自动控制系统的类型与组成
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对象施加控制作用，如电动机。 ⑦ 被控对象：控制系统所要控制的设备或生产过程，它的
输出就是被控量。
5
自动控制系统的框图(不同阶段的学习行为)
扰
动
给定环节
给定输 入
+
误差 _
控制器
放大环 节
执行环 节
输 被控对 出 象
反馈信 号
反馈环节
图3.4 自动控制系统框图（反馈控制系统）
6
3.5 自动化仪表
4
3.4 自动控制系统的组成
① 给定环节：产生给定的输入信号。 ② 反馈环节：对系统输出（被控制量）进行测量，将它转
换成反馈信号。 ③ 比较环节：将给定的输入信号和反馈信号加以比较，产
生“误差”信号。 ④ 控制器（调节器）：根据误差信号，按一定规律产生相
应的控制指令。 ⑤ 放大环节：将控制信号进行功率放大。 ⑥ 执行环节（执行机构）：接受控制器来的信息并对被控
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3.8 线性和非线性控制系统
线性元件：输入输出成正比
a 极化继电器
输 出
Hale Waihona Puke Vb 串激直流电动机
0
输入(误差)mV
图4.20 电子放大器的静特性
图4.21 极化继电器带动直流电动机
13
非线性元件：输入输出之间不再是正比关系
输 出 (V)
0 不灵敏0 区
输入(误差)mV
图4.22 极化继电器的静特性
① 传感器：实现对信号的检测并将被测的物理量变换为另一 个物理量 (通常是电量) ，例如热电偶；见图片
② 变送器：与传感器配套，使输出成为标准信号。例如DDZ Ⅲ 电动单元组合仪表，标准信号为4 –20mA；见图片
③ 控制器（调节器）：采用模拟信号的调节器使用较多，它 接受来自被控对象的测量值和给定值或它们的误差，并根据 一定的控制（调节）规律产生输出信号以推动执行机构（执 行器）。控制器起了图3.4中给定环节、比较环节和控制器 三者的作用；
数-模 转换器
保持器
被控对象
模拟信号
采样样本
离散控制系统、采样控制系统。 9
3.7 生产过程控制
在一个自动化系统中各设备和自动化仪表之间的距离往往 是较短的。
10
远距离测量（遥测）系统
来
自
传
被
感
测
单
对 元
象
数
变
据
换
采
单
编
元
单
元
发送端
存
发
接
解
储 纪
送 有线 收
编
录 重
单
无线 单
单
放
单
元
元
元
元
纪
数
录
4.23 饱和特性
非线性系统会出现一些在线性系统中不可能发生的奇特现 象。非线性系统的分析和综合远比线性系统为复杂。
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3.9 多变量自动控制系统
单输入－单输出系统（单变量控制系统）：系统只 有一个输入量和一个输出量，如炉温自动控制系统， 输入电压，输出炉温。
多输入或多输出系统 （多变量控制系统）：多于 一个输入，或多于一个输出。如工业热水锅炉自动 控制系统，见锅炉图片。输入燃料量、引风量、给 水量，输出炉膛负压、出水温度等。控制方式比单 变量控制系统要复杂得多，大多数情况一个输入往 往影响一个以上的输出，需要进行解耦控制（即一 个输入仅控制一个输出）。
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远距离控制(遥控)系统
遥发
控 指
生
令器
指
调
发
信
接
解
译
执
被
令
编
制
射
码
行
控
收
调
码
机
对
器
器
机
道
机
器
器
构
象
反馈环节
发送端把所需传送的控制命令、测量数据、反馈信号等经 过调制、编码等变换处理之后，再经过（通）信道传递。在接 收端，即（通）信道的另一端，把收到的信号经过解调、译码 等反变换处理，恢复为原来的形式。
计算机控制系统的特点是系统中一处或几处 的信号具有数字代码，此外还有离散信号（采样 信号）的出现。系统的另一个特点是以计算机程 序来实现PID控制规律或更复杂的控制规律。
