控制系統/詞彙表

華夏公益教科書的

控制系統

和控制工程

所有版本

PDF 版本

詞彙表

以下是本書中一些最重要的術語的列表，以及簡短的定義或描述。

A, B, C

加速度誤差: 系統在受到單位拋物線輸入激勵時的穩態誤差量。
加速度誤差常數: 一個系統指標，它確定了系統中加速度誤差的大小。
自適應控制: 控制理論的一個分支，其中控制器系統能夠隨著時間的推移改變其響應特性，因為系統的輸入特性發生變化。
自適應增益: 當控制增益根據系統狀態或條件（如擾動）而變化時
可加性: 如果輸入的總和導致輸出的總和，則系統是可加的。
模擬系統: 一個系統，在時間和幅度上是連續的。
ARMA: 自迴歸移動平均，參見 [1]
ATO: 模擬定時輸出。控制迴路輸出與定時觸點閉合相關聯。
A/M: 自動-手動。控制模式，其中自動通常意味著輸出由計算機驅動，計算得出，而手動可以由現場驅動或僅僅使用靜態設定值。

雙線性變換: Z 變換的一種變體，參見 [2]
框圖: 一種以視覺方式表示系統的圖示方法，它將各個系統元件顯示為方框，將系統之間的連線顯示為箭頭。
波特圖: 兩張圖的集合，一張是“幅度”圖，一張是“相位”圖，兩者都繪製在對數刻度紙上。幅度圖以分貝對頻率作圖，相點陣圖以度對頻率作圖。用於分析系統的頻率特性。
有界輸入，有界輸出: BIBO。如果系統的輸入是有限的，那麼輸出也必須是有限的。穩定性的一個條件。

級聯: 當控制迴路的輸出被饋送到另一個迴路或從另一個迴路接收時。
因果: 一個系統，其輸出不依賴於未來的輸入。所有物理系統都必須是因果的。
經典方法: 參見經典控制。
經典控制: 一種控制方法，它使用變換域來分析和操縱系統的輸入-輸出特性。
閉環: 使用反饋或前饋的受控系統
補償器: 一種控制系統，它增強了另一個系統的不足。
條件數
條件穩定性: 一個具有可變增益的系統，如果它在某些增益值下是 BIBO 穩定的，但在其他增益值下不是 BIBO 穩定的，那麼它是條件穩定的。
連續時間: 在所有點 t 定義的系統或訊號。
控制速率: 控制計算和傳送任何適當輸出的速率。下限是取樣率。
控制系統: 一個系統或裝置，它管理另一個系統或裝置的行為。
控制器: 參見控制系統。
卷積: 對由兩個函式相乘的積分以及時間偏移定義的函式進行的複雜運算。
卷積積分: 卷積運算的積分形式。
CQI: 控制質量指標， $=1-abs(PV-SP)/max[PVmax-SP,SP-PVmin]$ ，1 為理想值。
CV: 控制變數

D, E, F

阻尼比: 一個常數，它決定了系統的阻尼特性。
滯後時間: 輸出變化與相關影響之間的時間差（通常至少一個控制樣本）。有時人們看到“滯後”用於這種動作。
數字: 一個系統，既是離散時間，又是量化的。
直接作用: 當過程變數 (PV) 低於設定值 (SP) 時，需要增加目標輸出才能使過程變數 (PV) 達到設定值 (SP)。因此，PV 隨著輸出的增加而直接增加。
離散幅度: 參見量化。
離散時間: 僅在特定時間點定義的系統或訊號。
分散式: 如果一個系統既有無限個狀態，又有無限個狀態變數，那麼它就是一個分散式系統。參見集中式。
動態: 如果一個系統沒有記憶，則稱為動態系統。參見瞬時，記憶。

特徵值: 矩陣特徵方程的解。如果矩陣本身是時間的函式，則特徵值可能是時間的函式。在這種情況下，它們通常被稱為特徵函式。
特徵向量: 特定特徵值的特徵方程的零空間向量。用於確定狀態轉換等。參見 [3]
尤拉公式: 一個將復指數與復正弦函式聯絡起來的方程。
指數加權平均 (EWA): 將分數權重分配給新舊資料，以形成工作平均值。例如，EWA=0.70*EWA+0.30*最新，參見濾波。
外部描述: 一個系統的描述，它將系統的輸入與輸出相關聯，而不顯式考慮系統的內部狀態。

