控制系统/词汇表

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控制系统

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词汇表

以下是本书中一些最重要的术语的列表，以及简短的定义或描述。

A, B, C

加速度误差: 系统在受到单位抛物线输入激励时的稳态误差量。
加速度误差常数: 一个系统指标，它确定了系统中加速度误差的大小。
自适应控制: 控制理论的一个分支，其中控制器系统能够随着时间的推移改变其响应特性，因为系统的输入特性发生变化。
自适应增益: 当控制增益根据系统状态或条件（如扰动）而变化时
可加性: 如果输入的总和导致输出的总和，则系统是可加的。
模拟系统: 一个系统，在时间和幅度上是连续的。
ARMA: 自回归移动平均，参见 [1]
ATO: 模拟定时输出。控制回路输出与定时触点闭合相关联。
A/M: 自动-手动。控制模式，其中自动通常意味着输出由计算机驱动，计算得出，而手动可以由现场驱动或仅仅使用静态设定值。

双线性变换: Z 变换的一种变体，参见 [2]
框图: 一种以视觉方式表示系统的图示方法，它将各个系统组件显示为方框，将系统之间的连接显示为箭头。
波特图: 两张图的集合，一张是“幅度”图，一张是“相位”图，两者都绘制在对数刻度纸上。幅度图以分贝对频率作图，相位图以度对频率作图。用于分析系统的频率特性。
有界输入，有界输出: BIBO。如果系统的输入是有限的，那么输出也必须是有限的。稳定性的一个条件。

级联: 当控制回路的输出被馈送到另一个回路或从另一个回路接收时。
因果: 一个系统，其输出不依赖于未来的输入。所有物理系统都必须是因果的。
经典方法: 参见经典控制。
经典控制: 一种控制方法，它使用变换域来分析和操纵系统的输入-输出特性。
闭环: 使用反馈或前馈的受控系统
补偿器: 一种控制系统，它增强了另一个系统的不足。
条件数
条件稳定性: 一个具有可变增益的系统，如果它在某些增益值下是 BIBO 稳定的，但在其他增益值下不是 BIBO 稳定的，那么它是条件稳定的。
连续时间: 在所有点 t 定义的系统或信号。
控制速率: 控制计算和发送任何适当输出的速率。下限是采样率。
控制系统: 一个系统或设备，它管理另一个系统或设备的行为。
控制器: 参见控制系统。
卷积: 对由两个函数相乘的积分以及时间偏移定义的函数进行的复杂运算。
卷积积分: 卷积运算的积分形式。
CQI: 控制质量指标， $=1-abs(PV-SP)/max[PVmax-SP,SP-PVmin]$ ，1 为理想值。
CV: 控制变量

D, E, F

阻尼比: 一个常数，它决定了系统的阻尼特性。
滞后时间: 输出变化与相关影响之间的时间差（通常至少一个控制样本）。有时人们看到“滞后”用于这种动作。
数字: 一个系统，既是离散时间，又是量化的。
直接作用: 当过程变量 (PV) 低于设定值 (SP) 时，需要增加目标输出才能使过程变量 (PV) 达到设定值 (SP)。因此，PV 随着输出的增加而直接增加。
离散幅度: 参见量化。
离散时间: 仅在特定时间点定义的系统或信号。
分布式: 如果一个系统既有无限个状态，又有无限个状态变量，那么它就是一个分布式系统。参见集中式。
动态: 如果一个系统没有记忆，则称为动态系统。参见瞬时，记忆。

特征值: 矩阵特征方程的解。如果矩阵本身是时间的函数，则特征值可能是时间的函数。在这种情况下，它们通常被称为特征函数。
特征向量: 特定特征值的特征方程的零空间向量。用于确定状态转换等。参见 [3]
欧拉公式: 一个将复指数与复正弦函数联系起来的方程。
指数加权平均 (EWA): 将分数权重分配给新旧数据，以形成工作平均值。例如，EWA=0.70*EWA+0.30*最新，参见滤波。
外部描述: 一个系统的描述，它将系统的输入与输出相关联，而不显式考虑系统的内部状态。

