Ⅰ 有哪些建立控制系統數學模型的方法
建立控制系統微分方程的主要步驟有:
(1)明確要解決問題的目的和要求,確定系統的輸入變數和輸出變數.
(2)全面深入細致地分析系統的工作原理、系統內部各變數間的關系.在多數情況下,所研究的系統比較復雜,涉及到的因素很多,不可能把所有復雜的因素都考慮到.因此,必須抓住能代表系統運動規律的主要特徵,捨去一些次要因素,對問題進行適當的簡化,必要時還必須進行一些合理的假設.
(3)如果把整個控制系統作為一個整體，組成控制系統的各元器件及裝置則可以成為子系統。從輸入端開始，依照各子系統所遵循的物理定律或其他規律，寫出子系統的數學表達式.
(4)消去中間變數，最後得到描述輸入變數與輸出變數關系的微分方程式。
(5)寫出微分方程的規范形式，即所有與輸出變數有關的項應在方程左邊，所有與輸入變數有關的項應在方程右邊，所有變數均按降階排列。
系統微分方程的一般形式是
(2.1)式中：y為輸出變數；
x為輸入變數；和為方程的系數。
本書只討論線性定常系統，因此，這些系數均為常數。
由於控制系統的被控對象和控制元件都具有慣性，當輸入量發生變化時，輸出量不可能在瞬時完成對輸入量的響應，而必須經歷一個過渡過程即動態過程，所以我們把描述控制系統的微分方程又稱為動態方程。
Ⅱ 計算機控制系統的類型
名詞解釋
計算機控制系統(Computer Control System，簡稱CCS)--是應用計算機參與控制並藉助一些輔助部件與被控對象相聯系，以獲得一定控制目的而構成的系統。這里的計算機通常指數字計算機，可以有各種規模，如從微型到大型的通用或專用計算機。
分類
計算機控制系統的分類有三種方法：以自動控制行式分類，以參於控制方式分類或以調節規律分類。
一、以自動控制行式分類
以自動控制方式可以分成如下幾類：
（一) 計算機開環控制(Computer Open Loop Control)系統
若計算機開環控制系統的輸出對生產過程能行使控制,但控制結果---生產過程的狀態沒有影響計算機控制的系統,計算機控制器生產過程等環節沒有構成閉合環路,則稱之為計算機開環控制系統.從圖上看出生產過程的狀態沒有反饋給計算機,而是由操作人員監視生產過程的狀態,決定控制方案,並告訴控制計算機使其行使控製作用.
(二) 計算機閉環控制
計算機對生產對象或過程進行控制時,生產過程狀態能直接影響計算機控制的系統,稱之為計算機閉環控制系統.控制計算機在操作人員監視下,自動接受生產過程狀態檢測結果,計算並確定控制方案,直接指揮控制部件(器)的動作,行使控制生產過程作用.
在這樣的系統中,控制部件按控制機發來的控制信息對運行設備進行控制,另一方面運行設備的運行狀態作為輸出,由檢測部件測出後,作為輸入反饋給控制計算機;從而使控制計算機控制部件生產過程檢測部件構成一個閉環迴路.我們將這種控制形式稱之為控制計算機閉環控制.
計算機閉環控制系統,利用數學模型設置生產過程最佳值與檢測結果反饋值之間的偏差,控制達到生產過程運行在最佳狀態.
(三) 在線控制
只要計算機對受控對象或受控生產過程,能夠行使直接控制,不需要人工干預的都稱之為控制計算機在線控制或稱聯機控制系統.
(四) 離線控制
控制計算機沒有直接參於控制對象或受控生產過程.它只完成受控對象或受控過程的狀態檢測,並對檢測的數據進行處理;而後制定出控制方案,輸出控制指示,操作人員參考控制指示,人工手動操作使控制部件對受控對象或受控過程進行控制.這種控制形式稱之為計算機離線控制系統.
