第四章  控制与设计

第三节  简单控制系统的设计

（广东版）《技术与设计2》课文内容

2012年7月第3版第17次印刷

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一．控制系统设计概念

控制系统设计是工程设计的一个特例，所以在我们前面学习的设计基本原则仍然适用。

设计的第一步是确定控制的目的。例如速度控制系统是为了达到一个理想的速度，温度控制系统是为了获得一个合适的温度等。

第二步是确定系统的被控制量，即系统要控制什么。一般情况下，系统的控制目的就是系统的被控量，如速度控制系统的被控量是速度，温度控制系统的被控量是温度。但有些控制系统的控制目的与系统的被控量就有可能不同。如为了控制某种化学反应的反应速度，我们可以控制反应时的温度；为了减少（控制）高速公路上的交通事故，我们可以控制公路上的车速。所以，在明确控制目的的同时，要认真分析为达到控制目的，我们实际需要控制什么量，这就是被控制量的确定。

第三步是明确系统被控量应达到的精度指标，如速度、温度的精度指标等。

第四步是选定控制系统的结构。控制系统有开环和闭环，系统的控制精度、造价等指标，这将指导我们选择控制系统的类型（开环或闭环）及闭环控制中对反馈环节的要求。执行器一般也在这时选定。执行器一般也在这时选定。执行器与被控对象有关，如对电机进行速度控制的系统，由于被控对象就是电机，所以执行器可以是继电器；如在温度控制系统中，产生温度的部件可能是电热丝、灯泡甚至是燃气装置。这些都可以作为产生热量的被控对象，对应的执行器可以是继电器或燃器燃气阀等。

第五步是建立系统各环节的模型。大型、复杂的控制系统分析和仿真都依赖于模型的建立，对于简单的控制系统可不建立模型而直接通过实验检验系统的性能。

第六步是确定待调参数。不管是对模型进行仿真还是进行系统实际实验，我们都要找出最能影响系统性能的一些参数作为仿真或实验时观察、调整的对象，通过对它们的调整，使系统达到最佳的性能。

设计的最后步骤是分析、实验系统的性能。如果通过调节待调参数系统达到了期望的性能，设计工作就告结束；否则，就要修改设计，包括改进系统结构甚至放宽指标要求等。

图4-26描述了控制系统设计的基本过程。

确定控制目的

↓

确定被控量

↓

给定控制要求（设计指标）

↓

确定系统结构

↓

建立控制器、被控对象、执行器和反馈环节的模型

↓

确定待调参数

↓

分析、实验系统性能

↓

若满足规范要求，设计工作结束

确定系统结构

↑

若性能不能满足设计规范要求，重新确定系统结构、部件性能等指标

↑

其中“分析、实验系统性能”

图4-26  控制系统设计的基本过程。