统的前向通道或主反馈通道设置串联积分环节。

C.增大系统开环增益或扰动作用点之前系统的前向通道增益。

D.采用反馈补偿法。

正确答案：A、B、C3、系统常规的性能指标有（）A.稳定性指标B.暂态指标C.系统的抗干扰指标D.稳态指标正确答案：A、B、C、D4、判断连续系统稳定的频率域方法有（）A.劳斯判据B.根轨迹方法C.奈奎斯特判据D.波特图法正确答案：C、D二、判断题1、稳态误差与系统的结构和参考输入无关。

（）正确答案：×2、一个系统稳定是指该系统在平衡状态下，受到外部扰动作用而偏离平衡状态，当扰动消失后，经过一段时间，系统不能够回到原来的平衡状态。

（）正确答案：×3、线性系统的稳定性是由系统本身固有的特性决定的，而与系统外部输入信号的有无和强弱有关。

（）正确答案：×三、填空题1、系统的类型的作用：系统的类型数将决定系统有无_______。

正确答案：稳态误差2、已知闭环系统的特征方程45z3−117z2+119z−39=0，该系统_______。

（不稳定/稳定）正确答案：不稳定3、_______指系统过渡过程结束到达稳态以后，系统参考输入与系统输出之间的偏差。

正确答案：稳态误差4、已知闭环系统的特征方程z3−1.001z2+0.3356z+0.00535=0，该系统_______。

（不稳定/稳定）正确答案：稳定。

计算机控制系统特性分析


z 2 + 2 z + 0.9267 = 0
进行w变换后得到：
例4.2 在例4.1中，设T=1s，求使系统稳定的K的变化范 围？并求s平面和w平面的临界频率。 解：采用双线性变换Ⅱ，此时系统的特征方程为
1 + KG ( z ) z =1+ 0.5w = 1 +
1− 0.5 w
−0.2932 w2 + 0.0733w + 3.9267 = 0
则系统是稳定的。
w = ± j1.549
故w平面的临界频率为 s平面的临界频率为
ω w = 1.549
ω= 2 ωT tan −1 w = 1.32 T 2
（3）朱利判据
例4.3 在例4.1中，设T=1s，试用z域直接判别法确定满足系 统稳定的K值范围。 解：系统的特征方程为
W ( z ) = z + (0.368 K − 1.368) z + (0.264 K + 0.368) = 0
n
提供了一 种用解析 法判断离散系统稳定性的途径。 设离 散控制系统的特征方程为
1 + G( z) = 0
其 中 G(z) 一般为 两 个 多项 式之 比 ， 用 W(z) 表 示 特征方程 的分子，即
（3） （4）
s平面垂直直线对应于z 平面的圆周， s 平面的 虚轴对应于z 平面的单位圆
S 平面水平直线对应于z 平面具有相应角度的 直线, ω = ω s / 2 时，正好对应z 平面的横轴
S 平面的等 阻尼线对应于z 平面的螺旋线
2 对于二阶振荡系统 s + 2ξωn s + ω n = 0 ，在S平面上等 阻 尼线为通过原点的射线且 cos β = ξ ，在Z 平面上为螺旋 线。 2

计算机控制系统：计算机控制系统概述习题与答案

1、智能仪表接入计算机有两种途径，一种是485串行方式，另一种是（）。

A.FDDI网B.互联网InternetC.ATM网D.以太网Ethernet正确答案：D2、以太网络最典型的应用形式为顶层采用Ethernet，网络层和传输层一般采用国际标准（）协议。

A. NetBEUIB.TCP/IPC.IPX/SPXD.RS-232-C正确答案：B3、D/A转换器误差的主要来源是（）和保持器（采样点之间插值）的形式以及规定的时间间隔T来决定。

A.信号种类B.转换器种类C.信号大小D.转换器字长正确答案：D1、计算机控制系统的性能指标主要有（）。

A.稳定性B.综合指标等C.稳态指标D.动态指标正确答案：A、B、C、D2、计算机控制系统的主要特点是（）。

A.结构混合B.结构唯一C.信号混合D.信号唯一正确答案：A、C3、计算机控制系统的基本类型有（）。

A.计算机监督控制系统B.总线控制系统C.集散控制系统D.集中式计算机控制系统正确答案：A、B、C、D三、判断题1、计算机控制系统主要从信号变换、对象建模与性能分析、控制算法设计、控制系统仿真、控制系统实现等5个方面系统讲述计算机控制系统分析和设计的基本理论和方法。

（）正确答案：√2、计算机控制实验的基本要求是对课本中所涉及的计算机控制系统的相关理论进行仿真和控制实验研究，包括基础型实验，扩展型实验和研究型实验。

（）正确答案：√3、分级控制系统由现场总线控制、计算机监督控制、直接数字控制三级组成。

（）正确答案：×4、实验平台的“场所便利化”是指被控对象和控制系统小型化，安全性高、成本低，便于使用者携带和使用，在家中和宿舍等场所即可完成各种实验。

（）正确答案：√5、实验平台的“场所便利化”是指被控对象和控制系统小型化，安全性高、成本低，便于使用者携带和使用，在家中和宿舍等场所即可完成各种实验。

（）正确答案：√6、计算机控制系统就是由模拟器件参与并作为核心环节的自动控制系统，即应用模拟器件参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。

计算机的主要性能指标!!

