第1章 緒論

自動控制作為一種重要的技術手段，在工程技術和科學研究中起著極為重要的作用。什么是控制？什么是自動控制？為說明這些概念，我們首先看看下面恒溫箱控制實例。

在一些生產過程中，常常需要利用加熱源來維持某一箱體的溫度。這時，人們需要控制加熱源，不斷調節箱體內的溫度。

如圖1-1所示為恒溫箱控制示意圖。在控制過程中，人們要用測溫元件（如熱電偶）不斷地測量箱體內的溫度，并與要求溫度比較，反映到大腦中，然后大腦根據溫差的大小和方向，產生控制指令，加大或減小熱源，以減小差異。人們通過連續不斷的操作，使箱體溫度維持在要求值附近。在控制過程中，各種職能相互聯系，可用方框圖1-2表示。圖中箭頭方向表示各部分的聯系。

圖1-1 恒溫箱控制示意圖

圖1-2 人工控制職能圖

通過研究上述人工控制恒溫箱的過程可以看到，所謂控制就是使某個對象中物理量按照一定的目標來動作。本例中，對象指箱體，其中的物理量指箱體內溫度，一定目標就是事先要求的溫度期望值。

若溫度控制要求精度高，那么由人來控制就很難滿足要求，這時就需要用控制裝置代替人，形成恒溫箱自動控制系統，如圖1-3所示。

圖1-3 恒溫箱自動控制系統示意圖

該系統由測溫元件（熱電偶）、加熱源（電阻絲）、信號放大變換裝置、電機等構成。直流電機和減速器是執行機構，它的作用類似于人工控制中人的手。熱電偶為測溫裝置，將箱體的實際溫度測量出來，并將其傳送給控制器，即電位器給出的給定信號與箱體的實際溫度相比較的差異信號的大小及方向，經放大和變換產生直流電機的電樞電壓去控制電機的轉速和方向，再由傳動裝置去調節移動觸頭，以減小差異，直到偏差為零。根據上述分析，恒溫箱自動控制的信號流動及相互關系如圖1-4所示。

圖1-4 恒溫箱自動控制信號流程方框圖

自動控制和人工控制的基本原理是相同的，它們都是建立在“測量偏差，修正偏差”的基礎上，并且為了測量偏差，必須把系統的實際輸出反饋到輸入端。自動控制和人工控制的區別在于自動控制用控制器代替人完成控制。總之，所謂自動控制，就是在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置使被控對象中某一物理量或數個物理量準確地按照預定的要求規律變化。