自动化专业英语第三版王宏文

.UNIT1ElectricalNetworks电路Anelectricalcircuitornetworkiscomposedofelementssuchasresistors,inductors,andcapacitorsconnectedtogetherinsomemanner.Ifthenetworkcontainsnoenergysources,suchasbatteriesorelectricalgenerators,itisknownasapassivenetwork.Ontheotherhand,ifoneormoreenergysourcesarepresent,theresultantcombinationisanactivenetwork.Instudyingthebehaviorofanelectricalnetwork,weareinterestedindeterminingthevoltagesandcurrentsthatexistwithinthecircuit.Sinceanetworkiscomposedofpassivecircuitelements,wemustfirstdefinetheelectricalcharacteristicsoftheseelements.电路或电网络由以某种方式连接的电阻器、电感器和电容器等元件组成。如果网络不包含能源，如电池或发电机，那么就被称作无源网络。换句话说，如果存在一个或多个能源，那么组合的结果为有源网络。在研究电网络的特性时，我们感兴趣的是确定电路中的电压和电流。因为网络由无源电路元件组成，所以必须首先定义这些元件的电特性.Inthecaseofaresistor,thevoltage-currentrelationshipisgivenbyOhm'slaw,whichstatesthatthevoltageacrosstheresistorisequaltothecurrentthroughtheresistormultipliedbythevalueoftheresistance.Mathematically,thisisexpressedas就电阻来说，电压-电流的关系由欧姆定律给出，欧姆定律指出：电阻两端的电压等于电阻上流过的电流乘以电阻值。在 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 上 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达为:u=iR(1-1A-1)式中u=电压，伏特；i=电流，安培；R=电阻，欧姆。ThevoltageacrossapureinductorisdefinedbyFaraday’slaw,whichstatesthatthevoltageacrosstheinductorisproportionaltotherateofchangewithtimeofthecurrentthroughtheinductor.Thuswehave纯电感电压由法拉第定律定义，法拉第定律指出：电感两端的电压正比于流过电感的电流随时间的变化率。因此可得到：U=Ldi/dt式中di/dt=电流变化率，安培/秒；L=感应系数，享利。Thevoltagedevelopedacrossacapacitorisproportionaltotheelectricchargeqaccumulatingontheplatesofthecapacitor.Sincetheaccumulationofchargemaybeexpressedasthesummation,orintegral,ofthechargeincrementsdq,wehavetheequation电容两端建立的电压正比于电容两极板上积累的电荷q。因为电荷的积累可表示为电荷增量dq的和或积分，因此得到的等式为u=，式中电容量C是与电压和电荷相关的比例常数。由定义可知，电流等于电荷随时间的变化率，可表示为i=dq/dt。因此电荷增量dq等于电流乘以相应的时间增量，或dq=idt，那么等式(1-1A-3)可写为式中C=电容量，法拉。..归纳式(1-1A-1)、(1-1A-2)和(1-1A-4)描述的三种无源电路元件如图1-1A-1所示。注意，图中电流的参考方向为惯用的参考方向，因此流过每一个元件的电流与电压降的方向一致。Activeelectricaldevicesinvolvetheconversionofenergytoelectricalform.Forexample,theelectricalenergyinabatteryisderivedfromitsstoredchemicalenergy.Theelectricalenergyofageneratorisaresultofthemechanicalenergyoftherotatingarmature.有源电气元件涉及将其它能量转换为电能，例如，电池中的电能来自其储存的化学能，发电机的电能是旋转电枢机械能转换的结果。Activeelectricalelementsoccurintwobasicforms:voltagesourcesandcurrentsources.Intheiridealform,voltagesourcesgenerateaconstantvoltageindependentofthecurrentdrawnfromthesource.Theaforementionedbatteryandgeneratorareregardedasvoltagesourcessincetheirvoltageisessentiallyconstantwithload.Ontheotherhand,currentsourcesproduceacurrentwhosemagnitudeisindependentoftheloadconnectedtothesource.Althoughcurrentsourcesarenotasfamiliarinpractice,theconceptdoesfindwideuserepresentinganamplifyingdevice,suchasthetransistor,bymeansofanequivalentelectricalcircuit.