1、.1-3自動控制系統(tǒng)的分類本課程的主要內(nèi)容是研究按偏差控制的系統(tǒng)。為了更好的了解自動控制系統(tǒng)的特點，介紹一下自動控制系統(tǒng)的分類。分類方法很多，這里主要介紹其中比較重要的幾種：一、 按描述系統(tǒng)的微分方程分類在數(shù)學(xué)上通常可以用微分方程來描述控制系統(tǒng)的動態(tài)特性。按描述系統(tǒng)運動的微分方程可將系統(tǒng)分成兩類：1線性自動控制系統(tǒng) 描述系統(tǒng)運動的微分方程是線性微分方程。如方程的系數(shù)為常數(shù)，則稱為定常線性自動控制系統(tǒng)；相反，如系數(shù)不是常數(shù)而是時間t的函數(shù)，則稱為變系數(shù)線性自動控制系統(tǒng)。線性系統(tǒng)的特點是可以應(yīng)用疊加原理，因此數(shù)學(xué)上較容易處理。2非線性自動控制系統(tǒng) 描述系統(tǒng)的微分方程是非線性微分方程。非線性系統(tǒng)一般

2、不能應(yīng)用疊加原理，因此數(shù)學(xué)上處理比較困難，至今尚沒有通用的處理方法。嚴(yán)格地說，在實踐中，理想的線性系統(tǒng)是不存在的，但是如果對于所研究的問題，非線性的影響不很嚴(yán)重時，則可近似地看成線性系統(tǒng)。同樣，實際上理想的定常系統(tǒng)也是不存在的，但如果系數(shù)變化比較緩慢，也可以近似地看成線性定常系統(tǒng)。二、 按系統(tǒng)中傳遞信號的性質(zhì)分類1連續(xù)系統(tǒng) 系統(tǒng)中傳遞的信號都是時間的連續(xù)函數(shù)，則稱為連續(xù)系統(tǒng)。2采樣系統(tǒng) 系統(tǒng)中至少有一處，傳遞的信號是時間的離散信號，則稱為采樣系統(tǒng)，或離散系統(tǒng)。三、 按控制信號r(t)的變化規(guī)律分類1鎮(zhèn)定系統(tǒng)為恒值的系統(tǒng)稱為鎮(zhèn)定系統(tǒng)(圖1-2所示系統(tǒng)就是一例)。2程序控制系統(tǒng)為事先給定的時間函數(shù)

3、的系統(tǒng)稱為程序控制系統(tǒng)(圖1-11所示系統(tǒng)就是一例)。3隨動系統(tǒng)為事先未知的時間函數(shù)的系統(tǒng)稱為隨動系統(tǒng)，或跟蹤系統(tǒng)，如圖1-7所示的位置隨動系統(tǒng)及函數(shù)記錄儀系統(tǒng)。第三節(jié)自動控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類方法: 按控制方式分：開環(huán)控制，閉環(huán)控制，復(fù)合控制等；按系統(tǒng)性能分：線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)、定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)。線性連續(xù)控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)的分類作者: cips   發(fā)表日期: 2006-02-08 15:43   復(fù)制鏈接計算機控制系統(tǒng)的分類有三種方法：以自動控制行式分類，以參于控制方式分類或以調(diào)節(jié)規(guī)律分類。 一、以自動控制行式分類 

4、以自動控制方式可以分成如下幾類： （一) 計算機開環(huán)控制(Computer Open Loop Control)系統(tǒng) 若計算機開環(huán)控制系統(tǒng)的輸出對生產(chǎn)過程能行使控制,但控制結(jié)果-生產(chǎn)過程的狀態(tài)沒有影響計算機控制的系統(tǒng),計算機控制器生產(chǎn)過程等環(huán)節(jié)沒有構(gòu)成閉合環(huán)路,則稱之為計算機開環(huán)控制系統(tǒng).從圖上看出生產(chǎn)過程的狀態(tài)沒有反饋給計算機,而是由操作人員監(jiān)視生產(chǎn)過程的狀態(tài),決定控制方案,并告訴控制計算機使其行使控制作用. (二) 計算機閉環(huán)控制 計算機對生產(chǎn)對象或過程進行控制時,生產(chǎn)過程狀態(tài)能直接影響計算機控制的系統(tǒng),稱之為計算機閉環(huán)控制系統(tǒng).控制計算機在操作人員

