自动控制

自动控制

    自动控制是根据人工操作（或人工控制）的过程发展而来的。通过以下两个例子，我们可以了解人工操作与自动控制之间的关系。

例1  机床加工零件。人工操作的过程是： 根据技术要求，制定出加工的工艺流程，即操作方案，操作人员根据这个方案按部就班地进行操作，从而加工出合格的零件。其过程可以用图1.1（a)来表示。如果我们把操作方案编制成程序，存入一个控制器中，由控制器发出各种操作指令，使机床按确定的顺序和要求动作，同样可以加工出合格的零件。这个过程，不需要操作人员直接操作， 实现了机械零件的自动加工。其加工过程可以用图1.1（b)来表示。

图1.1 机床加工零件示意图
（a）人工操作过程（b）自动操作过程

例2 水箱水位的控制。在化工、电力、轻工、环境保护，城市给排水等许多部门都常常遇到水位（液位）的控制问题。图1.2是人工控制一个水箱的水位的示意图。

   操作人员从水位检测装置超声波液位计上读出水位值，这是水位的检测过程。然后，操作人员和预先确定的水位比较，求出实际水位和给定水位之间的偏差，再根据偏差的大小及方向确定进水阀门是应该开大还是应当开小以及阀门开或关的幅度。这个过程是判断决策过程，是通过操作人员的大脑完成的。最后，操作人员对调节阀进行具体操作，这是控制决策的执行过程。不断重复以上几个过程，直到水箱水位达到预定的水位，整个操作过程就结束了。如果用检测变送仪表完成检测过程，用控制器代替人脑完成比较、判断决策过程，用机械的或电器的操作装置代替人工操作阀门，就可以实现对水位的自动控制。用来代替操作人员的测量变送仪表、控制器和操作装置等称为自动控制装置。图1.3表示了水箱水位自动控制系统的组成原理。

图1.2 人工控制水箱水位的示意图

图 1.3自动控制水箱水位的原理图

   通过以上例子可以看出，所谓自动控制就是在不需要人工直接操作，而是通过控制器等若干种自动控制装置，使被控制的参数按指定规律变化。自动控制装置延伸并扩大了人的功能。自动控制源于人工控制，但却完成了由人操纵机器到机器操纵机器的飞跃。自动控制的应用给人类的发展与进步带来了不可估量的影响。同时控制科学与技术与其他科学相互渗透，推动了其他理论与技术的发展，也促进了控制理论与技术自身的发展。例如，控制理论与技术与计算机科学与技术，人工智能，信息技术，系统理论的结合，促进了许多高新技术的形成。再如，工业生产中的单纯的生产过程控制已远远不能满足社会经济发展的需要，为了提高企业高质量、高效率、高节能和高持续发展的能力，就必须把生产技术，管理和人集成到一个综合自动化系统中，逐步出现工业生产的计划，决策，设计研究，制造，市场的开发与经营的全面自动化。

   近年来，控制科学与技术早已越过了传统的应用范围，广泛地扩展到了环境、医学、生物、经济管理和其他的社会科学学科以及办公室、家庭等社会生活领域。因此，学习和掌握控制工程的基本知识，已不再是自动控制专业学生的任务。 其他各学科领域的学生也应把它作为自己必须具备的基本知识来学习，在学习过程中扩充自己的知识面，扩展自己的思路，培养自己的创新意识和综合运用各类知识的能力，全面提高自身的素质。