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计算机控制框图
输入 给定值
+
连续 偏差
_
离散
数字
数字
离散
连续
连续
偏差
偏差
控制量
控制量
控制量
输出
模-数 转换器
计算机中 央处理器
④ 放大器：用以增加信号的幅度或(和)功率，如如晶体管放大 器，也可以由电信号放大到气动信号（如电-气转换器）；
⑤ 执行机构：接受控制器来的信息并对被控对象施加控制作 用，如电动机。工业控制常用的执行机构是气动薄膜调节阀、 液压伺服马达、电动调节阀等。见图片
7
3.6 计算机控制
自动控制系统的各个信号：输入信号、误差、 控制器输出和输出量等都是模拟信号，即随时间 连续变动的信号。在一些现代的控制系统中常用 微型计算机来代替控制器，这对于实现复杂的控 制性能很有必要，如最优控制、自适应控制等等。
单
据
元
处
显
理
示 单
单
元
元
接收端
在一个自动化系统中，若是设备之间有较长的距离，例如 数十、或数百、数千公里就不能用通常的电气或机械的联系来 传递测量信号、反馈信号和控制信号。这时，需要在分离的设 备之间设立专门的（通）信道。（通）信道是传输信息的媒质 或通道，如架空明线、同轴电缆、射频波束和光导纤维等。
3 自动控制系统的类型和组成
1
3.1 恒值自动调节系统
图3.1 炉温自动控制系统
2
3.2 程序自动控制系统
指令 运
算 控制
变
换
脉冲 控制器 脉冲 放大器
电动机
反馈测 量元件
工作 机床
切削 位移 刀具
3
3.3 随动系统（伺服系统）
在反馈控制系统中，若给定环节给出的输入信号是预先未 知的随时间变化的函数，这种自动控制系统称为随动系统 （Servo-mechanism）。国防上的炮跟踪系统、雷达导引系统 和天文望远镜的跟踪系统等都属于随动系统。
对象施加控制作用，如电动机。 ⑦ 被控对象：控制系统所要控制的设备或生产过程，它的
输出就是被控量。
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自动控制系统的框图(不同阶段的学习行为)
扰
动
给定环节
给定输 入
+
误差 _
控制器
放大环 节
执行环 节
输 被控对 出 象
反馈信 号
反馈环节
图3.4 自动控制系统框图（反馈控制系统）
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3.5 自动化仪表
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3.4 自动控制系统的组成
① 给定环节：产生给定的输入信号。 ② 反馈环节：对系统输出（被控制量）进行测量，将它转
换成反馈信号。 ③ 比较环节：将给定的输入信号和反馈信号加以比较，产
生“误差”信号。 ④ 控制器（调节器）：根据误差信号，按一定规律产生相
应的控制指令。 ⑤ 放大环节：将控制信号进行功率放大。 ⑥ 执行环节（执行机构）：接受控制器来的信息并对被控
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3.8 线性和非线性控制系统
线性元件：输入输出成正比
a 极化继电器
输 出
Hale Waihona Puke Vb 串激直流电动机
0
输入(误差)mV
图4.20 电子放大器的静特性
图4.21 极化继电器带动直流电动机
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非线性元件：输入输出之间不再是正比关系
输 出 (V)
0 不灵敏0 区
输入(误差)mV
图4.22 极化继电器的静特性
① 传感器：实现对信号的检测并将被测的物理量变换为另一 个物理量 (通常是电量) ，例如热电偶；见图片
② 变送器：与传感器配套，使输出成为标准信号。例如DDZ Ⅲ 电动单元组合仪表，标准信号为4 –20mA；见图片
③ 控制器（调节器）：采用模拟信号的调节器使用较多，它 接受来自被控对象的测量值和给定值或它们的误差，并根据 一定的控制（调节）规律产生输出信号以推动执行机构（执 行器）。控制器起了图3.4中给定环节、比较环节和控制器 三者的作用；
