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【摘要】在现代科学技术的许多领域中,自动控制技术得到了广泛的应用.所谓自动控制,是指在无人直接参与的情况下,利用控制装置操纵受控对象,使被控量等于给定值或给定信号变化规律去变化的过程.给定值和被控量均为一定形式的物理量.自动控制系统由控制装置和受控对象构成.对自动控制系统的性能进行分析和设计则是自动控制原理的主要任务.

【关键词】电气；自动控制；控制方式

中图分类号：TM92文献标识码A文章编号1006-0278（2013）06-183-01

一、概述

一个理想的控制系统,在其控制过程中应始终使被控量等于给定值.但是,由于系统中储能元件的存在以及能源功率的限制,使得运动部件的加速度受到限制,其速度和位置难以瞬时变化.所以,当给定值变化时,被控量不可能立即等于给定值,而需要经过一个过渡过程,即瞬态过程.所谓瞬态过程就是指系统受到外加信号作用后,被控量随时间变化的全过程.瞬态过程可以反映系统内在性能的好坏,而常见的评价系统优劣的性能指标也是从瞬态过程定义出来的.对系统性能的基本要求有三个方面：稳定性、快速性、准确性.

自动控制理论研究的是如何接受控制对象和环境特征,通过能动地采集和运用信息,施加控制作用,使系统在变化或不确定的条件下正常运行并具有预定功能.它是研究自动控制共同规律的技术科学,其主要内容涉及受控对象、环境特征、控制目标和控制手段以及它们之间的相互作用.具有“自动”功能的装置自古有之,瓦特发明的蒸汽机上离心调速器是比较自觉地运用反馈原理进行设计并取得成功的首例.麦克斯韦对它的稳定性进行分析,于1868年发表的论文当属最早的理论工作.从20世纪20年代到40年代形成了以时域法、频率法和根轨迹法为主要内容的“经典”控制理论.60年代以来,随着计算机技术的发展和航天等高科技的推动,又产生了基于状态空间模型的“现代”控制理论.随着自动化技术的发展,人们力求使设计的控制系统达到最优的性能指标,为了使系统在一定的约束条件喜下,其某项性能指标达到最优而实行的控制称为最优控制.当对象或环境特性变化时,为了使系统能自行调节,以跟踪这种变化并保持良好的品质,又出现了自适应控制.

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二、自动控制系统的基本构成及控制方式

(一)开环控制

控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时,称为开环控制.开环控制的特点是系统结构和控制过程很简单,但抗扰能力差、控制精度不高,故一般只能用于对控制性能要求较低的场合.

(二)闭环控制

控制装置与受控对象之间,不但有顺向作用,而且还有反向联系,既有被控量对控制过程的影响,这种控制称为闭环控制,相应的控制系统称为闭环控制系统.闭环控制系统又被称为反馈控制或按偏差控制.闭环控制系统是通过给定值与反馈量的偏差来实现控制作用的,故这种控制常称为按偏差控制,或称反馈控制.此类系统包括了两种传输信号的通道：由给定值至被控量的通道称为前向通道；由被控量至系统输入端的通道称为反馈通道.闭环系统能减小或消除作用,但若设计调试不当,易产生震荡设置不能正常工作.自动控制原理中所讨论的系统主要是闭环控制系统.

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(三)复合控制

反馈控制是在外部的作用下,系统的被控量发生变化后才做出相应调节和控制的,在受控对象具有较大时滞的情况下,其控制作用难以及时影响被控量,进而形成快速有效的反馈控制.前馈补偿控制,则在测量出外部作用的基础上,形成与外部作用相反的控制量,该控制量与相应的外部作用共同作用的结果,使被控量基本不受影响,即在偏差产生之前就进行了防止偏差产生的控制.在这种控制方式中,由于被控量对控制过程不产生影响,故它也属于开环控制.前馈补偿控制与反馈控制相结合,就构成了复合控制.复合控制有两种基本形式：按输入前馈补偿的复合控制和按扰动前馈补偿控制的复合控制.

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三、自动控制系统的分类

自动控制系统的分类方法较多,常见的有以下几种：线性系统和非线性系统.由线性微分方程或线性差分方程所描述的系统为线性系统；由非线性方程所描述的系统称为非线性系统；定常系统和事变系统,从系统的数学模型来看,若微分方程的系数不是时间变量的函数则称此类系统为定常系统.否则称为是事变系统.若系统既是线性的又是定常的,则称之为线性定常系统；连续系统、离散系统和采样系统,从系统中的信号来看,若系统各部分的信号都是时间的连续函数即模拟量,则称此系统为连续系统,若系统中有一处或多处信号为时间的离散函数,如脉冲或数码信号,则称之为离散系统.若系统中既有模拟量也有离散信号,则又称为采样系统；恒值系统、随动系统和程序控制系统,若系统的给定值为一定值,而控制任务就是克服骚动,使被控量保持恒值,此类系统称为恒值系统.若系统给定值按照事先不知道的时间函数变化,并要求被控量跟随给定值的变化,则此类系统称为随动系统.若系统的给定值按照一定时间函数变化,并要求被控量随之变化,则此类系统称为程序控制系统.此外,根据组成系统的物理部件的类型,可分为机电控制系统、液压控制系统、气动系统以及生物系统等.根据系统的的被控量,又可分为位置控制系统、速度系统、温度控制系统等.