(五) 實時控制系統
控制計算機實時控制系統是指受控制的對象或受控過程,每當請求處理或請求控制時,控制機能及時處理並進行控制的系統,常用在生產過程是間斷進行的場合軋出一塊鋼算一個過程,每個過程都重復進行.只有進入過程才要求計算機進行控制.在計算機一旦進行控制時,就要求計算機對來自生產過程的信息在規定的時間內作出反應或控制.這種系統常使用完善的中斷系統和中斷處理程序來實現.綜上所述,一個在線系統並不一定是實時系統.但是一個實時系統必是一個在線系統.
二、 以參於控制方式來分類
按控制機參於控制方式來分類， 可分成如下幾種：
（一）直接數字控制系統
由控制計算機取代常規的模擬調節儀表而直接對生產過程進行控制,由於計算機發出的信號為數字量，故得名DDC控制。實際上受控的生產過程的控制部件,接受的控制信號可以通過控制機的過程輸入/輸出通道中的數/模(D/A)轉換器將計算機輸出的數字控制量中轉換成模擬量;輸入的模擬量也要經控制機的過程輸入/輸出通道的模/數(A/D)轉換器轉換成數字量進入計算機.
DDC控制系統中常使用小型計算機或微型機的分時系統來實現多個點的控制功能.實際上是屬於用控制機離散采樣,實現離散多點控制.這種DDC計算機控制系統已成為當前計算機控制系統中主要控制形式之一.
DDC控制的優點是靈活性大,集中可靠性高和價格便宜.能用數字運算形式對若干個迴路,甚至數十個迴路的生產過程,進行比例---積分---微分(PID)控制,使工業受控對象的狀態保持在給定值上,偏差小且穩定.而且只要改變控制演算法和應用程序便可實現較復雜的控制.如前饋控制和最佳控制等.一般情況下,DDC級控制常作為更復雜的高級控制的執行級.
(二) 計算機監督控制系統
計算機監督控制系統是針對某一種生產過程,依據生產過程的各種狀態,按生產過程的數學模型計算出生產設備應運行的最佳給定值,並將最佳值自動地或人工對DDC執行級的計算機或對模擬調節儀表進行調正或設定控制的目標值.由DDC或調節儀表對生產過程各個點(運行設備)行使控制.
SCC系統的特點是能保證受控的生產過程始終處於最佳狀態情況下運行,因而獲得最大效益.直接影響SCC效果優劣的首先是它的數學模型,為此要經常在運行過程中改進數學模型,並相應修改控制演算法和應用控製程序.
(三) 多級控制系統
在現代生產企業中,不僅需要解決生產過程的在線控制問題,而且還要求解決生產管理問題,每日生產品種、數量的計劃調度以及月季計劃安排,制定長遠規劃、預報銷售前景等, 於是出現了多級控制系統.
DDC級主要用於直接控制生產過程,進行PID或前饋控制;SCC級主要用於進行最佳控制或自適應控制或自學習控制計算,並指揮DDC級控制同時向MIS級匯報情況.DDC級通常用微型計算機,SCC級一般用小型計算機或高檔微型計算機.
車間管理的MIS主要功能是根據工廠級下達的生產品種、數量命令和搜集上來的生產過程的狀態的信息,隨時進行合理調度,實現最優控制,指揮SCC級監督控制.
工廠管理級的MIS主要功能是接受公司下達的生產任務和本廠的實際情況,進行最優化計算,制訂本廠生產計劃和短期(旬或周或日)安排,然後給車間級下達生產任務.
公司管理級的MIS主要功能是對市場需求預測計算,制訂戰略上的長期發展規劃,並對訂貨合同,原料供應情況和企業的生產狀況,進行最優生產方案的比較選擇計算,制訂出整個公司企業較長時間(月或旬)的生產計劃、銷售計劃,並向各工廠管理級下達任務.
MIS級主要功能是實現信息實時處理,為各級決策者提供有用的信息,作出關於生產計劃調度和管理方案,使計劃協調和經營管理處於最優狀態.這一級可根據企業的規模和管理范圍的大小分成若干級.每級又依據要處理的信息量的大小確定採用的計算機的類型.一般情況車間級MIS用小型計算機或高檔微型計算機,工廠管理級的MIS用中型計算機,而公司管理級的MIS則用大型計算機,或者用超大型計算機.
