電子系統(tǒng)是將各種信息匯集在一起的組件或部件的物理互連

它借助傳感器等輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，這種信息的方式，然后以輸出動(dòng)作的形式使用電能來(lái)控制物理過(guò)程或?qū)?a target="_blank">信號(hào)執(zhí)行某種類型的數(shù)學(xué)運(yùn)算。

但電子控制系統(tǒng)也可視為一個(gè)過(guò)程將一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成另一個(gè)信號(hào)，以便給出所需的系統(tǒng)響應(yīng)。然后我們可以說(shuō)一個(gè)簡(jiǎn)單的電子系統(tǒng)由一個(gè)輸入，一個(gè)過(guò)程和一個(gè)輸出組成，系統(tǒng)的輸入變量和系統(tǒng)的輸出變量都是信號(hào)。

有很多方法可以表示系統(tǒng)，例如：數(shù)學(xué)上，描述性地，圖形地或示意性地。電子系統(tǒng)通常被示意性地表示為一系列互連的塊和信號(hào)，每個(gè)塊具有其自己的一組輸入和輸出。

因此，即使是最復(fù)雜的電子控制系統(tǒng)也可以用簡(jiǎn)單塊的組合，每個(gè)塊包含或表示單個(gè)組件或完整子系統(tǒng)。將電子系統(tǒng)或過(guò)程控制系統(tǒng)表示為多個(gè)互連的塊或框通常稱為“框圖表示”。

簡(jiǎn)單電子系統(tǒng)的框圖表示

電子系統(tǒng)同時(shí)具有輸入和輸出輸出或輸出由處理輸入產(chǎn)生。而且，輸入信號(hào)可以使過(guò)程改變或者本身可以導(dǎo)致系統(tǒng)的操作改變。因此，系統(tǒng)的輸入是變化的“原因”，而由于該原因而在系統(tǒng)輸出上發(fā)生的結(jié)果動(dòng)作稱為“效果”，其效果是原因的結(jié)果。換句話說(shuō)，電子系統(tǒng)本質(zhì)上可歸類為“因果”，因?yàn)樗妮斎牒洼敵鲋g存在直接關(guān)系。電子系統(tǒng)分析和過(guò)程控制理論通?；谠蚝托Ч治觥?/p>

因此，例如在音頻系統(tǒng)中，麥克風(fēng)（輸入）設(shè)備）使聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，放大器放大（一個(gè)過(guò)程），揚(yáng)聲器（輸出設(shè)備）產(chǎn)生聲波作為放大器電信號(hào)驅(qū)動(dòng)的效果。

但是電子系統(tǒng)不一定是簡(jiǎn)單或單一的操作。它也可以是多個(gè)子系統(tǒng)的互連，所有子系統(tǒng)都在同一個(gè)整體系統(tǒng)中協(xié)同工作。

我們的音頻系統(tǒng)可以用于連接CD播放器或DVD播放器，MP3播放器，或無(wú)線電接收器都是同一放大器的多個(gè)輸入，這反過(guò)來(lái)驅(qū)動(dòng)一組或多組立體聲或家庭影院型環(huán)繞揚(yáng)聲器。

但電子系統(tǒng)不能只是一組輸入和輸出，它必須“做某事”，即使它只是監(jiān)視一個(gè)開(kāi)關(guān)或打開(kāi)一個(gè)燈。我們知道傳感器是輸入設(shè)備，可以檢測(cè)或?qū)F(xiàn)實(shí)世界的測(cè)量值轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)，然后再進(jìn)行處理。這些電信號(hào)可以是電路內(nèi)的電壓或電流的形式。相反或輸出設(shè)備稱為執(zhí)行器，它將處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為某種操作或動(dòng)作，通常采用機(jī)械運(yùn)動(dòng)的形式。

電子系統(tǒng)類型

電子系統(tǒng)以連續(xù)時(shí)間（CT）信號(hào)或離散時(shí)間（DT）信號(hào)運(yùn)行。連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)是指輸入信號(hào)沿著連續(xù)時(shí)間定義的系統(tǒng)，例如隨時(shí)間“繼續(xù)”產(chǎn)生連續(xù)時(shí)間信號(hào)的模擬信號(hào)。