计算机的主要性能指标(掌握)1. 字长：是计算机信息处理中可以同时处理的二进制数的位数。

字长越长，数据的运算精度和计算机的运算功能就越强，他的行使空间就越大，处理速度也就越大。

2. 主频：是指计算机的时钟频率，即CPU在单位时间内的平均操作次数，是决定计算机速度的重要指标，频率越高处理速度越快。

3. 内存容量：内存容量越大，计算机处理时与外存交换数据的次数就越少，因此处理速度越快。

4. 存储周期：存储周期越短速度越快。

5. 运算速度：是指计算机每秒钟能执行的指令数，一般以每秒所能执行的百万条指令数来衡量，单位为每秒百万条指令。

影响计算机运算速度的主要因素是中央处理器的主频和存储器的存取周期。

【例2-27】多选题：计算机的性能指标包括( )。

A.计算机速度B.字长C.内存容量D.分辨率正确答案：ABC解析：计算机系统的性能指标主要包括字长、主频、内存容量、存取周期和运算速度等。

【例2-28】在计算机领域中通常用MIPS来描述( )。

A.计算机的可运行性B.计算机的运算速度C.计算机的可靠性D.计算机的可扩充性正确答案：B解析：在计算机领域中，计算机的运算速度是指计算机每秒钟能执行的指令数，一般以每秒所能执行的百万条指令来衡量，单位为每秒百万条指令(MIPS)微型计算机硬件系统【学习目的与要求】要求掌握冯•诺依曼计算机体系结构的基本思想，掌握计算机硬件(包括中央处理器、内外存储器、输入设备、输出设备)的各组成部分及其工作原理，掌握计算机中的常用术语和主要性能指标。

1946年，著名美籍匈牙利数学家冯•诺依曼(JohnVon Neumann)提出并论证了计算机体系结构的基本思想：1.二进制表示数据和指令2. 将程序(包括数据和指令序列)事先存放在存储器中，当计算机工作时，能够自动、高效地从存储器中取出指令并执行指令。

(最重要)指令：指挥计算机工作的命令程序：有序的指令集合工作过程：读取指令、分析指令、执行指令3.计算机由五大部件构成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备【例2-13】单选题：根据冯.诺依曼原理,计算机硬件的基本组成是( )。

计算机控制技术智慧树知到课后章节答案2023年下青岛大学

计算机控制技术智慧树知到课后章节答案2023年下青岛大学青岛大学第一章测试1.自动控制系统是指在没有人参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定规律运行的系统。

（）答案:对2.操作指导控制系统的最大优点是：结构简单，控制灵活和安全。

（）答案:对3.直接数字控制的特点是：闭环结构，控制的实时性好，可以控制多个回路或对象。

（）答案:对4.在现代工业中，计算机控制系统的工作原理的基本步骤是（）。

答案:实时控制输出 ;实时数据采集 ;实时控制决策5.在现代工业中，计算机控制系统由计算机和两大部分组成。

（）答案:生产过程6.微型计算机控制系统的硬件由( )组成。

答案:输入输出通道 ;外部设备 ;主机 ;测量变送与执行机构7.计算机控制系统主要有六类，分别是直接数字控制系统、操作指导控制系统、计算机监督控制系统、（）、现场总线控制系统、综合自动化系统。

（）答案:计算机集成制造系统8.分布式控制系统DCS包括（），形成分级分布式控制。

答案:综合管理级;现场设备级 ;过程控制级 ;集中监控级9.分布式控制系统DCS的最大优点是：结构简单，控制灵活和安全。

（）答案:错10.计算机监督控制系统（SCC）中，SCC计算机的作用是（）。

答案:按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机11.计算机控制技术是实现自动化的主要方法和手段。

