1.2 自动控制系统分类

自动控制的研究对象广泛，类型众多，特性千差万别，但着眼于主要特征和性能，则一般可按一定的类型标准分为以下几类。

1.2.1 按信号传递、处理和描述关系性质的分类

1）开环控制系统与闭环控制系统。图1-4中的反馈元件又称反馈环节，如图1-5所示，比较环节的加性关系可分正、负反馈两类。

2）随机控制系统。输出观测量、输入控制量或系统状态特征量等具有随机性，控制目的一般是使输出跟随参考输入变动。

3）连续控制系统。系统各部分信号均以时间连续函数形式传递、处理，且被控对象具有时间连续函数的动态特性的系统，这类系统又称为连续系统，如图1-6所示。

4）离散控制系统。系统各部分信号均以离散时间序列方式传递、处理，且被控对象可通过离散时间关系描述，这类系统又称为离散系统，如图1-7所示。

5）采样值控制系统。该系统各部分信号既有离散时间序列的传递、处理，又有时间连续函数的传递、处理，且被控对象需要通过离散时间和连续时间关系共同描述，这类系统是一种混合系统，如图1-8所示。

1.2.2 按系统数学模型性质的分类

1）线性系统：各环节可由线性微分（差分）方程等线性关系描述的系统。包括：

● 多个输入信号同时加性作用于系统时，其输出响应等于各输入分别单独作用于此系统的输出响应之和，如图1-9所示。

● 当线性系统的输入增大或缩小某倍率时，输出响应亦增大或缩小该倍率，如图1-10所示，其中，a∈R为给定常数。

● 将加性和齐次性用数学公式表达就是，在线性系统中，若y_i（t）＝Su_i（t），i∈｛1，2，…，n｝，则叠加原理成立，即

式中，a_i∈R为常数；S为线性算子。

线性系统的微分（差分）方程模型的系数不随时间变动时，称为线性定常系统，这类系统中除线性关系成立外，同时还具有如下的时移特性。

● 若线性定常系统初始条件为零，且

则

式中，τ∈R为时移参数。式（1-3）说明，线性定常系统的输出响应信号形状只与输入信号的形状有关，而与输入信号在何时作用于该系统无关。

2）非线性系统：用非线性微分（差分）方程描述的系统，图1-11呈现的是典型继电特性的非线性输入/输出关系。

图1-11所示的输入/输出特性可以描述为

这显然是非线性的代数关系式。

1.2.3 按系统结构复杂度的分类

1）单输入单输出系统（Single－Input and Single－Output，SISO），即输入信号和输出信号各只有一个的控制系统，但该系统可以只有单一反馈回环，也可有多个反馈回环，如图1-12所示。

2）多输入多输出系统（Multi－Input and Multi－Output，MIMO），又称多变量系统，即输入信号和/或输出信号的个数多于一个，从而系统有多组输入输出关系，其中包括交叉耦合关系，反馈回环结构比较复杂，图1-13就是双输入双输出的情形。

3）网络系统。泛指结构庞大，参数变量众多，由多个子系统相互关联组成的，具有网络状拓扑结构的系统，其各子系统是既相对独立而又相互关联的集群系统，如图1-14所示。

1.2.4 按系统结构、参数和信号共性的分类

1）确知系统。是指系统的结构、参数和信号均确知的系统。这类系统的数学模型往往便于数学解析和数值分析等。

2）非确知系统。即指系统的结构、参数、信号中有不确切性的系统，如随机系统、模糊系统。这类系统的分析方法需视情况而定，如模糊控制应用模糊数学方法等。

总之，控制系统拥有十分繁杂的系统类型，这里的分类是粗略的、不严格的，事实上，有些实际的控制系统往往是几种不同类型系统的综合体。