1.2 汽车电子控制系统的组成及工作原理

1.2.1 自动控制系统的组成与分类

所谓自动控制，就是应用控制装置自动、有目的地控制、操纵机器设备或过程，使之具有一定的状态和性能。

1.自动控制系统的一般组成

典型的控制系统如图1.2所示。

自动控制系统一般由检测反馈单元、指令及信号处理单元、转换放大单元、执行器和动力源等几部分组成。

（1）检测反馈单元。该单元的作用在于通过各种传感器检测受控参数或其他中间变量，经放大转换后用以显示或作为反馈信号。

（2）指令及信号处理单元。该单元接收人机对话随机指令或定值、程序指令，并接收反馈信号，一般具有信号比较、变换、运算、逻辑等处理功能。传统的指令及信号处理单元多采用模拟电路，随着微电子技术和计算机技术的发展，为工程控制系统提供了采用数字计算机指令和信号处理单元的可能性。汽车上所用的指令及信号处理单元多为微机。

（3）转换放大单元。该单元的作用是将指令信号按不同方式进行相互转换和线性放大，使放大后的功率足以控制执行器并驱动受控对象。

（4）执行器。执行器是直接驱动受控对象的部件，它可以是电磁元件，如电磁铁、电动机等；也可以是液压或气动元件，如液压或气压工作缸及马达。为了使驱动特性与受控对象的负荷特性相互匹配，还可附加变速机构，如液压马达和行星齿轮传动的组合。

（5）动力源。动力源为各单元提供能源，通常包括电气动力源和流体动力源两类。

2.自动控制系统的分类

工程自动控制系统的分类方式很多，一般有以下4种。

（1）按有无反馈环节分类，自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统两种。

① 开环控制系统。若系统的输出量对系统的控制作用不产生影响（无检测反馈单元），则称为开环控制系统。开环控制系统的控制精度完全取决于各单元的精度，因此，它主要使用在精度要求不高并且不存在内外干扰的场合。但开环控制系统结构简单，且一般不存在稳定性的问题。

② 闭环控制系统。系统的输出通过检测反馈单元返回来作用于控制部分，形成闭合回路，这种控制系统称为闭环控制系统，又称为反馈控制系统。其优点是能够自动纠正外部干扰和系统内参数变化所引起的偏差，这样就可以采用精度不太高而成本较低的元件，组成一个较为精确的控制系统。但是闭环控制系统也有它的缺点，由于闭环控制系统是以偏差消除偏差的，即系统要工作就必须有偏差存在，因此这类系统不会有很高的精度。同时，由于组成系统的元件有惯性、传动链的间隙等因素存在，如果配合不当，将会引起反馈控制系统的振荡，从而系统不能稳定工作。精度和稳定性之间的矛盾始终是闭环控制系统存在的主要矛盾。

（2）按输入量变化的规律来分类，自动控制系统可分为恒值控制系统、随动控制系统和过程控制系统3类。

① 恒值控制系统。恒值控制系统的特点是，系统的输入量是恒值，并要求系统的输出量相应地保持恒定值。它是一种最常见的自动控制系统，如自动调速系统、恒温控制系统、恒张力控制系统等，都属于恒值控制系统。

② 随动控制系统。随动控制系统的特点是，输入量是变化的（有时是随机的），并且要求系统的输出量能根据输入量的变化而进行相应的变化，故随动控制系统又称为伺服系统或跟踪系统。它广泛地应用于飞机、舰船、武器（火炮、导弹）和雷达等的运动控制系统中。

③ 过程控制系统。过程控制系统的输出量是按给定的时间函数来实现控制的。这类系统广泛地应用于化工、冶金、造纸、食品等工业的工艺过程中的参数控制，如温度、压力、流量、液位、pH值等。过程控制系统又可称为程序控制系统，它往往内含伺服控制系统。

以上3种控制系统都是闭环控制系统。

（3）按系统传输信号对时间的关系分类，自动控制系统可分为连续控制系统和离散控制系统两种。

① 连续控制系统。连续控制系统的特点是，控制作用的信号是连续量或模拟量。因此随动系统就是连续控制系统，因为作用于系统的信号是模拟量。

② 离散控制系统。离散控制系统又称采样控制系统。它的特点是，作用于系统的控制信号是连续量、数字量或采样数据量。通常采样数值的控制系统都是离散系统。

（4）按系统输出量和输入量的关系分类，自动控制系统可分为线性系统和非线性系统两种。

① 线性系统。线性系统的特点是，系统的输出量和输入量的关系是线性的，它的各个环节或系统都可以用线性微分方程来描述，并可以应用叠加定理和拉普拉斯变换解决线性系统中的问题。

② 非线性系统。非线性系统的特点是，其中的一些环节具有非线性性质（如出现饱和死区、滞环等）。它们往往要采用非线性的微分方程来描述，此外，叠加定理对非线性系统是不适用的。

另外，按系统主要组成元件的物理性质，可将控制系统分为电气控制系统、液压控制系统和电-液控制系统。