大纲
控制系统
一个系统是一些块的集合，连接在一起完成一项任务或执行一个特定的过程。在电子学中，我们把系统定义为一组连接在一起的电子设备。这也被称为控制系统。在这些控制系统中，连接的每个块或元素都有自己的单独输出。
控制系统也可以定义为“设备的集合或组”，它调节或管理其他系统的行为。例如，我们在重工业中使用控制系统(称为工业控制系统)来控制生产机器。
简单地说，一个控制系统可以表述为通过输出控制另一个系统的系统。
各种各样的电子元件在控制系统中通过I/O设备如响应器、传感器等物理连接起来。通过使用输入和处理系统中其他块的输出，控制系统的输出控制机械操作的物理过程。
控制系统可以根据所需系统的响应执行其他操作，如将一个信号转换为另一个信号。在一个简单的电子系统中，我们有信号形式的输入和输出。
我们可以用许多方法来表示一个系统，如图形的、描述的、示意图的和数学的等。大多数电子系统都以一系列相互连接的信号和块的示意图表示。
在这种情况下，每个块将有其单独的输入和输出。控制系统中的每个块将代表一个系统或系统的单个组件。
现实生活中控制系统的例子
在这个现代化的世界里，自动化和自动化设备的需求和使用日益增加。自动化是指通过使用另一个系统来控制设备的过程。实际上，在日常生活中，人类生活的每个方面都受到至少一个控制系统的影响。
例如，我们家里的冰箱、空调等都是某种控制系统。我们主要将控制系统用于工业目的，如产品质量控制，电力系统，机器人，空间技术，武器系统和运输系统等。
简单电子系统的框图表示
将电子系统表示为许多相互连接的盒子或块，称为“系统框图表示”。基本电子系统的框图如下所示。
正如我们前面所说的，每个控制系统肯定都有输入和输出。输出是通过处理输入产生的。因此，连接到系统块的输入信号将改变系统的行为。
我们可以通过分析系统的输入和输出来决定系统的运行及其功能。这个过程通常被称为“因果分析”。
示例# 1
让我们在家里安装一个音响系统。它是由麦克风、放大器、音箱等多个系统模块组合而成的控制系统。
它的麦克风作为输入设备，将声音信号转换成电信号。这些信号用放大器放大。放大的输出作为输入馈送到扬声器，扬声器产生声波。
这是一种基本类型的控制系统，没有复杂性。有些复杂的控制系统有许多反馈控制和许多子系统。例如将这个简单的音频系统连接到多输入系统，如DVD播放机，MP3播放器或CD播放机。
例# 2
一个电子系统不应该只包含输入和输出，它必须“做点什么”。如电器开关、传感器和灯泡。如果它们连接在一起，传感器设备将作为输入设备，它检测光并将信息发送到电子开关，作为电流信号或电压信号。
当输出装置即执行器接收到这些信号时，它将处理后的信号转换为机械运动。
电子系统类型
任何电子系统的运行都依赖于它的输入信号。这些输入信号可以是连续时间的也可以是离散时间的。
连续系统
在这种系统中，输入信号是沿着模拟信号定义的，这种模拟信号本质上是连续的，我们称之为连续系统。连续系统的大小会随着时间周期T而变化。
连续系统实例
记录或测量室温是一种连续时间信号。温度在两个要求之间测量，值可能是天数(如，星期一到星期六)或温度水平(如，从冷到热)等。所以我们用连续时间信号来表示连续系统连续时间信号用变量t来表示。
我们遇到的许多信号，如电流信号、电压信号、速度、压力和温度信号等，都是连续信号。
离散系统
输入信号为离散时间值序列的系统称为“离散系统”。这些离散值是在特定的时间间隔内定义或获得的。离散系统的输出用s数列表示。
指定的离散值具有等间隔的间隔或等间隔的时间点。
离散系统示例
让我们讨论一下在连续系统中解释过的同样的温度测量过程。在这里，我们将在特定的时间间隔测量温度，如下午1点、下午2点、下午3点和下午4点等。
将连续系统表示为一组离散区间
我们可以将一个连续信号X (t)表示成离散信号的形式，在离散的时间间隔上。通过对连续信号n个区间的时间段进行采样，可以将连续的输入信号表示为x (n)，连续的输出信号表示为y (n)。
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控制系统特点
