自动控制系统分类
1.4 自动控制系统的分类
输入 + A/D
-－
计算 机
输出
D/A
放大器
执行器
被控对象
反馈装置
采样数字控制系统结构图
广东交通职业技术学院机电工程系
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4. 按输入量变化的规律分类
1) 恒值控制系统(Fixed Set-Point Control System) 特点是：系统的输入量是恒量，并且要求系统 的输出量相应地保持恒定。例如电机速度控制、水 位控制等。
且要求输出量随之变化。例如数控伺服系统以及一些 自动化生产线等。
广东交通职业技术学院机电工程系
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2) 非线性系统(Non Liner System)
特点是：系统中含有非线性元件，如具有死区、 出现饱和等非线性特性的元件，它的输出量与输入 量间的关系要用非线性微分方程来描述。
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2. 按系统中的参数对时间的变化情况 1) 定常系统（Time-Invariant System） (又称时
1.4 自动控制系统的分类
自动控制系统可以从不同的角度来进行分类， 常见的有以下几种。
1. 按系统的输出量和输入量间的关系分类 1) 线性系统(Liner System) 特点是：系统全部由线性元件组成，它的输出
量与输入量间的关系用线性微分方程来描述。
线性系统的主要特点是具有叠加性和齐次性，即 当c1(系t)和统c的2(t输)，入则分当别输为入r1为(t)r和(t)r=2a(t1)r时1(t，)+对a2r应2(t的)时输，出输分出别量为 为c(t)=a1c1(t)+a2c2(t)，其中为a1、a2为常系数。
自动控制系统的分类和品质指标
自动控制系统的分类和品质指标1.根据控制对象的性质分类：连续控制系统和离散控制系统。
连续控制系统是指被控对象和控制器的输入和输出都是连续的，如电机的转速控制系统；离散控制系统是指被控对象和控制器的输入和输出是离散的，如数字逻辑控制系统。
2.根据控制方式分类：开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指控制器的输出不受被控对象状态的反馈影响，控制结果只依赖于被控对象的输入，如电视遥控器控制电视机的开关和音量；闭环控制系统是指控制器的输出通过传感器获得被控对象的状态反馈信息，根据反馈信息进行调整，如汽车上的自动驾驶系统。
3.根据控制器的性质分类：线性控制系统和非线性控制系统。
线性控制系统是指被控对象和控制器之间的关系可以用线性方程或线性差分方程描述，如传统的PID控制系统；非线性控制系统是指被控对象和控制器之间的关系不可用线性方程或线性差分方程描述，需要使用非线性控制算法进行设计，如模糊控制和神经网络控制。
品质指标是用来评价自动控制系统性能好坏的指标，常见的有以下几个方面：1.稳定性：指系统的输出能够在有限时间内收敛到一个稳定的状态，不会产生震荡或发散。
稳定性是评价自动控制系统最基本且最重要的性能指标。
2.快速性：指系统的输出能够在规定的时间内快速达到稳定状态。
快速性越高，系统的响应速度就越快。
3.精确性：指系统的输出与期望值之间的偏差程度。
精确性越高，系统的控制效果越好。
4.鲁棒性：指系统对于参数变化、干扰和噪声的鲁棒性能。
鲁棒性越好，系统对外界干扰的抵抗能力越强。
5.动态性：指系统响应时间的快慢和输出过程中的波动程度。
动态性越好，系统越能够适应复杂的工况需求。
6.经济性：指系统的设计成本、运行成本和维护成本。
经济性越好，系统的运营费用越低。
以上是自动控制系统的分类和品质指标的基本介绍，不同的自动控制系统根据其应用领域、控制目标和技术要求的不同，可能会使用不同的分类标准，并要求不同的品质指标。
在实际应用中，需要根据具体的需求和情况进行系统设计和性能评估，以确保自动控制系统的性能和品质达到预期的要求。
1.4-1自动控制系统分类 -按输入量变化的规律.