答案:对第二章测试1.计算机与外设交换数据包括（）。

答案:数字量;模拟量;开关量2.过程通道是在计算机和（）之间设置的信息传送和转换的连接通道。

答案:生产过程3.接口电路内部一般设置若干寄存器，用以暂存CPU和外设之间传输的数据、状态和控制信息。

能够被CPU直接访问的寄存器统称为端口（Port），分别叫做( )答案:状态端口;控制端口;数据端口4.在译码过程中，译码电路把控制信号和( )进行组合，产生对芯片或端口的选择信号。

答案:地址信号5.计算机控制系统中内部总线可分为（）。

答案:地址总线;控制总线;数据总线6.数字量输入通道主要由( )等组成。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
控制系统动态过程曲线 如上图所示，系统在外力作用下，输出逐渐与期望值一 致，则系统是稳定的，如曲线①所示；反之，输出如曲线②所 示，则系统是不稳定的。
快： 指动态过程的快速性
快速性即动态过程进行的时间的长短。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，如曲线①所示。
稳和快反映了系统动态过程性能的好坏。既快又稳，表明系 统的动态精度高。

a0 an
ank , k 0,1,n 1 ak
cj

b0 bn1

bn1 j , j 0,1,n 2 bj
si

r0 r3
r31 ,i 0,1,2 ri
朱利稳定பைடு நூலகம்判据
特征多项式的根全部都位于单位圆内的充要条件是下 列不等式成立：
例4.2 请参见教材68页。
例4.2
差，最准确的定位或最大射程的末值控制中。
3. 复合型指标
J
S[x(t f ),t f ]
tf t0
F[x(t),t]dt
复合型指标是积分型和末值型指标的复合，是一个 更普遍的性能指标形式。
5.1.2 典型环节的瞬态响应
典型环节：
一阶系统 二阶系统 高阶系统
瞬态输入信号： 冲击信号： r(t) (t)
4.1.1工程上对控制系统动态过程的性能要求
定义：通常将系统受到给定值或干扰信号作用后， 控制被控量变化的全过程称为系统的动态过程。
工程上常从稳、快、准三个方面来评价控制系统。 稳： 指动态过程的平稳性。 快： 指动态过程的快速性。 准： 指动态过程的最终精度。
稳： 指动态过程的平稳性
一般选=0.4~0.8。
零点
高多项阶式系统
增益 系数
零点
面若上高。G阶(s)系 统BA实((是ss))数稳 b定0ssn的mma，b11ss其nm1闭1环极abn点m1s1分sa布bn m在共左轭半复 s平
极在点所有闭环极极点点中K，离(虚s 轴zi )最近的极点，数附极近点 又没
可控性是指控制作用对被控系统影响的可能性。如果在 一个有限的时间间隔里，可以用一个无约束的控制向量，使 得系统由初始状态转移到终点状态，那么系统就称作在这样 一个时间里是可控的。 如果所研究的系统是不能控的，那 么，最优控制问题就不存在。 关于能控性和能观测性的详细情况可参阅本书第7章。
性能指标
H (s) 5s5 z=

4s 4

s3
0.6s 2 s5

3s

0.5
试判断该闭环系统的稳定性。
-0.7822 + 0.5660i
解：
-0.7822 - 0.5660i
根据题意，运行下列MATLAB程0序.4：681 + 0.6367i
num=[5 4 1 0.6 3 0.5]; den=[1 0 0 0 0 0]; [z,p]=tf2zp(num,den) ii=find(abs(p)>1);
Amplitude
step(g)
0.8
或
0.6
num=[25]; 0.4
den=[1,4,25];
step(num,den)
0.2
Step Response
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Time (sec)
例：
求G(s)

