1、控制系統(tǒng)的地位和要求
控制系統(tǒng)是機(jī)電一體化產(chǎn)品最重要的組成部分，相當(dāng)于人的“大腦”，實(shí)現(xiàn)控制及信息處理功能。
對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求：
被控制量按規(guī)定的規(guī)律變化，控制系統(tǒng)具備穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性
2、控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成
控制系統(tǒng)是由控制裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對(duì)象、檢測裝置所構(gòu)成的整體，其基本構(gòu)成如圖所示：
被控對(duì)象可以是機(jī)電設(shè)備（如機(jī)床）、一種過程（如化工生產(chǎn)過程）等，它在控制裝置的控制下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，按預(yù)定的規(guī)律或目的運(yùn)行。
簡單的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)與復(fù)雜的航天飛機(jī)控制系統(tǒng)在原理上類似，但在結(jié)構(gòu)上是很不相同的。如下圖為線性處理及控制子系統(tǒng)的組成。
3、控制系統(tǒng)的基本類型
根據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)的多樣性及復(fù)雜性決定了控制器的多樣性，一般有以下四種類基本類型：
數(shù)字控制系統(tǒng)（ncs）
將被加工零件的幾何信息和工藝信息數(shù)字化，按規(guī)定的代碼和格式編成加工程序，由計(jì)算機(jī)生成數(shù)字形式的指令，再驅(qū)動(dòng)機(jī)器運(yùn)動(dòng)的一種控制形式，其實(shí)際上是軌跡控制的問題。
控制介質(zhì)：傳遞零件的加工信息
數(shù)控裝置：完成信息的輸入、存儲(chǔ)、變換、運(yùn)算及各種控制功能
伺服系統(tǒng)：接收指令驅(qū)動(dòng)機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)（即電信號(hào)到機(jī)械量轉(zhuǎn)換）
檢測裝置：檢測速度和位移，并反饋信息
伺服控制系統(tǒng)（scs）
輸入為模擬或數(shù)字的電信號(hào)，輸出是機(jī)械的位移或速度的變化率，主要考慮如何穩(wěn)定的、快速的、準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)指令的功能要求，即要使輸出量以一定的精度復(fù)現(xiàn)輸入量的變化，常稱為動(dòng)作控制。
順序控制系統(tǒng)
該系統(tǒng)采用開關(guān)控制方式，即輸出量的開和關(guān)是一系列輸入開關(guān)條件的函數(shù)?？刂破鲗?duì)操作過程的“邏輯狀態(tài)”進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)順序控制的方法有機(jī)電式繼電器、各種氣動(dòng)和裝置、可編程控制器（plc）等。
過程控制系統(tǒng)
在冶金、化工、電力等生產(chǎn)過程中采用的工業(yè)控制系統(tǒng)，過程控制系統(tǒng)的受控變量是生產(chǎn)過程的物理量，可以是連續(xù)的、離散的。
4、系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型
控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型在控制系統(tǒng)的研究中有著相當(dāng)重要的地位，要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真處理，首先應(yīng)當(dāng)知道系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，然后才可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬。
數(shù)學(xué)模型是描述元素之間、子系統(tǒng)之間、層次之間相互作用以及系統(tǒng)與環(huán)境相互作用的數(shù)學(xué)表達(dá)式。它是根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，即通過決定系統(tǒng)特征的物理學(xué)定律，如機(jī)械﹑電氣﹑熱力﹑液壓﹑方面的基本定律而寫成的。
(1)、輸入——輸出模型
對(duì)于輸入——輸出的數(shù)學(xué)模型，常用微分方程來描述該系統(tǒng)在時(shí)域中的動(dòng)態(tài)特性。
(2)、狀態(tài)模型
5、傳遞函數(shù)
建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的目的是為了對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。在給定外作用及初始條件下，求解微分方程就可以得到系統(tǒng)的輸出響應(yīng)。這種方法比較直觀，特別是借助于電子計(jì)算機(jī)可以迅速而準(zhǔn)確地求得結(jié)果。
設(shè)線性定常系統(tǒng)由下述階線性常微分方程描述：
傳遞函數(shù)具有以下性質(zhì)：
①傳遞函數(shù)是復(fù)變量的有理真分式函數(shù)，具有復(fù)變函數(shù)的所有性質(zhì)。
②傳遞函數(shù)是系統(tǒng)或元件數(shù)學(xué)模型的另一種形式，是一種用系統(tǒng)參數(shù)表示輸出量與輸入量之間關(guān)系的表達(dá)式。
③傳遞函數(shù)與微分方程有相通性。
④傳遞函數(shù)的拉氏反變換是脈沖響應(yīng)。
典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù):
一個(gè)物理系統(tǒng)是有許多元件組合而成的。雖然各種元件的具體結(jié)構(gòu)和作用原理是多種多樣的，但若拋開其具體結(jié)構(gòu)和物理特點(diǎn)，研究其運(yùn)動(dòng)規(guī)律和數(shù)學(xué)模型的共性，就可以劃分成為數(shù)不多的幾種典型環(huán)節(jié)。
這些典型環(huán)節(jié)是：比例環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、比例微分環(huán)節(jié)、一階慣性環(huán)節(jié)、二階振蕩環(huán)節(jié)和延遲環(huán)節(jié)。
（1）、比例環(huán)節(jié)
比例環(huán)節(jié)又稱放大環(huán)節(jié)，其輸出量與輸入量之間的關(guān)系為一種固定的比例關(guān)系。這就是說，它的輸出量能夠無失真、無滯后地按一定的比例復(fù)現(xiàn)輸入量
（2）、微分環(huán)節(jié)
微分環(huán)節(jié)是自動(dòng)控制系統(tǒng)中經(jīng)常應(yīng)用的環(huán)節(jié)。微分環(huán)節(jié)的特點(diǎn)是在暫態(tài)過程中，輸出量為輸入量的微分
（3）、積分環(huán)節(jié)
積分環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)方程為
（4）、一階慣性環(huán)節(jié)
自動(dòng)控制系統(tǒng)中經(jīng)常包含有這種環(huán)節(jié)，這種環(huán)節(jié)具有一個(gè)儲(chǔ)能元件。
（5）、二階振蕩環(huán)節(jié)
二階振蕩環(huán)節(jié)的微分方程為
（6）、延遲環(huán)節(jié)
延遲環(huán)節(jié)的特點(diǎn)是，其輸出信號(hào)比輸入信號(hào)遲后一定的時(shí)間。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為