反馈: 系统的输出通过某种处理单元 H 传递，结果被馈送到工厂作为输入。
前馈: 当先验知识用于预测至少一部分控制响应时。
滤波（噪声）: 使用信号平滑技术来抑制不需要的成分，如噪声。可以简单到对输入使用指数加权平均。
终值定理: 一个定理，它允许从传递函数确定系统的稳态值。
FOH: 一阶保持
频率响应: 系统对不同频率正弦波的响应。脉冲响应的傅里叶变换。
傅里叶变换: 一种积分变换，类似于拉普拉斯变换，它分析系统的频率特性。

参见 [4]

G, H, I

博弈论: 与控制工程，尤其是最优控制相关的研究分支。多个相互竞争的实体或“参与者”试图最小化自己的成本，并最大化对手的成本。
增益: 系统中的一个常数乘数，通常实现为放大器或衰减器。增益可以改变，但通常不是时间的函数。自适应控制可以使用随时间变化的时间自适应增益。
一般描述: 系统的外部描述，它将系统输出与系统输入、系统响应以及通过积分的时间常数相关联。

亨德里克·韦德·波特: 电气工程师，在控制理论和通信方面做了很多工作。主要以他引入波特图而被人们铭记。
哈里·奈奎斯特: 电气工程师，在控制和信息理论方面做了大量工作。在这本书中，他主要以他引入奈奎斯特稳定性判据而被人们铭记。
齐次性: 一个系统的属性，其比例输入导致比例输出。
混合系统: 既有模拟组件又有数字组件的系统。

脉冲: δ(t) 表示单位阶跃函数的导数。
脉冲响应: 系统在受到脉冲输入时产生的输出。系统的传递函数的拉普拉斯反变换。
初始条件: 系统在时间 $t=t_{0}$ 的状态，其中 t₀ 是系统第一次被激发的时刻。
初始值定理: 一个定理，允许通过传递函数确定系统的初始条件。
输入-输出描述: 参见 外部描述。
瞬时: 如果系统没有记忆，并且系统的当前输出只依赖于当前输入，则该系统是瞬时的。参见动态，记忆。
积分绝对误差 (IAE): 在分析期间对绝对误差（理想性能与实际性能之间的差异）进行积分。
积分平方误差 (ISE): 在分析期间对平方误差（理想性能与实际性能之间的差异）进行积分。
积分器: S 平面的原点处的系统极点。具有对系统输入进行积分的效果。
傅里叶逆变换: 将函数从频域转换为时域的积分变换。
拉普拉斯逆变换: 将函数从 S 域转换为时域的积分变换。
Z 逆变换: 将函数从 Z 域转换为离散时间域的积分变换。

J、K、L

滞后: 观察到的输出对过程的影响比控制速率慢。
拉普拉斯变换: 将函数从时域转换为复频域的积分变换。
拉普拉斯变换域: 函数的拉普拉斯变换在其中绘制的复域。s 的虚部沿纵轴绘制，s 的实部沿横轴绘制。
左特征向量: 对于给定的特征值，矩阵特征方程的左手零空间解。逆转移矩阵的行。
线性: 满足 叠加原理 的系统。参见加性和齐次。
线性时不变: LTI。参见线性和 时不变。
下限: 用户施加的控制输出信号的下限。
L/R: 本地/远程操作。
LQR: 线性二次型调节器。
集中式: 具有有限数量状态或有限数量状态变量的系统。

