反馈控制技术1反馈控制系统概述与AGC电路原理
AGC工作原理
AGC工作原理一、概述自动增益控制（Automatic Gain Control，简称AGC）是一种电子电路技术，用于调节信号的增益，以保持信号在恒定水平上的稳定性。
AGC主要应用于无线通信、音频处理、雷达系统等领域，能够有效地解决信号强度变化引起的问题，提高系统的稳定性和性能。
二、AGC工作原理AGC的工作原理可以分为三个主要步骤：检测、放大和控制。
1. 检测AGC电路中的检测器用于检测输入信号的强度。
普通情况下，检测器采用整流器和低通滤波器的组合。
整流器将输入信号转换为直流信号，而低通滤波器则平滑直流信号，以消除高频噪声。
检测器输出的直流信号代表了输入信号的强度。
2. 放大放大器是AGC电路中的核心组件，用于放大输入信号。
放大器的增益可以根据检测器输出的直流信号进行调节。
当输入信号强度较弱时，放大器会增大增益，以提高信号的强度。
当输入信号强度较强时，放大器会降低增益，以避免信号过载。
3. 控制控制器根据放大器输出的信号强度和设定的目标强度进行比较，并根据比较结果调整放大器的增益。
常见的控制方式有反馈控制和前馈控制。
- 反馈控制：检测器输出的直流信号与设定的目标强度进行比较，得到误差信号。
控制器根据误差信号调整放大器的增益，使得误差信号趋近于零，从而实现信号强度的稳定。
- 前馈控制：控制器根据预先设定的目标强度和输入信号的预测值计算出误差信号，并根据误差信号调整放大器的增益。
前馈控制能够更快地响应信号强度的变化，提高系统的动态性能。
三、AGC的应用AGC技术在无线通信领域具有广泛的应用，以下是几个常见的应用场景：1. 无线电接收机在无线电接收机中，AGC用于调节接收信号的强度，以保持信号在恒定水平上的稳定性。
当接收到强信号时，AGC会降低增益，以避免信号过载；当接收到弱信号时，AGC会增大增益，以提高信号的强度。
2. 音频处理在音频处理中，AGC用于调节音频信号的增益，以保持音频的一致性和清晰度。
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器一样可控特性设备的变化关系并不一定是线性关系纲应满足系统的要求。例如，压 控 振荡器的Ac的量纲就是Hz/V。
Y(s)=AcE(s) ⑶反响环节 反响环节的作用是将输出信号y的信号形式变换为比较 器需要的信号形式。如输出信号是交流信号，而比较器需要 用反映交变信号的平均值的直流信号进展比较，反响环节应 能完成这种变换。反响环节的另一重要作用是按需要的规律 传递输出信号。
系统再次到达稳定时，误差信号e的变化很小，意味着输 出信号y偏离稳态值y0也很小，从而到达稳定输出y0的目的。 显然，整个调整过程是自动进展的。
②参考信号r0发生了变化。这时即使输入信号s(t)和可控 特性设备的特性没有变化，误差信号e也要发生变化。系统 调整的结果使得误差信号e的变化很小，这只能是输出信号y 与参考信号r同方向的变化，也就是输出信号将随着参考信 号的变化而变化。
通常，反响环节是一个具有所需特性的线性无源网络。 如在PLL中它是一个低通滤波器。它的传递函数为
H(s) F(s) Y(s)
称H〔s〕为反响传递函数。 根据上面各根本部件的功能和数学模型可以得到整个反
馈控制系统的数学模型。如图8.4所示。
利用这个模型，就可以导出整个系统的传递函数：
反响控制技术1反响控制系 统概述与AGC电路原理幻
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内容提要
反响控制是现代系统工程中的一种重要技术手段。 在系统受到扰动的情况下，通过反响控制作用，可使系统 的某个参数到达所需的精度，或按照一定的规律变化。 根据控制对象参数不同，分为以下三类： 自动增益控制(AGC)电路 自动频率控制(AFC)电路 自动相位控制(APC)电路。
AGC工作原理
AGC工作原理AGC（Automatic Gain Control，自动增益控制）是一种电子电路或者算法，用于自动调节信号的增益，以保持信号在一个合适的范围内。
AGC广泛应用于无线通信、音频处理、雷达系统等领域，以提高信号质量和系统性能。
一、AGC的原理AGC的工作原理基于负反馈控制的概念。
当输入信号的强度发生变化时，AGC通过调节增益来保持输出信号的稳定性。