(四)分布式控制或分散控制系統
分散控制或分布控制,是將控制系統分成若干個獨立的局部控制子系統,用以完成受控生產過程自動控制任務.由於微型計算機的出現與迅速發展,為實現分散控制提供了物質和技術基礎,近年來分散控製得以異乎尋常的發展,且已成為計算機控制發展的重要趨勢.
自70年代起,又出現集中分散式的控制系統,簡稱集散系統.它是採用分散局部控制的新型的計算機控制系統.
三、按調節規律分類
如果按調節規律分類,計算機對工業生產過程進行控制所構成的系統可分成如下幾種:
(一)程序控制
如果計算機控制系統是按著預先規定的時間函數進行控制,這種控制稱之為程序控制.如爐溫按著一定的時間曲線進行控制就為程序控制.這里的程序是指隨時間變化就有確定對應變化值,而不是計算機所運行的程序.
(二)順序控制
在程序控制的基礎上產生了順序控制,計算機如能根據隨時間推移所確定對應值和此刻以前的控制結果兩方面情況行使對生產過程式控制制的系統,稱之為計算機的順序控制.
(三) 比例--積分--微分PID控制常規的模擬調節儀表可以完成PID控制.用微型計算機也可以實現PID控制.
(四)前饋控制
通常的反饋控制系統中,對干擾造成一定後果,才能反饋過來產生抑制干擾的控製作用,因而產生滯後控制的不良後果.為了克服這種滯後的不良控制,用計算機接受干擾信號後,在還沒有產生後果之前插入一個前饋控製作用,使其剛好在干擾點上完全抵消干擾對控制變數的影響,因而又得名為擾動補償控制.
(五)最優控制(最佳控制)系統
控制計算機如能有受控對象處於最佳狀態運行的控制系統稱之為最佳控制系統.如用計算機控制系統就是在現有的限定條件下,恰當選擇控制規律(數學模型),使受控對象運行指標處於最優狀態.如產量最大、消耗最大、質量合格率最高、廢品率最少等。最佳狀態是由定出的數學模型確定的,有時是在限定的某幾種范圍內追求單項最好指標,有時是要求綜合性最優指標.
(六)自適應控制系統
上述的最佳控制,當工作條件或限定條件改變時,就不能獲得最佳的控制效果了.如果在工作條件改變的情況下,仍然能的控制系統對受控對象的控制處於最佳狀態,這樣的控制系統稱之為自適應系統.這就要求數學模型體現出在條件改變的情況下,如何達到最佳狀態.控制計算機檢測到條件改變的信息,按數學模型給出的規律進行計算,用以改變控制變數,使受控對象仍能處在最好狀態.
(七)自學習控制系統
如果用計算機能夠不斷地根據受控對象運行結果積累經驗,自行改變和完善控制規律,使控制效果愈來愈好,這樣的控制系統被稱為自學習控制系統.
