自动化专业英语第三版王树青1.2翻译

翻译1.2 什么是反馈和它有什么影响？

1.第一节事例中，应用反馈的动机有些过于简单。

2. 在这些例子中，应用反馈的目的是减小参考输入和系统输出间的误差。

3. 然而，在控制系统中应用反馈的重要性要比这些简单例子所示的复杂得多。

4. 减少系统误差只是反馈对系统产生的重要作用之一。

5. 在下面的章节里，反馈还能对系统的下列运行特性产生影响：稳定性，带宽，总增益，扰动和灵敏度。

1.为了理解反馈对控制系统的作用，我们需要从广义的角度来检验这个现象。

2.当反馈被有意地引入控制中时，（我们可以）很容易地识别出它来。

3.但是在很多情况下，我们通常认为的本质上非反馈的物理系统，在某些特定的观察方式

下，也会表现出反馈的特性。

4.一般来说，每当系统变量间存在一个有因果关系的闭路序列时，我们可以说系统存在反

馈。

5.这种观点不可避免地承认了大量的最初被认为是非反馈系统的系统都存在反馈。

6.随着反馈和控制理论的应用，一旦上述意义上的反馈的存在被建立，这种通用的反馈定

义可以使大量的系统得到更系统化的研究，而不管有没有物理上的反馈。

1.现在我们从系统性能的不同方面研究反馈的作用。（如果）没有必须的线性系统理论的

数学基础，目前我们在讨论中就只能依赖于简单的静态系统表示法。

2.我们考虑简单的反馈系统，如图1.2.1，其中r是信号输入，y是信号输出，e是误差，b

是反馈信号。参数G和H可被认为是常数增益。

3. 通过简单的代数运算，它是简单的表明，投入产出关系的系统

4.利用这一基本关系的反馈系统的结构，我们可以发现一些显着的效果反馈。

1.2.1 反馈作用的总增益

1. 如等式（1）所示，反馈使原非反馈系统的增益由G变成了G除以系数(1+GH)

2. 图1.2.1的系统被称为具有负反馈，因为反馈信号前具有负号

3. GH本身有可能为负，所以反馈的总效果可能增加也可能减少增益G

4. 在实际的控制系统中，G和H都是频率的函数，因此1+GH的幅值在一种频段下可能增大系统的增益，而在另一频段下又可能减小系统的增益。

5.所以，反馈在一种频段下有可能会加大系统的增益，而在其它频段下减小系统的增益。

1.2.2 效果反馈稳定性

1. 稳定性是描述系统是否能够跟踪输入命令或是否有用的概念

2. 非严格地，如果一个系统的输出失去了控制，我们就说它是不稳定的

3. 为了研究反馈对稳定性的影响，我们可以再次观察等式（1）。如果GH=-1（称为负一），对于任何输入，系统的输出都是无穷大，这样的系统是不稳定的

4. 因此，我们说反馈可以使原来稳定的系统变得不稳定

5. 当然，反馈是一柄双刃剑，当使用不当时，将会产生坏的作用

6. 然而需要指出的是，我们在这里只针对静态情况，而通常GH=-1不是系统不稳定的唯一条件。

1.可以证明，加入反馈的好处之一是能够使不稳定的系统稳定。我们假设图1.

2.1所示的

反馈系统是不稳定的，因为GH=-1。如果我们引入另一反馈环，其负反馈增益是F，如图1.2.2所示，系统总的输入/输出关系是

2.很明显，尽管G和H使内环反馈系统不稳定，因为GH=-1，而如果正确选择外环的反

馈增益F，系统总体上能够是稳定的。

3.在实践中，GH是频率的函数，并且闭环系统的稳定性条件依赖于GH的幅值和相位。

结论是反馈能够改进系统的稳定性，但如果使用不当，也有可能破坏稳定性.

3. 反馈对灵敏度的影响

1.控制系统中对灵敏度的考虑是非常重要的。由于所有的物理元素都有随环境和时间变化的特性，在系统的整个运行过程中，我们不可能把控制系统的参数当作完全静态的。

2.例如，马达的线圈电阻会随着马达温度的升高而变化。第1章中的电子打字机在第一次开机时有时会运行不正常，因为系统参数在预热期间发生变化。

3.这种现象有时被称为“早困”。大多数复印机都有预热时间，在初次打开后运行会闭锁.

1.总的来说，一个好的控制系统应当对参数的变化很不灵敏，而对输入命令的响应很灵敏。我们来研究对参数变化的灵敏度，反馈将会产生何种影响。

在图1.2.1中，我们考虑G是变化的增益参数。

对于G的变化，系统的总的增益灵敏度M定义为

2.其中偏M表示由G的微小变化量偏G造成的M的微小变化量。应用（1）式，灵敏度函数可以写成

1.这个关系说明如果GH是正的常数，在系统保持稳定的前提下，灵敏度函数的幅值可以通过增大GH变得任意小。很明显，在开环系统中，系统的增益对G来说是一比一的形式（即SMG =1）。

2.我们再次提醒，在实践中，GH是频率的函数，在某些频率范围内，1+GH的幅值有可能小于1，这使得在某些情况下，反馈对参数灵敏度是有害的。

3.通常，反馈系统增益对参数的灵敏度取决于参数的位置。读者可以得到图1.2.1中由于H 的变化而造成的灵敏度。

4. 反馈对外界扰动或噪声的影响

1.所有的实际系统在运行中都会受到外部信号或噪声的影响。这样的例子有电子电路中的电压热噪声和马达中的电刷或整流器噪声。外部扰动，比如风的冲击对天线产生影响，也是控制系统中很常见的。

2.因此，在控制系统的设计中，应当注意系统应当对噪声和扰动不灵敏，对输入命令灵敏.

1.反馈对噪声和扰动的作用在很大程度上取决于外部信号发生在系统的什么地方。目前还没有通用的结论，但在多数情况下，反馈可以降低噪声和扰动对系统运行的影响。

2.我们看图1.2.3所示的系统，在这个系统中r表示命令信号，n是噪声信号。在没有反馈的情况下，H=0，由n单独产生的输出y为

y=G2n

与在场的反馈，系统输出n是唯一的，则，

y=G2n/(1+G1G2H)

比较方程6和5可以得到，若使1+G1G2H大于1，方程6输出中的噪声分量可以被系数1+G1G2H减小，系统可以保持稳定.

在第4章中，前馈和前向控制器结构中都使用了反馈，以减少扰动和噪声输入的影响。通常，反馈还会影响带宽、阻抗、瞬态响应和频率响应的运行特性。我们将在继续学习中了解到这些影响。