下面是一种常见的AGC工作原理：1. 输入信号检测：AGC电路首先对输入信号进行检测，以获取输入信号的强度信息。
这可以通过使用一个探测电路来实现，该电路可以将输入信号转换为与信号强度成正比的电压或者电流。
2. 参考信号生成：AGC电路使用参考信号来确定所需的输出信号强度。
参考信号可以是一个固定的参考电压或者电流，也可以是一个由其他电路或者算法生成的动态参考信号。
3. 增益调节：AGC根据输入信号的强度和参考信号之间的差异来调节增益。
如果输入信号的强度低于参考信号，AGC会增加增益，以提高输出信号的强度。
如果输入信号的强度高于参考信号，AGC会减小增益，以降低输出信号的强度。
4. 输出信号：经过增益调节后，AGC将输出一个稳定的信号，其强度接近于参考信号的强度。
这样可以确保输出信号在一个合适的范围内，不会过强或者过弱。
二、AGC的应用AGC在无线通信系统中有着重要的应用。
以下是几个例子：1. 手机通信：在手机通信中，AGC用于调节接收信号的增益，以适应不同的信号强度和距离。
这样可以确保通话质量稳定，并减少由于信号强度变化引起的通话中断。
2. 无线电广播：在无线电广播中，AGC用于调节接收机的增益，以适应不同的信号强度和距离。
这样可以确保广播信号在不同地点都能够清晰地接收，而不会因信号强度差异而导致噪音或者失真。
3. 音频处理：在音频处理中，AGC用于调节音频信号的增益，以避免音频信号过强或者过弱。
这可以提高音频的清晰度和可听性，并避免因音量变化而引起的不适或者听觉疲劳。
反馈控制系统
一、模拟锁相环路的构成
（一）APLL的构成（如图）：
目标信号
ud(t) 鉴相器 环路滤波器
uc(t)
压控振荡器
u(t) PD
LF
VCO
输出
u0(t)
各部分的功能：
• PD：检测捕者与被捕者之间的相位差，以控制电压的形式去
调节VCO实现频率同步和相位锁定。
• LF：传递相位误差信息，滤除PD输出的高次谐波分量和噪声， 输出控制电压。
Sin
e
(t)
F
(
p)
Ko P
•则环路输入相位和输出相位之间都存在着动态平衡关系。
即：
e
(t
)
2
(t
)
e
(t
)
U
d
Sin
e
(t
)
F
(
p)
Ko P
1(t)
•此式是APLL的动态相位平衡方程。
（三）模拟锁相环路的锁定特征
1(t)
e(t) U d sine (t) ud(t) F(P) uC(t)
Ko/P
自动相位控制（APC）— 用于实现振荡信号与目标信号的频率 和相位的跟踪。亦称锁相环路(PLL)。
•据环路内部是模拟电路还是数字电路可细分为： 模锁相环（APLL） 数字锁相环（DPLL）。
第二节 自动增益控制电路
一、AGC电路的组成框图：
比较参量
为电压
ui
UR
电压 ud 控制信号 uc 可控增益
2(t)
2(t)
（ 1 ）锁定后：由于瞬时频率误差为0；
则V=S，即VCO信号与目标信号频率同步(输入与输出同步)。
（ 2 ）锁定后： pe (t) 0
AGC工作原理
AGC工作原理一、概述自动增益控制（Automatic Gain Control，简称AGC）是一种电子电路技术，用于控制信号的增益，使其保持在一个合适的范围内，以确保信号在传输过程中的稳定性和可靠性。
AGC广泛应用于无线通信系统、音频处理设备、雷达系统等领域。
二、AGC的作用AGC的主要作用是自动调整信号的增益，使信号的幅度保持在一个合适的范围内。
在接收信号时，由于信号的传输距离、天线接收效果等因素的影响，信号的强度可能会发生变化，这会导致信号的幅度不稳定。
AGC通过不断监测信号的强度，并根据设定的阈值来调整信号的增益，使信号的幅度保持在一个适当的范围内，从而提高信号的质量和可靠性。
三、AGC的工作原理AGC的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 信号检测AGC首先对输入信号进行检测，以获取信号的强度信息。
常用的信号检测方法包括峰值检测、均方根检测等。
通过检测信号的强度，AGC可以了解信号的幅度变化情况。
2. 判断信号强度AGC将检测到的信号强度与预设的阈值进行比较，以判断信号的强度是否超出了合适的范围。
如果信号强度过大或过小，就需要进行增益调整。
3. 增益调整根据信号的强度判断结果，AGC会自动调整信号的增益。
