【正文】 urbed from an 7 equilibrium position and its response when excited by external stimuli. Specifically we are concerned with the speed of response or transient response , and the stability we mean that the output remains within certain reasonable limiting values .The relative weight given to any special requirement is dependent upon the specific application . [2] For example, the air conditioning of the interior of a building may be maintained to +/1 176。 C and satisfy the occupants. However, the temperature control in certain cryogenic systems requires that the temperature be controlled to within a fraction of a degree. The requirements of speed , accuracy, and stability are quit often contradictory and some promises must be made . For example, increasing the accuracy generally makes for poor transient response. If the damping is decreased, the system oscillations increase and it may take a long time to reach some steady state value. It is important to remember that all real control systems are nonlinear。盡管歷史上出現(xiàn)過許多控制系統(tǒng)的實例，但是直到 18 世紀(jì)中葉才出現(xiàn)一些蒸汽驅(qū)動的控制裝置。 20 世紀(jì)初，關(guān)于控制系統(tǒng)的大部分研究工作都和發(fā)電，化工等行業(yè)有關(guān)，而且關(guān)于飛機自動駕駛儀的設(shè)想也是在這一時期初形成的 。這也得 益于奈魁斯特關(guān)于穩(wěn)定性理論方面的研究工作，這一理論到現(xiàn)在也還是經(jīng)典性上午。飛行器等方面的需求是對控制系統(tǒng)研究工作強有力的刺激因素。到了 50 年代中期，數(shù)字計算機的發(fā)展為工程 9 師們提供了一個新的工具，這就大大地加強了他們從事大型和復(fù)雜系統(tǒng)的研究能力。 蘇聯(lián)發(fā)射的人造地球衛(wèi)星開始了空間技術(shù)上的競爭以及政府在空間技術(shù)和軍事項目上的大量投 資?，F(xiàn)在我們已經(jīng)可以設(shè)計飛行用的小型計算機，使人類降落在月球上。 最后，芯片集成度的提高及相關(guān)的計算機的開發(fā)引起了計算機能力和計算機器件的大爆炸。 今天，雖然生產(chǎn)工藝仍然起著 重要作用，但控制系統(tǒng)已成為一門科學(xué)。已經(jīng)作為一門學(xué)科建立起來的現(xiàn)代控制論，不僅用于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，而且也用來解決許多新的問題，如城市發(fā)展分析，計量經(jīng)濟學(xué)，交通，生物醫(yī)學(xué)，能源分析及其他許多類似的，對現(xiàn)代人類有影響的問題。其中激勵或輸入為 x（ t），響應(yīng)或輸出為 y（ t）。這樣一個系統(tǒng)，它的分析包括給定輸入時求取 y（ t），我們希望設(shè)計系統(tǒng)的特性。 3. 系統(tǒng)描述 由于我們生活中經(jīng)常碰到控制系統(tǒng)，因此對它們的研究相當(dāng)重要。各種各樣的子系統(tǒng)可能是電氣的，機械的，氣動的，生物的等等，因此為了完整地描述整個系統(tǒng)，需要了解很多不同學(xué)科中的基本關(guān)系。 作為控制系統(tǒng)的一個實例，考慮簡化的空間飛行器的姿態(tài)角控制。如果期待的姿態(tài)角和實際的姿態(tài)角不一致，則比較器送出一個信號給閥門，閥門打開使燃氣噴出并點火。用這種方法有利于把一個大系統(tǒng)分解成若干個子系統(tǒng)，所以我們一次可以只研究一個子系統(tǒng)。在化工過程，運載器的導(dǎo)引和控制，國民經(jīng)濟，城市住增長模式，郵政服務(wù)以及很多其他的社會和城市問題中都有多變量系統(tǒng)的例子。它們都有輸入，控制，輸出和干擾對象；它們都可以描述成一個控制器加上一個被控對象；它們都有某種類型的比較器。 1． 4 設(shè)計，建模及分析 一個系統(tǒng)在硬件制造以前必須經(jīng)過設(shè)計，建模和分析。一般來說，當(dāng)我們開始設(shè)計一個控制系統(tǒng)時，所做的只是初步構(gòu)思，然后產(chǎn)生一個用于分析數(shù)學(xué)模型。后面第 7 章里，我們將闡述怎樣分析一個初步設(shè)計，然后修改，從而使其性能滿足系統(tǒng)的指標(biāo)。我們特別關(guān)心響應(yīng) 的速度即瞬態(tài)響應(yīng)，響應(yīng)的精度即穩(wěn)態(tài)響應(yīng)以及穩(wěn)定性等等。每一項專門要求所占的權(quán)重取決于具體應(yīng)用情況。 1 度就可以令使用者滿意；但某種低溫系統(tǒng)中的溫度控制則要求把溫度控制在幾分之一度之內(nèi)。例如，提高精度常常使瞬態(tài)響應(yīng)變差。 別忘了，所有實際系統(tǒng)中都有非線性，但是許多系統(tǒng)在有限而適 用的范圍內(nèi)都可以近似為一個線性系統(tǒng)，這是很重要的。在推導(dǎo)中有了這種假設(shè)最大的好處是可以應(yīng)用疊加原理。另一個好處是在線性系統(tǒng)分析中可以應(yīng)用算子法。 控制系統(tǒng)通常用高階線性微分方程來描述，用算子法來研究這些方程。當(dāng)系統(tǒng)變的越來越復(fù)雜時，使用數(shù)字計算機就顯得非常必要了。這實際上是所謂的狀態(tài)或狀態(tài)變量法。這種方法的另一個誘人之處是它使控制系統(tǒng)工程師可以研究系統(tǒng)內(nèi)部的變量。 （ 2） 產(chǎn)生一個方塊圖，獲取該系統(tǒng)的一種數(shù)學(xué)描述。 （ 4） 檢查其性能（速度、精度、穩(wěn)定性，及其他 準(zhǔn)則）是否滿足指標(biāo)。