但是連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)信號(hào)的幅度也可以變化，或者在時(shí)間周期 T 時(shí)是周期性的。因此，連續(xù)時(shí)間電子系統(tǒng)往往是純模擬系統(tǒng)，產(chǎn)生線性操作，其輸入和輸出信號(hào)在一段設(shè)定的時(shí)間內(nèi)被參考。

例如，房間的溫度可以被歸類為連續(xù)時(shí)間信號(hào)，可以在兩個(gè)值或設(shè)定點(diǎn)之間測(cè)量，例如從冷到熱或周一至周五。我們可以通過(guò)使用時(shí)間 t 的自變量表示連續(xù)時(shí)間信號(hào)，其中 x（t）表示輸入信號(hào)， y（t）表示在一段時(shí)間 t 的輸出信號(hào)。

通常，我們可以使用的物理世界中存在的大多數(shù)信號(hào)往往是連續(xù)時(shí)間信號(hào)。例如，電壓，電流，溫度，壓力，速度等

另一方面，離散時(shí)間系統(tǒng)是指輸入信號(hào)不連續(xù)而是序列或一系列信號(hào)的系統(tǒng)在“離散”時(shí)間點(diǎn)定義的值。這導(dǎo)致離散時(shí)間輸出通常表示為值或數(shù)字序列。

通常，離散信號(hào)僅在離散間隔，值或等間隔時(shí)間點(diǎn)指定。因此，例如，房間的溫度在下午1點(diǎn)，下午2點(diǎn)，下午3點(diǎn)和下午4點(diǎn)測(cè)量，而不考慮這些點(diǎn)之間的實(shí)際室溫，例如，下午1:30或下午2:45。

但是，連續(xù)時(shí)間信號(hào) x（t）只能以離散的間隔表示為離散信號(hào)集或“時(shí)刻”。不測(cè)量離散信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系，而是以離散的時(shí)間間隔繪制，其中 n 是采樣間隔。因此，離散時(shí)間信號(hào)通常表示為 x（n）表示輸入， y（n）表示輸出。

然后我們可以將信號(hào)分別表示系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào) x 和 y ，或者信號(hào)本身由變量 t 表示，通常表示連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)間和變量 n ，它表示離散系統(tǒng)的整數(shù)值，如圖所示。

連續(xù)時(shí)間和離散時(shí)間系統(tǒng)

系統(tǒng)互連

其中一個(gè)實(shí)用方面電子系統(tǒng)和方框圖表示是它們可以以串聯(lián)或并聯(lián)組合的方式組合在一起，形成更大的系統(tǒng)。許多較大的實(shí)際系統(tǒng)是使用多個(gè)子系統(tǒng)的互連構(gòu)建的，并且通過(guò)使用框圖來(lái)表示每個(gè)子系統(tǒng)，我們可以構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)的圖形表示。

當(dāng)子系統(tǒng)組合形成時(shí)在串聯(lián)電路中， y（t）的總輸出將等于輸入信號(hào) x（t）的乘積，如子系統(tǒng)級(jí)聯(lián)在一起所示。 / p>

系列連接系統(tǒng)

對(duì)于串聯(lián)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)，輸出信號(hào)第一個(gè)子系統(tǒng)的 y（t），“A”成為第二個(gè)子系統(tǒng)的輸入信號(hào)，“B”其輸出成為輸入第三個(gè)子系統(tǒng)，“C”等等通過(guò)串聯(lián)鏈給出 AxBxC 等

然后原始輸入信號(hào)通過(guò)一個(gè)級(jí)聯(lián)串聯(lián)系統(tǒng)，因此對(duì)于兩個(gè)串聯(lián)的子系統(tǒng)，相當(dāng)于單個(gè)o utput將等于系統(tǒng)的乘法，即 y（t）= G 1 （s）xG 2 （s）。其中 G 表示子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。

注意，系統(tǒng)的術(shù)語(yǔ)“傳遞函數(shù)”是指并且被定義為系統(tǒng)輸入和系統(tǒng)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。它的輸出或輸出/輸入因此描述了系統(tǒng)的行為。

此外，對(duì)于串聯(lián)系統(tǒng)，執(zhí)行串聯(lián)操作的順序無(wú)關(guān)緊要關(guān)于輸入和輸出信號(hào)如下： G 1 （s）xG 2 （s）與 G <相同子> 2 （S）XG <子> 1 （S） 。簡(jiǎn)單串聯(lián)電路的一個(gè)例子可以是單個(gè)麥克風(fēng)，其輸入放大器，然后是揚(yáng)聲器。

并聯(lián)電子系統(tǒng)

對(duì)于并聯(lián)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)都接收相同的系統(tǒng)將輸入信號(hào)及其各個(gè)輸出相加在一起以產(chǎn)生總輸出 y（t）。然后對(duì)于兩個(gè)并聯(lián)的子系統(tǒng)，等效的單個(gè)輸出將是兩個(gè)單獨(dú)輸入的總和，即 y（t）= G 1 （s）+ G 2 (s).

