PID调节——控制系统的分类

 自本世纪30年代以来，自动化技术获得了惊人的成就，已在工业生产和国民经济各行业起着关键的作用。自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。

古典控制最早和最典型的实例是蒸汽机的离心式飞锤调速器控制﹔现代控制的典型的实例是火炮的控制﹐阿波罗登月的实现﹔智能控制的实例有模糊全自动洗衣机等等。
自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
一、控制系统的结构
一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口，见图1。控制器的输出经过输出接口、执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器。不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。比如一个电加热炉控制系统﹐被控制量是温度﹐传感器是温度传感器。压力控制系统要采用压力传感器。 
                                           图1

二、开环控制系统
开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响，如图2所示。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何死循环回路。开环控制系统的例子很多，比如：汽车引擎的空转速率控制系统﹔一般的洗衣机，它的洗衣时间完全由人为操作来判断与估计。

图2

图中扰动量是指系统的干扰(disturbance)，给定量是指系统的参考输入(reference input)，被控制量是指被控对象的输出，控制信号是指控制器的输出。
二、闭环控制系统
闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。图1给出一个闭环控制系统(负反馈)的结构图。
闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，当他去拿东西的时候，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后拿到所要取的东西。当然，如果这个人是一个瞎子，他没有眼睛，不能看见所要拿的物品，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另一个例子是上面我们所说的洗衣机，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗清及在洗清之后能自动切断电源的装置的时候，它就是一个死循环控制系统。
三、阶跃响应
图3表示的是一个系统的阶跃响应(step response) 。

图3
阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时系统的输出﹐图中红线所示。稳态误差是指系统的响应进入稳态后﹐系统的期望输出与实际输出之差。 控制系统的性能指针可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性(stability)，一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的﹔准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来(Steady-state error)描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差﹔快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。

 

三种调节作用概括如下：比例作用按偏差量的大小成比例地改变调节量，能迅速抑制干扰，是基本的调节环节；积分作用实现有偏差量的调节，起消除静差的作用；微分作用则按偏差量的变化速率成比例地改变调节量，起超前调节、缩短调节时间的作用。