第1章 緒論

1.1 本書的內容考慮

“控制”是指通過對某個裝置或生產過程的某個或某些物理量進行操作，以達到使某個變量保持恒定或沿著某個預定軌跡運動的一個動態過程。其中裝置和生產過程我們稱之為被控對象，物理量我們稱之為被控變量。為了使被控變量達到預定的理想狀態，需要設計控制器。那么，控制器和被控對象構成一個相互作用的整體，稱為控制系統。控制系統的種類繁多，按工作原理來說，可分為開環控制系統和閉環控制系統。閉環控制系統采用反饋控制，使系統的響應對外部的干擾和內部的參數變化不敏感。因此，本書以閉環反饋控制系統為研究對象來展開各種設計方法的學習。一個完整的閉環反饋控制系統結構如圖1-1所示。

圖1-1 閉環反饋控制系統

圖1-1中，測量變送單元包括測量元件和變送器。測量元件是將被測物理量轉換成電量或位移量的元件，變送器再將電量或位移量轉換成儀表系統能夠接受的標準信號。執行機構的作用是將控制器的輸出信號轉換成對被控對象施加的控制信號。

自動控制系統工程設計完整的過程包括被控變量和控制參數的選?。ū豢貙ο蟮拇_定）、測量變送單元和執行機構的選取、控制方案的選取、控制器設計和參數的整定等四部分內容。本書將測量變送單元和執行機構兩個環節在控制設計中認為是理想環節，例如理想狀態下測量變送單元可等效成單位負反饋。因此本書設計中并不過多考慮這兩個環節，研究的重點是控制方案的選取、控制器設計和參數的整定。

自動控制領域從古典控制理論、現代控制理論到智能控制理論，經歷了漫長的發展。雖然諸多設計方法都很成熟，但是仍有尚未完善或者較好解決的一些問題。例如，成熟的設計方法中，權函數或權系數如何確定、如何確定適當的控制器結構來保證系統獲得期望的性能、如何處理控制器求解過程中出現的數值病態問題、如何通過計算機軟件尋找適合的Lyapunov函數來進行系統分析和設計、如何將通用的設計方法推廣到一些特殊對象的控制設計中等。本書針對這些問題結合具體設計方法給出應用實例。