当信号强度过大时，AGC会减小增益，以避免信号过载；当信号强度过小时，AGC会增加增益，以提升信号的强度。
4. 反馈控制为了实现增益的自动调整，AGC通常会引入反馈控制回路。
反馈控制回路会根据增益调整的结果，向增益控制电路提供相应的控制信号，以实现对增益的精确控制。
5. 增益平滑为了避免增益的突变对信号造成干扰，AGC通常会引入增益平滑技术。
增益平滑技术可以使增益的调整更加平滑，减少对信号的干扰。
四、AGC的应用AGC在无线通信系统中起着重要的作用。
在无线通信中，由于信号的传输距离和环境变化等因素的影响，接收到的信号强度可能会发生较大的变化。
AGC可以自动调整接收信号的增益，使信号的强度保持在一个合适的范围内，从而提高通信的质量和可靠性。
AGC工作原理
AGC工作原理AGC（Automatic Gain Control）是一种自动增益控制技术，用于调整信号的增益，以保持信号在一个合适的范围内。
它广泛应用于无线通信、音频处理、雷达系统等领域。
本文将详细介绍AGC的工作原理及其应用。
一、AGC的工作原理AGC的工作原理基于负反馈原理，它通过不断监测输入信号的强度，并根据设定的参考值来调整增益，使输出信号的强度保持在一个稳定的水平上。
1. 输入信号检测AGC首先对输入信号进行检测，通常使用一个特定的检测电路来测量输入信号的强度。
这个检测电路可以是一个整流器、峰值检测器或者其他形式的检测器。
通过检测输入信号的强度，AGC能够了解当前信号的强度水平。
2. 参考值设定AGC需要一个参考值来判断当前信号的强度是否处于合适的范围内。
这个参考值可以是一个固定值，也可以根据系统需求动态设定。
通常，参考值的设定需要根据具体应用的要求来确定。
3. 增益调整根据输入信号的强度和参考值的比较结果，AGC会通过调整增益来控制输出信号的强度。
如果输入信号的强度高于参考值，AGC会减小增益；如果输入信号的强度低于参考值，AGC会增加增益。
这样，通过不断调整增益，AGC能够保持输出信号的强度稳定在一个合适的范围内。
4. 反馈回路为了实现自动增益控制，AGC通常配备了一个反馈回路。
该回路将输出信号的一部份作为反馈信号输入到增益控制电路中，以实现对增益的调整。
通过不断监测输出信号的强度，并将其与参考值进行比较，AGC能够实时地调整增益，使输出信号始终保持在合适的水平上。
二、AGC的应用AGC广泛应用于各种领域，以下列举几个常见的应用场景：1. 无线通信系统在无线通信系统中，信号的强度会受到多种因素的影响，如距离、干扰等。
AGC能够自动调整接收机的增益，使接收到的信号始终保持在一个适当的强度范围内，从而保证通信质量和稳定性。
2. 音频处理设备在音频处理设备中，AGC可以用于调整音频信号的增益，使音频信号的强度适应不同的场景需求。
AGC工作原理
AGC工作原理AGC（Automatic Gain Control）是一种自动增益控制技术，常用于电子设备中，用于调整信号的增益，以保持信号在一个合适的范围内，从而提高信号的质量和稳定性。
本文将详细介绍AGC的工作原理及其在电子设备中的应用。
一、AGC的工作原理AGC的工作原理基于负反馈控制的原理，通过不断监测输入信号的强度，并根据设定的参考值来调整增益，以使输出信号保持在一个稳定的水平上。
下面是AGC的工作原理的详细步骤：1. 输入信号检测：AGC电路会对输入信号进行检测，通常使用一个检测电路来测量输入信号的强度。
检测电路可以是一个整流器、峰值检测器或者其他形式的电路。
2. 参考信号生成：AGC电路会生成一个参考信号，用于与输入信号进行比较。
参考信号可以是一个固定的电压值或者是一个可调的电压值。
3. 比较和控制：AGC电路会将输入信号的强度与参考信号进行比较。
如果输入信号的强度高于参考信号，则AGC电路会减小增益；如果输入信号的强度低于参考信号，则AGC电路会增加增益。
这样就可以保持输出信号在一个合适的范围内。
4. 增益调整：根据比较结果，AGC电路会调整增益。
增益的调整可以通过改变放大器的增益系数、改变反馈电路的参数或者其他方式来实现。
5. 输出信号稳定：通过不断调整增益，AGC电路可以使输出信号保持在一个稳定的水平上。
这样可以避免信号过强或者过弱，从而提高信号的质量和稳定性。
二、AGC在电子设备中的应用AGC技术在各种电子设备中广泛应用，下面是一些常见的应用场景：1. 无线通信：在无线通信系统中，AGC被用于调整接收信号的增益。
