第1章 自动控制系统的基本概念
1.1 引言
自动控制技术在现代的工农业生产、交通运输、国防和宇航等各个领域,甚至在我们的日常生活中,都得到了日益广泛的应用。所谓自动控制,是指在没有人直接参与的情况下,利用控制装置使被控制对象(如机器设备或生产过程等)的某些物理量(如电压、速度、位置、温度、压力、浓度等)自动地按照预定的规律运行。例如,发电机的输出电压和频率,就是利用自动控制装置,使其不受负载变化和原动机转速波动的影响而保持恒定,从而满足人们生产和日常生活用电的需要;再如,化工生产过程中的压力、温度、流量和原料成分比例的控制,雷达天线对飞行目标的自动跟踪,导弹自动准确地命中目标,人造卫星按预定轨道运行并返回地面等。这些都是自动控制技术高度发展的范例。
自动控制技术的应用,不仅使生产过程实现了自动化,极大地提高了劳动生产率,实现了优质、高产、低消耗,而且改善了劳动条件,减轻了人们体力和脑力的劳动强度;此外,对于一些高度复杂、准确、快速、精密的操作,高温、高压、剧毒、辐射等恶劣的工作环境,以及航空航天、核反应堆的控制等方面,由于用人工操作会受到技术水平和生理条件的限制,很难甚至无法进行操作。这就必须采用自动控制技术,才能实现人们预定的任务。随着科学技术的发展,特别是电子计算机的快速发展和广泛应用,为自动控制技术的发展提供了更为广阔的空间,自动控制技术在国民经济的各个领域、提高人们的生活质量以及社会科学的发展等方面,正在发挥着越来越重要的作用。目前,自动化水平的高低,已成为衡量一个**现代化水平的重要标志。因此,学习和掌握自动控制技术,具有重要的现实意义。
通常,把自动控制装置和被控制对象所构成的整体,称为自动控制系统。自动控制装置也称控制器,是对被控对象起控制作用的设备。被控制的物理量称为被控制量或输出量。而根据生产需要所希望的输出量,即输出量的期(希)望值或目标值,称为控制系统的输入量或给定值。控制系统运行中,一般都会受到影响系统正常工作的作用,即扰动作用,或称为干扰。
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