有源电气元件存在两种基本形式：电压源和电流源。其理想状态为：电压源两端的电压恒定，与从电压源中流出的电流无关。因为负载变化时电压基本恒定，所以上述电池和发电机被认为是电压源。另一方面，电流源产生电流，电流的大小与电源连接的负载无关。虽然电流源在实际中不常见，但其概念的确在表示借助于等值电路的放大器件，比如晶体管中具有广泛应用。电压源和电流源的符号表示如图1-1A-2所示。Acommonmethodofanalyzinganelectricalnetworkismeshorloopanalysis.ThefundamentallawthatisappliedinthismethodisKirchhoff’sfirstlaw,whichstatesthatthealgebraicsumofthevoltagesaroundaclosedloopis0,or,inanyclosedloop,thesumofthevoltagerisesmustequalthesumofthevoltagedrops.Meshanalysisconsistsofassumingthatcurrents-termedloopcurrents-flowineachloopofanetwork,algebraicallysummingthevoltagedropsaroundeachloop,andsettingeachsumequalto0.分析电网络的一般方法是网孔分析法或回路分析法。应用于此方法的基本定律是基尔霍夫第一定律，基尔霍夫第一定律指出：一个闭合回路中的电压代数和为0，换句话说，任一闭合回路中的电压升等于电压降。网孔分析指的是：假设有一个电流——即所谓的回路电流——流过电路中的每一个回路，求每一个回路电压降的代数和，并令其为零。考虑图1-1A-3a所示的电路，其由串联到电压源上的电感和电阻组成，假设回路电流i，那么回路总的电压降为因为在假定的电流方向上，输入电压代表电压升的方向，所以输电压在（1-1A-5）式中为负。因为电流方向是电压下降的方向，所以每一个无源元件的压降为正。利用电阻和电感压降公式，可得等式(1-1A-6)是电路电流的微分方程式。或许在电路中，人们感兴趣的变量是电感电压而不是电感电流。正如图1-1A-1指出的用积分代替式(1-1A-6)中的i，可得1-1A-7A..AOperationalAmplifier运算放大器Oneproblemwithelectronicdevicescorrespondingtothegeneralizedamplifiers（n.放大器）isthatthegains,AuofAi,dependuponinternetpropertiesofthetwo–portsystem(,,iR,oR,etc.).Thismakesdesigndifficultsincetheseparametersusuallyvaryfromdevisetodevise,aswellaswithtemperature.Theoperationalamplifier,orOp-Amp,isdesignedtodevicetominimizethisdependenceandtomaximizetheeaseofdesign.AnOp-Ampisanintegratedcircuitthathasmanycomponentpartssuchasresistorsandtransistorbuiltintothedevice.Atthispointwewillmakenoattempttodescribetheseinnerworkings.运算放大器像广义放大器这样的电子器件存在的一个问题就是它们的增益AU或AI取决于双端口系统(m、b、RI、Ro等)的内部特性。器件之间参数的分散性和温度漂移给 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 工作增加了难度。设计运算放大器或Op-Amp的目的就是使它尽可能的减少对其内部参数的依赖性、最大程度地简化设计工作。运算放大器是一个集成电路，在它内部有许多电阻、晶体管等元件。就此而言，我们不再描述这些元件的内部工作原理。AtotallygeneralanalysisoftheOp-Ampisbeyondthescopeofsometexts.Wewillinsteadstudyoneexampleindetail,thenpresentthetwoOp-Amplawsandshowhowtheycanbeusedforanalysisinmanypracticalcircuitapplications.Thesetwoprinciplesallowonetodesignmanycircuitswithoutadetailedunderstandingofthedevicephysic.Hence,Op-Amparequietusefulforaresearcherinavarietyoftechnicalfieldwhoneedtobuildsimpleamplifierbutdonotwanttodesignatthetransistorlever.InthetextofelectricalcircuitsandelectronicstheywillalsoshowhowtobuiltsimplefiltercircuitsusingOp-Amps.Thetransistoramplifiers,whicharebuildingblock（积木）fromwhichOp-Ampintegratedcircuitsareconstructed,willbediscussed.