控制系統

步階響應(step response)

步階響應是當你把系統的命令從一個穩定值突然猛拉到另一個值時,它如何反應——像從靜止把油門踩到底,或把恆溫器從 18 ℃ 一口氣調到 22 ℃。它是控制裡最常用的測試,因為那個猛然的跳變一次激發系統裡所有的動態,而看著輸出如何恢復,幾乎告訴你一切:它反應多快、會不會過衝、抖得多厲害、最後停在哪。

工程師從步階響應曲線上讀出幾個關鍵數字。上升時間:第一次抵達目標有多快(高速伺服可能是幾毫秒)。過衝量:在掉頭前衝過頭多少——10% 過衝表示它一度衝到目標的 110%。安定時間:多久後才穩定在最終值的、比方說 ±2% 之內。穩態誤差:它始終填不平的那道縫隙。這些全直接來自閉迴路極點:阻尼弱的極點(ζ 小)帶來大過衝與餘震;阻尼良好的極點(ζ ≈ 0.7)給出又快又幾乎不過衝的響應——多數設計瞄準的甜蜜點。

%OS = 100·exp(−ζπ / √(1−ζ²)); settling t_s ≈ 4 / (ζω_n)

步階響應裡內建一個根本的取捨:你無法同時讓迴路既閃電般快、又零過衝、又能抑制干擾——推一個,另一個就讓步。調校的藝術,就是選出最適合任務的妥協。

又稱
transient response暫態響應階躍響應