反饋: 系統的輸出透過某種處理單元 H 傳遞，結果被饋送到工廠作為輸入。
前饋: 當先驗知識用於預測至少一部分控制響應時。
濾波（噪聲）: 使用訊號平滑技術來抑制不需要的成分，如噪聲。可以簡單到對輸入使用指數加權平均。
終值定理: 一個定理，它允許從傳遞函式確定系統的穩態值。
FOH: 一階保持
頻率響應: 系統對不同頻率正弦波的響應。脈衝響應的傅立葉變換。
傅立葉變換: 一種積分變換，類似於拉普拉斯變換，它分析系統的頻率特性。

參見 [4]

G, H, I

博弈論: 與控制工程，尤其是最優控制相關的研究分支。多個相互競爭的實體或“參與者”試圖最小化自己的成本，並最大化對手的成本。
增益: 系統中的一個常數乘數，通常實現為放大器或衰減器。增益可以改變，但通常不是時間的函式。自適應控制可以使用隨時間變化的時間自適應增益。
一般描述: 系統的外部描述，它將系統輸出與系統輸入、系統響應以及透過積分的時間常數相關聯。

亨德里克·韋德·波特: 電氣工程師，在控制理論和通訊方面做了很多工作。主要以他引入波特圖而被人們銘記。
哈里·奈奎斯特: 電氣工程師，在控制和資訊理論方面做了大量工作。在這本書中，他主要以他引入奈奎斯特穩定性判據而被人們銘記。
齊次性: 一個系統的屬性，其比例輸入導致比例輸出。
混合系統: 既有模擬元件又有數字元件的系統。

脈衝: δ(t) 表示單位階躍函式的導數。
脈衝響應: 系統在受到脈衝輸入時產生的輸出。系統的傳遞函式的拉普拉斯反變換。
初始條件: 系統在時間 $t=t_{0}$ 的狀態，其中 t₀ 是系統第一次被激發的時刻。
初始值定理: 一個定理，允許透過傳遞函式確定系統的初始條件。
輸入-輸出描述: 參見 外部描述。
瞬時: 如果系統沒有記憶，並且系統的當前輸出只依賴於當前輸入，則該系統是瞬時的。參見動態，記憶。
積分絕對誤差 (IAE): 在分析期間對絕對誤差（理想效能與實際效能之間的差異）進行積分。
積分平方誤差 (ISE): 在分析期間對平方誤差（理想效能與實際效能之間的差異）進行積分。
積分器: S 平面的原點處的系統極點。具有對系統輸入進行積分的效果。
傅立葉逆變換: 將函式從頻域轉換為時域的積分變換。
拉普拉斯逆變換: 將函式從 S 域轉換為時域的積分變換。
Z 逆變換: 將函式從 Z 域轉換為離散時間域的積分變換。

J、K、L

滯後: 觀察到的輸出對過程的影響比控制速率慢。
拉普拉斯變換: 將函式從時域轉換為複頻域的積分變換。
拉普拉斯變換域: 函式的拉普拉斯變換在其中繪製的復域。s 的虛部沿縱軸繪製，s 的實部沿橫軸繪製。
左特徵向量: 對於給定的特徵值，矩陣特徵方程的左手零空間解。逆轉移矩陣的行。
線性: 滿足 疊加原理 的系統。參見加性和齊次。
線性時不變: LTI。參見線性和 時不變。
下限: 使用者施加的控制輸出訊號的下限。
L/R: 本地/遠端操作。
LQR: 線性二次型調節器。
集中式: 具有有限數量狀態或有限數量狀態變數的系統。

