1.3 自動控制系統(tǒng)的分類

自動控制系統(tǒng)有多種分類方法。例如，按控制方式可分為開環(huán)控制、反饋控制、復(fù)合控制等；按元器件類型可分為機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等；按系統(tǒng)功用可分為溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)等；按系統(tǒng)性能可分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)、定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)、確定性系統(tǒng)和不確定性系統(tǒng)等；按參據(jù)量變化規(guī)律又可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)等。為了全面反映自動控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，常常將上述各種分類方法組合應(yīng)用。

1.3.1 線性連續(xù)控制系統(tǒng)

這類系統(tǒng)可以用線性微分方程式描述，其一般形式為

式中，c（t）是系統(tǒng)被控量；r（t）是系統(tǒng)輸入量。系數(shù)a0、a1、…、an，b0、b1、…、bm是常數(shù)時，稱為定常系統(tǒng)；系數(shù)a0、a1、…、an，b0、b1、…、bm 隨時間變化時，稱為時變系統(tǒng)。線性定常連續(xù)系統(tǒng)按其輸入量的變化規(guī)律不同又可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。

1.恒值控制系統(tǒng)

這類控制系統(tǒng)的參據(jù)量是一個常值，要求被控量等于一個常值。如溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、液位控制系統(tǒng)等均為恒值控制系統(tǒng)。在工業(yè)控制中，如果被控量是溫度、流量、壓力、液位等生產(chǎn)過程參量時，這種控制系統(tǒng)稱為過程控制系統(tǒng)，它們大多數(shù)都屬于恒值控制系統(tǒng)。

2.隨動系統(tǒng)

這類控制系統(tǒng)的參據(jù)量是預(yù)先未知的隨時間任意變化的函數(shù)，要求被控量以盡可能小的誤差跟隨參據(jù)量的變化而變化，故又稱為跟蹤系統(tǒng)。示例中的函數(shù)記錄儀就是典型的隨動系統(tǒng)。在隨動系統(tǒng)中，如果被控量是機(jī)械位置或其導(dǎo)數(shù)時，這類系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)。

3.程序控制系統(tǒng)

這類控制系統(tǒng)的參據(jù)量是按預(yù)定規(guī)律隨時間變化的函數(shù)，要求被控量迅速、準(zhǔn)確地加以復(fù)現(xiàn)。機(jī)械加工使用的數(shù)字程序控制機(jī)床便是一例。

程序控制系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)的參據(jù)量都是時間函數(shù)，不同之處在于前者是已知的時間函數(shù)，后者則是未知的任意時間函數(shù)，而恒值控制系統(tǒng)也可視為程序控制系統(tǒng)的特例。

1.3.2 線性定常離散控制系統(tǒng)

離散系統(tǒng)是指系統(tǒng)的某處或多處的信號為脈沖序列或數(shù)碼形式，因而信號在時間上是離散的。離散系統(tǒng)要用差分方程描述，線性差分方程的一般形式為

a0c（k+n）+a1c（k+n-1）+…+an-1c（k+1）+anc（k）

=b0r（k+m）+b1r（k+m-1）+…+bm-1r（k+1）+bmr（k）

式中，m≤n，n為差分方程的次數(shù)；a0、a1、…、an，b0、b1、…、bm為常系數(shù)；r（k）、c（k）分別為輸入和輸出采樣序列。

工業(yè)計算機(jī)控制系統(tǒng)就是典型的離散系統(tǒng)，如爐溫微機(jī)控制系統(tǒng)等。

1.3.3 非線性控制系統(tǒng)

系統(tǒng)中只要有一個元器件的輸入/輸出特性是非線性的，這類系統(tǒng)就稱為非線性控制系統(tǒng)，這時，要用非線性微分（或差分）方程描述其特性。非線性方程的特點(diǎn)是系數(shù)與變量有關(guān)，或者方程中含有變量及其導(dǎo)數(shù)的高次冪或乘積項，例如

嚴(yán)格地說，實際物理系統(tǒng)中都含有程度不同的非線性元器件，如放大器和電磁元器件的飽和特性，運(yùn)動部件的死區(qū)、間隙和摩擦特性等。由于非線性方程在數(shù)學(xué)處理上較困難，目前對不同類型的非線性控制系統(tǒng)的研究還沒有統(tǒng)一的方法。但對于非線性程度不太嚴(yán)重的元器件，可采用在一定范圍內(nèi)線性化的方法，從而將非線性控制系統(tǒng)近似為線性控制系統(tǒng)。