给定
温度 + 给定元件 -
微机控制 （控制器）
加热器 （执行器）
典型机电控制系统
干扰
恒温设备 （被控对象）
T （温度）
热电偶 （反馈环节）
恒值控制系统性能的关键在于检测元件和执行元件的性能，若采用了微机控制， 还与微机处理的速度有关。
典型机电控制系统
按系统输入量变化的规律划分 随动控制系统： 特征：该系统的输入量是一个事先无法确定的任意变化的量，要求系 统的输出量能迅速平稳地复现或跟踪输入信号的变化。
雷达随动系统
各种雷达都有随动系统，但是，通常所说的雷 达随动系统是指各种跟踪雷达中的天线角坐标 跟踪系统和距离跟踪系统。
典型机电控制系统
雷达随动系统
典型机电控制系统
机械传动 执行元件
R（目标斜距离） E（仰角）
A（方位角）
角度误差 形成
辅助跟 踪计算
机
E（仰角）
正割 补偿
伺服放大 及校正
典型机电控制系统
恒水位控制系统
浮子
水
典型机电控制系统
系统给定：由浮子联动机构
确定了水位的高度 扰动（阀门）
给定
执行元件
水位H
机构
固定位 +
活塞 动作
水箱
阀门 系统目标：水位高度达到设定
- 反保
测水位
持暂时稳定
恒温控制系统
空调
典型机电控制系统
燃气自动恒温加热炉
恒温恒湿试验箱
恒温控制系统 比较器
太阳能跟踪控制系统
太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电 池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半 导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光 照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况 下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏 （Photovoltaic，photo光，voltaics伏特， 缩写为PV），简称光伏。 若使太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光
简述自动控制系统的基本分类
简述自动控制系统的基本分类自动控制系统是现代工业生产中不可或缺的一部分，它可以实现对生产过程的自动化控制，提高生产效率和质量。
自动控制系统的基本分类主要有以下几种。
一、按照控制对象分类1.连续控制系统：主要用于对连续生产过程进行控制，如化工、石油、纺织等行业的生产过程。
2.离散控制系统：主要用于对离散生产过程进行控制，如自动包装、自动装配等行业的生产过程。
3.混合控制系统：是连续控制系统和离散控制系统的结合，主要用于对同时具有连续和离散生产过程的系统进行控制。
二、按照控制方式分类1.开环控制系统：是指控制器不对被控对象的输出进行反馈调节，而是直接根据预定的控制规律进行控制。
2.闭环控制系统：是指控制器对被控对象的输出进行反馈调节，根据输出与预定值之间的误差进行控制。
3.开闭环控制系统：是指同时采用开环和闭环控制方式的控制系统，主要用于对复杂系统进行控制。
三、按照控制器分类1.单变量控制器：是指控制单个变量的控制器，如PID控制器、比例控制器等。
2.多变量控制器：是指控制多个变量的控制器，如模型预测控制器、自适应控制器等。
3.分散控制器：是指控制系统中各个部分各自独立进行控制的控制器。
4.集中控制器：是指控制系统中各个部分通过中央控制器进行集中控制的控制器。
四、按照控制对象的数量分类1.单变量控制系统：是指控制系统中只有一个被控对象的控制系统。
2.多变量控制系统：是指控制系统中有多个被控对象的控制系统。
3.分布式控制系统：是指控制系统中各个被控对象通过分布式控制器进行控制的控制系统。
四、按照控制系统的层次分类1.基层控制系统：是指控制系统中最底层的控制系统，主要用于对现场设备进行控制。
2.中层控制系统：是指控制系统中处于中间层次的控制系统，主要用于对生产过程进行控制。
3.高层控制系统：是指控制系统中处于最高层次的控制系统，主要用于对整个生产过程进行规划和管理。
以上是自动控制系统的基本分类，不同的控制系统具有不同的特点和应用范围，选择合适的控制系统能够提高生产效率和质量，降低成本，提高企业的竞争力。
自动控制系统的分类
掌握上述基本分析方法后，将迚行系统校正与 综合的讨论，这是比系统分析更深层次的内容，主要 介绍根轨迹法和频率特性法校正与系统综合的原理与 思路。
此外，还要介绍针对非线性系统的描述函数法 和相平面分析法。
1-3 自动控制系统的分类
1.按信号流向划分
（1）开环控制系统 信号流动由输入端到输出端单向流动。
（2）闭环控制系统
若控制系统中信号除从输入端到输出端外, 还有输出到输入的反馈信号,则构成闭环控制系 统,也称反馈控制系统,如图所示。
2.按系统输入信号划分
（1）恒值调节系统(自动调节系统) 这种系统的特征是输入量为一恒值,通常称为系
是与时间无关的常数,则称为定常系统。该类系统 只要输入信号的形式不变,在不同时间输入下的输 出响应形式是相同的。
(2)时变系统 如果描述系统特性的微分方程中只要有一
项系数是时间的函数,此系统称为时变系统。