M、N、O

幅度: 頻率響應的增益分量。這通常是考慮離散濾波器的響應與模擬濾波器響應的匹配程度時唯一考慮的因素。它是 0 頻率時的直流增益。
臨界穩定: 系統具有振盪響應，由具有虛極點或虛特徵值決定。
梅森法則: 參見 [5]
MATLAB: 具有控制系統工具箱的商業軟體。另見 Octave。
記憶: 如果系統的當前輸出取決於過去和當前的輸入，則該系統具有記憶。
MFAC: 無模型自適應控制。
MIMO: 具有多個輸入和多個輸出的系統。
現代方法: 參見 現代控制
現代控制: 一種控制方法，使用狀態空間表示來分析和操縱系統的 內部描述。
修正 Z 變換: Z 變換的一種版本，擴充套件到允許任意處理延遲。
MPC: 模型預測控制。
MRAC: 模型參考自適應控制。
MV: 可以表示操縱變數或測量變數（兩者不相同）

固有頻率: 系統的基本頻率，系統頻率響應最大的頻率。
負反饋: 一個反饋系統，其中輸出訊號從輸入訊號中減去，差值輸入到系統中。
奈奎斯特准則: 穩定性的充要條件，可以從 伯德圖 中推匯出。
非線性控制: 控制工程的一個分支，專門處理非線性系統。本書不涵蓋非線性系統。

OCTAVE: 具有控制系統工具箱的開源軟體。另見 MATLAB。
偏移: 系統穩定後，期望值與實際值之間的差異。僅 P 控制會導致偏移。
奧利弗·亥維賽德: 電氣工程師，將拉普拉斯變換引入作為控制工程的工具。
開環: 當系統未閉合時，它的行為具有自由執行的成分而不是受控的成分。
最優控制: 控制工程的一個分支，處理最小化系統成本或最大化系統性能。
階數: 多項式的階數是該多項式中自變數的最高指數。系統的階數是傳遞函式的分母多項式的階數。
輸出方程: 一個將當前系統輸入和當前系統狀態與當前系統輸出聯絡起來的方程。
過沖: 衡量系統響應相對於期望值（設定點跟蹤）的程度。

P、Q、R

拋物線: 拋物線輸入由方程 ${\frac {1}{2}}t^{2}u(t)$ 定義。
部分分式展開: 一種將複雜分數分解為簡單分數之和的方法。
過沖百分比: PO，階躍響應超出參考值的程度，以參考值的百分比表示。
相位: 頻率響應的方向分量，通常在離散濾波器的等效模擬版本之間沒有很好地匹配，尤其是在頻率接近奈奎斯特極限時。極限中的最終值驅動系統穩定性，並且源於特徵方程的極點和零點。
PID: 比例-積分-微分
系統: 一個已經提供的中心繫統，必須對其進行分析或控制。
PLC: 可程式設計邏輯控制器
極點: 使傳遞函式的分母變為零的 s 值，從而導致傳遞函式本身趨於無窮大。
極點-零點形式: 傳遞函式被分解，以便所有極點和零點的位置都很明顯。
位置誤差: 系統在受到單位階躍輸入激勵後的穩態誤差量。
位置誤差常數: 決定系統位置誤差的常數。
正反饋: 一個反饋系統，其中系統輸出被加到系統輸入中，並將和輸入到系統中。
PSD: 功率譜密度，它顯示特定訊號的頻譜中功率的分佈。
脈衝響應: 數字系統對單位階躍輸入的響應，以轉移矩陣表示。
PV: 過程變數

量化: 如果系統只能輸出某些離散值，則該系統是量化的。
四分之一衰減: 過程過沖限制在 SP 變化後最大峰值過沖 (PO) 的 1/4 以內的所需時間或控制速率次數。如果 PO 在取樣時間 N 處為 25%，則這將是時間 N+k，其中後續 PV 保持 < SP*1.0625，假設過程正在穩定。

升降: 輸出型別，從當前位置工作，而不是作為完全新的計算跨度輸出。對於 R/L，% 變化應應用於工作夾具，即 5%(高夾具-低夾具)。
斜坡: 斜坡由函式 $tu(t)$ 定義。
重建器: 將數字訊號轉換為模擬訊號的系統。
參考值: 反饋系統的目標輸入值。
鬆弛: 如果初始條件為零，則系統處於鬆弛狀態。
反作用: 當 PV 低於 SP 時，需要降低目標輸出才能使過程變數 (PV) 達到設定點 (SP)。因此，PV 隨著輸出增加而降低。
上升時間: 系統階躍響應達到參考值一定範圍所需的時間量。通常，這個範圍是 80%。
魯棒控制: 控制工程的一個分支，處理受外部和內部噪聲和干擾影響的系統。