5、監(jiān)視下,自動接受生產(chǎn)過程狀態(tài)檢測結(jié)果,計算并確定控制方案,直接指揮控制部件(器)的動作,行使控制生產(chǎn)過程作用. 在這樣的系統(tǒng)中,控制部件按控制機發(fā)來的控制信息對運行設(shè)備進行控制,另一方面運行設(shè)備的運行狀態(tài)作為輸出,由檢測部件測出后,作為輸入反饋給控制計算機;從而使控制計算機控制部件生產(chǎn)過程檢測部件構(gòu)成一個閉環(huán)回路.我們將這種控制形式稱之為控制計算機閉環(huán)控制. 計算機閉環(huán)控制系統(tǒng),利用數(shù)學(xué)模型設(shè)置生產(chǎn)過程最佳值與檢測結(jié)果反饋值之間的偏差,控制達到生產(chǎn)過程運行在最佳狀態(tài). (三)在線控制 只要計算機對受控對象或受控生產(chǎn)過程,能夠行使直接控制,不需要人工干預(yù)的

6、都稱之為控制計算機在線控制或稱聯(lián)機控制系統(tǒng). (四) 離線控制 控制計算機沒有直接參于控制對象或受控生產(chǎn)過程.它只完成受控對象或受控過程的狀態(tài)檢測,并對檢測的數(shù)據(jù)進行處理;而后制定出控制方案,輸出控制指示,操作人員參考控制指示,人工手動操作使控制部件對受控對象或受控過程進行控制.這種控制形式稱之為計算機離線控制系統(tǒng). (五) 實時控制系統(tǒng) 控制計算機實時控制系統(tǒng)是指受控制的對象或受控過程,每當(dāng)請求處理或請求控制時,控制機能及時處理并進行控制的系統(tǒng),常用在生產(chǎn)過程是間斷進行的場合.如煉鋼,每煉一爐鋼是一個過程;又如軋鋼過程,每軋出一塊鋼算一個過程,每個過程

7、都重復(fù)進行.只有進入過程才要求計算機進行控制.在計算機一旦進行控制時,就要求計算機對來自生產(chǎn)過程的信息在規(guī)定的時間內(nèi)作出反應(yīng)或控制.這種系統(tǒng)常使用完善的中斷系統(tǒng)和中斷處理程序來實現(xiàn).綜上所述,一個在線系統(tǒng)并不一定是實時系統(tǒng).但是一個實時系統(tǒng)必是一個在線系統(tǒng). 二、以參于控制方式來分類 按控制機參于控制方式來分類，可分成如下幾種： （一）直接數(shù)字控制系統(tǒng) 由控制計算機取代常規(guī)的模擬調(diào)節(jié)儀表而直接對生產(chǎn)過程進行控制,由于計算機發(fā)出的信號為數(shù)字量，故得名DDC控制。實際上受控的生產(chǎn)過程的控制部件,接受的控制信號可以通過控制機的過程輸入/輸出通道中的數(shù)/模(D/

8、A)轉(zhuǎn)換器將計算機輸出的數(shù)字控制量中轉(zhuǎn)換成模擬量;輸入的模擬量也要經(jīng)控制機的過程輸入/輸出通道的模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進入計算機. DDC控制系統(tǒng)中常使用小型計算機或微型機的分時系統(tǒng)來實現(xiàn)多個點的控制功能.實際上是屬于用控制機離散采樣,實現(xiàn)離散多點控制.這種DDC計算機控制系統(tǒng)已成為當(dāng)前計算機控制系統(tǒng)中主要控制形式之一. DDC控制的優(yōu)點是靈活性大,集中可靠性高和價格便宜.能用數(shù)字運算形式對若干個回路,甚至數(shù)十個回路的生產(chǎn)過程,進行比例- 積分-微分(PID)控制,使工業(yè)受控對象的狀態(tài)保持在給定值上,偏差小且穩(wěn)定.而且只要改變控制算法和應(yīng)用程序便可實現(xiàn)較復(fù)雜的控

