控制系統(tǒng)的第一代產(chǎn)生于1930年到1940年，主要代表是以基地式儀表為代表的機械控制技術(shù)。第二代產(chǎn)生于1950年，主要是電氣控制技術(shù)為主的繼電器控制技術(shù)和調(diào)節(jié)器為代表的模擬控制技術(shù)。目前所稱的控制系統(tǒng)是第三代控制系統(tǒng)，誕生于二十世紀七十年代，主要技術(shù)代表是用于流程工業(yè)的集散控制系統(tǒng)(DCS)和用于離散工業(yè)的可編程控制器(PLC)。

為了正確理解控制系統(tǒng)的意義，有一些關(guān)于控制的術(shù)語是必須要了解的,在這里介紹一下。

I/O點

在討論控制系統(tǒng)的時候，I/O點是最經(jīng)常聽到的一個術(shù)語。它是指輸入/輸出點，I代表INPUT，指輸入，O代表OUTPUT，指輸出。輸入/輸出都是針對控制系統(tǒng)而言，輸入指從儀表進入控制系統(tǒng)的測量參數(shù)，輸出指從控制系統(tǒng)輸出到執(zhí)行機構(gòu)的參量，一個參量叫做一個點。一個控制系統(tǒng)的規(guī)模有時按照它最大能夠控制的I/O點的數(shù)量來定的。

模擬量和開關(guān)量

在控制系統(tǒng)中，另一個常見的術(shù)語就是模擬量和開關(guān)量。不論輸入還是輸出，一個參數(shù)要么是模擬量，要么是開關(guān)量。模擬量指控制系統(tǒng)量的大小是一個在一定范圍內(nèi)變化的連續(xù)數(shù)值，比如溫度，從0-100度，壓力從0-10MPA，液位從1-5米，電動閥門的開度從0-100%，等等，這些量都是模擬量。而開關(guān)量指該物理量只有兩種狀態(tài)，如開關(guān)的導通和斷開的狀態(tài)，繼電器的閉合和打開，電磁閥的通和斷等等。

對控制系統(tǒng)來說，由于CPU是二進制的，數(shù)據(jù)的每位有“0”和“1”兩種狀態(tài)，因此，開關(guān)量只要用CPU內(nèi)部的一位即可表示，比如，用“0”表示開，用“1”表示關(guān)。而模擬量則根據(jù)精度，通常需要8位到16為才能表示一個模擬量。最常見的模擬量是12位的，即精度為2-12，最高精度約為萬分之二點五。當然，在實際的控制系統(tǒng)中，模擬量的精度還要受模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和儀表的精度限制，通常不可能達到這么高。

控制回路

通常是針對模擬量的控制來說，一個控制器根據(jù)一個輸入量，按照一定的規(guī)則和算法來決定一個輸出量，這樣，輸入和輸出就形成一個控制回路?？刂苹芈酚虚_環(huán)和閉環(huán)的區(qū)別。開環(huán)控制回路，指輸出是根據(jù)一個參考量而定，輸入和輸出量沒有直接的關(guān)系。而閉環(huán)回路則將控制回路的輸出再反饋回來作為回路的輸入，與該量的設(shè)定值或應(yīng)該的輸出值作比較。閉環(huán)回路控制又叫反饋控制，是控制系統(tǒng)中最常見的控制方式。下面介紹幾種常規(guī)的反饋控制的模式。

二位控制

這是最簡單的反饋控制，有時也叫開關(guān)控制。這種控制是當被測量達到最高值或最低值的時候，就給出一個開關(guān)的信號。雖然被測量可能是模擬量，但控制輸出是開關(guān)的，所以叫兩位控制。在工業(yè)現(xiàn)場，有許多溫控器和液位開關(guān)控制是采用這種方式的。

比例控制

控制器的輸出值與被控參數(shù)的測量值和設(shè)定值或某個參考點的偏差是一個比例關(guān)系。比例控制比二位控制要平滑一些，消除了二位控制時會產(chǎn)生的被控量上下振蕩的情形。比如，對一個反應(yīng)罐的液位，如果設(shè)定的液位值是2700毫米，當液位降低時，進料管道上的閥門就要增加開度，而液位偏高時，則要將開度減小。增加和減小的比例與液位和設(shè)定值的偏差大小成比例關(guān)系。

積分控制

在積分控制中，被控變量的值的變化與控制系統(tǒng)輸出控制到實際生效的時間有一個預先設(shè)定的關(guān)系。執(zhí)行機構(gòu)的輸出是漸漸地達到設(shè)定的值的。這種控制方式的產(chǎn)生是由于實際的控制元件和執(zhí)行機構(gòu)從給出輸出信號到使被控變量達到設(shè)定值往往需要一段時間。