运算放大器的全面综合分析超越了某些教科书的范围。在这里我们将详细研究一个例子，然后给出两个运算放大器定律并说明在许多实用电路中怎样使用这两个定律来进行分析。这两个定律可允许一个人在没有详细了解运算放大器物理特性的情况下设计各种电路。因此，运算放大器对于在不同技术领域中需要使用简单放大器而不是在晶体管级做设计的研究人员来说是非常有用的。在电路和电子学教科书中，也说明了如何用运算放大器建立简单的滤波电路。作为构建运算放大器集成电路的积木—晶体管，将在下篇课文中进行讨论。ThesymbolusedforanidealOp-AmpisshowninFig.1-2A-1.Onlythreeconnectionsareshown:thepositiveandnegativeinputs,andtheoutput.NotshownareotherconnectionsnecessarytoruntheOp-Ampsuchasitsattachmenttopowersuppliesandtogroundpotential（n.电势）.ThelatterconnectionsarenecessarytousetheOp-AmpinapracticalcircuitbutarenotnecessarywhenconsideringtheidealOp-Ampapplicationswestudyinthisunit.Thevoltagesatthetwoinputsandoutputwillberepresentedbythesymbols.EachismeasuredwithrespecttogroundpotentialOperationalamplifiersaredifferentialdevices.Bythiswemeanthattheoutputvoltagewithrespecttogroundisgivenbytheexpression.理想运算放大器的符号如图1-2A-1所示。图中只给出三个管脚：正输入、负输入和输出。..让运算放大器正常运行所必需的其它一些管脚，诸如电源管脚、接零管脚等并未画出。在实际电路中使用运算放大器时，后者是必要的，但在本文中讨论理想的运算放大器的应用时则不必考虑后者。两个输入电压和输出电压用符号U+、U-和Uo表示。每一个电压均指的是相对于接零管脚的电位。运算放大器是差分装置。差分的意思是：相对于接零管脚的输出电压可由下式表示(1-2A-1)WhereAisthegainoftheOp-AmpandandUUthevoltagesatinputs.Inotherwords,theoutputvoltageisAtimesthedifferenceinpotentialbetweenthetwoinputs.式中A是运算放大器的增益，U+和U-是输入电压。换句话说，输出电压是A乘以两输入间的电位差。Integratedcircuittechnologyallowsconstructionofmanyamplifiercircuitsonasinglecomposite―chip‖ofsemiconductormaterial.Onekeytothesuccessofanoperationalamplifieristhe―cascading‖(n,v.串联adj串联的)ofanumberoftransistoramplifierstocreateaverylargetotalgain.Thatis,thenumberAinEq.(1-2A-1)canbeontheorderof(属于同类的，约为)100,000ormore.(Forexample,cascadingoffivetransistoramplifiers,eachwithagainof10,wouldyieldthisvalueforA.)Asecondimportantfactoristhatthesecircuitscanbebuiltinsuchawaythatthecurrentflowintoeachofheinputsisverysmall.Athirdimportantdesignfeatureisthattheoutputofthedeviceactslikeanidealvoltagesource.集成电路技术使得在非常小的一块半导体 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的复合“芯片”上可以安装许多放大器电路。运算放大器成功的一个关键就是许多晶体管放大器“串联”以产生非常大的整体增益。也就是说，等式(1-2A-1)中的数A约为100,000或更多(例如，五个晶体管放大器串联，每一个的增益为10，那么将会得到此数值的A)。第二个重要因素是这些电路是按照流入每一个输入的电流都很小这样的原则来设计制作的。第三个重要的设计特点就是运算放大器的输出阻抗(Ro)非常小。也就是说运算放大器的输出是一个理想的电压源。WenowcananalyzetheparticularamplifiercircuitgiveninFig.1-2A-2usingthesecharacteristics.Firstwenotethatthevoltageatthepositiveinput，U+,isequaltothesourcevoltage,_UU.Variouscurrentsaredefinedinpartblfthefigure.ApplyingKVLaroundtheouterloopinFig.1-2A-2bandrememberingtattheoutputvoltage,oU,ismeasuredwithrespectground,wehave我们现在利用这些特性就可以分析图1-2A-2所示的特殊放大器电路了。