由于无线信号的强度会随着距离和环境的变化而变化，使用AGC可以使接收机在不同的信号强度下都能保持良好的性能。
2. 音频处理：在音频设备中，AGC被用于调整音频信号的增益，以保持音频信号在一个合适的范围内。
这样可以避免音频信号过强或者过弱，从而提高音质和听觉体验。
3. 图象处理：在图象处理设备中，AGC被用于调整图象信号的增益，以保持图象的亮度和对照度在一个合适的范围内。
AGC工作原理
AGC工作原理一、引言自动增益控制（Automatic Gain Control，AGC）是一种电子电路，用于自动调节信号的增益，以便使输出信号的幅度保持在一个恒定的水平。
AGC广泛应用于通信系统、音频设备和无线电接收机等领域。
本文将详细介绍AGC的工作原理及其在信号处理中的应用。
二、AGC的工作原理AGC的工作原理基于负反馈的控制机制，通过不断监测输入信号的强度，并相应地调节增益，以保持输出信号的稳定性。
下面是AGC的基本工作原理：1. 输入信号检测AGC电路首先对输入信号进行检测，通常使用整流器和滤波器来提取信号的幅度信息。
整流器将信号转换为直流信号，滤波器则对直流信号进行平滑处理，以消除噪声和高频成分。
2. 参考电平生成根据输入信号的幅度信息，AGC电路生成一个参考电平。
参考电平通常由一个可调的电压源提供，其电压水平与期望的输出信号幅度相对应。
参考电平的稳定性对于AGC的性能至关重要。
3. 增益控制参考电平与输入信号的检测结果进行比较，AGC电路计算出增益控制信号。
增益控制信号根据参考电平与实际输入信号的差异来调节放大器的增益。
当输入信号强度较弱时，增益控制信号会增大增益；当输入信号强度较强时，增益控制信号会减小增益。
通过这种方式，AGC保持了输出信号在一个恒定的水平。
4. 增益调节增益控制信号被传送到放大器，通过调节放大器的增益来实现对输入信号的调节。
增益调节可以通过多种方式实现，例如改变放大器的工作点、控制反馈网络或改变放大器的电源电压。
5. 输出信号稳定经过增益调节后，输出信号的幅度将与参考电平保持一致。
AGC电路不断监测输入信号的强度，并根据需要调整增益，以确保输出信号的稳定性。
这种自动调节的机制使得输出信号在输入信号幅度变化较大的情况下仍然保持一致。
三、AGC在信号处理中的应用AGC在许多领域中都有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：1. 通信系统在通信系统中，AGC用于调节接收机的增益，以适应不同距离和信号强度。
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信号是一个阶跃函数时，误差信号是一种形式，而当参考信
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号是一个斜升函数（随时间线性增加的函数）时，误差信号
又是另一种形式。
误差信号随时间变化的情况，反映了参考信号变化时系
统是怎样跟随变化的。例如，当参考信号是阶跃变化时，即
由一个稳态值变化到另一个稳态值时，误差信号在开始时较
大，而当控制过程结束系统达到稳态时，误差信号将变得很
作业: 8.1 8.4
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内容提要
反馈控制是现代系统工程中的一种重要技术手段。 在系统受到扰动的情况下，通过反馈控制作用，可使系统 的某个参数达到所需的精度，或按照一定的规律变化。 根据控制对象参数不同，分为以下三类： • 自动增益控制(AGC)电路 • 自动频率控制(AFC)电路 • 自动相位控制(APC)电路。
(
s)
1 s
s
As 1/ RC
(1 A) / RC
对上式进行付氏逆变换，得
U
y
(t
)
1
A A
u
(t
)
1
A2 A
epx
1 A RC
t
u
(t
)
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⑵反馈控制系统的跟踪特性（求e(t)）
反馈控制系统的跟踪特性是指误差函数e与参考信号r的关
系。它的复频域表示式是式8.1.10所示的误差传递函数，也
将式8.1.4写成拉氏变换式