要成为一个好的控制系统，一个系统必须在输入和输出之间有一个清晰的数学方程。如果一个系统的输入和输出是线性比例关系，则该系统称为“线性控制系统”。如果一个系统的输入和输出是非线性的比例关系，则该系统称为“非线性控制系统”。
良好控制系统的要求
一个系统要成为一个好的控制系统，有一些规范。它们列在下面。
- 灵敏度
- 精度
- 稳定
- 噪音
- 带宽
- 振荡
- 速度
灵敏度
控制系统的参数取决于它的周围环境。当环境发生变化时，它们也会发生变化。控制系统随环境变化的变化率称为“灵敏度”。一个好的控制系统应该只对其输入敏感，而不应该对周围的参数敏感。
精度
仪器对误差的容忍度称为“精度”。它定义了仪器在正常工作条件下的误差极限。我们可以利用反馈元素来提高精度。我们应该在控制系统中提供测错电路，以提高精度。
稳定
这是决定控制系统性质的关键特征。一个系统的稳定性可以解释为，如果系统的输入是零或零，那么它的输出也应该是零值。如果输入发生变化，输出也会根据系统功能发生变化。那么系统就被认为是“稳定的”。
噪音
外部资源产生的或添加到输入信号中的不希望的信号输入称为“噪声”。一个好的控制系统应该具有较高的噪声容忍值。这意味着它应该能够降低噪音水平。如果噪声的发生增加，系统的性能将下降。
速度
在控制系统中，输出稳定所需的时间称为“速度”。高速系统被认为是良好的控制系统。输出达到其稳定状态所需的时间称为“瞬态”。
带宽
带宽被定义为一个系统的频率范围。带宽是由工作频率决定的。具有高带宽的系统被认为是一个良好的控制系统。
振荡
振荡是指系统输出的波动。这些振荡会影响稳定性。系统波动次数的增加会降低系统的稳定性。
控制系统类型
我们使用许多不同类型的控制系统来控制不同系统的速度、温度、压力、电压和电流。根据其工作原理，控制系统可分为两类。他们是
- 手动控制系统
- 自动控制系统
手动控制系统
仅由用户指令控制的系统称为“手动控制系统”。
例如，考虑空调，它是用来控制房间温度的。当连接到交流电的电气开关打开，然后它运行并控制室温。
以前，我们设置了一个温度值来控制交流的运行，当系统(在本例中，系统指的是交流)达到预先设置的温度时，它就会停止工作，这意味着它将倾向于处于空闲状态。
如果我们想让系统重新工作，我们将手动改变预先设定的温度水平。这些类型的系统被称为手动控制系统。
自动控制系统
以上空调系统进一步通过连接一个定时器电路到它。我们可以将计时器设置为这样的间隔来使系统打开和关闭。当系统达到预先设定的温度，并在一段时间后重新开始控制温度。
这个时间间隔在定时器设备中设置。所以当系统需求达到预设条件时，系统会自动开启。这类系统被称为“自动控制系统”。
反馈的概念
反馈意味着“将输出的一部分与输入连接起来”。反馈概念是实现控制系统稳定性最常用的技术。从输出到输入的连接称为“反馈回路”。
该反馈回路使系统能够根据系统参数和包围参数进行调整，以达到预期的输出响应。
反馈的重要性在于，有时我们可以通过改变或改变传感器、衰减器、放大器等组件的值来改变系统，以获得所需的输出。但在许多情况下，例如工业控制系统，不可能打开整个系统并对其进行更改。
所以我们使用反馈循环，它已经被计算和设置到精确的水平，并连接到输入，以获得想要的输出。
带有反馈回路的控制系统的例子如上图所示，其中
- 块C代表控制器
- 块P表示过程和
- F块表示反馈路径
基于反馈回路的分类
根据控制系统的反馈回路性质，控制系统分为两种主要类型。他们是
1.正反馈系统
2.负面反馈系统
正反馈系统
正反馈回路与输入相连接的系统称为正反馈系统。
负面反馈系统
负反馈回路与输入相连接的系统称为负反馈系统。
根据控制系统的反馈回路连接类型，控制系统分为两种主要类型。他们是
1.开环控制系统
2.闭环控制系统
开环控制系统
控制动作完全独立于系统输出的控制系统称为“开环控制系统”。
闭环控制系统
当输出量对输入量产生影响，从而使输入量根据产生的输出量自行调整时，这种控制系统称为闭环控制系统。