5.连续系统和离散系统
(1)连续系统 系统中所有元件的信号都是随时间连续变化
的,信号的大小均是可任意取值的模拟量,称为连 续系统。 (2)离散系统
A=1的函数称为单位阶跃函数，记作1(t)。因此， 幅值为A的阶跃函数也可表示为：
r(t) A 1(t)
出现在 t t0 时刻的阶跃函数，表示为：
0
r(t
t0
)
A
t t0 t t0
2.斜坡函数（等速度函数）
它的数学表达式为:
0 t0
r (t
)
At
t0
自动控制系统的分类
自动控制系统的分类常用的自动控制系统分类方法如下。
1．按控制原理的不同自动控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。
1）开环控制系统在开环控制系统中，系统输出只受输入的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。
开环控制系统中，基于按时序进行逻辑控制的称为顺序控制系统，由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。
主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的控制及机械手和生产自动线。
2）闭环控制系统闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用输出量同期望值的偏差对系统进行控制，可获得比较好的控制性能。
闭环控制系统又称反馈控制系统。
2．按给定信号（输入量）的变化规律分类自动控制系统可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
1）恒值控制系统若系统输入量为一定值，要求系统的输出量也保持恒定，此类系统称为恒值控制系统。
这类控制系统的任务是保证在扰动作用下被控量始终保持在给定值上，在生产过程中的恒转速控制、恒温控制、恒压控制、恒流量控制、恒液位高度控制等大量的控制系统都属于这一类系统。
对于恒值控制系统，着重研究各种扰动对输出量的影响，以及如何抑制扰动对输出量的影响，使输出量保持在预期值上。
恒值控制系统又称为自动调节系统，其主要特征是给定量不变。
2）随动控制系统给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化而变化，如跟踪卫星的雷达天线系统。
随动系统的输入信号是一个随时间任意变化的函数（事先无法预测其变化规律），系统的任务是在存在扰动的情况下，保证输出量以一定的精度跟随输入信号的变化而变化。
在这种系统中，输出量通常是机械位移、速度或加速度。
随动系统中，若给定量变化是任意的，则称为自动跟踪系统或伺服系统，研究的重点是系统输出量跟随输入量的准确性和快速性。
随动系统在工业、交通和国防等部门有着极为广泛的应用，如机床的自动控制、舰船的操舵系统、火炮控制系统及雷达导航系统等。
3）程序控制系统若系统的输入量按一定的时间函数变化，但其变化规律是预先知道和确定的，给定值按一定时间函数变化，要求输出量与给定量的变化规律相同，此类系统称为程序控制系统。
自动化控制中有哪些常见控制系统？
⾃动化控制中有哪些常见控制系统？⾃动化控制中有⼋⼤常见控制系统，分别是：反馈控制、前馈控制、顺序控制、⽐值控制系统、串级控制系统、超驰控制系统、程序控制系统以及批量控制系统。
触摸触摸数字智能家庭⾃动化概念的⼈⼯业机器⼈等距的概念。
⼯业机器⼈概念与等距输送线和机械臂机械⼿⽮量图Hand holding modern smart phone on neutral1、反馈控制（Feedback Control）反馈控制也称闭环（closed－loop）控制。
如同流量及压⼒控制⼀样，操作端控制信号的变化经由系统后作为传感器的测量值从检测端返回，这种控制系统称为反馈控制。
在⾃动控制中，反馈控制使⽤得最⼴泛，抗外部⼲扰的能⼒强，能实现稳定控制。
反馈控制中通常会选⽤傻⽠式PID调节器或能适应各种复杂⼯况的⼈⼯智能调节器。
2、前馈控制（Feedforword Control）⽤于热过程或传送装置等过程响应时间长、外部⼲扰⼤的情况。
前馈控制与上⾯提到的反馈控制结合使⽤，在温度发⽣变化之前检测外部⼲扰（此时为⽔的流量变化），在反馈控制前修正控制信号，所以也称为超前动作。
前馈控制通常由单回路调节器和加减法数学运算器构成，选择适合的调节器、整定最佳PID参数和数学运算器系数对提升前馈控制系统控制效果很重要。
3、顺序控制（Sequence Control）要在⽔槽中获得温⽔，将热⽔进⽔阀打开⼀段时间后关闭，再将冷⽔进⽔阀打开⼀段时间后关闭，虽然温度不那么精确。
也可以获得温⽔。
像这样将⼀系列的ON／OFF操作进⾏⾃动化控制称为顺序控制，即“按照事先确定的顺序进⾏的控制”。
该控制既没有⽬标值也没有修正动作，不受外部⼲扰。
4、⽐值控制系统将多种流体按⽐例混合时，使⽤⽐值控制系统（Ratio Control）。
⽐值运算的例⼦请参照流量的⽐值运算⽰例。
5、串级控制系统利⽤主调节器和从动调节器将过程变量不同的回路进⾏组合，将主调节器的输出连接到从动调节器的设定上，这种控制系统称为串级控制系统。
