稳态误差
[拼音]：wentai wucha
[外文]：steady state error
自动控制系统在稳态下的控制精度的度量。控制系统的输出响应在过渡过程结束后的变化形态称为稳态。稳态误差为期望的稳态输出量与实际的稳态输出量之差。控制系统的稳态误差越小说明控制精度越高。因此稳态误差常作为衡量控制系统性能好坏的一项指标。控制系统设计的课题之一，就是要在兼顾其他性能指标的情况下，使稳态误差尽可能小或者小于某个容许的限制值。
稳态误差的分类
稳态误差按照产生的原因分为原理性误差和实际性误差两类。
① 原理性误差 为了跟踪输出量的期望值和由于外扰动作用的存在，控制系统在原理上必然存在的一类稳态误差。当原理性稳态误差为零时，控制系统称为无静差系统，否则称为有静差系统。原理性稳态误差能否消除，取决于系统的组成中是否包含积分环节（见控制系统的典型环节）。通常，伺服系统为无静差系统，而自动调节系统为有静差系统。对于无静差系统，无静差性是相对于某种特定形式的输入信号或扰动作用而言的。一个控制系统对于单位阶跃函数（见拉普拉斯变换）的输入信号或扰动作用是无静差的，并不表示它对单位斜坡函数的输入或扰扰动也是无静差的。对于同时有输入r(t)和扰动n(t)作用的控制系统（见图），在系统为渐近稳定（见稳定性）的前提下,原理性误差ess规定为t→∞时控制误差e(t)的值。ess由两部分组成,一部分是由输入信号引起的稳态误差 esr，另一部分是由扰动作用引起的稳态误差esn,即ess=esr+esn。用G1(s)、G2(s)、H(s)分别表示系统各部分的传递函数，并令G(s)＝G1(s)G2(s)为系统前馈通道的传递函数，则系统稳态误差与系统传递函数间的关系为
其中R(s)和N(s)分别是输入r(t)和扰动n(t)的拉普拉斯变换，s为复数自变量。
（2）实际性误差 系统的组成部件中的不完善因素（如摩擦、间隙、不灵敏区等）所造成的稳态误差。这种误差是不可能完全消除的，只能通过选用高精度的部件，提高系统的增益值等途径减小。
系统的结构类型
在控制系统的研究中，常常按系统组成中所包含的积分环节的个数对系统进行分类，这对研究不同典型输入作用下系统的稳态误差是很方便的。系统前馈通道中不包含积分环节时称为0型系统,包含一个积分环节时称为Ⅰ型系统，包含两个积分环节时称为Ⅱ型系统。高于Ⅱ型的系统一般没有实际意义,这种结构的控制系统很难具有满意的过渡过程性能，在工程上几乎不采用。表1为各型控制系统在三种典型输入信号(单位阶跃函数1(t)、单位斜坡函数t、单位加速度函数t2)作用下的稳态误差ess，其中K 表示系统的开环增益。
静态误差系数
在控制系统的分析中，通常采用静态误差系数作为衡量系统稳态性能的一种品质指标，静态误差系数能表征系统所具有的减小或消除稳态误差的能力。静态误差系数越大，系统的稳态误差就越小；当静态误差系数为∞时，系统没有稳态误差。静态误差系数包括位置误差系数Kp、速度误差系数Kv、加速度误差系数Ka。
用G(s)H(s)表示控制系统的开环传递函数，则三种误差系数与G(s)H(s)的关系为
Kp＝[G(s)H(s)]S=0
Kv＝[sG(s)H(s)]S=0
Ka＝[G2(s)H(s)]S=0
表2为各型控制系统的静态误差系数值。表3为三种典型输入信号作用下系统稳态误差和静态误差系数间的关系，其中K 为系统的开环增益。
- 参考书目
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- 本杰明、C.郭著，张一中译：《自动控制系统》，水利电力出版社,北京,1983。(Benjamin C.Kuo, Automatic Control Systems，Prentice－Hall，Englewood Cliffs, New York,1975.)
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