首先，注意到在正极输入的电压U+等于电源电压，即U+=Us。各个电流定义如图1-2A-2中的b图所示。对图1-2A-2b的外回路应用基尔霍夫定律，注意输出电压Uo指的是它与接零管脚之间的电位，我们就可得到因为运算放大器是按照没有电流流入正输入端和负输入端的原则制作的，即I-=0。那么对负输入端利用基尔霍夫定律可得I1=I2，利用等式(1-2A-2)，并设I1=I2=I，U0=(R1+R2)I(1-2A-3)根据电流参考方向和接零管脚电位为零伏特的事实，利用欧姆定律，可得负极输入电压U-：因此U-=IR1，并由式(1-2A-3)可得：因为现在已有了U+和U-的表达式，所以式(1-2A-1)可用于计算输出电压，综合上述等式，可得：最后可得：Thisisthegainfactorforthecircuit.IfAisaverylargenumber,largeenoughthatthedenomina..tor,bytheARterm.ThefactorA,whichisinboththenumeratoranddenominator,thencancelsoutandthegainisgivenbytheexpression这是电路的增益系数。如果A是一个非常大的数，大到足够使AR1>>(R1+R2)，那么分式的分母主要由AR1项决定，存在于分子和分母的系数A就可对消，增益可用下式表示这表明(1-2A-5b)，ThisshowsthatifAisverylarge,thenthegainofthecircuitisindependentoftheexactvalueofAandcanbecontrolledbythechoiceof21andRR.ThisisoneofthekeyfeatureofOp-Ampitself.NotethatifA=100,000thepricewehavepaidforthisadvantageisthatwehaveusedadevicewithavoltagegainof100,000toproduceanamplifierwithagainif10.Insomesense,byusinganOp-Ampwetradeoff（换取）―power‖for―control‖.如果A非常大，那么电路的增益与A的精确值无关并能够通过R1和R2的选择来控制。这是运算放大器设计的重要特征之一——在信号作用下，电路的动作仅取决于能够容易被设计者改变的外部元件，而不取决于运算放大器本身的细节特性。注意，如果A=100,000，而(R1+R2)/R1=10，那么为此优点而付出的代价是用一个具有100,000倍电压增益的器件产生一个具有10倍增益的放大器。从某种意义上说，使用运算放大器是以“能量”为代价来换取“控制”。AsimilarmathematicalanalysiscanbemadeinanyOp-Ampcircuit,butthisiscumbersomeandtherearesomeveryusefulshortcutsthatinvolveapplicationifthetwolawsofOp-Ampswhichwenowpresent.对各种运算放大器电路都可作类似的数学分析，但是这比较麻烦，并且存在一些非常有用的捷径，其涉及目前我们提出的运算放大器两个定律应用。ThefirstlawstatesthisinnormalOp-Ampcircuitswemayassumethatthevoltagedifferencebetweentheinputterminalsiszero,thatis,第一个定律指出：在一般运算放大器电路中，可以假设输入端间的电压为零，也就是说，ThesecondlawstatesthatinnormalOp-Ampcircuitsbothisoftheinputcurrentsmaybeassumedtobezero:第二个定律指出：在一般运算放大器电路中，两个输入电流可被假定为零：I+=I-=0Thefirstlawisduetothelargevalueoftheintrinsic（adj.内在的）gainA.forexample,iftheoutputifanOp-Ampis1VandA=100,000,then510UUV.thisissuchasmallnumberthatitcanoftenbeignored,andwesetUU.Thesecondlawcomesfromtheconstructionofthecircuitry（n.电路）insidetheOp-Ampwhichissuchthatalmostmocurrentflowsintoeitherofthetwoinput.第一个定律是因为内在增益A的值很大。例，如果运算放大器的输出是1V，并且A=100,000,那么这是一个非常小、可以忽略的数，因此可设U+=U-。第二个定律来自于运算放大器的内部电路结构，此结构使得基本上没有电流流入任何一个输入端。AA..TheTransferFunctionandtheLaplaceTransformationBB传递函数和拉普拉斯变换传递函数的概念Iftheinput-outputrelationshipofthelinearsystemofFig.1isknown,thecharacteristicsofthesystemitselfarealsoknown.TheinputoutputrelationshipintheLaplacedomainiscalledthetransferfunction(TForGGain).Bydefinition,thetransferfunctionorsystemistherationofthetransformedoutputtothetransformedinput:如果像式2-1B-1表示的线性系统的输入输出关系已知，则系统的特性也可以知道。