S、T、U、V

取樣器: 將模擬訊號轉換為數字訊號的系統。
取樣資料系統: 參見 混合系統。
取樣時間: 在離散系統中，取樣時間是兩個樣本之間的時間量。反映控制速率的下限。
SCADA: 監控與資料採集。
S 域: 訊號或系統的拉普拉斯變換的定義域。
二階系統;
調節時間: 系統振盪響應衰減到穩態值的某個範圍內所需的時間。該範圍通常為 10%。
訊號流程圖: 一種用箭頭表示系統中訊號方向的視覺表示系統的方法。
SISO: 單輸入單輸出。
跨度: 專案的預期工作區域，= 高範圍 - 低範圍。如果使用輸出限幅器，工作跨度可以更小。
穩定性: 通常為“BIBO 穩定性”，一個輸入良好的系統將產生一個輸出良好的系統。在這種情況下，“良好”是任意的。
星形變換: 拉普拉斯變換的一個版本，它作用於離散訊號。此變換實現為無限和。
狀態方程: 一個將系統的未來狀態與當前狀態和當前系統輸入聯絡起來的方程。
狀態轉移矩陣：A 係數矩陣，或一個將系統狀態如何響應系統輸入而變化聯絡起來的矩陣函式。在時不變系統中，狀態轉移矩陣是系統矩陣的矩陣指數。
狀態空間方程: 一組通常以矩陣形式編寫的方程，它將輸入、系統狀態和輸出聯絡起來。包括狀態方程和輸出方程。參見 [6]
狀態變數: 描述系統內部狀態的向量。
穩定性: 當時間趨於無窮大時，系統輸出不能趨於無窮大。參見 BIBO、李雅普諾夫穩定性。
階躍響應: 系統在受到單位階躍輸入激勵時的響應。單位階躍是設定點跟蹤的設定點變化。
穩態: 系統輸出值，當時間趨於無窮大時。
穩態誤差: 在穩態時，系統輸出與參考值之間的差值。
疊加: 如果一個系統既是可加的又是齊次的，那麼它就滿足疊加條件。
系統辨識: 試圖識別系統特徵的方法，通常透過對輸入、輸出和噪聲資料向量進行最小二乘分析。可以使用 ARMA 型別的框架。
系統型別: 系統中理想積分器的數量。

時不變: 如果一個輸入延遲任意時間後產生的輸出也延遲相同的時間，那麼該系統就是時不變的。
傳遞函式: 系統輸出與其輸入之比，在 S 域中。該函式脈衝響應的拉普拉斯變換。
傳遞函式矩陣：The 系統狀態空間方程的拉普拉斯變換，它提供了 MIMO 系統的外部描述。

一致穩定性: 也稱“一致 BIBO 穩定性”，一個輸入訊號在 [0, 1] 範圍內，從初始時間到無限時間產生有限輸出的系統。參見 [7].
單位階躍: 一個由 $u(t)$ 定義的輸入。實際上，設定點變化。
單位反饋: 反饋迴路元素 H 的傳遞函式為 1 的反饋系統。

速度誤差: 當系統受到斜坡輸入激勵時，穩態誤差的大小。
速度誤差常數: 決定系統中速度誤差大小的常數。

W、X、Y、Z

W 平面: 雙線性變換中使用的參考平面。
飽和: 當計算出的控制調整的數值可以“飽和”時，會導致控制校正具有不適當的成分，除非加以防止。例如，如果 PID 計算期間輸出已斷開連線，則 PID 的“I”部分會產生這種現象。

零點: s 的一個值，使傳遞函式的分子變為零，因此使傳遞函式本身變為零。
零輸入響應: 系統在沒有外部輸入的情況下產生的響應。僅依賴系統狀態的值來產生輸出。
零狀態響應: 系統在系統狀態為零的情況下產生的響應。系統的輸出僅取決於系統輸入。
ZOH: 零階保持。
Z 變換: 一個積分變換，它透過變數變換與拉普拉斯變換相關。Z 變換主要用於數字系統。參見 [8]

控制系統