一個(gè)簡(jiǎn)單的并聯(lián)電路的例子可能是幾個(gè)麥克風(fēng)輸入混音臺(tái)，而混音臺(tái)又為放大器和揚(yáng)聲器系統(tǒng)供電。

電子反饋系統(tǒng)

在控制系統(tǒng)中廣泛使用的另一個(gè)重要的系統(tǒng)互連是“反饋配置”。在反饋系統(tǒng)中，輸出信號(hào)的一部分被“反饋”并且被添加到原始輸入信號(hào)或從原始輸入信號(hào)中減去。結(jié)果是系統(tǒng)的輸出不斷地改變或更新其輸入，目的是修改系統(tǒng)的響應(yīng)以提高穩(wěn)定性。反饋系統(tǒng)通常也稱為“閉環(huán)系統(tǒng)”，如圖所示。

閉環(huán)反饋系統(tǒng)

在大多數(shù)實(shí)際電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中大量使用反饋系統(tǒng)來(lái)幫助穩(wěn)定系統(tǒng)并增強(qiáng)其控制。如果反饋回路減小原始信號(hào)的值，則反饋回路稱為“負(fù)反饋”。如果反饋回路增加了原始信號(hào)的值，則反饋回路稱為“正反饋”。

簡(jiǎn)單反饋系統(tǒng)的一個(gè)例子可以是家中的恒溫控制加熱系統(tǒng)。如果房屋太熱，反饋回路將關(guān)閉加熱系統(tǒng)以使其冷卻。如果房屋太冷，反饋回路將打開(kāi)加熱系統(tǒng)“開(kāi)”以使其變暖。在這種情況下，系統(tǒng)包括加熱系統(tǒng)，空氣溫度和恒溫控制的反饋回路。

系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

任何子系統(tǒng)都可以表示為帶有輸入和輸出的簡(jiǎn)單塊，如圖所示。通常，輸入指定為：θi，輸出為：θo。輸出與輸入之比表示子系統(tǒng)的增益（ G ），因此定義為： G =θo/θi

在此case， G 表示系統(tǒng)或子系統(tǒng)的傳輸函數(shù)。在根據(jù)傳遞函數(shù)討論電子系統(tǒng)時(shí)，使用復(fù)數(shù)算子 s ，然后將增益等式重寫(xiě)為： G（s）=θo（s）/θi （s）

電子系統(tǒng)摘要

我們已經(jīng)看到一個(gè)簡(jiǎn)單的電子系統(tǒng)包括輸入，過(guò)程，輸出和可能反饋。電子系統(tǒng)可以使用互連的框圖表示，其中每個(gè)塊或子系統(tǒng)之間的線表示通過(guò)系統(tǒng)的信號(hào)的流動(dòng)和方向。

框圖不需要代表一個(gè)簡(jiǎn)單的單一系統(tǒng)，但可以代表非常由許多互連子系統(tǒng)組成的復(fù)雜系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)可以串聯(lián)，并聯(lián)或兩者組合連接在一起，具體取決于信號(hào)的流動(dòng)。

我們還看到電子信號(hào)和系統(tǒng)本質(zhì)上可以是連續(xù)時(shí)間或離散時(shí)間并且可以是模擬的，數(shù)字的或兩者兼有。通過(guò)提供更好的穩(wěn)定性和控制，可以使用反饋回路來(lái)增加或降低特定系統(tǒng)的性能。控制是使系統(tǒng)變量遵循特定值的過(guò)程，稱為參考值。

在下一個(gè)關(guān)于電子系統(tǒng)的教程中，我們將看一下電子類型稱為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)根據(jù)其當(dāng)前輸入值生成輸出信號(hào) y（t），因此不監(jiān)視其輸出或根據(jù)其輸出條件進(jìn)行調(diào)整。