Ⅲ 控制系統的分類有幾大類
A. 按控制器所依據的判定準則中是否有被控對象狀態的函數，可將控制系統分為順序控制系統和反饋控制系統。前者依據時間、邏輯、條件等順序決定被控對象的運行步驟，如組合機床的控制系統（PLC），後者依據被控對象的運行狀態決定被控對象的變化趨勢，是閉環控制系統。
B. 按系統輸出的變化規律可將控制系統分為鎮定控制系統、程序控制系統和隨動系統。鎮定控制系統的特點是，在外界干擾作用下使系統輸出仍基本保持為常量，如恆溫調節系統等。程序控制系統的特點是，在外界條件作用下系統的輸出按預定程序變化，如機床的數控系統等。隨動系統的特點是，系統的輸出能相應於輸入在較大范圍內按任意規律變化，如炮瞄雷達系統等。
C. 按被控對象自身的特性，還可將控制系統分成線性系統與非線性系統、確定系統與隨機系統、集中參數系統（質點等剛性體）與分布參數系統（柔性梁）、時變系統與時不變系統等。
D. 按系統中所處理信號的形式可將控制系統分為連續控制系統和離散控制系統。在連續控制系統中，信號是以連續的模擬信號形式被處理和傳遞的，控制器釆用硬體模擬電路實現。在離散控制系統中，主要採用計算機對數字信號進行處理，控制器是以軟體演算法為主的數字控制器。
Ⅳ 控制系統的數學模型有哪三種
自動控制系統的數學模型有微分方程、傳遞函數、頻率特性、結構圖。
Ⅳ 自動控制系統的數學模型有哪些表示方法
微分方程、傳遞函數、頻率響應，要是4種的話就把框圖算1個。
現代控制用狀態方程
Ⅵ 自動控制系統有幾種分類方法
有多種分類方法
自動控制系統的主要分類方法就是這些了。
Ⅶ 自動控制系統中數學模型的作用及常見形式有哪些
控制系統的數學模型是描述系統內部物理量(或變數)之間關系的數學表達式。在靜態條件下(即變數各階導數為零)，描述變數之間關系的代數方程叫靜態數學模型；而描述變數各階導數之間關系的微分方程叫數學模型。如果已知輸入量及變數的初始條件，對微分方程求解就可以得到系統輸出量的表達式，並由此可對系統進行性能分析。因此，建立控制系統的數學模型是分析和設計控制系統的首要工作
建立控制系統數學模型的方法有分析法和實驗法兩種。分析法是對系統各部分的運動機理進行分析，根據它們所依據的物理規律或化學規律分別列寫相應的運動方程。例如，電學中有基爾霍夫定律，力學中有牛頓定律，熱力學中有熱力學定律等。實驗法是人為地給系統施加某種測試信號，記錄其輸出響應，並用適當的數學模型去逼近，這種方法稱為系統辨識。
Ⅷ 計算機控制系統主要分幾大類，並說明各類的特點同時指出計算機控制系統的主要性能指標
1、計算機控制系統主要分幾大類，並說明各類的特點？
計算機控制系統的分類 計算機控制系統的分類有三種方法：以自動控制行式分類，以參於控制方式分類或以調節規律分類。 一、以自動控制行式分類 以自動控制方式可以分成如下幾類： （一) 計算機開環控制(Computer Open Loop Control)系統 若計算機開環控制系統的輸出對生產過程能行使控制,但控制結果---生產過程的狀態沒有影響計算機控制的系統,計算機\控制器\生產過程等環節沒有構成閉合環路,則稱之為計算機開環控制系統.從圖上看出生產過程的狀態沒有反饋給計算機,而是由操作人員監視生產過程的狀態,決定控制方案,並告訴控制計算機使其行使控製作用. (二) 計算機閉環控制 計算機對生產對象或過程進行控制時,生產過程狀態能直接影響計算機控制的系統,稱之為計算機閉環控制系統.控制計算機在操作人員監視下,自動接受生產過程狀態檢測結果,計算並確定控制方案,直接指揮控制部件(器)的動作,行使控制生產過程作用. 在這樣的系統中,控制部件按控制機發來的控制信息對運行設備進行控制,另一方面運行設備的運行狀態作為輸出,由檢測部件測出後,作為輸入反饋給控制計算機;從而使控制計算機\控制部件\生產過程\檢測部件構成一個閉環迴路.我們將這種控制形式稱之為控制計算機閉環控制. 