在拉普拉斯域表示的输入输出关系被称做传递函数。由定义，元件或系统的传递函数是经拉氏变换的输出与输入的比值：Thisdefinitionofthetransferfunctionrequiresthesystemtobelinearandstationary,withcontinuousvariablesandwithzeroinitialconditions.Thetransferfunctionismostusefulwhenthesystemislumpedparameterandwhentransportlagsareabsentorneglected.UndertheseconditionsthetransferfunctionitselfcanbeexpressedasaratiooftwopolynomialsinthecomplexLaplacevariables,or此传递函数的定义要求系统是线性的和非时变的，具有连续变量和零起始条件。传递函数最适用于系统是集中参数和当传输延迟不存在或可忽略的情况。在这种条件下，传递函数本身可表示为拉普拉斯复数变量s的两个多项式的比值：Forphysicalsystems,N(s)willbeoflowerorderthanD(s)sincenatureintegratesratherthandifferentiates.ItwillbeshownlaterthatafrequencytransferfunctionforuseinthefrequencydomaincanbeobtainedbyreplacingtheLaplacevariablesinthetransferfunctionbyjwt.Foraclosed-loopsystem,closedthetransferfunctionis:对于物理系统，由于系统特性是积分而不是微分，所以N(s)的阶次比D(s)要低。后面我们将看到用于频域的频率传递函数，它是通过把传递函数中拉普拉斯变量s用jt代换得到的。在式2-1B-2中，传递函数分母D(s)由于包含系统中所有的物理特征值而被称做特征方程。令D(s)等于0即得到特征方程。特征方程的解决定系统的稳定性和对任一输入下的暂态响应的一般特性。多项式N(s)是表示输入如何进入系统的函数。因而N(s)并不影响绝对稳定性或者暂态模式的数目和特性。在特定的输入下，它决定每一暂态模式的大小和符号，从而确定暂态响应的图形和输出的稳态值。对于一个闭环系统，其传递函数为：式中W(s)为闭环传递函数，G(s)H(s)称为开环传递函数，1+G(s)H(s)是特征函数。传递函数可以通过多种方法求得。一种方法是纯数学的，先对描述元件或系统的微分方程取拉普拉斯变换，然后求解得出传递函数。当存在非零起始条件时将之看作外加输入对待。第二种方法是试验法。通过给系统加上已知的输入，测出输出值，通过整理数据和曲线得出传递函数。某子系统或整个系统的传递函数经常通过对已知的单个元件传递函数的正确合并而得到。这种合并或化简称做方块图代数。拉普拉斯变换TheLaplacetransformationcomesfromtheareaofoperationalmathematicsandisextremelyusefulintheanalysisanddesignoflinearsystems.Ordinarydifferentialequationswithconstant..coefficientstransformintoalgebraicequationsthatcanbeusedtoimplementthetransferfunctionconcept.TheLaplacetransformisanevolutionfromtheunilateralFourierintegralandisdefinedas:拉氏变换源于 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 数学领域，广泛用于线性系统的分析和设计。常系数的常微分方程转变为代数方程可通过传递函数的概念实现。此外，拉氏域更适合于工作，传递函数容易处理、修改和分析。设计人员很快就会熟练地把拉普拉斯域的变化与时域状态联系起来而不需真地解系统方程（时域）。当需要时域解时拉氏变换法可直接使用。解是全解，包括通解和特解，初始条件被自动包含在内。最后，可以很容易从拉氏域转到频域中去。WhereF(s)istheLaplacetransformoff(t).Conversely,f(t)istheinversetransformofF(s)andcanberepresentedbytherelationship:变换拉氏是从傅立叶积分演变而来，它定义为：ThesymbolsdenotestheLaplacevariableandisacomplexvariable;Consequently,sissometimesreferredtoasacomplexfrequencyandtheLaplacedomainiscalledthecomplexfrequencydomain.这里F(s)是f(t)的拉氏变换。相反，f(t)是F(s)反变换，它们之间的关系可由下式表达，符号s表明拉氏变量是一个复数变量(+j)。因此，s有时表示复频，拉氏域称做复频域。由于式（2-1B-4）的积分是不定积分，因此不是所有函数都可以进行拉氏变换。幸运的是，系统设计者感兴趣的函数通常都可以。拉氏变换的使用条件、理论证明和其他用途可见于工程数学的标准著作中。式（2-1B-4）的定义可用来找到我们最常见和用到的函数的拉氏变换。为了方便，我们过去常建一个变换对的表，用于简化拉氏域变换和反变换。这里有几条拉氏变换的定理和性质，它们既必需也很有帮助。1.