控制系統類型

控制系統意味着通過它可以按照所希望的方式保持和改變機器、機構或其他設備內任何感興趣或可變的量。控制系統同時是為了使被控制對象達到預定的理想狀態而實施的。控制系統使被控制對象趨於某種需要的穩定狀態。

控制系統類型有多種，最常見的分類方式是以自動控制方式分類、以參於控制方式分類、以調節規律分類的分類方式。

控制系統的分類有三種方法：以自動控制方式分類、以參於控制方式分類、以調節規律分類。

若計算機開環控制系統的輸出對生產過程能行使控制，但控制結果---生產過程的狀態沒有影響計算機控制的系統，計算機\控制器\生產過程等環節沒有構成閉合環路，則稱之為計算機開環控制系統。生產過程的狀態沒有反饋給計算機，而是由操作人員監視生產過程的狀態，決定控制方案，並告訴控制計算機使其行使控制作用。

計算機對生產對象或過程進行控制時，生產過程狀態能直接影響計算機控制的系統，稱之為計算機閉環控制系統。控制計算機在操作人員監視下,自動接受生產過程狀態檢測結果，計算並確定控制方案，直接指揮控制部件（器）的動作，行使控制生產過程作用。 在這樣的系統中，控制部件按控制機發來的控制信息對運行設備進行控制，另一方面運行設備的運行狀態作為輸出，由檢測部件測出後，作為輸入反饋給控制計算機；從而使控制計算機-控制部件-生產過程-檢測部件構成一個閉環迴路。我們將這種控制形式稱之為控制計算機閉環控制。計算機閉環控制系統，利用數學模型設置生產過程最佳值與檢測結果反饋值之間的偏差，控制達到生產過程運行在最佳狀態。

只要計算機對受控對象或受控生產過程，能夠行使直接控制，不需要人工干預的都稱之為控制計算機在線控制或稱聯機控制系統。

控制計算機沒有直接參於控制對象或受控生產過程。它只完成受控對象或受控過程的狀態檢測，並對檢測的數據進行處理;而後制定出控制方案，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。

控制計算機實時控制系統是指受控制的對象或受控過程，每當請求處理或請求控制時，控制機能及時處理並進行控制的系統，常用在生產過程是間斷進行的場合。

由控制計算機取代常規的模擬調節儀表而直接對生產過程進行控制，由於計算機發出的信號為數字量，故得名DDC控制。實際上受控的生產過程的控制部件，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/模(D/A)轉換器將計算機輸出的數字控制量中轉換成模擬量；輸入的模擬量也要經控制機的過程輸入/輸出通道的模/數(A/D)轉換器轉換成數字量進入計算機。

計算機監督控制系統是針對某一種生產過程，依據生產過程的各種狀態，按生產過程的數學模型計算出生產設備應運行的最佳給定值，並將最佳值自動地或人工對DDC執行級的計算機或對模擬調節儀表進行調正或設定控制的目標值。由DDC或調節儀表對生產過程各個點(運行設備)行使控制。SCC系統的特點是能保證受控的生產過程始終處於最佳狀態情況下運行，因而獲得最大效益。直接影響SCC效果優劣的首先是它的數學模型，為此要經常在運行過程中改進數學模型，並相應修改控制算法和應用控制程序。

在現代生產企業中，不僅需要解決生產過程的在線控制問題，而且還要求解決生產治理問題，每日生產品種、數量的計劃調度以及月季計劃安排，制定長遠規劃、預告銷售前景等， 於是出現了多級控制系統。DDC級主要用於直接控制生產過程，進行PID或前饋控制；SCC級主要用於進行最佳控制或自適應控制或自學習控制計算，並指揮DDC級控制同時向MIS級彙報情況。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。

分散控制或分佈控制，是將控制系統分成若干獨立的局部控制子系統，用以完成受控生產過程自動控制任務。由於微型計算機的出現與迅速發展，為實現分散控制提供了物質和技術基礎，近年來分散控制得以異乎平常的發展，且已成為計算機控制發展的重要趨勢。 自70年代起,又出現集中分散式的控制系統,簡稱集散系統。它是採用分散局部控制的新型的計算機控制系統。

假如計算機控制系統是按着預先規定的時間函數進行控制，這種控制稱之為程序控制。這裏的程序是指隨時間變化就有確定對應變化值，而不是計算機所運行的程序。

在程序控制的基礎上產生了順序控制，計算機如能根據隨時間推移所確定對應值和此刻以前的控制結果兩方面情況行使對生產過程控制的系統，稱之為計算機的順序控制。

常規的模擬調節儀表可以完成PID控制。用微型計算機也可以實現PID控制。

通常的反饋控制系統中，對干擾造成一定後果，才能反饋過來產生抑制干擾的控制作用，因而產生滯後控制的不良後果。為了克服這種滯後的不良控制，用計算機接受干擾信號後，在還沒有產生後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。

