控制系統的基本概念

1 控制系統的工作原理及其組成

1.1 工作原理

控制系統中，給定量又稱為系統的輸入量，被控制量又稱為系統的輸出量。

輸出量的返回過程稱為反饋，它表示輸出量通過測量裝置將信號的全部或一部分返回輸入端，並與輸入量進行比較，比較結果稱為偏差。

控制系統的工作原理歸納如下：

1. 檢測輸出量的實際值。
2. 將實際值與給定值（輸入量）進行比較得出偏差值。
3. 用偏差值產生控制調節作用去消除偏差。

這種基於反饋原理，通過“檢測偏差再糾正偏差”的系統稱為反饋控制系統。

可見反饋控制系統至少應具備測量、比較（或計算）和執行三個基本功能。

1.2 開環控制和閉環控制

實際的控制系統，根據有無反饋作用可以分為開環控制系統、閉環控制系統和半閉環控制系統三類。

1. 開環控制系統

系統只根據輸入量和干擾量進行控制，而輸出端和輸入端之間不存在反饋回路，輸出量在整個控制過程中對系統的控制不產生任何影響。

如果由於某種干擾作用使輸出量偏離原始值，它沒有自動糾偏能力，要進行補償，必須再借助人工改變輸入量。

開環系統的控制精度較低，優點是系統簡單。

 

2. 閉環控制系統

系統輸出端和輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制過程產生直接影響。

閉環的作用是應用反饋來減少偏差，因此，反饋控制系統必是閉環控制系統。

優點是控制精度高，但由於整個控制過程中始終存在着偏差，由於元件的慣性，若參數配置不當，很容易引起震盪，使系統不穩定，無法工作，即必須協調好精度與穩定性。

3. 半閉環控制系統

反饋信號不是直接從系統的輸出端引出，而是間接地取自中間的測量元件。

控制精度位於前面兩種控制系統之間，比閉環系統更易於實現系統的穩定。

1.3 閉環控制系統的組成

 

2 控制系統的基本類型

2.1 按輸入量的特征分類

2.2 按系統中傳遞信號的性質分類

連續控制系統以微分方程來描述系統的運動狀態，並以拉氏變換法求解微分方程；

離散控制系統以差分方程來描述系統的運動狀態，用Z變換法引出脈沖傳遞函數來研究系統的動態特性。

 

3 對控制系統的基本要求