东北大学-自动化专业概论ppt课件

自动化专业概论自动化专业概论东北大学自动化研究所高宪文高宪文教授教授1 1自动化专业概论东北大学自动化研究所1学生关心的问题？学生关心的问题？进进入入“自自动动化化”各各类类专专业业的的每每个个莘莘莘莘学学子子，都都渴渴望望了了解自己所学的专业：解自己所学的专业：（4）在在大大学学接接受受高高等等教教育育和和在在中中学学接接受受中中等等教教育育有有何何区区别别，怎怎样样适适应应大大学学的的学学习习生生活活，怎怎样样最最大大限限度度地地调调动动自自己己的的学学习习潜潜力力，发发挥挥自自己己学学习习上上的的主主动动性性，发发展展自自己己的的特特长长和和才才华华，创造性地进行学习？创造性地进行学习？（3）自己在学校环境里将学到哪些）自己在学校环境里将学到哪些知识知识，获得哪些，获得哪些技能技能，培养哪些培养哪些能力能力？（2）学校将通过哪些途径把自己培养成有什么样）学校将通过哪些途径把自己培养成有什么样素质素质的自的自动化技术人才？动化技术人才？（1）自自动动化化专专业业的的性性质质，它它在在我我国国社社会会主主义义建建设设中中的的作作用用和地位，自动化技术的当前概貌和它的未来发展；和地位，自动化技术的当前概貌和它的未来发展；2 2学生关心的问题？进入“自动化”各类专业的每个莘什么是自动化？什么是自动化？(a)手动控制漫画手动控制漫画(b)自动控制自动控制图图2.2水温的手动控制和自动控制的示意图水温的手动控制和自动控制的示意图3 3什么是自动化？(a)手动图图中中水水温温的的操操作作员员要要用用手手（通通过过感感觉觉）来来测测试试水水的的温温度度，并并将将此此温温度度与与他他要要求求的的值值（给给定定值值）相相比比较较（通通过过大大脑脑）。同同时时他他要要决决定定（通通过过大大脑脑）：他他的的手手应应该该朝朝哪哪个个方方向向旋旋转转加加温温用用的的蒸蒸汽汽阀阀门门和和旋旋转转多多大大的的角角度度。采采用用自自动动控控制制时时上上述述功功能能都都有有各各种种的的元元件件和和仪仪表表来来代代替替。例例如如，温度测量元件、控制记录仪表和调节阀等。温度测量元件、控制记录仪表和调节阀等。4 4图中水温的操作员要用手（通过感觉）来测试水的温度，并将此温度防防 空空 导导 弹弹 制制 导导1-1-目标跟踪雷达目标跟踪雷达2-导弹导引雷达导弹导引雷达3-3-计算机雷达计算机雷达4-导弹发射架导弹发射架5 5防空导弹制导1-目标跟踪雷达2-导弹导引雷达3-计各种现代火炮的俯仰角和方位角都是自动控各种现代火炮的俯仰角和方位角都是自动控制的，特别用双雷达控制的防空导弹可以自动跟制的，特别用双雷达控制的防空导弹可以自动跟踪高空的飞行目标进行命中爆炸（图踪高空的飞行目标进行命中爆炸（图2.1）。）。6 6各种现代火炮的俯仰角和方位角都是自动控制的现代社会和现代生活现代社会和现代生活离不开对一些物理量的离不开对一些物理量的控制控制，包，包括实现对这种控制的括实现对这种控制的自动化自动化。例如公共电网上的电压是。例如公共电网上的电压是50周、周、220伏的交流电。为此，在发电厂就要设法控制电压、伏的交流电。为此，在发电厂就要设法控制电压、频率这两物理量为频率这两物理量为恒值恒值，这要采用自动调压和自动调频装，这要采用自动调压和自动调频装置。在工业生产中，如在化肥厂控制反应釜（塔）内温度置。在工业生产中，如在化肥厂控制反应釜（塔）内温度和压力为和压力为恒值恒值，使化学反应速度加快。在机械加工厂金属，使化学反应速度加快。