线性和叠加：式中c和ci都是常数。2.微分和积分定理：对时间导数的拉氏变换可写为式中f(0)，df(0)，等是初始条件。如果初始条件为零，正如控制系统分析和设计的一般情况，最后的方程可缩减为：积分的拉氏变换是初始条件为零，它也可缩减为F(s)/s。3.初值和终值定理：初值定理表述为在进行拉氏反变换时有用处。终值定理表述为这里fss是f(t)的稳态值。平移定理：第一个平移定理表明或式(2-1B-6)表示在拉氏域内移动a个单位，变换后在时域内得到e-a倍。第二个平移定理表明这个定理在对延迟的输入和信号如传输滞后和由分析函数表示的连续输入很有用。建模分析技术需要数学模型。对于具有有限数目微分方程和用方块图代数表示的时不变线性系统的分析和设计，传递函数是一种方便的模型形式。从描述一个特定对象、过程或元件的微分或积分-微分方程，运用拉氏方程及其性质可以得到传递函数。我们可以通过一个简单的例子说明：图中输出电压uc由输入电压u激励。根据基尔霍夫定律，二者关系可写为下式运用定理，零初始条件的变换方程如下求解变换输出与输入的比，即得到系统的传递函数..THeworldofcontrol控制的世界简介Thewordcontrolisusuallytakentomeanregulate,direct,orcommand.Controlsystemsaboundinourenvironment.Inthemostabstractsenseitispossibletoconsidereveryphysicalobjectasacontrolsystem.控制一词的含义一般是调节、指导或者命令。控制系统大量存在于我们周围。在最抽象的意义上说，每个物理对象都是一个控制系统。Controlsystemsdesignedbyhumansareusedtoextendtheirphysicalcapabilities,tocompensatefortheirphysicallimitations,torelievethemofroutineortedioustasks,ortosavemoney.Inamodernaircraft,forexample,thepowerboostcontrolsamplifytheforceappliedbythepilottomovethecontrolsurfaceagainstlargeaerodynamicforces.ThereactiontimeofahumanpilotistooslowtoenablehimorhertoflyanaircraftwithalightlydampedDutchrollmodewithouttheadditionofayawdampersystem.Anautopilot(flightcontrolsystem)relievesthepilotofthetaskofcontinuouslyoperatingthecontrolstomaintainthedesiredheading,altitude,andattitude.Freedofthisroutinetask,thepilotcanperformothertasks,suchasnavigationand/orcommunications,thusreducingthenumberofcrewrequiredandconsequentlytheoperatingcostoftheaircraft.控制系统被人们用来扩展自己的能力，补偿生理上的限制，或把自己从常规、单调的工作中解脱出来，或者用来节省开支。例如在现代航空器中，功率助推装置可以把飞行员的力量放大，从而克服巨大的空气阻力推动飞行控制翼面。飞行员的反应速度太慢，如果不附加阻尼偏航系统，飞行员就无法通过轻微阻尼的侧倾转向方式来驾驶飞机。自动飞行控制系统把飞行员从保持正确航向、高度和姿态的连续操作任务中解脱出来。没有了这些常规操作，飞行员可以执行其他的任务，如领航或通讯，这样就减少了所需的机组人员，降低了飞行费用。Inmanycases,thedesignofcontrolsystemisbasedonsometheoryratherthanintuitionortrail-and-error.Controltheoryisusedfordealingwiththedynamicresponseofasystemtocommands,regulations,ordisturbances.Theapplicationofcontroltheoryhasessentiallytwophases:dynamicanalysisandcontrolsystemdesign.Theanalysisphaseisconcernedwithdeterminationoftheresponseofaplant(thecontrolledobject)tocommands,disturbances,andchangesintheplantparameters.Ifthedynamicresponseissatisfactory,thereneedbenosecondphase.Iftheresponseisunsatisfactoryandmodificationoftheplantisunacceptable,adesignphaseisnecessarytoselectthecontrolelements(thecontoller)neededtoimprovethedynamicperformancetoacceptablelevels.在很多情况下，控制系统的设计是基于某种理论，而不是靠直觉或试凑法。控制系统能够用来处理系统对命令、调节或扰动的动态响应。控制理论的应用基本上有两个方面：动态响应分析和控制系统设计。系统分析关注的是命令、扰动和系统参数的变化对被控对象响应..的决定作用。如某动态响应是满足需要的，就不需要第二步了。