自动控制系统的组成及分类
自动控制系统的组成及分类
一、系统组成
自动控制系统主要由控制器、受控对象、执行机构和反馈通路组成。
1. 控制器：控制器的功能是接受操作人员的指令，以及对由检测装置得到的被控量进行一定的处理，以控制受控对象的控制量的大小，以满足系统的性能要求。
控制器有多种分类，按能量关系可分为电动、气动、液压、机械和混合型等；按信息传递方式可分为开环和闭环等。
2. 受控对象：受控对象又称被控对象，是指在自动化系统中需要控制的设备或装置。
受控对象根据不同的要求和控制方案，可以是一个单台设备、一条生产线或一个系统。
3. 执行机构：执行机构是自动控制系统中的重要组成部分，它的作用是根据控制器的输出信号，产生相应的动作，驱动被控对象，以改变受控量的状态。
常见的执行机构有伺服电动机、步进电机等。
4. 反馈通路：反馈通路是指把被控量的变化通过传感器和转换装置变成电信号，再传输给控制器，以实现系统的闭环控制。
反馈通路由传感器、转换装置和控制器等组成。
二、分类方式
自动控制系统有多种分类方式，以下列举几种常见的分类方式：
1. 按控制系统类型分类：可分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指系统的输出只受输入的控制，与系统的过去状态无关；而闭环控制系统是指系统的输出不仅受输入的控制，还与系统的过去状态有关。
2. 按控制方式分类：可分为程序控制和随动控制。
程序控制是指系统按照预定的程序进行控制；随动控制是指系统根据被控量的变化实时调整控制参数。
3. 按控制变量的数量分类：可分为单变量控制系统和多变量控制系统。
单变量控制系统是指系统只有一个被控量；多变量控制系统是指系统有多个被控量。
自动控制系统的分类
加。
1-4 自动控制系统的基本要求
自动控制系统是否能很好地工作,是否能精确 地保持被控量按照预定的要求规律变化这取决于被 控对象和控制器及各功能元器件的特性参数是否设 计得当。 在理想情况下 , 控制系统的输出量和输入量 , 在任何时候均相等 , 系统完全无误差 , 且不受干扰 的影响。实际系统中 , 由于各种各样原因 , 系统在 受到输入信号(也包括扰动信号)的激励时,被控量 将偏离输入信号作用前的初始值 ,经历一段动态过 程(过渡过程)，则系统控制性能的优劣,可以从动 态过程中较充分地表现出来。
1-3 自动控制系统的分类
1.按信号流向划分
（1）开环控制系统
信号流动由输入端到输出端单向流动。
（2）闭环控制系统 若控制系统中信号除从输入端到输出端外, 还有输出到输入的反馈信号,则构成闭环控制系 统,也称反馈控制系统,如图所示。
2.按系统输入信号划分 （1）恒值调节系统(自动调节系统) 这种系统的特征是输入量为一恒值,通常称为系 统的给定值。控制系统的任务是尽量排除各种干扰 因素的影响,使输出量维持在给定值(期望值)。如工 业过程中恒温、恒压、恒速等控制系统。
MATLAB分析与设计
1-6 本课程的内容和特点
一、自动控制理论的内容 自动控制理论的内容与自动控制系统需要研究的问题密切相关。 要研究的问题有两个方面，即控制系统的分析；控制系统设计与 综合。 （－）自动控制系统的分析 控制系统分析主要包括三个方面内容：①稳定性分析；②稳态 特性分析（准确性，精度）；③动态特性分析（暂态特性或瞬态 特性）。（稳、准、快） 1．系统的稳定性分析 1、稳定性分析； 给出判断系统稳定性的基本方法，并阐述 系统的稳定性与系统结构（或称控制规律）及系统参数间的关系。 2、稳态特性分析：系统稳态特性表征了系统实际稳态值与希 望稳态值之间的差值，即稳态误差，表征了控制系统的控制精度。 给出计算系统稳态误差的方法，指出系统结构和参数对稳态特性 的影响。
自动控制系统的基本组成与分类
自动控制系统的基本组成与分类自动控制系统的基本组成如前所述，自动控制系统(即反馈控制系统)由被控对象和控制装置两大部分组成，根据其功能，后者又是由具有不同职能的基本元部件组成的。
图1．12是一个典型的自动控制系统的基本组成示意图，图中组成系统的各基本环节及其功能如下。
1．被控对象如前所述，被控对象是指对其莱个特定物理量进行控制的设备或过程出即为系统的输出员，即被控量，通常以c(r)(或y(f))表示。
2．阁量元件测量元件用于对输出量进行测量，并将其反馈至输入端。
如果输出量与输入量的物理单位不同，有时还要进行相应的量纲转换*例如，温度测量装置(热电偶)用于团量湿度并转换为电压(见固1．2)，测速发电机用于测量电动机轴转速井转换为电压(见田1．9)。
3．给定元件根据控制日的，给定元件将给定量转换为与期望输出相对应的系统治入量(通常以r(‘)表示)，作为系统的控制依据。
例如，图1．9中，给定电压M2的电位器即为给定元件。
4．比较元件比较元件对输入量与测量元件测得的输出量进行比较，并产生偏差信号中的电压比较电路。
通常，比较元件输出的偏差信号以‘(2)表示。
5．放大元件放大元件是特比较元件结出的(檄弱的)偏差信号进行放大(必要时还要进行物理量的转换)。
例如，图1．9中的ATMEL代理放大器和晶闸管整流装置等。
6．执行元件执行元件的功能是，根据放大元件放大后的偏差信号，推动执行元件去控制被控对象，使其被控量按照设定的要求变化。
