第1章 绪论

1.1 本书的内容考虑

“控制”是指通过对某个装置或生产过程的某个或某些物理量进行操作，以达到使某个变量保持恒定或沿着某个预定轨迹运动的一个动态过程。其中装置和生产过程我们称之为被控对象，物理量我们称之为被控变量。为了使被控变量达到预定的理想状态，需要设计控制器。那么，控制器和被控对象构成一个相互作用的整体，称为控制系统。控制系统的种类繁多，按工作原理来说，可分为开环控制系统和闭环控制系统。闭环控制系统采用反馈控制，使系统的响应对外部的干扰和内部的参数变化不敏感。因此，本书以闭环反馈控制系统为研究对象来展开各种设计方法的学习。一个完整的闭环反馈控制系统结构如图1-1所示。

图1-1 闭环反馈控制系统

图1-1中，测量变送单元包括测量元件和变送器。测量元件是将被测物理量转换成电量或位移量的元件，变送器再将电量或位移量转换成仪表系统能够接受的标准信号。执行机构的作用是将控制器的输出信号转换成对被控对象施加的控制信号。

自动控制系统工程设计完整的过程包括被控变量和控制参数的选取（被控对象的确定）、测量变送单元和执行机构的选取、控制方案的选取、控制器设计和参数的整定等四部分内容。本书将测量变送单元和执行机构两个环节在控制设计中认为是理想环节，例如理想状态下测量变送单元可等效成单位负反馈。因此本书设计中并不过多考虑这两个环节，研究的重点是控制方案的选取、控制器设计和参数的整定。

自动控制领域从古典控制理论、现代控制理论到智能控制理论，经历了漫长的发展。虽然诸多设计方法都很成熟，但是仍有尚未完善或者较好解决的一些问题。例如，成熟的设计方法中，权函数或权系数如何确定、如何确定适当的控制器结构来保证系统获得期望的性能、如何处理控制器求解过程中出现的数值病态问题、如何通过计算机软件寻找适合的Lyapunov函数来进行系统分析和设计、如何将通用的设计方法推广到一些特殊对象的控制设计中等。本书针对这些问题结合具体设计方法给出应用实例。