数-模 转换器
保持器
被控对象
模拟信号
采样样本
离散控制系统、采样控制系统。 9
3.7 生产过程控制
在一个自动化系统中各设备和自动化仪表之间的距离往往 是较短的。
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远距离测量（遥测）系统
来
自
传
被
感
测
单
对 元
象
数
变
据
换
采
单
编
元
单
元
发送端
存
发
接
解
储 纪
送 有线 收
编
录 重
单
无线 单
单
放
单
元
元
元
元
纪
数
录
4.23 饱和特性
非线性系统会出现一些在线性系统中不可能发生的奇特现 象。非线性系统的分析和综合远比线性系统为复杂。
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3.9 多变量自动控制系统
单输入－单输出系统（单变量控制系统）：系统只 有一个输入量和一个输出量，如炉温自动控制系统， 输入电压，输出炉温。
多输入或多输出系统 （多变量控制系统）：多于 一个输入，或多于一个输出。如工业热水锅炉自动 控制系统，见锅炉图片。输入燃料量、引风量、给 水量，输出炉膛负压、出水温度等。控制方式比单 变量控制系统要复杂得多，大多数情况一个输入往 往影响一个以上的输出，需要进行解耦控制（即一 个输入仅控制一个输出）。
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远距离控制(遥控)系统
遥发
控 指
生
令器
指
调
发
信
接
解
译
执
被
令
编
制
射
码
行
控
收
调
码
机
对
器
器
机
道
机
器
器
构
象
反馈环节
发送端把所需传送的控制命令、测量数据、反馈信号等经 过调制、编码等变换处理之后，再经过（通）信道传递。在接 收端，即（通）信道的另一端，把收到的信号经过解调、译码 等反变换处理，恢复为原来的形式。
计算机控制系统的特点是系统中一处或几处 的信号具有数字代码，此外还有离散信号（采样 信号）的出现。系统的另一个特点是以计算机程 序来实现PID控制规律或更复杂的控制规律。
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计算机控制框图
输入 给定值
+
连续 偏差
_
离散
数字
数字
离散
连续
连续
偏差
偏差
控制量
控制量
控制量
输出
模-数 转换器
计算机中 央处理器
④ 放大器：用以增加信号的幅度或(和)功率，如如晶体管放大 器，也可以由电信号放大到气动信号（如电-气转换器）；
⑤ 执行机构：接受控制器来的信息并对被控对象施加控制作 用，如电动机。工业控制常用的执行机构是气动薄膜调节阀、 液压伺服马达、电动调节阀等。见图片
7
3.6 计算机控制
自动控制系统的各个信号：输入信号、误差、 控制器输出和输出量等都是模拟信号，即随时间 连续变动的信号。在一些现代的控制系统中常用 微型计算机来代替控制器，这对于实现复杂的控 制性能很有必要，如最优控制、自适应控制等等。
单
据
元
处
显
理
示 单
单
元
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接收端
在一个自动化系统中，若是设备之间有较长的距离，例如 数十、或数百、数千公里就不能用通常的电气或机械的联系来 传递测量信号、反馈信号和控制信号。这时，需要在分离的设 备之间设立专门的（通）信道。（通）信道是传输信息的媒质 或通道，如架空明线、同轴电缆、射频波束和光导纤维等。
3 自动控制系统的类型和组成
1
3.1 恒值自动调节系统
图3.1 炉温自动控制系统
2
3.2 程序自动控制系统
指令 运
算 控制
变
换
脉冲 控制器 脉冲 放大器
电动机
反馈测 量元件
工作 机床
切削 位移 刀具
3
3.3 随动系统（伺服系统）
在反馈控制系统中，若给定环节给出的输入信号是预先未 知的随时间变化的函数，这种自动控制系统称为随动系统 （Servo-mechanism）。国防上的炮跟踪系统、雷达导引系统 和天文望远镜的跟踪系统等都属于随动系统。