通常，电动机、液压马达等都可作为执行元件。
7．校正元件校正元件又称补偿元件，用于改善系统的性能，通常以串联或反馈的方式连接在系统中。
在图1．12中，作用信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通路称为前向通路；系统治出量经测旦元件反馈到输入端的传输通路称为主反馈通路；前向通路和主反馈通路构成的回路称为主反馈回路，简称主回路。
除此之外，还有局部反馈通路以及局部反馈回路等*将只包含一个主反馈通路的系统称为单回路系统，将包含两个或两个以上反馈通路的系统称为多回路系统。
自动控制系统的概念及分类
自动控制系统是指能够对某一系统的运行状态进行监测、比较和修正，以维持系统在某种期望状态或性能指标下运行的系统。
它主要包括感知部分、决策部分和执行部分。
感知部分负责获取系统的状态信息，决策部分进行状态比较和决策，执行部分则执行相应的控制操作。
自动控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统两大类。
开环控制系统（Open-Loop Control System）：开环控制系统是指控制器输出不受系统当前状态影响，只由输入信号决定的控制系统。
在开环系统中，控制器向执行器发送命令，执行器按照命令执行动作，但系统的实际状态变化不会反馈给控制器。
这种系统不具备自我调整的能力，对外界扰动和系统参数变化不敏感。
闭环控制系统（Closed-Loop Control System）：闭环控制系统是指控制器的输出受系统当前状态的反馈影响，通过不断调整输出来维持系统在期望状态。
在闭环系统中，感知部分负责获取系统状态信息，并将反馈信息传递给控制器，控制器根据反馈信息调整输出，实现对系统的动态调节。
这种系统能够更好地应对外界扰动和系统参数变化，具有自我调整的能力。
在闭环控制系统中，可以进一步根据控制器的结构和工作原理进行分类：比例-积分-微分（PID）控制系统：使用比例项、积分项和微分项来调节系统，以实现对系统的稳定性、精度和速度的控制。
状态空间控制系统：使用状态空间法描述系统，通过状态反馈或输出反馈来实现对系统的控制。
模糊控制系统：基于模糊逻辑的控制系统，适用于复杂、模糊和不确定的系统。
神经网络控制系统：利用神经网络模型进行控制，适用于非线性和复杂系统。
自适应控制系统：具有自适应性能，能够根据系统的变化实时调整控制策略。
总体而言，自动控制系统在工业、交通、航空航天、生活等领域有着广泛的应用，能够提高系统的稳定性、精度和鲁棒性。
工业生产过程中的自动化控制系统
工业生产过程中的自动化控制系统随着科技的快速发展，自动化控制技术在工业生产过程中的应用越来越广泛。
自动化控制系统是一种通过计算机、传感器和执行器等设备，实现对生产线或机器的控制和监控的技术。
一、自动化控制系统的分类根据功能和应用范围，自动化控制系统可以分为以下几种：1. 过程控制系统：主要是对工业生产过程中的物理和化学变化，进行控制，如化工、制药和石化等行业。
2. 离散控制系统：主要是对离散事件进行控制，如电子、机械制造和钢铁等行业。
3. 是否定制控制系统：主要是对非线性过程进行控制，如气体液体调节和热力闭环控制等。
二、自动化控制系统的构成自动化控制系统由五个基本部分组成：1. 传感器：传感器是自动化控制系统中最重要的部分，用于将生产过程中的物理、化学和机电信号转换成数字信号，以供计算机进行处理。
2. 执行器：执行器是指根据计算机指令，将数字信号转换成物理信号，控制生产过程的机器和设备，如电机、液压阀和气缸等。
3. 控制器：控制器是系统中的"大脑"，负责对传感器采集的数据进行处理和分析，并向执行器发送对应的指令，控制生产过程的各个环节，如计算机和可编程逻辑控制器（PLC）等。
4. 用于共享的工控机或数据采集设备。
5. 人机界面：人机界面是系统中的"窗口"，为操作人员提供实时数据和控制参数，以便于监控和调节生产过程。
三、自动化控制系统的优势自动化控制系统具有以下优势：1. 提高生产效率：自动化生产线可以减少人工干预，提高生产效率和产品质量，同时减少了出错率和质量问题。
2. 降低生产成本：自动化控制系统可以减少人工成本，提高生产效率，降低生产成本，同时可以减少设备故障停机时间，节约维修成本。
3. 提高产品质量：自动化控制系统通过对生产过程的精细调节和监控，可以提高产品质量和一致性，同时减少了浪费和废品率。
4. 保障安全生产：自动化控制系统可以减少工作人员的接触关键性能，减低了对人的伤害。
第1章 自动控制系统概述
第1章 自动控制系统概述
智能控制系统是指具有某些仿人智能的工程控制 与信息处理系统， 其中最典型的就是智能机器人。 对自动控制理论的具体描述可表示为图1-1。
第1章 自动控制系统概述
图1-1 对自动控制理论的具体描述
第1章 自动控制系统概述
1.2 开环控制和闭环控制
1. 开环控制系统(Openloop Control System) 若系统的输出量不被引回来对系统的控制部分产 生影响， 则这样的系统称为开环控制系统。
减转器
调电器
电炉
过电热
图 1 - 5 电炉箱自动控制方框图