Y(s)=AcE(s) ⑶反馈环节
8.1.5
反馈环节的作用是将输出信号y的信号形式变换为比较
器需要的信号形式。如输出信号是交流信号，而比较器需要
用反映交变信号的平均值的直流信号进行比较，反馈环节应
能完成这种变换。反馈环节的另一重要作用是按需要的规律
传递输出信号。
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与参考信号r同方向的变化，也就是输出信号将随着参考信
号的变化而变化。
总之，由于反馈控制作用，较大的参考信号变化和输出信 号变化，只引起小的误差信号变化。
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5
欲得此结果，需满足如下两个条件： 一是要反馈信号变化的方向与参考信号变化的方向一致. 因为比较器输出的误差信号e是参考信号r与反馈信号f之差， 即e=r-f，所以，只有反馈信号与参考信号变化方向一致，才 能抵消参考信号的变化，从而减小误差信号的变化。 二是从误差信号到反馈信号的整个通路（含可控特性设 备、反馈环节和比较器）的增益（开环增益）要高。整个通 路的增益愈高，同样的误差信号变化所引起的反馈信号变化 就愈大。
9
误差信号e的量纲： e=Acp(r-f)
AGC系统中，r是参考信号电平值, f是反馈信号电平值，所
以Acp是一个无量纲的常数；
AFC系统中，r是参考信号的频率值，f是反馈信号频率值，
e是反映这两个频率差的电平值，所以Acp量纲是V/Hz 。
APC系统中，r是参考信号
的相位值，f是反馈信号信号的 相位值，e是电平值，所以Acp
e=Acp(r-f)
量纲是V/弧度。
图8.1.2 比较器的典型特性
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10
将式 8.1.2 写成拉氏变换式
E(s)=Acp[R(s)-F(s)]
8.1.3
其中，E(s)是误差信号的拉氏变换，R(s)是参考信号的
拉氏变换，F(s)是反馈信号的拉氏变换。
⑵可控特性设备
在误差信号控制下产生相应输出信
和其他系统一样，反馈控制系统也可以分为线性系统与非线
性系统。这里着重分析线性系统。
若参考信号r(t)的拉氏变换为R(s)，输出信号y(t)的拉氏变
换为Y(s)，则反馈控制系统的传输特性表示为：
T (s) Y (s) R(s)
8.1.1
称T(s)为反馈控制系统
的闭环传输函数。
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8
下面来推导闭环传输函数T(s)的表示式，并利用它分析反
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4
系统再次达到稳定时，误差信号e的变化很小，意味着输出 信号y偏离稳态值y0也很小，从而达到稳定输出y0的目的。显 然，整个调整过程是自动进行的。
②参考信号r0发生了变化。这时即使输入信号s(t)和可控 特性设备的特性没有变化，误差信号e也要发生变化。系统
调整的结果使得误差信号e的变化很小，这只能是输出信号y
号的设备称为可控特性设备。可控特性 设备的典型特性如图8.3所示。如压控振
பைடு நூலகம்
图8.1.3 可控特性设备
的典型特性
荡器就是在误差电压的控制下产生相应的频率变化。和比较
器一样可控特性设备的变化关系并不一定是线性关系，为简
化分析，假定它是线性关系 y=Ace
8.1.4
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11
这里Ac是常数，其量纲应满足系统的要求。例如，压控 振荡器的Ac的量纲就是Hz/V。
③系统的合理设计能够减小误差信号的变化，但不可能完 全消除。
这是因为始终要有一个控制信号，也就需要有误差信号， 只是希望误差信号越小越好。
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8.1.2 反馈控制系统的基本分析
1. 反馈控制系统的传递函数及数学模型
分析反馈控制系统就是要找到参考信号与输出信号（又称
被控信号）的关系，也就是要找到反馈控制系统的传输特性。
12
通常，反馈环节是一个具有所需特性的线性无源网络。
