控制系統(tǒng)分類及應(yīng)用

控制系統(tǒng)意味著通過它可以按照所希望的方式保持和改變機(jī)器、機(jī)構(gòu)或其他設(shè)備內(nèi)任何感興趣或可變的量?？刂葡到y(tǒng)同時(shí)是為了使被控制對(duì)象達(dá)到預(yù)定的理想狀態(tài)而實(shí)施的?？刂葡到y(tǒng)使被控制對(duì)象趨于某種需要的穩(wěn)定狀態(tài)。例如，假設(shè)有一個(gè)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，汽車的速度是其加速器位置的函數(shù)。通過控制加速器踏板的壓力可以保持所希望的速度(或可以達(dá)到所希望的速度變化)。這個(gè)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(加速器、汽化器和發(fā)動(dòng)機(jī)車輛)便組成一個(gè)控制系統(tǒng)。

按照有無反饋分類無反饋稱為開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)，這種系統(tǒng)的輸入直接供給控制器，并通過控制器對(duì)受控對(duì)象產(chǎn)生控制作用。其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、容易維修;缺點(diǎn)是精度低，容易受環(huán)境變化(例如電源波動(dòng)、溫度變化等)的干擾。有反饋稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)，輸入與反饋信號(hào)比較后的差值(即偏差信號(hào))加給控制器，然后再調(diào)節(jié)受控對(duì)象的輸出，從而形成閉環(huán)控制回路。所以，閉環(huán)系統(tǒng)又稱為反饋控制系統(tǒng)，這種反饋稱為負(fù)反饋。與開環(huán)系統(tǒng)相比，閉環(huán)系統(tǒng)具有突出的優(yōu)點(diǎn)，包括精度高、動(dòng)態(tài)性能好、抗干擾能力強(qiáng)等。它的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，價(jià)格比較貴，對(duì)維修人員要求較高。

根據(jù)采用的信號(hào)處理技術(shù)不同分類模擬控制系統(tǒng)，采用模擬技術(shù)處理信號(hào)的控制系統(tǒng)稱為模擬控制系統(tǒng)。數(shù)字控制系統(tǒng)，采用數(shù)字技術(shù)處理信號(hào)的控制系統(tǒng)稱為數(shù)字控制系統(tǒng)。

根據(jù)輸入量是否恒定分類輸入量是恒定的，這種控制系統(tǒng)我們一般稱之為恒值控制系統(tǒng)，如恒速電機(jī)、恒溫?zé)釥t等。輸出量隨著輸入量的變化而變化，這種控制系統(tǒng)稱為隨動(dòng)系統(tǒng)。例如導(dǎo)彈自動(dòng)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)等。

檢測輸出量(被控制量)的實(shí)際值;將輸出量的實(shí)際值與給定值(輸入量)進(jìn)行比較得出偏差;用偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差，使得輸出量維持期望的輸出。

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的基本任務(wù)，必須對(duì)系統(tǒng)在控制過程中表現(xiàn)出來的行為提出要求。對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求，通常是通過系統(tǒng)對(duì)特定輸入信號(hào)的響應(yīng)來滿足的。例如，用單位階躍信號(hào)的過渡過程及穩(wěn)態(tài)的一些特征值來表示。在確保穩(wěn)定性的前提下，要求系 統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能好，即：動(dòng)態(tài)過程平穩(wěn)(穩(wěn)定性);響應(yīng)動(dòng)作要快(快速性);跟蹤值要準(zhǔn)確(準(zhǔn)確性)。

控制系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。在工業(yè)方面，對(duì)于冶金、化工、機(jī)械制造等生產(chǎn)過程中遇到的各種物理量，包括溫度、流量、壓力、厚度、張力、速度、位置、頻率、相位等，都有相應(yīng)的控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上通過采用數(shù)字計(jì)算機(jī)還建立起了控制性能更好和自動(dòng)化程度更高的數(shù)字控制系統(tǒng)，以及具有控制與管理雙重功能的過程控制系統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用包括水位自動(dòng)控制系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)操作系統(tǒng)等。

軍事技術(shù)自動(dòng)控制的應(yīng)用實(shí)例有各種類型的伺服系統(tǒng)、火力控制系統(tǒng)、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)等。在航天、航空和航海方面，除了各種形式的控制系統(tǒng)外，應(yīng)用的領(lǐng)域還包括導(dǎo)航系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)和各種仿真器。