第1章 自动控制系统概述
T
UfT
∆U＝(UsT －UfT ) (>0)
Ua (>0)
电机电转
UR
T
自自自自，直直＝给定定， ＝0时时 T ∆U
图 1 - 6 炉温自动调节过程
第1章 自动控制系统概述
1.3 自动控制系统的组成
现以图 1 - 4 和图 1 - 5 所示的恒温控制系统来说 明自动控制系统的组成和有关术语。
要分析一个实际的自动控制系统， 首先要了解它 的工作原理， 然后画出组成系统的方框图。 在画方框 图之前， 必须明确以下问题： (1) 哪个是控制对象？被控量是什么？影响被控量 的主扰动量是什么？ (2) 哪个是执行元件？
第1章 自动控制系统概述
(3) 测量被控量的元件有哪些？ 有哪些反馈环节？ (4) 输入量由哪个元件给定？ 反馈量与给定量如何 进行比较？ (5) 此外还有哪些元件（环节）? 它们在系统中处 于什么地位？ 起什么作用？
第1章 自动控制系统概述
(5) 执行元件（Executive Element）： 驱动被控制 对象的环节。 (6) 控制对象（Controlled Plant）： 亦称被调对象。 (7) 反馈环节（Feedback Element）： 由它将输出 量引出， 再回送到控制部分。
自动控制系统的分类方法
自动控制系统的分类方法
自动控制系统可以按照不同的角度进行分类，例如按照控制动作的特点、控制系统的结构、控制器的类型等。
以下是一些常见的分类方法：
1. 按照控制系统的结构：根据控制系统的结构，可以将自动控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指没有反馈链路的控制系统，控制器的输出只受到输入信号的影响；闭环控制系统是指带有反馈链路的控制系统，控制器的输出会根据反馈信号进行调整。
2. 按照控制器的类型：根据控制器的类型，可以将自动控制系统分为比例控制系统、积分控制系统和微分控制系统，以及它们的组合。
比例控制系统是根据控制偏差的大小进行调节的；积分控制系统是根据控制偏差的累积进行调节的；微分控制系统是根据控制偏差的变化率进行调节的。
3. 按照控制对象的特点：根据控制对象的特点，可以将自动控制系统分为线性控制系统和非线性控制系统。
线性控制系统的控制对象可以被线性模型描述，非线性控制系统的控制对象不满足线性性质。
4. 按照控制动作的特点：根据控制动作的特点，可以将自动控制系统分为比例控制系统、偏差比例控制系统、微分控制系统和其他类型的控制系统。
比例控制系统是根据控制偏差的大小进行调节的；偏差比例控制系统是根据偏差与其变化率的乘积进行调节的；微分控制系统是根据控制偏差的变化率进行调节
的；其他类型的控制系统可能采用多种控制动作进行调节，如比例积分控制系统、误差比例积分控制系统等。
这些分类方法并不是相互独立的，一种自动控制系统可能同时属于多个分类方法。
自动控制系统是按照什么分类
自动控制系统是按照什么分类，怎么分?自动控制系统的形式是多种多样的,用不同的标准划分,就有不同的分类方法。
常见的有下述几种.1。
6。
1恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统按给定信号的形式不同，可将系统划分为恒值控制系统和随动控制系统.（1）恒值控制系统恒值控制系统（也称为定值系统或调节系统）的控制输入是恒定值，要求被控量保持给定值不变。
例如前面提到的液位控制系统，直流电动机调速系统等。
（2) 随动控制系统随动控制系统（也称为伺服系统)的控制输入是变化规律未知的时间函数，系统的任务是使被控量按同样的规律变化并与输入信号的误差保持在规定范围内。
例如函数记录仪，自动火炮系统和飞机—自动驾驶仪系统等。
（访问ask。
）(3）程序控制系统程序控制系统的给定信号按预先编制的程序确定，要求被控量按相应的规律随控制信号变化。
机械加工中的数控机床就是典型的例子.1。
6.2定常系统和时变系统按系统参数是否随时间变化，可以将系统分为定常系统和时变系统。
如果控制系统的参数在系统运行过程中不随时间变化，则称之为定常系统或者时不变系统，否则，称其为时变系统。
实际系统中的温漂、元件老化等影响均属时变因素。
（访问ask。
ieplat。
com）严格的定常系统是不存在的,在所考察的时间间隔内，若系统参数的变化相对于系统的运动缓慢得多, 则可近似将其作为定常系统来处理。
1.6。
3线性系统和非线性系统按系统是否满足叠加原理，可以将系统分为线性系统和非线性系统.由线性元部件组成的系统,称为线性系统，系统的运动方程能用线性微分方程描述.线性系统的主要特点是具有齐次性和叠加性。
系统的稳定性与初始状态及外作用无关。
如果控制系统中含有一个或一个以上非线性元件,这样的系统就属于非线性控制系统。
非线性系统不满足叠加原理,系统响应与初始状态和外作用都有关。
非线性控制系统的有关内容在第七章中介绍。
实际物理系统都具有某种程度的非线性，但在一定范围内通过合理简化,大量物理系统都可以足够准确地用线性系统来描述.本书主要研究线性定常系统.1.6。
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1-3自动控制系统的分类本课程的主要内容是研究按偏差控制的系统。
