受控對象

一個自動控制系統通常由測量反饋元件、比較元件、放大元件、校正元件、執行元件以及受控對象等基本環節所組成的。受控對象，又稱被控對象或控制對象，指需要對其某個特定的量進行控制的設備或過程。受控對象的輸出變數是被控變數，受控對象除了受到控制作用外，還受到外部干擾作用。

基本介紹

• 中文名：受控對象
• 外文名：Controlled object
• 學科：自動化、控制工程
• 定義：對某個特定的量進行控制
• 別名：被控對象、控制對象
• 領域：控制系統

概念

所謂受控對象是指在一個控制系統中被控制的事物或生產過程，又稱被控對象或控制對象。在自動控制系統中，一般指被控制的設備或過程為對象，如反應器、精餾設備的控制，或傳熱過程、燃燒過程的控制等。從定量分析和設計角度，控制對象只是被控設備或過程中影響對象輸入、輸出參數的部分因素，並不是設備的全部。例如：在精餾過程控制中，定回流控制系統的控制對象，只涉及到設備的回流管道；塔釜液位控制系統的對象，只與塔釜有關。

在簡單控制系統中，工程上也有稱被控參數為對象的,如流量控制、壓力控制和溫度控制等。控制系統中，作為廣義的控制對象，除控制器（調節器）以外的執行器（調節閥）及測量變送裝置都包括在內。作為狹義的控制對象，其端部參數(輸入、輸出)有被控參數、控制參數和擾動參數，它們通過控制對象的內部狀態而相互聯繫。如果受控對象的特性不一樣，其所需要的控制策略也會大相逕庭的，最終控制效果也大不相同，我們可以用微分方程，狀態方程或傳遞函式等數學方法來描述受控對象，並可以用其他傳統和現代的方法來分析受控對象的特性,設計和校正相應的控制系統，達到對受控對象的有效和最佳化控制。

有關術語的解釋

控制對象的表征：在定量地設計和分析控制系統時，控制對象必須用有關參數隨時間的變化規律（又稱對象的動態特性）來表述，一般採用微分方程或狀態方程的形式。這種用數學方程式定量地表示對象動態特性的形式稱控制對象的數學模型。控制機理不同，對象的數學模型也不同。

控制對象的輸入、輸出量：干擾作用和調節作用為對象的輸入量；被控參數為對象的輸出量

單容控制對象：只有一個儲蓄容積的控制對象。其動態特性可用一階微分方程式表示。

多容控制對象：有兩個或兩個以上儲蓄容積的控制對象。其動態特性需用二階或二階以上微分方程來表述。

受控對象的特性是指對象在受到干擾作用或調節作用後，被控參數是如何變化的，變化的快慢及最終變化的數值。

參數選擇

被控參數的選擇

在被控制的設備或過程中, 控制系統設計時選取的被控參數和控制參數不同。例如：由溫度控制的反應器（見圖），通常選擇夾套中冷卻液流量數為控制參數，而被控參數的選擇可有多種方案。最常見的控制方案是選取反應器內的反應溫度作為被控參數，此時的控制對象應包括夾套在內，冷卻液與反應物之間傳遞熱量的速率、反應流體的質量及其熱性能等，都影響對象的特徵。這些因素也就影響到控制系統的品質，設計時必須考慮。有些場合也可利用反應器內的壓力作為被控參數，以間接達到快速、靈敏地控制反應溫度的目的。這種情況的對象特性除考慮反應器本身外，還要涉及溶液蒸氣壓與溫度的關係、反應器中氣相壓力與反應溫度的關係等。

控制參數的選擇

在設計控制系統時, 控制參數也可能有多種選擇,例如在蒸汽加熱器的溫度控制中,蒸汽量和凝液量都可作為控制參數。選擇時必須考慮工藝合理、經濟、回響快速等因素。當控制參數變動後，控制對象特性同樣也要變化。

滑模變結構控制對象研究

滑模變結構控制(簡稱 SMC)是變結構控制方法中的一種控制策略，這種控制策略與常規控制的根本區別在於控制的不連續性，即呈現出一種使系統“結構”隨時變化的開關特性。該控制特性可以迫使系統在一定條件下沿規定的狀態軌跡作小幅度。高頻率的上下運動，即滑動模態或“滑模”運動。這種滑動模態是可以設計的，且具有很好的魯棒性。

滑模變結構控制廣泛套用于軍工、航空航天、機器人、電力電子、一般工業過程、船舶、冶金、車輛、數控工具機、泵機、採掘運輸機械等控制領域，在模型跟蹤系統、自適應系統、不確定系統等複雜系統中的套用具有良好效果。更具體地講，可進行高精度伺服系統、電液伺服系統、坦克伺服系統等的控制、飛彈尋的制導和目標攔截的套用、著陸小天體的導航、 制

導和控制問題、飛行器的軌道機動、姿態控制和附著交會、 遠程自主水下航行器、 機器人、 飛彈、飛船姿態的跟蹤控制、太空飛行器具有的柔性附屬檔案(包括太陽帆板、天線等)的振動抑制、 天文望遠鏡的伺服驅動系統、液壓系統的控制、航空發動機控制系統、汽車防抱死制動系統、 驅動防滑系統的控制、 異步感應電機、交直流驅動系統、多電機的同步控制、 利用風能、

太陽能、燃料電池等清潔能源發電的分散式電源、電力機車輔助變流器、 單相電壓型 PWM 整流器、DC/DC 開關變換器、APFC 電路系統、電子節氣門開度的精確控制等。

模變結構控制作為一種非線性控制策略，廣泛套用於機器人、航空航天、電力電子、交流伺服系統等控制領域。但作為一種理論，有它自身的適用性。隨著控制對象階數的升高，時間常數T的增大，滑模變結構控制的切換面及控制參數增多，整定的難度在加大。尤其對於高階大慣性變參數對象，滑模對系統參數變化和外部擾動更敏感， 整定起來更困難。

而且，當被控系統施加未知干擾時， 滑模變結構控制有靜差。雖然採用文獻中的積分滑模、 非線性積分滑模可以減小穩態誤差，但動態性能卻變得很差。對於二階、時間常數小的被控對象來說，滑模變結構的快速性為其在快速達到或跟蹤給定值方面帶來了無與倫比的優勢。而且，參數整定簡單，實現簡單，快速的切換帶來了更強的魯棒性;對於高階大慣性對象， 由於其本身的慣性，控制時間長，滑模切換少，較之二階，魯棒性變差。