测控的基本概念

（ a ） 人工控制的恒温箱	（ b ） 自动控制的恒温箱
图 1.1 恒温箱控制系统

　　恒温箱控制的要求是克服外界干扰（如电源电压波动、环境温度变化等等），保持箱内温度恒定，以满足物体对温度的要求。显然为了实现温度的恒定控制，必须首先对箱内温度进行测量。对于图 1.1 （ a ）所示的人工控制的恒温箱，其控制或调节过程可归结如下：
　　(1) 操作者观测由测量元件（温度计）测出的恒温箱内的温度（被控制量）。
　　(2) 将测得的温度与要求的温度值（给定值）进行比较，得出温度差值（称为偏差）的大小和方向。　　
　　(3) 根据偏差的大小和方向，操作者通过调节调压器进行控制。当恒温箱内温度高于所要求的给定温度值时，移动调压器使电流减小，温度降低。若温度低于给定的值，则移动调压器，使电流增加，温度升到正常范围。
　　显然，人工控制的过程就是通过眼睛测量、大脑求取偏差、再通过手控制调压器改变加热电阻丝的发热量以纠正温度偏差的过程，简言之即“检测偏差再纠正偏差”。
　　人工控制要求操作者随时观察箱内温度的变化情况，随时进行调节。为了将操作者从这种机械式的重复劳动中解脱出来，可以设计一个控制器来完成人的工作，将上面的人工控制变成如图 1.1 （ b ）所示的自动控制系统。 其中，恒温箱的所需温度由电压信号 u 1 给定。当外界因素引起箱内温度变化时，作为测量元件的热电偶，把温度转换成对应的电压信号 u 2 ，并反馈回去与给定信号 u 1 相比较，所得结果即为温度的偏差信号 Δ u = u 1 - u 2 。经过电压、功率放大后，用以改变执行电动机的转速和方向，并通过传动装置拖动调压器动触头。当温度偏高时，动触头向着减小电流的方向运动，反之加大电流，直到温度达到给定值为止。即只有在偏差信号 Δ u = 0 时，电动机才停转。这样就完成了恒温箱所要求的自动控制任务。
　　易见，自动控制系统和人工控制系统的共同特点都是要检测偏差，并用检测到的偏差去纠正偏差。因此，检测是控制的前提，而没有偏差就不会有控制调节过程。控制系统的工作原理可以归纳如下：
　　(1) 检测输出量的实际值。
　　(2) 将实际值与给定值（输入量）进行比较得出偏差值。
　　(3) 用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。
　　在控制系统中，给定量又称系统的输入量，被控制量也称系统的输出量。输出量的返回过程称为反馈，它表示输出量通过测量装置将信号的全部或一部分返回输入端，使之与输入量进行比较。比较产生的结果称为偏差。在人工控制中，这一偏差是通过人眼观测后，由人脑判断、决策得出的；而在自动控制中，偏差则是通过反馈，由控制器进行比较、计算产生的。由于存在输出量反馈，系统能在存在无法预计扰动的情况下，自动减少系统的输出量与参考输入量（或者任意变化的希望的状态）之间的偏差，故称之为反馈控制。而将基于反馈原理、通过 " 检测偏差再纠正偏差 " 的系统称为反馈控制系统。可见，作为反馈控制系统至少应具备测量、比较（或计算）和执行三个基本功能。
　　测控系统通常通过 结构框图或功能框图清晰而形象地表示出来，图 1.2 给出了图 1.1 所示的恒温箱控制系统的功能框图。图中带有箭头的有向线段表示信息的传递路径， 有向线段旁边标识的符号标识该线段所代表的信号； 带有名称的方框表示构成系统的各个部件（即测控环节），进入方框的箭头表示信号输入，反之表示输出， 各环节的作用是单向的，其输出受输入控制；“ ? ”代表比较元件，注意到进入比较元件的反馈信号 u 2 旁边有一“－”号，其含义是负号，即比较元件完成给定信号与反馈信号的相减操作以获取偏差信号产生控制作用，使偏差越来越小，这种控制称为负反馈控制。负反馈控制是实现自动控制最基本的方法，不同的控制系统尽管实现自动控制的装置可能不同，但自动控制的实现建立在反馈的基础之上。

（ a ） 人工控制的恒温箱

（ b ） 自动控制的恒温箱

图 1.2 恒温箱控制系统功能框图

本文章来自于：北京中瑞能仪表技术有限公司

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