为了更好的了解自动控制系统的特点，介绍一下自动控制系统的分类。
分类方法很多，这里主要介绍其中比较重要的几种：一、按描述系统的微分方程分类在数学上通常可以用微分方程来描述控制系统的动态特性。
按描述系统运动的微分方程可将系统分成两类：1．线性自动控制系统描述系统运动的微分方程是线性微分方程。
如方程的系数为常数，则称为定常线性自动控制系统；相反，如系数不是常数而是时间t的函数，则称为变系数线性自动控制系统。
线性系统的特点是可以应用叠加原理，因此数学上较容易处理。
2．非线性自动控制系统描述系统的微分方程是非线性微分方程。
非线性系统一般不能应用叠加原理，因此数学上处理比较困难，至今尚没有通用的处理方法。
严格地说，在实践中，理想的线性系统是不存在的，但是如果对于所研究的问题，非线性的影响不很严重时，则可近似地看成线性系统。
同样，实际上理想的定常系统也是不存在的，但如果系数变化比较缓慢，也可以近似地看成线性定常系统。
二、按系统中传递信号的性质分类1．连续系统系统中传递的信号都是时间的连续函数，则称为连续系统。
2．采样系统系统中至少有一处，传递的信号是时间的离散信号，则称为采样系统，或离散系统。
三、按控制信号r(t)的变化规律分类r t为恒值的系统称为镇定系统(图1-2所示系统就是一例)。
1．镇定系统()r t为事先给定的时间函数的系统称为程序控制系统(图1-11所示系统就是2．程序控制系统()一例)。
r t为事先未知的时间函数的系统称为随动系统，或跟踪系统，如图1-7所示的3．随动系统()位置随动系统及函数记录仪系统。
第三节自动控制系统的分类控制系统的分类方法:按控制方式分：开环控制，闭环控制，复合控制等；按系统性能分：线性系统和非线性系统、连续系统和离散系统、定常系统和时变系统。
线性连续控制系统计算机控制系统的分类作者: cips发表日期: 2006-02-08 15:43 复制链接计算机控制系统的分类有三种方法：以自动控制行式分类，以参于控制方式分类或以调节规律分类。
一、以自动控制行式分类以自动控制方式可以分成如下几类：（一) 计算机开环控制(Computer Open Loop Control)系统若计算机开环控制系统的输出对生产过程能行使控制,但控制结果---生产过程的状态没有影响计算机控制的系统,计算机\控制器\生产过程等环节没有构成闭合环路,则称之为计算机开环控制系统.从图上看出生产过程的状态没有反馈给计算机,而是由操作人员监视生产过程的状态,决定控制方案,并告诉控制计算机使其行使控制作用.(二) 计算机闭环控制计算机对生产对象或过程进行控制时,生产过程状态能直接影响计算机控制的系统,称之为计算机闭环控制系统.控制计算机在操作人员监视下,自动接受生产过程状态检测结果,计算并确定控制方案,直接指挥控制部件(器)的动作,行使控制生产过程作用.在这样的系统中,控制部件按控制机发来的控制信息对运行设备进行控制,另一方面运行设备的运行状态作为输出,由检测部件测出后,作为输入反馈给控制计算机;从而使控制计算机\控制部件\生产过程\检测部件构成一个闭环回路.我们将这种控制形式称之为控制计算机闭环控制.计算机闭环控制系统,利用数学模型设置生产过程最佳值与检测结果反馈值之间的偏差,控制达到生产过程运行在最佳状态.(三) 在线控制只要计算机对受控对象或受控生产过程,能够行使直接控制,不需要人工干预的都称之为控制计算机在线控制或称联机控制系统.(四) 离线控制控制计算机没有直接参于控制对象或受控生产过程.它只完成受控对象或受控过程的状态检测,并对检测的数据进行处理;而后制定出控制方案,输出控制指示,操作人员参考控制指示,人工手动操作使控制部件对受控对象或受控过程进行控制.这种控制形式称之为计算机离线控制系统.(五) 实时控制系统控制计算机实时控制系统是指受控制的对象或受控过程,每当请求处理或请求控制时,控制机能及时处理并进行控制的系统,常用在生产过程是间断进行的场合.如炼钢,每炼一炉钢是一个过程;又如轧钢过程,每轧出一块钢算一个过程,每个过程都重复进行.只有进入过程才要求计算机进行控制.在计算机一旦进行控制时,就要求计算机对来自生产过程的信息在规定的时间内作出反应或控制.这种系统常使用完善的中断系统和中断处理程序来实现.综上所述,一个在线系统并不一定是实时系统.但是一个实时系统必是一个在线系统.二、以参于控制方式来分类按控制机参于控制方式来分类，可分成如下几种：（一）直接数字控制系统由控制计算机取代常规的模拟调节仪表而直接对生产过程进行控制,由于计算机发出的信号为数字量，故得名DDC控制。
