1.3 自动控制系统的分类

自动控制系统有多种分类方法。例如，按控制方式可分为开环控制、反馈控制、复合控制等；按元器件类型可分为机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统等；按系统功用可分为温度控制系统、压力控制系统、位置控制系统等；按系统性能可分为线性系统和非线性系统、连续系统和离散系统、定常系统和时变系统、确定性系统和不确定性系统等；按参据量变化规律又可分为恒值控制系统、随动系统和程序控制系统等。为了全面反映自动控制系统的特点，常常将上述各种分类方法组合应用。

1.3.1 线性连续控制系统

这类系统可以用线性微分方程式描述，其一般形式为

式中，c（t）是系统被控量；r（t）是系统输入量。系数a0、a1、…、an，b0、b1、…、bm是常数时，称为定常系统；系数a0、a1、…、an，b0、b1、…、bm 随时间变化时，称为时变系统。线性定常连续系统按其输入量的变化规律不同又可分为恒值控制系统、随动系统和程序控制系统。

1.恒值控制系统

这类控制系统的参据量是一个常值，要求被控量等于一个常值。如温度控制系统、压力控制系统、液位控制系统等均为恒值控制系统。在工业控制中，如果被控量是温度、流量、压力、液位等生产过程参量时，这种控制系统称为过程控制系统，它们大多数都属于恒值控制系统。

2.随动系统

这类控制系统的参据量是预先未知的随时间任意变化的函数，要求被控量以尽可能小的误差跟随参据量的变化而变化，故又称为跟踪系统。示例中的函数记录仪就是典型的随动系统。在随动系统中，如果被控量是机械位置或其导数时，这类系统称为伺服系统。

3.程序控制系统

这类控制系统的参据量是按预定规律随时间变化的函数，要求被控量迅速、准确地加以复现。机械加工使用的数字程序控制机床便是一例。

程序控制系统和随动系统的参据量都是时间函数，不同之处在于前者是已知的时间函数，后者则是未知的任意时间函数，而恒值控制系统也可视为程序控制系统的特例。

1.3.2 线性定常离散控制系统

离散系统是指系统的某处或多处的信号为脉冲序列或数码形式，因而信号在时间上是离散的。离散系统要用差分方程描述，线性差分方程的一般形式为

a0c（k+n）+a1c（k+n-1）+…+an-1c（k+1）+anc（k）

=b0r（k+m）+b1r（k+m-1）+…+bm-1r（k+1）+bmr（k）

式中，m≤n，n为差分方程的次数；a0、a1、…、an，b0、b1、…、bm为常系数；r（k）、c（k）分别为输入和输出采样序列。

工业计算机控制系统就是典型的离散系统，如炉温微机控制系统等。

1.3.3 非线性控制系统

系统中只要有一个元器件的输入/输出特性是非线性的，这类系统就称为非线性控制系统，这时，要用非线性微分（或差分）方程描述其特性。非线性方程的特点是系数与变量有关，或者方程中含有变量及其导数的高次幂或乘积项，例如

严格地说，实际物理系统中都含有程度不同的非线性元器件，如放大器和电磁元器件的饱和特性，运动部件的死区、间隙和摩擦特性等。由于非线性方程在数学处理上较困难，目前对不同类型的非线性控制系统的研究还没有统一的方法。但对于非线性程度不太严重的元器件，可采用在一定范围内线性化的方法，从而将非线性控制系统近似为线性控制系统。