s2

当n2 2n s
n2
的单位冲击响应。
时 0.6,n 5
控制系统只有稳定，才有可能谈得上控制系统 性能的好坏或优劣
计算机控制系统的稳定性跟连续控制系统的稳 定性一样，也是一个重要的概念
稳定性分析也是计算机控制理论中的一个重要 的内容。
能控性和能观测性
控制系统的能控性和能观测性在多变量最优控制中是两个 重要的概念。
可观测性反映了由系统的量测来确定系统状态的可能性。 如果系统的状态在有限的时间间隔内可由输出的观测值来确 定，那么称系统在这样一个时间段内是可观测的。
等幅振荡 系统临界稳定，在实际系统 中也是不允许的。
衰减振荡 当调节器参数选择合适时， 系统可以在比较短的时间内， 以比较少的振荡次数，比较小 的振荡幅度回复到给定值状态， 得到比较满意的性能指标。
非周期衰减 当调节器参数选择合适时， 可以使系统既无振荡，又比较 快地结束过渡过程。
稳定性结论
例4.2 的直接求解结果
z=
D(z) 3z 4 z 3 z 2 2Ezmp1ty matrix: 0-by-1
解：根据题意，运行下列MATLABp程=序：
num=[1];
-0.7357 + 0.6859i
den=[3 1 -1 -2 1];
-0.7357 - 0.6859i
[z,p]=tf2zp(num,den)
1.积分型指标—误差平方的积分
J t te2 (t)dt 0
这种指标较少考虑大的起始误差，着重权衡过渡特性 后期出现的误差，有较好的选择性。该指标反映了控 制系统的快速性和精确性。
1.积分型指标—误差平方的积分
对于多变量控制系统，可采用
J t (eT Qe uT Ru)dt 0
第四章计算机控制系统性能指标 描述
概述
控制系统总是要求实际的被控对象，在给定信号的作 用下达到稳定、快速和准确的性能指标。 计算机控制系统，相对于一般控制系统而言，具有更 多的功能可以实现，即系统能实现最佳的性能指标。 本章描述控制系统的基本性能指标，以及这些性能指 标与系统的固有参数和设计参数的关系，从而为分析和 设计控制系统提供了依据。
动态指标——峰值时间tp
过渡过程到达第一个 峰值所需要的时间 它反映了系统对输入 信号反应的快速性。
tp
动态指标——衰减比η
过程过程衰减快慢的程度，
B1
定义为过渡过程第一个峰值
B1与第二个峰值B2的比值
B1
通常希望衰B2减比为4:1
B2
动态指标——振荡次数N
反映控制系统的阻尼 特性，定义为输出量y(t) 进入稳态前，穿越y(t)的 稳态值y()的次数的一 半。
动态指标——超调量σp
超调量：
σp
p

ym y y
100%
超调量通常以百分数表
示
表示了系统过冲的程度
反映了系统动态过程的 平稳性。
动态指标——调整时间ts

调整时间反映了过渡过 程时间的长短

=0.02或0.05
它反映了动态过程进行 的快慢，是系统的快速性 指标。
ts
2
Time (sec)
典型二阶系统的单位冲击响应曲线
4.2 线性离散系统的稳定性分析
在控制系统性能指标中，系统稳定是一个先 决条件，一个不稳定的控制系统是不能正常工作 的，甚至会导致系统的破坏，所以稳定性是控制 系统的最重要的指标。稳定性是系统的一种固有 特性，这种固有的稳定性只取决于系统的结构参 数，而与系统的初始条件以及外作用无关。

t 0
(q1e12

q2e22
)dt

t 0
(r1u12

r2u22
)dt
式中，加权矩阵Q和R的选择是根据对e和u的各个分量的要 求来确定的。它不仅控制了动态性能指标，而且限制了控制 信号的功率。
2. 末值型指标
J S[x(t f ), t f ]
是末值时刻 tf 和末值状态 x(tf) 的函数。 如：要求在末值时刻，系统具有最小稳态误
Impulse Response 2.5
解： 2 编制Matlab程序如
下：
1.5
Amplitude
wn=5;zeta=0.6;
num=wn.^2;
1
den=[1,2*zeta*wn,
0.5
wn.^2];
impulse(num,den),
0
Grid on;
-0.5
0
0.2 0.4 0.6 0.8
1
1.2 1.4 1.6 1.8
稳态指标：衡量控制系统 精度的指标
•稳态误差 动态指标：比较直观地反 映控制系统的过渡过程特 性
•超调量 •调节时间 •峰值时间 •衰减比 •振荡次数
稳态指标——稳态误差ess
稳态误差是输出量的稳态 值与要求值的差值
ess

ess y0 y
表示了控制精度，越小越 好。
稳态误差与控制系统本身 的特性有关，也与系统的输 入信号形式有关。
阶跃信号： r(t) 1 斜坡信号： r(t) t
一阶系统的瞬态响应
G(s) 1 Ts 1
惯性时间常数T越大，系统的响应越慢。
二阶系统的瞬态响应
G(s)

s2

n2 2n s
n2
无阻尼
=0
欠阻尼 0<<1
临界阻尼 =1
二阶系统一般设计为欠阻过尼阻系尼统，且阻尼越小，超调 越大，但响应速度越快。 >1
有多零项点式，其 它n1 闭环极点n2i1离虚轴比较远（实部之在5倍
以上，对系统响(s 应 p的j )影响(s2可以2忽ll略s 不l2计) ），这些闭环
极点项，衰减j1的比较慢l1 ，在动态过程中起主要作用。
称为闭环主导极点。 若主导极点是一对其轭复数极点，
则原来的高阶系统，可以近似为欠阻尼二阶系统。
用Matlab进行瞬态响应分析
格式： 单位阶跃响应
单位冲击响应
step(sys) step(sys,t) impulse(sys,t)
例：求
G(s)

s2