最常見的例子是溫度控制，比如，假定我們知道到煤氣閥門的開度到60%的時候，熱水器的水溫能夠達到適宜洗澡的45度，但是，當你把閥門一下子擰到60%的位置時，水依然是涼的，你必須等一下，水溫升到45度左右的時候，就會穩(wěn)定。如果控制系統(tǒng)不用積分控制，而只用比例控制，那么當閥門輸出為60%時，這是輸入的溫度值可能依然只有20度，那么按照比例控制，既然偏差依然存在，則閥門的開度會繼續(xù)加大，這樣，當水溫升到45度時，閥門的開度可能會達到了90%甚至更高，這時，雖然控制系統(tǒng)會通知閥門保持不動，但水溫會繼續(xù)升高，可能到了50甚至60度，這時，閥門的開度會減小，但在減小到60%之前，水溫都會繼續(xù)上升，當閥門開度減到60%時，水溫依然可能70度，一直當閥門的開度變成20%時，水溫才會變成45度，這時閥門運動會停止，但水溫卻會繼續(xù)下降，直到變成涼水，如果這時是冬天，可能你的情形還要糟糕。這就是沒有積分控制的溫度控制器會發(fā)生的情況。如果你有小孩，當孩子第一次操作熱水器的閥門的時候，發(fā)生的情形就很像這種情況。

微分控制

微分控制通常與比例和積分控制同時使用，由于積分控制有一個滯后，微分控制可以讓控制對偏差的反應(yīng)提前，以免控制系統(tǒng)的反應(yīng)過于遲鈍。微分控制與比例和積分控制同時使用，可以使被控狀態(tài)更迅速地達到穩(wěn)定狀態(tài)，而又不會出現(xiàn)上文出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象。

PID 控制

在實際的控制系統(tǒng)中，根據(jù)實際變量的情況，上述三種控制方式有時只有一種，有時是兩種，有時三種同時采用。比例控制用P表示，積分控制用I表示，微分控制用D表示，根據(jù)采用的方式，分別稱為P控制，PI控制，PID控制。其中，PID控制是控制系統(tǒng)最常見的控制模式。

延時控制

通常應(yīng)用在開關(guān)量控制的場合，當一個開關(guān)狀態(tài)變化時(比如由開變關(guān)時)，控制器的輸出動作要延時一段時間才會給出。比如，在生產(chǎn)線常用的接近開關(guān)，當工件就位時，接近開關(guān)給出信號，下一個滾筒由于和接近開關(guān)安裝的位置有一段距離，所以通常要延遲幾秒才開始滾動。

連鎖控制

也是常用于開關(guān)控制的場合，比如有三個開關(guān)，A、B和C，C開關(guān)必須在A和B同時打開的時候，才能夠打開;或者當A打開時，C必須打開;這種關(guān)系就是連鎖控制。在工業(yè)現(xiàn)場中，尤其是在涉及安全控制的場合，連鎖控制方式是很常見的。比如反應(yīng)釜中的放散閥，當壓力達到一定值時，壓力開關(guān)的信號發(fā)生變化，則放散閥門必須立刻打開。

電動控制

指控制系統(tǒng)的輸出是通過電氣量或電子信號來進行的，所控制的對象是電動執(zhí)行元件,比如繼電器、步進開關(guān)、電磁閥、伺服驅(qū)動器和變頻器等等，絕大部分的自動控制多多少少都會有電動控制元件。

液壓控制

在機器與設(shè)備的操作中，許多控制是用液壓控制機構(gòu)來進行的。在連續(xù)速度控制的場合，液壓控制通常比較方便和便宜，當能量轉(zhuǎn)換效率較高的時候，液壓控制往往和電動控制中的伺服控制同時使用。這時，就形成了效率和精度較高的電液執(zhí)行機構(gòu)。

氣動控制

有三種情形用到氣動執(zhí)行機構(gòu)：

1、運動的線路上有標準的單向氣動閥門組合來完成控制邏輯功能;

2、在氣體管道中采用一些沒有移動部件的元件，這些元件是依靠流過的氣體的特性而進行開關(guān)動作的;

3、運動的邏輯控制系統(tǒng)，采用模塊化的內(nèi)置隔膜、繞線或套筒式。這三種氣動元件都是采用壓縮空氣作為傳輸信號或執(zhí)行機制的動力。在工廠中，由于壓縮空氣容易獲得，干凈、無污染，又安全，控制的功能和設(shè)計都十分簡單，因此，現(xiàn)在許多生產(chǎn)線上采用氣動工具。