如在PLL中它是一个低通滤波器。它的传递函数为
H (s) F(s) Y (s)
称H（s）为反馈传递函数。
8.1.6
根据上面各基本部件的功能和数学模型可以得到整个反
馈控制系统的数学模型。如图8.4所示。
图8.1.4 反馈控制系统的数学模型
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3
1.反馈控制系统的工作过程 假定系统已处于稳定状态，这是输入信号为s0，输出信 号y0，参考信号为r0，比较器输出的误差信号为e0。 ①参考信号r0保持不变，输出信号y发生了变化。y发生 了变化的原因可以是输入信号s(t)发生了变化，也可以是可控 特性设备本身的特性发生了变化。y的变化经过反馈环节将 表现为反馈信号f的变化，使得输出信号y向趋近于y0的方向 进一步变化。在反馈控制系统中，总是使输出信号y进一步 变化的方向与原来的变化方向相反，也就是要减小y的变化 量。y的变化减小将使得比较器输出的误差信号减小。
ue
(t
)
1
1
A
u(t
)
1
A A
epx
1 A RC
u
(t
)
8.1.16
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20
⑶反馈控制系统的频率响应（分闭环和误差频率响应）
反馈控制系统在正弦信号作用下的稳态响应称为频率响应。
可以用 jω代替传递函数中的 s 来得到。这样系统的闭环频率
响应为
T ( j) Y ( j)
Acp Ac
馈控制系统的特性。为此需先
找出反馈控制系统各部件的传
递函数及数学模型。
⑴比较器
图8.1.2 比较器的典型特性
比较器的典型特性如图8.2所示，其输出的误差信号e通常
与参考信号r和反馈信号f的差值成比例，即
e=Acp(r-f)
8.1.2
这里Acp是一个比例常数，它的量纲应满足不同系统能够的要
求。
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小，近似为零。
但是，对于不同的系统变化的 过程是不一样的，它可能是单调 减小，也可能是振荡减小，如图 8.7中曲线(Ⅰ)和(Ⅱ)所示。
图8.7 反馈控制系统的跟踪过程
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在许多实际应用中，往往不需要了解信号的跟踪过程，而
只需了解系统稳定后误差信号的大小，称其为稳态误差。利
用拉氏变换的终值定理和误差传递函数的表达式8.1.15就可求
Y (s) Ac Acp R(s) 1 Ac Acp H (s)
8.1.11
在一般情况下，该式表示的是一个微分方程式，从线性系
统分析可知，所求得的输出信号的时间函数Y(t)将包含有稳
态部分和瞬态部分。这里主要讨论稳态情况。
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反馈传递函数： H (s) U f (s) 1
Uy(s) 1 RCs
13
利用这个模型，就可以导出整个系统的传递函数：
因为 Y (s) AcE(s) Ac Acp[R(s) F (s)] Ac Acp[R(s) H (s)Y (s)]
Ac Acp R(s) Ac Acp H (s)Y (s)
从而得到反馈控制的传递函数
T (s) Y(s)
Ac Acp
对于相同的参考信号与反馈信号之间的起始偏差，在系统 重新达到稳定后，通路增益高，误差信号变化就小，整个系 统调整的质量就高。
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2.反馈控制系统的特点
①误差检测。控制信号产生和误差信号校正全部都是自动
完成的。
②系统是根据误差信号的变化而进行调整的，而不管误差
信号是由哪种原因产生的。
得稳态误差值es
es
lim
t
e(t)
lim
s0
sE(s)
lim
s0
1
sAcp Acp Ac H
(s)
R(s)
es愈小，说明系统的跟踪误差愈小，跟踪特性愈好。
在【例8.1.1】中，阶跃函数作用下误
差信号随时间变化的特性，即跟踪特性为：
s 1/ RC Ue (s) ss 1 A/ RC
经拉氏逆变换，得
正向传输函数：
T
f
(s)
U U
y e
(s) (s)
A
闭环传递函数： T (s) U y (s)