控制系统

控制系统，是指使一个或一组可变量符合规定规范．它要么保持受控量的值不变，要么使它们以规定的方式变化。控制系统可以通过电力、机械手段、流体压力(液体或气体)或通过几种手段的组合来操作。当计算机参与控制电路时，通常更方便地操作所有的控制系统，尽管混合是相当常见的。

控制系统的开发。

控制系统与的概念密切相关自动化（无论如何。)，但两种基本的控制系统，前馈反馈，有经典血统。的织机由法国的约瑟夫·雅卡尔在1801年发明的是前馈的早期例子;一组穿孔卡片对织布机编织的图案进行编程;该过程中没有使用任何信息来纠正机器的操作。类似的前馈控制在19世纪发明的许多机床中被纳入，其中切削刀具遵循模型的形状。

反馈控制这一过程中的信息被用来纠正机器的操作，其历史甚至更早。罗马的工程师们通过浮动的阀门来保持他们的引水渠系统的水位，这些阀门在适当的水位上打开和关闭。17世纪的荷兰风车在一股强风的作用下一直迎风运转辅助带动磨机整个上部的叶片。最著名的例子是工业革命是詹姆斯·瓦特的1769年的飞球调速器，一种将蒸汽流量调节到蒸汽机在负载变化的情况下保持恒定的发动机转速。

第一个理论分析的控制系统，其中提出了一个瓦特调速器的微分方程模型，由詹姆斯·克拉克·马克斯韦尔他是苏格兰物理学家。麦克斯韦的工作很快被推广控制理论由许多贡献发展而来，包括1922年发表的对美国战列舰“新墨西哥”号自动转向系统的著名研究。20世纪30年代，远程电话放大器的电反馈和伺服机制的一般理论得到了发展，通过少量的功率控制非常大的功率并进行自动校正。的气动控制器是化学和石油工业早期自动化系统发展的基础模拟计算机紧随其后。所有这些发展形成了控制系统理论的阐述和应用的基础二战期间例如防空炮台和火控系统。

直到第二次世界大战之前，大多数理论研究和实际系统都是单回路的也就是说,它们只涉及从一个点的反馈和从一个点的修正。20世纪50年代，人们开始研究多回路系统的潜力。在这些系统中，反馈可以在一个过程中的多个点发起，修正可以从多个点进行。模拟和数字计算设备的引入为更大的发展开辟了道路复杂性在自动控制理论中，一种被称为“现代控制”的进步，以区别于更古老、更简单的“经典控制”。

基本原则。

除了少数且相对不重要的例外，所有现代控制系统都有两个共同的基本特征。这些可以描述如下:(1)被控量的值因电机(这个词在广义上使用)而变化，该电机从本地电源而不是从输入信号中获取动力。因此，有大量可用的功率来对被控制量进行必要的变化，并确保改变被控制量的操作不会负载和扭曲控制精度所依赖的信号。(2)为使被控制量的值发生变化而向电机输入能量的速率或多或少直接由被控制量的实际值与期望值之间的差的某个函数决定。因此，例如，在恒温加热系统的情况下，燃料的供应炉由实际温度是否高于或低于所需温度确定。具有这些基本特性的控制系统称为控制系统闭环控制系统，或伺服机构(见数字)．开环控制系统是前馈系统。

控制系统的稳定性在很大程度上取决于它对突然施加的信号的响应瞬态．如果这样的信号导致系统过度修正，这种现象叫做在这种情况下，系统可能首先在一个方向上过度修正，然后在相反的方向上过度修正。因为狩猎是不受欢迎的，通常采取措施来纠正它。最常见的纠正措施是添加阻尼在系统的某个地方。阻尼降低系统响应速度，避免过度超调或过度校正。阻尼的形式可以是电阻在电子电路中，在机械电路中制动的应用，或使油通过一个小孔，如减震器阻尼。

另一种方法确定控制系统的稳定性是决定其稳定性的关键频率响应- - - - - -也就是说,它对不同频率的连续变化输入信号的响应。然后将控制系统的输出与输入的振幅和相位进行比较也就是说,输入和输出信号不同步的程度。频率响应可以通过实验确定，特别是在电气系统中，如果已知系统常数，也可以通过数学计算得到。数学计算对于可以用普通线性微分方程描述的系统特别有用。图形快捷方式对系统响应的研究也有很大帮助。

先进控制系统的设计还涉及其他几种技术。自适应控制是系统修改自身运作以达到最佳运作模式的能力。自适应控制的一般定义意味着自适应系统必须能够执行以下功能:提供关于系统当前状态的连续信息或识别过程;将当前系统性能与所期望的或最优性能进行比较，并作出改变系统以实现所定义的最优性能的决定;并启动适当的修改，以驱动控制系统到最佳。这三个原则——识别、决定和修改——是正确的固有的在任何自适应系统中。

动态优化控制要求控制系统以这样一种方式运行，使特定的性能标准是满意的。这个准则通常是这样表述的，即被控制系统必须在尽可能短的时间内或在最短的时间内从原来的位置移动到新的位置总成本．

学习控制意味着控制系统包含足够的计算能力，使它可以发展的表示数学模型系统被控制，并可以修改自己的操作，以利用这些新开发的知识。因此，学习控制系统是自适应控制器的进一步发展。

多变量非相互作用控制涉及大型系统，其中内部变量的大小取决于过程中其他相关变量的值。因此，经典控制理论的单回路技术将不会足够了．必须使用更复杂的技术为这种过程开发适当的控制系统。