控制系統設計可按以下步驟進行：
(1)列寫設計大綱設計大綱是設計過程的指導性文件，應在充分調查研究的基礎上列寫，其內容應包括：①明確被控對象的特點及要求；②限定控制系統的工作條件及環境，確定安全保護措施及等級；③設定控制方案的特殊要求；④確立技術經濟指標；⑤規定試驗項目；⑥制定驗收方式、驗收項目及指標。 
(2)建立被控對象的數學模型 把被控對象的控制特性用數學表達式加以描述，作為控制方案選擇及控制器設計的依據。這是控制系統設計的最重要一步，將在下面詳細討論。
(3)控制方案選擇在上述工作的基礎上，進一步確定系統的控制方式，選擇觀測點、被測量及傳感器，選擇控制點和執行元件，確定控制算法及控制器結構，選擇主控計算機。
(4)控制系統性能分析方案確定之后，不應急于進行具體設計，而應先根據系統的初步結構及參數，進行系統性能分析，其主要內容有：①依據組成方式，建立整個控制系統的數學模型；②分析系統穩定性；③計算典型試驗信號作用下系統的動態過渡過程；④根據上述分析結果，針對不滿足要求的項目修改系統方案。應盡量采用計算機對系統進行仿真分析，以提高分析速度和精度，優化選擇方案及參數。 
上述幾個步驟一般稱為基本設計，主要確定控制系統方案。為實現一個真實的控制系統，還要進行下面的工程設計。
(5)控制系統的詳細設計 主要內容包括系統中的控制裝置、被控對象、執行機構、檢測與反饋裝置等機械和電氣系統的硬、軟件設計以及各種接口的選擇和設計。詳細設計過程中，除了要保證系統的主要功能和性能外，還要對系統的安全性、可靠性及環境適應性等給以足夠的重視。
(6)擬定現場調試大綱 調試大綱是現場調試的指導性技術文件，應在設計階段就擬定出來，主要內容應包括調試方法、調試設備、調試環境等。
(7)整理并編寫技術文件 主要技術文件應包括設計圖樣、機械零件和電子元器件明細表、系統操作程序及說明書、維修及故障診斷說明書以及使用說明書等，這些文件有些需整理存檔，有些要與系統一起提供給用戶。
經過上述七個步驟，便完成了一次設計循環。在系統制造出來之后，通過實際測試和運行，還會不斷發現問題，還應不斷地對原設計進行修改和完善。從這個意義上講，控制系統設計是一個不斷循環完善的過程。
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