控制系统 - 简介

控制系统是一个通过控制输出以提供所需响应的系统。下图显示了一个简单的控制系统方框图。

在这里，控制系统由单个方块表示。由于输出是通过改变输入来控制的，所以控制系统因此得名。我们将通过某种机制来改变这个输入。在接下来的关于开环和闭环控制系统的章节中，我们将详细研究控制系统内部的各个方块以及如何改变这个输入以获得所需的响应。

示例 - 交通灯控制系统，洗衣机

交通灯控制系统是控制系统的一个例子。在这里，一个输入信号序列被应用于这个控制系统，输出是三个灯中的一个，每个灯将亮一段时间。在此期间，其他两个灯将关闭。根据特定路口的交通研究，可以确定灯的开和关时间。相应地，输入信号控制输出。因此，交通灯控制系统基于时间运行。

控制系统的分类

基于某些参数，我们可以将控制系统分类如下。

连续时间和离散时间控制系统

• 基于所使用的信号类型，控制系统可以分为连续时间控制系统和离散时间控制系统。

• 在连续时间控制系统中，所有信号都是时间上连续的。但是，在离散时间控制系统中，存在一个或多个离散时间信号。

单输入单输出（SISO）和多输入多输出（MIMO）控制系统

• 基于存在的输入和输出数量，控制系统可以分为单输入单输出控制系统和多输入多输出控制系统。

• 单输入单输出 (SISO) 控制系统有一个输入和一个输出。而多输入多输出 (MIMO) 控制系统则具有多个输入和多个输出。

开环和闭环控制系统

基于反馈路径，控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统。

在开环控制系统中，输出不会反馈到输入。因此，控制作用与期望输出无关。

下图显示了开环控制系统的方框图。

在这里，输入被应用于控制器，它产生一个执行信号或控制信号。该信号作为输入提供给需要控制的工厂或过程。因此，工厂产生一个受控的输出。我们前面讨论的交通灯控制系统就是一个开环控制系统的例子。

在闭环控制系统中，输出被反馈到输入。因此，控制作用取决于期望输出。

下图显示了负反馈闭环控制系统的方框图。

误差检测器产生一个误差信号，它是输入信号和反馈信号之间的差值。这个反馈信号是从（反馈元件）方块中获得的，将整个系统的输出作为这个方块的输入。代替直接输入，误差信号被用作控制器的输入。

因此，控制器产生一个控制工厂的执行信号。在这个组合中，控制系统的输出会自动调整，直到我们得到所需的响应。因此，闭环控制系统也称为自动控制系统。在输入端带有传感器的交通灯控制系统就是一个闭环控制系统的例子。

开环和闭环控制系统的区别在下表中列出。