自动控制系统总结

自动控制系统总结

（原创）

随着工业生产、生活家居日益趋于自动化和智能化，控制理论在电力、机械、冶金、能源、化工等各个领域发挥出非同一般的作用。

系统设计的问题可以说是无处不在。而在我们面对一个系统时，最先考虑到的评价标准无非就是“稳”、“准”、“快”这三点。对于线性时不变系统而言，这三者的背后便存在着这样一个系统：具有一定型号（I型、II型）且具有分布在一定区域的极点的系统。

“准”也可以称为控制系统的静态指标，其中包括跟随特性和抗扰特性。而这两个特性均与系统的结构有关。对于电机、电源、电动机车等实物模型来说，其原始系统的结构已不可改变，如果我们用比较系统输入、输出的方法来认识这个系统，并观察到稳态响应与稳态输入之间存在一个差值，那么就需要在原始系统的基础上添加一个控制器对其加以校正，比如串联校正、前馈补偿校正等等。 实践中最常用的PI调节器就属于一种串联校正方式，P和I的参数都影响着系统的准确性。在现代控制理论中，补偿器也可以改变静差，以使系统达到无差，这与校正装置只是略有区别而已。

“稳”指的是系统的稳定性，可以说是一个系统合理存在的最重要的指标。如果没有稳定性，其它指标也无从谈起。在实际应用中，稳定指渐进稳定，即一个系统不仅输入、输出稳定而且内部也是稳定的。自动控制中有一个重要概念就是反馈，一般情况下反馈会使系统变得稳定，同时也使其它性能变好。当我们用根轨迹法、频域法研究系统的稳定性时，无一不是通过单位反馈形式下开环传函中参变量的变化进而引起闭环极点的变化而出发的。

当然，极点也不仅体现了系统的稳定性，而且更多描绘了系统“快”的特性——动态性能。系统的动态性能包括上升时间、超调量、调整时间等。而动态性能的好坏是系统性能要求中最苛刻的一点。实际工程中有时为满足超调量的要求牺牲上升时间，有时要保证稳态裕量而减小超调。我们常用的PID调节器就是在有反馈的条件下来调整系统的开环零点和开环极点，使得闭环极点能如人们所期望的那样分布。这里与状态空间设计法中的极点配置如出一辙。从本质上说，我们面对的控制系统的两大问题就迎刃而解了。

严谨而言，反馈不仅包括输出反馈，还包括状态变量的反馈，而状态反馈所包含的反馈信息更为丰富，因此状态反馈下的系统性能更为优良。一旦系统万全能控，我们就可以任意配置闭环极点了！这里想想PID校正中I、D中的作用，不就是变相的增加一个状态变量吗？将古典控制和现代控制相对应，比例调节相当于现代控制中的补偿器，积分调节同时起增加系统型号和状态反馈的作用，而微分调节起状态反馈的作用。

以上所述为单输入单输出系统，而多输入多输出系统及多回路控制系统就依赖于状态空间来解决。当能观部分的某个状态不能直接由控制器检测到时，就可以采用采用状态观测器来处理。此外，现代控制与传统控制不同的是现代控制还讲究最优控制，即找到一个控制器的输入，使系统的某个物理量实现最优化。可见，控制理论有待我们打好建模基础，不断将理论与实践结合，不断总结与提高！

——cerman

层层思考，句句斟酌 于2016/1/27书写