本节将介绍《自动控制原理》课程中会涉及到的一些基本概念
基本概念
- 自动控制：在无人直接参与的情况下，利用控制装置，使被控对象的被控量按给定量运行
- 自动控制理论：研究自动控制系统组成，进行系统分析设计的一般性理论
- 经典控制理论：在传递函数的基础上，以输入输出特性为数学模型，研究单输入、单输出的自动控制系统的理论。主要采用频率响应法和根轨迹法进行分析和设计。是《自动控制原理》研究的部分。
- 现代控制理论：建立在状态空间法的基础上，研究多输入多输出、实变非线性等控制系统的分析与设计。基本方法是时域法
- 系统：由控制装置和被控对象组成。是指为达到某一目的，由相互作用的各个部分按照一定规律组合，具有一定功能的整体
自动控制系统有两种最基本的控制方式：
- 开环控制系统：输出量不能对系统的控制作用产生影响的系统
- 闭环控制系统：将输出量反馈到输入端，对控制作用产生影响的系统。若反馈信号与输入信号为相减关系，则为负反馈；否则为正反馈。
- 负反馈控制：将系统的输出信号引回输入端，与输入信号相比较，利用所得的偏差信号进行控制，达到减小偏差、消除偏差的目的
- 复合控制系统：开环和闭环结合在一起
- 开环与闭环控制系统的比较：
- 开环系统的精度完全取决于系统元器件的精度和调整的准确度；闭环系统的精度很大程度上取决于反馈检测元件的精度
- 开环系统结构简单、建造容易，一般不存在稳定性问题；闭环系统可能不稳定
控制系统的分类
- 恒值系统：给定信号是一个恒值（或大部分时间不变），要求被控量受干扰后能自动调节回正常状况
- 伺服系统：给定信号不断变化且变化规律不能预知，要求被控量随给定输入的变化而变化
- 程控系统：给定信号按照预先已知的函数变化，被控量按照预定的程序变化
- 线性系统：能用线性微分方程描述系统输入与输出的关系。主要特性是齐次性和叠加性（齐次性：输入扩大n倍，输出扩大n倍。叠加性：多个不同输出相加=多个输出同时作用）
- 非线性系统：只能用非线性微分方程来描述
- 定常系统：描述系统运动的微分方程或差分方程的系数均为常数
- 时变系统：系统的结构与参数随时间而变化
- 连续系统：系统各环节的输入信号输出信号均为时间t的连续函数（模拟量）
- 离散系统：系统中存在一处或多处的脉冲序列信号或数字信号
- 单变量系统
- 多变量系统
对控制系统的基本要求
- 稳定性。 稳定性是保证系统正常工作的先决条件。线性定常系统的稳定性由系统本身结构参数决定，与外界因素无关
- 快速性。 系统消除实际输出与期望之间的偏差时的快速程度。
- 准确性。 又称为稳态精度。稳态误差越小，稳态精度越高。稳态误差是指系统过渡状态结束后实际输出与期望之间的偏差。
方框图
使用方框图来描述系统，比较直观。且适用广，各种系统都可以化成方框图表示。 方框图中的符号：把元部件放在方框里，用带箭头的直线表示信号同时标识信号的流动方向 这里的示例图是控制系统的组成结构图
方框图实例
比如一个热交换器，需要控制流出的水温。采取了如下的控制方案：
画方框图时，首先确定输入和输出，然后从输入到输出依次写出画出元件方框、信号箭头。然后分析信号的作用是正还是负。
比如这个情景中，流入的冷水越多，经过热交换器之后流出水温就越低，因此作用是" - " 输出温度越接近给定温度，输出到控制器的偏差就越小，因此反馈作用也是" - "
控制系统的组成
刚才在方框图那里放了一张控制系统的组成结构图：
除了反馈之外，还有“前馈”。反馈是事后控制，当输出量已经发生改变之后才进行控制。而前馈是事前控制，一旦检测到设计控制系统时考虑的扰动出现，控制作用就随之产生。 这里也可以看出，前馈控制是开环控制系统，只对特定输入（这个特定输入本身是扰动）产生控制作用。
在方框图中，由扰动引起输出变化的通道称为扰动通道；由偏差引起输出变化的通道称为前向通道；从输出信号返回输入信号的通道称为反馈通道
（偏差也就是输入信号和反馈信号比较得到的差值）