0.4 设计一个控制系统的基本步骤

简单地说，设计一个动态控制系统有下列5个基本步骤。

模型建立：为被控对象建立数学模型是控制工程中最重要的工作。建立系统模型的过程又称模型化，是系统分析和综合的基础。建立能够完整描述一个实际系统的模型，需要包含所有的细节以及大量非线性、时变以及不确定的环节等一系列挑战。所以在建模过程中，往往会对实际系统进行简化，降低模型的复杂度，选出实际系统中的典型环节进行近似模拟建模。建模分成两个步骤，一是选择合适的模型结构，有的实际系统可以通过现有典型的环节或几种典型环节的组合来模拟；二是在模型结构确定的基础上，确定模型中的参数，使得建立的模型尽可能准确地描述实际系统。

系统分析：对受控对象模型进行系统分析也是自动控制理论一个重要的任务。系统分析可以从定性（Qualitative）和定量（Quantitative）出发，对系统的稳定性、能控、能观性以及时域指标、频域指标等做一系列的分析。通过系统分析加深对系统的认识，掌握系统的从输入到输出的以及各个时刻不同状态的特性，尽可能全面地对现有系统做出多项控制指标的衡量，为设计合适的控制器打下基础。系统分析工作的完善直接影响到整个自动控制系统的运行品质。

控制系统的综合：在对被控对象建模和系统分析的基础上，设计合适的控制器，使得系统满足期望的性能要求。例如被控对象的零极点的位置，可以通过控制系统的综合进行调节，使得整个闭环系统的零极点分布在较为理想的位置。控制系统的综合可以在设计控制器结构的基础上，设计合适的控制器参数来实现系统运行最优。

系统实施：实施所设计的控制器也是控制理论一个重要的步骤。绝大多数控制器环节可以用程序或者一些电子器件实现，而对于一些物理上难以实现的理想控制器环节，则需要加入一些校正的环节来近似实现。

调整与验证：在整个控制系统搭建好以后，由于建模和系统实施过程中，都用了不同程度的近似，得到的控制效果与理想的控制效果一定是有差距的。即使近似程度很高，系统运行以后也可能存在一些没有考虑的问题，需要进一步修正和调节。所以调整与验证也是设计一个控制系统的重要分支，在经过反复调整验证后，所设计的控制系统才有可能最终达到实际所需的控制效果。