测控技术与仪器专业调研报告

声明：本文为本人大学学期的作业，仅供参考！

报告正文

前言

人类在研究未知世界中是离不开测控技术的。测控技术不仅为工业自动化提供正确的信息，而且是科学研究中寻找规律的重要手段。现代测控技术的发展将主要表现在传感器水平的提高、测控方法的推进，比如以计算机为中心的测控系统的发展等方面。

测控技术就是一门研究如何测量周边物理量和如何控制周边物理量的技术。一般是指对工业生产过程及其机电设备进行测量与控制的自动化技术，是计算机技术与自动控制技术结合的产物。测控技术主要研究如何将检测与传感技术、计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程并设计出所需要的计算机测控系统。测就是测量和感知，也就是要获得目标对象的信息，控就是控制，是根据目标对象的现象判断目标对象是否符合预期控制目标，并采取相应措施。测和控只是某一时间段就可以完成的行为，而根据测量结果判断目标状态是否符合要求则需要控制算法的判断参与，这一作出决定的过程可以由人工或控制系统来完成，测、控、以及控制算法就构成一个测控系统。

对于测量来说，它包括了传感技术和电子电路、物理量的显示技术和数据存储技术。对于控制来说，它包含了控制理论、电子电路、执行机构的拖动技术等。

测控技术自古以来就是人类生活和生产的重要组成部分。最初的测控尝试都是来自于生产生活的需要，对时间的测控要求使人类有了日晷这一原始的时钟，对空间的测控要求使人类有了点线面的认识。现代社会对测控的要求当然不会停留在这些初级阶段，随着科技的发展，测控技术进入了全新的时代。

随着科技的发展，计算机技术的应用，测控技术的发展趋势越来越向智能化仪表转变。本次专业调研我主要从测控技术背景意义、测控系统的结构与分类、应用状况和发展趋势展开。

一测控技术背景意义

测控技术是一门新型的技术科学，也是一门边缘科学。早在一千多年以前，我国就先后发明了铜壶滴漏计时器、指南针以及天文仪器等多种自动测控装置，这些发明促进了当时社会经济的发展。从 1788 年瓦特（J.Watt）发明蒸汽机飞球调速器算起，测控工程已有了二百多年的历史。然而，测控工程作为一门学科，它的形成并迅速发展只有五六十年的历史。

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测控技术可分为测试与控制两大部分，两部分相辅相成，密切相连。测试是

控制的前提，而控制反过来又往往为测试提供原理或方法保障。即使是单纯的测试系统，甚至单个的测试环节也与控制理论密切相连，如反馈式加速度传感器、伺服指示仪表等均需在控制理论的指导下进行分析设计。

1 测量技术的重要性

在高质量产品的制造和高效率生产环境的构建中，测量技术起到了很大的作

用，其重要性与日俱增。测试是具有试验性质的测量，是测量和试验的综合，测试的目的是确定被测对象或系统属性的量值。测试技术又由传感器技术、检测技术和数据处理技术共同构成。其中传感器类似于人的感觉器官，它将被测对象的输出以及内部的状态等属性量，如力、位移、温度等，转换为易于量测的信号，传递给检测环节；检测环节对来自传感器的信号进行进一步的处理，将信号量化为一定的数值；而数据处理则对量化后的信号进行进一步的运算、分析，将其转变为直观的结果显示给操作者或用于控制系统的运行行为。

2 控制技术的发展

第二次世界大战前，控制系统的设计因缺乏系统的理论指导而多采用试凑

法。二次大战期间，由于建造飞机自动驾驶仪、雷达系统、火炮瞄准系统等军事装备的需要，推动了控制理论的飞跃发展。1948年N.Wiener 发表了著名的《控制论》，从而基本上形成了经典控制理论，使控制工程有了扎实的理论支撑。经典控制理论以传函为基础，主要研究单输入—单输出系统的分析和控制问题。

除了威纳之外，在经典控制理论的形成和发展过程中作出重大贡献的还有：

1868年,J.C.Maxwell 发表了《调速器》一文，首先提出了“反馈控制”的概念； 1875年,E.J.Routh 和 1895年,A.Hurwifz 先后独立地提出了判别系统稳定性的代数判据；1932 年,H.Nyquist 提出了著名的尼奎斯特稳定性判据；此后，H.W.Bode 总结了负反馈放大器；1948年,W.R.Evans 提出了根轨迹法，进一步充实了经典控制理论。

二次世界大战后，控制理论扩展到民用，在化工、炼油、冶金等工业部门得

到了进一步的应用，控制理论也日渐成熟。1954年，我国科学家钱学森发表了《工程控制论》，为控制工程这门技术科学奠定了理论基础。

20世纪50年代末和60年代，由于导弹制导、数控技术、空间技术发展需

要和电子计算机技术的成熟，控制理论发展到了一个新的阶段，产生了现代控制理论。它是以状态空间分析法为基础，主要分析和研究多输入—多输出、时变、非线性等系统的最优控制问题。

近年来，在计算机技术和现代应用数学高速发展的推动下，现代控制理论在

最优滤波、系统辨识、自适应控制、智能控制等方面取得重大进展。

纵观控制工程发展历程，它是与控制理论、计算机技术、现代应用数学的发展息息相关的。目前，控制理论正在与模糊数学、分形几何、混沌理论、灰色理论、人工智能、神经网络、遗传基因等学科的交叉、渗透和结合中不断发展。

二测控系统的结构与分类

1 测控系统的结构

测控系统是指由相关的器件、仪器和测试控制装置有机组合而成的具有获取某种信息，并实施控制被控对象或系统运行行为之功能的整体。

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包括信号处理、反馈控制、显示等环节，目前的发展趋势是经 A/D 转换后采用计算机等进行分析、处理，并经 D/A 转换控制被测控的对象。

2 测控系统的分类

（1）闭环控制系统的组成

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1、给定元件

主要用于产生给定信号或输入信号。例如，图 1.3 中电位计里的可变电阻。

2、反馈元件

反馈元件通常是一些用电量来测量非电量的元件，即传感器 , 它量测被控制量或输出量，产生主反馈信号。一般，为了便于传输，主反馈信号多为电信号。

必须指出，在机械、液压、气动、机电、电机等系统中存在着内在反馈。这是一种没有专设反馈元件的信息反馈，是系统内部各参数相互作用而产生的反馈信息流，如作用力与反作用力之间形成的直接反馈。内在反馈回路由系统动力学特性确定，它所构成的闭环系统是一个动力学系统。例如，机床工作台低速爬行等自激振荡现象，都是由具有内在反馈的闭环系统产生的。

3、比较元件

用来接收输入信号和反馈信号并进行比较，产生反映两者差值的偏差信号。

4、放大元件