控制系统的设计有哪些？

控制系统设计的两大主题是：分析、综合，即通过“分析”控制系统的输入信号、系统模型特性，设定合理的控制目标，再设计恰当的控制器结构及参数（“综合”），借助计算机对控制系统进行纯数字仿真、半实物仿真，进一步地，可设计微控制器硬件电路，并进行软件编程，进行纯实物实验，对系统性能进行测试。

设计流程可以细化为：

1） 对被控系统(被控对象)进行分析，利用数学、物理基本定律/定理（如牛顿三大定律、基尔霍夫定律、能量守恒定律等），从机理上建立被控对象的数学模型；或者根据系统的输入数据与输出数据，从数据的角度建立数学模型。

2） 确定系统的控制目标。

3） 确定系统的输入信号、输出信号、测量信号。

4） 对被控对象的基本性能进行分析，选择合适的控制器结构与参数。

5） 利用计算机软件/实验对象，对闭环系统的性能进行数字仿真/半实物仿真。判断结果是否满足控制目标。若不满足，则重复2）~ 5）。

6） 当需要硬件实现时，根据成本需求与性能需求，选择合适的传感器和微控制器(单片机、DSP、FPGA等)。在微控制器中编写控制算法，利用直流电源、示波器等测试设备，测试实验设备的实际输出，与控制目标进行比较，判断是否满足要求。若不满足，则可对控制器参数进行微调；若依然不满足，则回到第1）重新分析。只有满足要求时，才最终实现了控制系统设计任务。

可能会出现无论如何调节参数都无法满足控制目标的情形，这就需要重新思考下系统的能控性问题，即：在现有的被控对象、测量信号、控制器结构下，能否设计出合理的参数，满足相应的控制目标。

因此，在控制系统设计前期，必须意识到要对系统的能控性进行分析，即：所设计的控制器结构和参数，能否实现特定的控制目标。

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