9、制.如前饋控制和最佳控制等.一般情況下,DDC級控制常作為更復(fù)雜的高級控制的執(zhí)行級. (二) 計算機監(jiān)督控制系統(tǒng) 計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)是針對某一種生產(chǎn)過程,依據(jù)生產(chǎn)過程的各種狀態(tài),按生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型計算出生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)運行的最佳給定值,并將最佳值自動地或人工對DDC執(zhí)行級的計算機或?qū)δM調(diào)節(jié)儀表進行調(diào)正或設(shè)定控制的目標(biāo)值.由DDC或調(diào)節(jié)儀表對生產(chǎn)過程各個點(運行設(shè)備)行使控制. SCC系統(tǒng)的特點是能保證受控的生產(chǎn)過程始終處于最佳狀態(tài)情況下運行,因而獲得最大效益.直接影響SCC效果優(yōu)劣的首先是它的數(shù)學(xué)模型,為此要經(jīng)常在運行過程中改進數(shù)學(xué)模型,并相應(yīng)修改控制算法和應(yīng)用控制

10、程序. (三) 多級控制系統(tǒng) 在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中,不僅需要解決生產(chǎn)過程的在線控制問題,而且還要求解決生產(chǎn)管理問題,每日生產(chǎn)品種、數(shù)量的計劃調(diào)度以及月季計劃安排,制定長遠(yuǎn)規(guī)劃、預(yù)報銷售前景等, 于是出現(xiàn)了多級控制系統(tǒng). DDC級主要用于直接控制生產(chǎn)過程,進行PID或前饋控制;SCC級主要用于進行最佳控制或自適應(yīng)控制或自學(xué)習(xí)控制計算,并指揮DDC級控制同時向MIS級匯報情況.DDC級通常用微型計算機,SCC級一般用小型計算機或高檔微型計算機. 車間管理的MIS主要功能是根據(jù)工廠級下達的生產(chǎn)品種、數(shù)量命令和搜集上來的生產(chǎn)過程的狀態(tài)的信息,隨時進行合理調(diào)度,實現(xiàn)最

11、優(yōu)控制,指揮SCC級監(jiān)督控制. 工廠管理級的MIS主要功能是接受公司下達的生產(chǎn)任務(wù)和本廠的實際情況,進行最優(yōu)化計算,制訂本廠生產(chǎn)計劃和短期(旬或周或日)安排,然后給車間級下達生產(chǎn)任務(wù). 公司管理級的MIS主要功能是對市場需求預(yù)測計算,制訂戰(zhàn)略上的長期發(fā)展規(guī)劃,并對訂貨合同,原料供應(yīng)情況和企業(yè)的生產(chǎn)狀況,進行最優(yōu)生產(chǎn)方案的比較選擇計算,制訂出整個公司企業(yè)較長時間(月或旬)的生產(chǎn)計劃、銷售計劃,并向各工廠管理級下達任務(wù). MIS級主要功能是實現(xiàn)信息實時處理,為各級決策者提供有用的信息,作出關(guān)于生產(chǎn)計劃調(diào)度和管理方案,使計劃協(xié)調(diào)和經(jīng)營管理處于最優(yōu)狀態(tài).這一級可根據(jù)企業(yè)的