計算機閉環控制系統,利用數學模型設置生產過程最佳值與檢測結果反饋值之間的偏差,控制達到生產過程運行在最佳狀態. (三) 在線控制 只要計算機對受控對象或受控生產過程,能夠行使直接控制,不需要人工干預的都稱之為控制計算機在線控制或稱聯機控制系統. (四) 離線控制 控制計算機沒有直接參於控制對象或受控生產過程.它只完成受控對象或受控過程的狀態檢測,並對檢測的數據進行處理;而後制定出控制方案,輸出控制指示,操作人員參考控制指示,人工手動操作使控制部件對受控對象或受控過程進行控制.這種控制形式稱之為計算機離線控制系統. (五) 實時控制系統 控制計算機實時控制系統是指受控制的對象或受控過程,每當請求處理或請求控制時,控制機能及時處理並進行控制的系統,常用在生產過程是間斷進行的場合.如煉鋼,每煉一爐鋼是一個過程;又如軋鋼過程,每軋出一塊鋼算一個過程,每個過程都重復進行.只有進入過程才要求計算機進行控制.在計算機一旦進行控制時,就要求計算機對來自生產過程的信息在規定的時間內作出反應或控制.這種系統常使用完善的中斷系統和中斷處理程序來實現.綜上所述,一個在線系統並不一定是實時系統.但是一個實時系統必是一個在線系統. 二、 以參於控制方式來分類 按控制機參於控制方式來分類， 可分成如下幾種： （一）直接數字控制系統 由控制計算機取代常規的模擬調節儀表而直接對生產過程進行控制,由於計算機發出的信號為數字量，故得名DDC控制。實際上受控的生產過程的控制部件,接受的控制信號可以通過控制機的過程輸入/輸出通道中的數/模(D/A)轉換器將計算機輸出的數字控制量中轉換成模擬量;輸入的模擬量也要經控制機的過程輸入/輸出通道的模/數(A/D)轉換器轉換成數字量進入計算機. DDC控制系統中常使用小型計算機或微型機的分時系統來實現多個點的控制功能.實際上是屬於用控制機離散采樣,實現離散多點控制.這種DDC計算機控制系統已成為當前計算機控制系統中主要控制形式之一. DDC控制的優點是靈活性大,集中可靠性高和價格便宜.能用數字運算形式對若干個迴路,甚至數十個迴路的生產過程,進行比例--- 積分---微分(PID)控制,使工業受控對象的狀態保持在給定值上,偏差小且穩定.而且只要改變控制演算法和應用程序便可實現較復雜的控制.如前饋控制和最佳控制等.一般情況下,DDC級控制常作為更復雜的高級控制的執行級. (二) 計算機監督控制系統 計算機監督控制系統是針對某一種生產過程,依據生產過程的各種狀態,按生產過程的數學模型計算出生產設備應運行的最佳給定值,並將最佳值自動地或人工對DDC執行級的計算機或對模擬調節儀表進行調正或設定控制的目標值.由DDC或調節儀表對生產過程各個點(運行設備)行使控制. SCC系統的特點是能保證受控的生產過程始終處於最佳狀態情況下運行,因而獲得最大效益.直接影響SCC效果優劣的首先是它的數學模型,為此要經常在運行過程中改進數學模型,並相應修改控制演算法和應用控製程序. (三) 多級控制系統 在現代生產企業中,不僅需要解決生產過程的在線控制問題,而且還要求解決生產管理問題,每日生產品種、數量的計劃調度以及月季計劃安排,制定長遠規劃、預報銷售前景等, 於是出現了多級控制系統. DDC級主要用於直接控制生產過程,進行PID或前饋控制;SCC級主要用於進行最佳控制或自適應控制或自學習控制計算,並指揮DDC級控制同時向MIS級匯報情況.DDC級通常用微型計算機,SCC級一般用小型計算機或高檔微型計算機. 車間管理的MIS主要功能是根據工廠級下達的生產品種、數量命令和搜集上來的生產過程的狀態的信息,隨時進行合理調度,實現最優控制,指揮SCC級監督控制. 工廠管理級的MIS主要功能是接受公司下達的生產任務和本廠的實際情況,進行最優化計算,制訂本廠生產計劃和短期(旬或周或日)安排,
Ⅸ 自動控制系統是如何分類的
分為開環控制系統和閉環控制系統兩大類
開環控制系統有兩種：一種按設定值進行控制，另一種按擾動值進行控制。
閉環控制系統有三種：一是定值控制系統，二是隨動控制系統，三是程序控制系統。
Ⅹ 自動控制系統的基本控制方式有哪四種
控制系統的分類.是的反饋分為正反饋和負反饋兩種.控制方式通常可以有開環、閉環和復合控制方式三種.反饋方式就正反饋和負反饋