控制系统仿真之基础知识（一）

一、开环控制

开环控制是最简单的控制方式，在控制器与被控对象之间只有正向控制作用，而没有反馈控制作用，即系统的输出量对控制量没有影响。

在开环控制系统中，对于每个参考输入量，就有一个相对应的工作状态和输出量。

二、闭环控制

闭环控制的特点是在控制器与被控制对象之间，不仅存在正向作用，而且存在反馈作用，即系统的输出量对控制量有直接影响。输入信号与输出信号之差称为偏差信号。偏差信号作用于控制器上，控制器对偏差信号进行某种运算，产生一个控制作用，使系统的输出量趋向于给定的数值。

三、自动控制系统（以恒压供水为例）

参考输入r：输入到控制系统的指令信号，供水系统需要的压力，例如10kPa。

主反馈b：与输出成正比或某种函数关系，但量纲与参考输入信号相同，供水系统实际测定的压力，例如9kPa。

偏差e：参考输入与主反馈之差的信号，偏差有时也成为误差，偏差为10kPa

控制环节GC:接受偏差信号，通过转换与运算，产生控制量，例如PLC

控制量u:控制环节的输出，作用于被控制对象的信号，例如变频器的频率40Hz

扰动n：噪声信号

控制对象G0：变频器与水泵

输出c：系统被控制量--系统水压

反馈环节H:测量现在系统的水压，例如压力变送器。

四、数学模型

通常所说的建立控制系统的数学模型，首要的是建立被控制对象的数学模型。因为只有在被控制对象的数学模型确定后，才能根据预期的性能要求及限制条件选择某种控制环节和反馈环节，从而构建能够达到目标的控制系统。

五、建立数学模型的方法

1、分析法

对控制系统进行定量分析，研究系统中各物理量的物理关系，通过建立方程式，将各变量的关系用数学形式表现出来。

2、实验测定法

对系统施加一定的输入，测量它的输出，根据输入与输出的数据，通过一定的数学处理，获取反映系统输入与输出关系的数学模型。

①时域测定法：施加阶跃信号，绘制输出量的响应曲线。

②频域测定法：施加不同频率的正弦波，测出输入信号与输出信号的幅值比和相位差。

③统计法：施加随机信号，根据被控对象参数的变化，采用统计相关测定法确定动态特性。

六、常用模型

传递函数、状态空间