1.2 汽車電子控制系統(tǒng)的組成及工作原理

1.2.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與分類

所謂自動(dòng)控制，就是應(yīng)用控制裝置自動(dòng)、有目的地控制、操縱機(jī)器設(shè)備或過程，使之具有一定的狀態(tài)和性能。

1.自動(dòng)控制系統(tǒng)的一般組成

典型的控制系統(tǒng)如圖1.2所示。

自動(dòng)控制系統(tǒng)一般由檢測(cè)反饋單元、指令及信號(hào)處理單元、轉(zhuǎn)換放大單元、執(zhí)行器和動(dòng)力源等幾部分組成。

（1）檢測(cè)反饋單元。該單元的作用在于通過各種傳感器檢測(cè)受控參數(shù)或其他中間變量，經(jīng)放大轉(zhuǎn)換后用以顯示或作為反饋信號(hào)。

（2）指令及信號(hào)處理單元。該單元接收人機(jī)對(duì)話隨機(jī)指令或定值、程序指令，并接收反饋信號(hào)，一般具有信號(hào)比較、變換、運(yùn)算、邏輯等處理功能。傳統(tǒng)的指令及信號(hào)處理單元多采用模擬電路，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為工程控制系統(tǒng)提供了采用數(shù)字計(jì)算機(jī)指令和信號(hào)處理單元的可能性。汽車上所用的指令及信號(hào)處理單元多為微機(jī)。

（3）轉(zhuǎn)換放大單元。該單元的作用是將指令信號(hào)按不同方式進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換和線性放大，使放大后的功率足以控制執(zhí)行器并驅(qū)動(dòng)受控對(duì)象。

（4）執(zhí)行器。執(zhí)行器是直接驅(qū)動(dòng)受控對(duì)象的部件，它可以是電磁元件，如電磁鐵、電動(dòng)機(jī)等；也可以是液壓或氣動(dòng)元件，如液壓或氣壓工作缸及馬達(dá)。為了使驅(qū)動(dòng)特性與受控對(duì)象的負(fù)荷特性相互匹配，還可附加變速機(jī)構(gòu)，如液壓馬達(dá)和行星齒輪傳動(dòng)的組合。

（5）動(dòng)力源。動(dòng)力源為各單元提供能源，通常包括電氣動(dòng)力源和流體動(dòng)力源兩類。

2.自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類

工程自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類方式很多，一般有以下4種。

（1）按有無反饋環(huán)節(jié)分類，自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩種。

① 開環(huán)控制系統(tǒng)。若系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用不產(chǎn)生影響（無檢測(cè)反饋單元），則稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度完全取決于各單元的精度，因此，它主要使用在精度要求不高并且不存在內(nèi)外干擾的場(chǎng)合。但開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且一般不存在穩(wěn)定性的問題。

② 閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的輸出通過檢測(cè)反饋單元返回來作用于控制部分，形成閉合回路，這種控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，又稱為反饋控制系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是能夠自動(dòng)糾正外部干擾和系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)變化所引起的偏差，這樣就可以采用精度不太高而成本較低的元件，組成一個(gè)較為精確的控制系統(tǒng)。但是閉環(huán)控制系統(tǒng)也有它的缺點(diǎn)，由于閉環(huán)控制系統(tǒng)是以偏差消除偏差的，即系統(tǒng)要工作就必須有偏差存在，因此這類系統(tǒng)不會(huì)有很高的精度。同時(shí)，由于組成系統(tǒng)的元件有慣性、傳動(dòng)鏈的間隙等因素存在，如果配合不當(dāng)，將會(huì)引起反饋控制系統(tǒng)的振蕩，從而系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作。精度和穩(wěn)定性之間的矛盾始終是閉環(huán)控制系統(tǒng)存在的主要矛盾。

（2）按輸入量變化的規(guī)律來分類，自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)3類。

① 恒值控制系統(tǒng)。恒值控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是，系統(tǒng)的輸入量是恒值，并要求系統(tǒng)的輸出量相應(yīng)地保持恒定值。它是一種最常見的自動(dòng)控制系統(tǒng)，如自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)、恒溫控制系統(tǒng)、恒張力控制系統(tǒng)等，都屬于恒值控制系統(tǒng)。

② 隨動(dòng)控制系統(tǒng)。隨動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是，輸入量是變化的（有時(shí)是隨機(jī)的），并且要求系統(tǒng)的輸出量能根據(jù)輸入量的變化而進(jìn)行相應(yīng)的變化，故隨動(dòng)控制系統(tǒng)又稱為伺服系統(tǒng)或跟蹤系統(tǒng)。它廣泛地應(yīng)用于飛機(jī)、艦船、武器（火炮、導(dǎo)彈）和雷達(dá)等的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中。

③ 過程控制系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)的輸出量是按給定的時(shí)間函數(shù)來實(shí)現(xiàn)控制的。這類系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于化工、冶金、造紙、食品等工業(yè)的工藝過程中的參數(shù)控制，如溫度、壓力、流量、液位、pH值等。過程控制系統(tǒng)又可稱為程序控制系統(tǒng)，它往往內(nèi)含伺服控制系統(tǒng)。

以上3種控制系統(tǒng)都是閉環(huán)控制系統(tǒng)。

（3）按系統(tǒng)傳輸信號(hào)對(duì)時(shí)間的關(guān)系分類，自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)兩種。

① 連續(xù)控制系統(tǒng)。連續(xù)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是，控制作用的信號(hào)是連續(xù)量或模擬量。因此隨動(dòng)系統(tǒng)就是連續(xù)控制系統(tǒng)，因?yàn)樽饔糜谙到y(tǒng)的信號(hào)是模擬量。

② 離散控制系統(tǒng)。離散控制系統(tǒng)又稱采樣控制系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是，作用于系統(tǒng)的控制信號(hào)是連續(xù)量、數(shù)字量或采樣數(shù)據(jù)量。通常采樣數(shù)值的控制系統(tǒng)都是離散系統(tǒng)。

（4）按系統(tǒng)輸出量和輸入量的關(guān)系分類，自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)兩種。

① 線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)的特點(diǎn)是，系統(tǒng)的輸出量和輸入量的關(guān)系是線性的，它的各個(gè)環(huán)節(jié)或系統(tǒng)都可以用線性微分方程來描述，并可以應(yīng)用疊加定理和拉普拉斯變換解決線性系統(tǒng)中的問題。

② 非線性系統(tǒng)。非線性系統(tǒng)的特點(diǎn)是，其中的一些環(huán)節(jié)具有非線性性質(zhì)（如出現(xiàn)飽和死區(qū)、滯環(huán)等）。它們往往要采用非線性的微分方程來描述，此外，疊加定理對(duì)非線性系統(tǒng)是不適用的。

另外，按系統(tǒng)主要組成元件的物理性質(zhì)，可將控制系統(tǒng)分為電氣控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)和電-液控制系統(tǒng)。