实际上受控的生产过程的控制部件,接受的控制信号可以通过控制机的过程输入/输出通道中的数/模(D/A)转换器将计算机输出的数字控制量中转换成模拟量;输入的模拟量也要经控制机的过程输入/输出通道的模/数(A/D)转换器转换成数字量进入计算机.DDC控制系统中常使用小型计算机或微型机的分时系统来实现多个点的控制功能.实际上是属于用控制机离散采样,实现离散多点控制.这种DDC计算机控制系统已成为当前计算机控制系统中主要控制形式之一.DDC控制的优点是灵活性大,集中可靠性高和价格便宜.能用数字运算形式对若干个回路,甚至数十个回路的生产过程,进行比例--- 积分---微分(PID)控制,使工业受控对象的状态保持在给定值上,偏差小且稳定.而且只要改变控制算法和应用程序便可实现较复杂的控制.如前馈控制和最佳控制等.一般情况下, DDC级控制常作为更复杂的高级控制的执行级.(二) 计算机监督控制系统计算机监督控制系统是针对某一种生产过程,依据生产过程的各种状态,按生产过程的数学模型计算出生产设备应运行的最佳给定值,并将最佳值自动地或人工对DDC执行级的计算机或对模拟调节仪表进行调正或设定控制的目标值.由DDC或调节仪表对生产过程各个点(运行设备)行使控制.SCC系统的特点是能保证受控的生产过程始终处于最佳状态情况下运行,因而获得最大效益.直接影响S CC效果优劣的首先是它的数学模型,为此要经常在运行过程中改进数学模型,并相应修改控制算法和应用控制程序.(三) 多级控制系统在现代生产企业中,不仅需要解决生产过程的在线控制问题,而且还要求解决生产管理问题,每日生产品种、数量的计划调度以及月季计划安排,制定长远规划、预报销售前景等, 于是出现了多级控制系统.DDC级主要用于直接控制生产过程,进行PID或前馈控制;SCC级主要用于进行最佳控制或自适应控制或自学习控制计算,并指挥DDC级控制同时向MIS级汇报情况.DDC级通常用微型计算机,SCC级一般用小型计算机或高档微型计算机.车间管理的MIS主要功能是根据工厂级下达的生产品种、数量命令和搜集上来的生产过程的状态的信息,随时进行合理调度,实现最优控制,指挥SCC级监督控制.工厂管理级的MIS主要功能是接受公司下达的生产任务和本厂的实际情况,进行最优化计算,制订本厂生产计划和短期(旬或周或日)安排,然后给车间级下达生产任务.公司管理级的MIS主要功能是对市场需求预测计算,制订战略上的长期发展规划,并对订货合同,原料供应情况和企业的生产状况,进行最优生产方案的比较选择计算,制订出整个公司企业较长时间(月或旬)的生产计划、销售计划,并向各工厂管理级下达任务.MIS级主要功能是实现信息实时处理,为各级决策者提供有用的信息,作出关于生产计划\调度和管理方案,使计划协调和经营管理处于最优状态.这一级可根据企业的规模和管理范围的大小分成若干级.每级又依据要处理的信息量的大小确定采用的计算机的类型.一般情况车间级MIS用小型计算机或高档微型计算机,工厂管理级的MIS用中型计算机,而公司管理级的MIS则用大型计算机,或者用超大型计算机.(四)分布式控制或分散控制系统分散控制或分布控制,是将控制系统分成若干个独立的局部控制子系统,用以完成受控生产过程自动控制任务.由于微型计算机的出现与迅速发展,为实现分散控制提供了物质和技术基础,近年来分散控制得以异乎寻常的发展,且已成为计算机控制发展的重要趋势.自70年代起,又出现集中分散式的控制系统,简称集散系统.它是采用分散局部控制的新型的计算机控制系统.三、按调节规律分类如果按调节规律分类,计算机对工业生产过程进行控制所构成的系统可分成如下几种:(一)程序控制如果计算机控制系统是按着预先规定的时间函数进行控制,这种控制称之为程序控制.如炉温按着一定的时间曲线进行控制就为程序控制.这里的程序是指随时间变化就有确定对应变化值,而不是计算机所运行的程序.(二)顺序控制在程序控制的基础上产生了顺序控制,计算机如能根据随时间推移所确定对应值和此刻以前的控制结果两方面情况行使对生产过程控制的系统,称之为计算机的顺序控制.(三) 比例--积分--微分PID控制常规的模拟调节仪表可以完成PID控制.用微型计算机也可以实现PI D控制.(四)前馈控制通常的反馈控制系统中,对干扰造成一定后果,才能反馈过来产生抑制干扰的控制作用,因而产生滞后控制的不良后果.为了克服这种滞后的不良控制,用计算机接受干扰信号后,在还没有产生后果之前插入一个前馈控制作用,使其刚好在干扰点上完全抵消干扰对控制变量的影响,因而又得名为扰动补偿控制.(五)最优控制(最佳控制)系统控制计算机如能有受控对象处于最佳状态运行的控制系统称之为最佳控制系统.如用计算机控制系统就是在现有的限定条件下,恰当选择控制规律(数学模型),使受控对象运行指标处于最优状态.如产量最大、消耗最大、质量合格率最高、废品率最少等。
最佳状态是由定出的数学模型确定的,有时是在限定的某几种范围内追求单项最好指标,有时是要求综合性最优指标.(六)自适应控制系统上述的最佳控制,当工作条件或限定条件改变时,就不能获得最佳的控制效果了.如果在工作条件改变的情况下,仍然能的控制系统对受控对象的控制处于最佳状态,这样的控制系统称之为自适应系统.这就要求数学模型体现出在条件改变的情况下,如何达到最佳状态.控制计算机检测到条件改变的信息,按数学模型给出的规律进行计算,用以改变控制变量,使受控对象仍能处在最好状态.(七)自学习控制系统如果用计算机能够不断地根据受控对象运行结果积累经验,自行改变和完善控制规律,使控制效果愈来愈好,这样的控制系统被称为自学习控制系统.以上讲到的最优控制、自适应控制和自学习控制都涉及到多参数、多变量的复杂控制系统，都属于近代控制理论研究的问题。
系统的稳定性的判断，多种因素影响控制的复杂数学模型研究等，都必须有生产管理、生产工艺、自动控制、检测仪表、程序设计、计算机硬件各方面人员相互配合才能得以实现。