M、N、O

幅度: 频率响应的增益分量。这通常是考虑离散滤波器的响应与模拟滤波器响应的匹配程度时唯一考虑的因素。它是 0 频率时的直流增益。
临界稳定: 系统具有振荡响应，由具有虚极点或虚特征值决定。
梅森法则: 参见 [5]
MATLAB: 具有控制系统工具箱的商业软件。另见 Octave。
记忆: 如果系统的当前输出取决于过去和当前的输入，则该系统具有记忆。
MFAC: 无模型自适应控制。
MIMO: 具有多个输入和多个输出的系统。
现代方法: 参见 现代控制
现代控制: 一种控制方法，使用状态空间表示来分析和操纵系统的 内部描述。
修正 Z 变换: Z 变换的一种版本，扩展到允许任意处理延迟。
MPC: 模型预测控制。
MRAC: 模型参考自适应控制。
MV: 可以表示操纵变量或测量变量（两者不相同）

固有频率: 系统的基本频率，系统频率响应最大的频率。
负反馈: 一个反馈系统，其中输出信号从输入信号中减去，差值输入到系统中。
奈奎斯特准则: 稳定性的充要条件，可以从 伯德图 中推导出。
非线性控制: 控制工程的一个分支，专门处理非线性系统。本书不涵盖非线性系统。

OCTAVE: 具有控制系统工具箱的开源软件。另见 MATLAB。
偏移: 系统稳定后，期望值与实际值之间的差异。仅 P 控制会导致偏移。
奥利弗·亥维赛德: 电气工程师，将拉普拉斯变换引入作为控制工程的工具。
开环: 当系统未闭合时，它的行为具有自由运行的成分而不是受控的成分。
最优控制: 控制工程的一个分支，处理最小化系统成本或最大化系统性能。
阶数: 多项式的阶数是该多项式中自变量的最高指数。系统的阶数是传递函数的分母多项式的阶数。
输出方程: 一个将当前系统输入和当前系统状态与当前系统输出联系起来的方程。
过冲: 衡量系统响应相对于期望值（设定点跟踪）的程度。

P、Q、R

抛物线: 抛物线输入由方程 ${\frac {1}{2}}t^{2}u(t)$ 定义。
部分分式展开: 一种将复杂分数分解为简单分数之和的方法。
过冲百分比: PO，阶跃响应超出参考值的程度，以参考值的百分比表示。
相位: 频率响应的方向分量，通常在离散滤波器的等效模拟版本之间没有很好地匹配，尤其是在频率接近奈奎斯特极限时。极限中的最终值驱动系统稳定性，并且源于特征方程的极点和零点。
PID: 比例-积分-微分
系统: 一个已经提供的中心系统，必须对其进行分析或控制。
PLC: 可编程逻辑控制器
极点: 使传递函数的分母变为零的 s 值，从而导致传递函数本身趋于无穷大。
极点-零点形式: 传递函数被分解，以便所有极点和零点的位置都很明显。
位置误差: 系统在受到单位阶跃输入激励后的稳态误差量。
位置误差常数: 决定系统位置误差的常数。
正反馈: 一个反馈系统，其中系统输出被加到系统输入中，并将和输入到系统中。
PSD: 功率谱密度，它显示特定信号的频谱中功率的分布。
脉冲响应: 数字系统对单位阶跃输入的响应，以转移矩阵表示。
PV: 过程变量

量化: 如果系统只能输出某些离散值，则该系统是量化的。
四分之一衰减: 过程过冲限制在 SP 变化后最大峰值过冲 (PO) 的 1/4 以内的所需时间或控制速率次数。如果 PO 在采样时间 N 处为 25%，则这将是时间 N+k，其中后续 PV 保持 < SP*1.0625，假设过程正在稳定。

升降: 输出类型，从当前位置工作，而不是作为完全新的计算跨度输出。对于 R/L，% 变化应应用于工作夹具，即 5%(高夹具-低夹具)。
斜坡: 斜坡由函数 $tu(t)$ 定义。
重建器: 将数字信号转换为模拟信号的系统。
参考值: 反馈系统的目标输入值。
松弛: 如果初始条件为零，则系统处于松弛状态。
反作用: 当 PV 低于 SP 时，需要降低目标输出才能使过程变量 (PV) 达到设定点 (SP)。因此，PV 随着输出增加而降低。
上升时间: 系统阶跃响应达到参考值一定范围所需的时间量。通常，这个范围是 80%。
鲁棒控制: 控制工程的一个分支，处理受外部和内部噪声和干扰影响的系统。

