4.1 动态调速指标

衡量和评价调速系统动态过程中的性能指标称为动态调速指标。调速系统的动态调速指标包括对给定输入信号的跟随性能指标和对扰动输入信号的抗扰性能指标。

4.1.1 跟随性能指标

在给定信号（或称参考输入信号）R（t）的作用下，系统输出量C（t）的变化情况用跟随（Tracking）性能指标来描述。对于不同变化方式的给定信号，其输出响应也不一样。通常，跟随性能指标是在初始条件为零的情况下，以系统对单位阶跃输入信号的输出响应（称为单位阶跃响应）为依据提出的。具体的跟随性能指标有图4-1所示各项内容。

1）上升时间t_r：单位阶跃响应曲线从零起第一次上升到稳态值C_∞所需的时间称为上升时间，它表示动态响应的快速性。

2）超调量σ：动态过程中，输出量超出输出稳态值的最大偏差与稳态值之比，用百分数表示，叫作超调量，即

超调量用来说明系统的相对稳定性，超调量越小，说明系统的相对稳定性越好，即动态响应比较平稳。

3）调节时间t_s：调节时间又称过渡过程时间，它衡量系统整个动态响应过程的快慢。原则上它应该是系统从给定信号阶跃变化起，到输出量完全稳定下来为止的时间，对于线性控制系统，理论上要到t=∞才真正稳定。实际应用中，一般将单位阶跃响应曲线衰减到与稳态值的误差进入并且不再超出允许误差带（通常取稳态值的±5%或±2%）所需的最小时间定义为调节时间。

4.1.2 抗扰性能指标

控制系统在稳态运行中，如果受到外部扰动（Disturbance），如负载变化、电网电压波动，就会引起输出量的变化。输出量变化多少？经过多长时间能恢复稳定运行？这些问题反映了系统抵抗扰动的能力。一般以系统稳定运行中突加阶跃扰动N以后的过渡过程作为典型的抗扰过程（见图4-2）。抗扰性能指标有以下几项。

1）最大动态变化量：其值一般表示为

系统稳定运行时，突加一定数值的扰动后所引起的输出量的最大变化，用最大降落值ΔC_max与原稳态值输出C_∞1的比的百分数表示，称为最大动态变化量。输出量在经历动态变化后逐渐恢复，达到新的稳态值C_∞2，C_∞1-C_∞2是系统在该扰动作用下的稳态误差（即静差）。调速系统突加负载扰动时的最大动态变化量称为动态速降，其值一般表示为

2）恢复时间t_v：从阶跃扰动作用开始，到输出量基本上恢复稳态，与新稳态值C_∞2误差（或进入某个规定的基准值C_b）的±5%或±2%范围之内所需的时间，定义为恢复时间t_v，C_b称为抗扰指标中输出量的基准值，视具体情况选定。

上述动态指标都属于时域上的性能指标，它们能够比较直观地反映出生产要求。但是，在进行工程设计时，作为系统的性能指标还有一套频域上的提法。其中，根据系统开环频率特性提出的性能指标为相角裕量γ和开环特性截止频率ω_c，根据系统的闭环幅频特性提出的性能指标为闭环幅频特性峰值M_r和闭环特性通频带ω_b。相角裕量γ和闭环幅频特性峰值M_r反映系统的相对稳定性，开环特性截止频率ω_c和闭环特性通频带ω_b反映系统的快速性。

实际控制系统对于各种性能指标的要求是不同的，是由生产机械工艺要求确定的。例如，可逆轧机和龙门刨床，需要连续正反向运行，因而对转速的跟随性能和抗扰性能要求都较高，而一般的不可逆调速系统则主要要求一定的转速抗扰性能，工业机器人和数控机床的位置随动系统要有较严格的跟随性能，多机架的连轧机则是要求高抗扰性能的调速系统。总之，一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主。