控制計算機如能有受控對象處於最佳狀態運行的控制系統稱之為最佳控制系統。如用計算機控制系統就是在現有的限定條件下，恰當選擇控制規律(數學模型)，使受控對象運行指標處於最優狀態。

上述的最佳控制,當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。假如在工作條件改變的情況下，仍然能的控制系統對受控對象的控制處於最佳狀態，這樣的控制系統稱之為自適應系統。這就要求數學模型體現出在條件改變的情況下，如何達到最佳狀態。控制計算機檢測到條件改變的信息，按數學模型給出的規律進行計算，用以改變控制變量，使受控對象仍能處在最好狀態。

假如用計算機能夠不斷地根據受控對象運行結果積累經驗，自行改變和完善控制規律，使控制效果愈來愈好，這樣的控制系統被稱為自學習控制系統。以上講到的最優控制、自適應控制和自學習控制都涉及到多參數、多變量的複雜控制系統，都屬於近代控制理論研究的問題。系統的穩定性的判定，多種因素影響控制的複雜數學模型研究等，都必須有生產治理、生產工藝、自動控制、檢測儀表、程序設計、計算機硬件各方面人員相互配合才能得以實現。由受控對象要求反應時間的長短、控制點數多少和數學模型複雜程度來決定選用計算機規模。一般來説需要功能很強（速度與計算功能）的計算機才能實現。 上述諸種控制，可以是單一種也可不是單一的，可以幾種形式結合對生產過程實現控制。這要針對受控對象的實際情況，在系統分析、系統設計時確定。

自動控制系統的形式很多，下面介紹常用的一些分類形成 ^[1]  。

給定值為恆定的控制系統，也稱鎮定控制系統。例如，鍋爐的水位、蒸汽壓力、蒸汽温度的自動控制系統，汽輪機轉速，抽汽壓力的自動控制系統均屬此類。

給定量隨時間變化的控制系統。又分:

(1)伺服系統

給定量為時間的任意函數的控制系統，也稱隨動系統，例如雷達跟蹤系統、自動記錄儀等；

(2)程序控制系統

給定量按預定規律而變化的控制系統，例如仿型銑牀、熱處理爐的温度控制系統等；

(3)比例控制系統

兩個變量需要保持一定比例時，系統的給定量為另一系統的被控量的控制系統。例如鍋爐的自動燃燒系統就是燃料與空氣成比例的控制系統。

被控量是轉速、電壓、頻率等物理量並要求保持恆定的系統。

被控量是機械裝置的位置,姿態等跟蹤系統。

被控量為温度、壓力、流量、液位、濃度等定值系統。

控制作用在空間和時間上都是連續的系統。一般應用線性摸擬調節器或校正裝置的控制系統均屬此類。

(1)開關控制系統

控制作用在空間上不連續的系統，例如兩位式、三位式鍋爐水位和壓力等自動控制系統。

(2)離散控制系統

控制作用在時間上不連續的系統，也稱採樣控制系統，例如採用數字調節器的控制系統，用數字計算機直接控制的系統等。

用常微分方程描述的系統稱為集中參數系統。例如施轉運動的系統,電迴路等一般是集中參數。

參數不隨時間變化的系統稱為定常系統,也稱時不變系統。其微分方程式的係數均為常數。

每個元件的輸入一輸出特性為線性特性或描述系統的運行方程式是線性微分方程式的系統。

系統中有的元件其輸入一輸出特性為非線性特性,或用非線性微分方程式描述的系統。

只有一個輸入量和一個輸出量的系統。例如凝汽式汽輪機轉速自動調節系統為單變量系統。

有一個以上輸入量或一個以上輸出量的系統。例如雙抽汽汽輪機自動調節系統是三輸入三輸出的多變量系統。鍋爐壓力一水位自動控制系統是輸入兩輸出的多變量系統。

給定量或擾動量為固間時間函數的系統。例如汽輪機轉速和鍋爐水位、蒸氣壓力等自動控制系統可視為確定系統。

給定量和擾動量不能用固定時間函數表示,或輸入量雜有噪音的系統。例如雷達伺服系統輸入量是目標運動的軌跡,它是隨機變化的,不能用固定時間函數加以描述。