S、T、U、V

采样器: 将模拟信号转换为数字信号的系统。
采样数据系统: 参见 混合系统。
采样时间: 在离散系统中，采样时间是两个样本之间的时间量。反映控制速率的下限。
SCADA: 监控与数据采集。
S 域: 信号或系统的拉普拉斯变换的定义域。
二阶系统;
调节时间: 系统振荡响应衰减到稳态值的某个范围内所需的时间。该范围通常为 10%。
信号流程图: 一种用箭头表示系统中信号方向的视觉表示系统的方法。
SISO: 单输入单输出。
跨度: 项目的预期工作区域，= 高范围 - 低范围。如果使用输出限幅器，工作跨度可以更小。
稳定性: 通常为“BIBO 稳定性”，一个输入良好的系统将产生一个输出良好的系统。在这种情况下，“良好”是任意的。
星形变换: 拉普拉斯变换的一个版本，它作用于离散信号。此变换实现为无限和。
状态方程: 一个将系统的未来状态与当前状态和当前系统输入联系起来的方程。
状态转移矩阵：A 系数矩阵，或一个将系统状态如何响应系统输入而变化联系起来的矩阵函数。在时不变系统中，状态转移矩阵是系统矩阵的矩阵指数。
状态空间方程: 一组通常以矩阵形式编写的方程，它将输入、系统状态和输出联系起来。包括状态方程和输出方程。参见 [6]
状态变量: 描述系统内部状态的向量。
稳定性: 当时间趋于无穷大时，系统输出不能趋于无穷大。参见 BIBO、李雅普诺夫稳定性。
阶跃响应: 系统在受到单位阶跃输入激励时的响应。单位阶跃是设定点跟踪的设定点变化。
稳态: 系统输出值，当时间趋于无穷大时。
稳态误差: 在稳态时，系统输出与参考值之间的差值。
叠加: 如果一个系统既是可加的又是齐次的，那么它就满足叠加条件。
系统辨识: 试图识别系统特征的方法，通常通过对输入、输出和噪声数据向量进行最小二乘分析。可以使用 ARMA 类型的框架。
系统类型: 系统中理想积分器的数量。

时不变: 如果一个输入延迟任意时间后产生的输出也延迟相同的时间，那么该系统就是时不变的。
传递函数: 系统输出与其输入之比，在 S 域中。该函数脉冲响应的拉普拉斯变换。
传递函数矩阵：The 系统状态空间方程的拉普拉斯变换，它提供了 MIMO 系统的外部描述。

一致稳定性: 也称“一致 BIBO 稳定性”，一个输入信号在 [0, 1] 范围内，从初始时间到无限时间产生有限输出的系统。参见 [7].
单位阶跃: 一个由 $u(t)$ 定义的输入。实际上，设定点变化。
单位反馈: 反馈回路元素 H 的传递函数为 1 的反馈系统。

速度误差: 当系统受到斜坡输入激励时，稳态误差的大小。
速度误差常数: 决定系统中速度误差大小的常数。

W、X、Y、Z

W 平面: 双线性变换中使用的参考平面。
饱和: 当计算出的控制调整的数值可以“饱和”时，会导致控制校正具有不适当的成分，除非加以防止。例如，如果 PID 计算期间输出已断开连接，则 PID 的“I”部分会产生这种现象。

零点: s 的一个值，使传递函数的分子变为零，因此使传递函数本身变为零。
零输入响应: 系统在没有外部输入的情况下产生的响应。仅依赖系统状态的值来产生输出。
零状态响应: 系统在系统状态为零的情况下产生的响应。系统的输出仅取决于系统输入。
ZOH: 零阶保持。
Z 变换: 一个积分变换，它通过变量变换与拉普拉斯变换相关。Z 变换主要用于数字系统。参见 [8]

控制系统