如果系统不能满足要求，而且不能改变被控对象，就需要进行系统设计，来选择使动态性能达到要求的控制元件。Controltheoryitselfhastwocategories:classicalandmodern.Classicalcontroltheory,whichhaditsstartduringWorldWarII,canbecharacterizedbythetransferfunctionconceptwithanalysisanddesignprincipallyintheLaplaceandfrequencydomains.Moderncontroltheoryhasarisenwiththeadventofhigh-speeddigitalcomputersandcanbecharacterizedbythestatevariableconceptwithemphasisonmatrixalgebraandwithanalysisanddesignprincipallyinthetimedomain.Asmightbeexpected,eachapproachhasitsadvantagesanddisadvantagesaswellasitsproponentsanddetractors.控制理论本身分成两个部分：经典和现代。经典控制理论始于二次大战以传递函数的概念为特征，分析和设计主要在拉普拉斯域和频域内进行。现代控制理论是随着高速数字计算机的出现而发展起来的。它以状态变量的概念为特征，重点在于矩阵代数，分析和设计主要在时域。每种方法都有其优点和缺点，也各有其倡导者和反对者。Ascomparedtomodernapproach,theclassicalapproachhasthetutorialadvantageofplacinglessemphasisonmathematicaltechniquesandmoreemphasisonphysicalunderstanding.Futhermore,inmanydesignsituationstheclassicalapproachisnotonlysimplerbutmaybecompletelyadequate.Inthosemorecomplexcaseswhereitisnotadequate,theclassicalapproachsolutionmayaidinapplyingthemodernapproachandmayprovideacheckonthemorecompleteandexactdesign.Forthesereasonsthesubsequentarticleswillintroducetheclassicalapproachindetail.与现代控制理论相比，经典方法具有指导性的优点，它把重点很少放在数学技术上，而把更多重点放在物理理解上。而且在许多设计情况中，经典方法既简单也完全足够用。在那些更复杂的情况中，经典方法虽不能满足，但它的解可以对应用现代方法起辅助作用，而且可以对设计进行更完整和准确的检查。由于这些原因，后续的章节将详细地介绍经典控制理论。控制系统的分类和术语Controlsystemsareclassifiedintermsthatdescribeeitherthesystemitselforitsvariables:控制系统可根据系统本身或其参量进行分类：Openloopandclosedloopsystem(asshowninfigure2-1a-(1):openloopcontrolsystemistocontrolthebehaviorhasnothingtodowiththeoutputofthesystem.Andclosedloopsystem,theinputofthecontrolledsystemtosomeextentdependsontheactualoutput.Becausetheoutputtoafunctionalformdeterminedbythefeedbackelementfeedback,andtheninputminus.Closedloopsystemisoftenreferredtoasnegativefeedbacksystemorsimplythefeedbacksystem.开环和闭环系统（如图2-1A-1）：开环控制系统是控制行为与输出无关的系统。而闭环系统，其被控对象的输入在某种程度上依赖于实际的输出。因为输出以由反馈元件决定的一种函数形式反馈回来，然后被输入减去。闭环系统通常是指负反馈系统或简称为反馈系统。连续和离散系统：所有变量都是时间的连续函数的系统称做连续变量或模拟系统，描述的方程是微分方程。离散变量或数字系统有一个或多个只是在特殊时刻可知的变量，如图2-1A-2b，描述方程是差分方程。如果时间间隔是可控的，系统被称做数据采样系统。离散变量随机地产生，例如：为只能接受离散数据的数字计算机提供一个输入。显然，当采样间..隔减小时，离散变量就接近一个连续变量。不连续的变量，如图2-1A-2c所示，出现在开关或乓-乓控制系统中。这将分别在后续的章节中讨论。Thelinearandnonlinearsystem:ifallsystemcomponentsarelinear,thesystemislinear.Ifanyoneisnon-linear,thesystemisnonlinear.线性和非线性系统：如果系统所有元件都是线性的，系统就是线性的。如果任何一个是非线性的，系统就是非线性的。时变和时不变系统：一个时不变系统或静态系统，其参数不随时间变化。当提供一个输入时，时不变系统的输出不依赖于时间。描述系统的微分方程的系数为常数。如果有一个或多个参数随时间变化，则系统是时变或非静态系统提供输入的时间必须已知，微分方程的系数是随时间而变化的。