12、規(guī)模和管理范圍的大小分成若干級.每級又依據(jù)要處理的信息量的大小確定采用的計算機的類型.一般情況車間級MIS用小型計算機或高檔微型計算機,工廠管理級的MIS用中型計算機,而公司管理級的MIS則用大型計算機,或者用超大型計算機. (四)分布式控制或分散控制系統(tǒng) 分散控制或分布控制,是將控制系統(tǒng)分成若干個獨立的局部控制子系統(tǒng),用以完成受控生產(chǎn)過程自動控制任務(wù).由于微型計算機的出現(xiàn)與迅速發(fā)展,為實現(xiàn)分散控制提供了物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ),近年來分散控制得以異乎尋常的發(fā)展,且已成為計算機控制發(fā)展的重要趨勢. 自70年代起,又出現(xiàn)集中分散式的控制系統(tǒng),簡稱集散系統(tǒng).它是采用分散局部控制

13、的新型的計算機控制系統(tǒng). 三、按調(diào)節(jié)規(guī)律分類 如果按調(diào)節(jié)規(guī)律分類,計算機對工業(yè)生產(chǎn)過程進行控制所構(gòu)成的系統(tǒng)可分成如下幾種: (一)程序控制 如果計算機控制系統(tǒng)是按著預(yù)先規(guī)定的時間函數(shù)進行控制,這種控制稱之為程序控制.如爐溫按著一定的時間曲線進行控制就為程序控制.這里的程序是指隨時間變化就有確定對應(yīng)變化值,而不是計算機所運行的程序. (二)順序控制 在程序控制的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了順序控制,計算機如能根據(jù)隨時間推移所確定對應(yīng)值和此刻以前的控制結(jié)果兩方面情況行使對生產(chǎn)過程控制的系統(tǒng),稱之為計算機的順序控制. (三) 比例-積分-微分PI

14、D控制常規(guī)的模擬調(diào)節(jié)儀表可以完成PID控制.用微型計算機也可以實現(xiàn)PID控制. (四)前饋控制 通常的反饋控制系統(tǒng)中,對干擾造成一定后果,才能反饋過來產(chǎn)生抑制干擾的控制作用,因而產(chǎn)生滯后控制的不良后果.為了克服這種滯后的不良控制,用計算機接受干擾信號后,在還沒有產(chǎn)生后果之前插入一個前饋控制作用,使其剛好在干擾點上完全抵消干擾對控制變量的影響,因而又得名為擾動補償控制. (五)最優(yōu)控制(最佳控制)系統(tǒng) 控制計算機如能有受控對象處于最佳狀態(tài)運行的控制系統(tǒng)稱之為最佳控制系統(tǒng).如用計算機控制系統(tǒng)就是在現(xiàn)有的限定條件下,恰當(dāng)選擇控制規(guī)律(數(shù)學(xué)模型),使受控對象運行

15、指標(biāo)處于最優(yōu)狀態(tài).如產(chǎn)量最大、消耗最大、質(zhì)量合格率最高、廢品率最少等。最佳狀態(tài)是由定出的數(shù)學(xué)模型確定的,有時是在限定的某幾種范圍內(nèi)追求單項最好指標(biāo),有時是要求綜合性最優(yōu)指標(biāo). (六)自適應(yīng)控制系統(tǒng) 上述的最佳控制,當(dāng)工作條件或限定條件改變時,就不能獲得最佳的控制效果了.如果在工作條件改變的情況下,仍然能的控制系統(tǒng)對受控對象的控制處于最佳狀態(tài),這樣的控制系統(tǒng)稱之為自適應(yīng)系統(tǒng).這就要求數(shù)學(xué)模型體現(xiàn)出在條件改變的情況下,如何達到最佳狀態(tài).控制計算機檢測到條件改變的信息,按數(shù)學(xué)模型給出的規(guī)律進行計算,用以改變控制變量,使受控對象仍能處在最好狀態(tài). (七)自學(xué)習(xí)控制系統(tǒng) 如果用計算機能夠不斷地根據(jù)受控對象運行結(jié)果積累經(jīng)驗,自行改變和完善控制規(guī)律,使控制效果愈來愈好,這樣的控制系統(tǒng)被稱為自學(xué)習(xí)控制系統(tǒng). 以上講到的最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制和自學(xué)習(xí)控制都涉及到多參數(shù)、多變