集中参数和分散参数系统：集中参数系统是其物理性质被假设集中在一块或多块，从而与任何空间分布无关的系统。在作用上，物体被假设为刚性的，被作为质点处理；弹簧是没有质量的，电线是没有电阻的，或者对系统质量或电阻进行适当的补偿；温度在各部分是一致的，等等。在分布参数系统中，要考虑到物理特性的连续空间分布。物体是有弹性的，弹簧是有分布质量的，电线具有分布电阻，温度在物体各处是不同的。集中参数系统由常微分方程描述，而分布参数系统由偏微分方程描述。确定系统和随机系统：一个系统或变量，如果其未来的性能在合理的限度内是可预测和重复的，则这个系统或变量就是确定的。否则，系统或变量就是随机的。对随机系统或有随机输入的确定系统的分析是基于概率论基础上的。单变量和多变量系统：单变量系统被定义为对于一个参考或命令输入只有一个输出的系统，经常被称为单输入单输出（SISO）系统。多变量（MIMO）系统含有任意多个输入和输出。（没英语，看书本）控制系统工程设计问题Designingacontrolsystemisnotapreciseorwell-definedprocessrather,itisasequenceofinterrelatedevents.Atypicalsequencemightbe:控制系统工程由控制结构的分析和实际组成。分析是对所存在的系统性能的研究，设计问题是对系统部件的一种选择和安排从而实现特定的任务。Designingacontrolsystemisnotapreciseorwell-definedprocessrather,itisasequenceofinterrelatedevents.Atypicalsequencemightbe:控制系统的设计并不是一个精确或严格确定的过程，而是一系列相关事情的序列，典型的顺序是：1.Modelingoftheplant2.Linearizationoftheplantmodel3.Dynamicanalysisoftheplant4.Nonlinearsimulationoftheplant5.Establishmentofthecontrolphilosophy&strategy6.Selectionoftheperformancecriteriaandindices7.DesignofthecontrollerDynamicanalysisofthecompletesystem9.Nonlinearsimulationofthecompletesystem10.Selectionofthehardwaretobeused11.Constructionandtestofthedevelopmentsystem12.Designoftheproductionmodel13.Testoftheproductionmodel...1)被控对象的建模；2）系统模型的线性化；3）系统的动态分析；4）系统的非线性仿真；5）控制思想和方法的建立；6）性能指标的选择；7）控制器的设计；8）整个系统的动态分析；9）整个系统的非线性仿真；10）所用硬件的选择；11）开发系统的建立和测试；12）产品模型的设计；13）产品模型的测试。Thissequenceisnotrigid,all-inclusive,ornecessarilysequential.Itisgivenheretoestablisharationaleforthetechniquesdevelopedanddiscussedinthesubsequentunits.这个顺序不是固定的，全包括的或必要次序的。这里给出为后续单元提出和讨论的技术做一个合理的阐述。..SteadyState稳态误差Acontrolsystemisdesignedtocontrolthedynamicbehavior(thetimeresponse)ofaplantsubjecttocommandsordisturbances.Thedesignershouldbefullyaware,however,oftheroleofthesteadyequationsanderrorsintheoverallprocess,aswellastheirinfluenceonthedynamicbehavioroftheplant.控制系统设计就是使装置在有指令信号或者干扰时有满意的行为（时域响应）。设计者必须清楚地知道整个过程的稳态方程和误差，以及他们对装置的动态性能的影响。（控制系统的设计目标是控制一个系统的动态性能，使之响应于命令或扰动。设计者应充分了解稳态方程和误差在整个过程中的作用，同时也应知道它们在被控对象动态性能上的影响。）Anaccuracyofasystemisameasureofhowwellitfollowscommands.Itisanimportantperformancecriterion;aguidancesystemthatcannotplacespacecraftonasuitabletrajectoryisobviouslyuselessnomatterhowwell-behaveditstransientresponse.衡量系统的精度之一，就是其如何跟踪给定命令。这是一项重要的性能指标。一个导航系统如果不能将飞行器置于合适的轨迹，那么无论有多好的动态性能，都是没有用。Accuracyisgenerallyexpressedintermsofacceptablesteady-stateerrorsforspecified......(开头第三段)（精度通常是按可接受的对特定输入(Er)或扰动(Ed)的稳态误差而定的。误差e(t)定义为期望输出值r(t)和实际输出值c(t)的差。要注意，这里的误差并不一定是启动信号(t)，除非是单位反馈系统。当系统的暂态结束后，误差e(t)成为稳态误差ess。根据终值定理，时域中的稳态误差可写作下式：指定输入的稳态误差对如图2-2B-1中的单位反馈系统，闭环传递函数如下式