在机械加工厂金属切削机床上，经常是控制工件或刀具的转速为切削机床上，经常是控制工件或刀具的转速为恒值恒值，使产，使产品的质量、产量能提高。而各种现代火炮的俯仰角和方位品的质量、产量能提高。而各种现代火炮的俯仰角和方位角都是自动控制的。角都是自动控制的。现代生活中，空调器保持室内温度为现代生活中，空调器保持室内温度为恒值恒值、卫生洁具、卫生洁具水箱的水位也保持为水箱的水位也保持为恒值恒值。其它如冰箱、洗衣机无不进行。其它如冰箱、洗衣机无不进行一些物理量的控制为一些物理量的控制为恒值恒值，而洗衣机更把洗衣、漂洗和脱，而洗衣机更把洗衣、漂洗和脱水等操作水等操作自动按程序自动按程序进行。进行。7 7现代社会和现代生活离不开对一些物理量的控制自自动动化化的的作作用用加速社会的产业结构的变革和社会信息化的进程加速社会的产业结构的变革和社会信息化的进程1.提高社会生产率和工作效率，提高社会生产率和工作效率，2.节约能源和原材料消耗，节约能源和原材料消耗，3.保证产品质量，保证产品质量，4.改善劳动条件，减轻体力、脑力劳动，改善劳动条件，减轻体力、脑力劳动，5.改进生产工艺和管理体制。改进生产工艺和管理体制。8 8自动化的作用加速社会的产业结构的变革和社会信息化的自动化的研究内容自动化的研究内容有有自自动动控控制制和和信信号号处处理理两两个个方方面面，包包括括理理论论、方方法法、应应用用硬硬件件和和软软件件等等。从从应应用用观观点点来来看看，研研究究内内容容有有过过程程自自动动化化、机机械械制制造造自自动动化化、武武器器及及军军事事自动化、办公室自动化和家庭自动化等自动化、办公室自动化和家庭自动化等。9 9自动化的研究内容有自动控制和信号处理两个方面，包括理论、方法以信息化带动工业化以信息化带动工业化以工业化促进信息化以工业化促进信息化中国共产党十六次代表大会报告中国共产党十六次代表大会报告 自动化是一个国家或社会现代化水平的重要标志自动化是一个国家或社会现代化水平的重要标志1010以信息化带动工业化以工业化促进信息化中国共产党十六次代表大本本课课内内容容1.专业培养目标和人才素质要求专业培养目标和人才素质要求2.自动化的概念和发展简史自动化的概念和发展简史3.自动控制系统的类型和组成自动控制系统的类型和组成4.基本的控制方法基本的控制方法5.控制和自动化的应用范畴控制和自动化的应用范畴6.控制和自动化的展望控制和自动化的展望7.自动化类专业的教学安排自动化类专业的教学安排8.学习原理与学习方法学习原理与学习方法1111本课内容1.专业培养目标和人才素质要求1自动化专业培养目标和人才素质自动化专业培养目标和人才素质要求要求1.1自动化和自动化类专业自动化和自动化类专业12121自动化专业培养目标和人才素质要求1.1自动化和自控制科学与工程控制科学与工程学科学科图图1.1学科组成示意图学科组成示意图自动化自动化自动控制自动控制控制理论控制理论电气工程与自动化电气工程与自动化工业自动化工业自动化机械制造自动化机械制造自动化电力系统自动化电力系统自动化1313控制科学与工程学科图1.1学科组成示意图自动化1.2高等院校自动化类专业的培养目标高等院校自动化类专业的培养目标l l培养适合社会主义现代化建设需要，德智体培养适合社会主义现代化建设需要，德智体培养适合社会主义现代化建设需要，德智体培养适合社会主义现代化建设需要，德智体全面发展，在控制理论、控制系统、生产过全面发展，在控制理论、控制系统、生产过全面发展，在控制理论、控制系统、生产过全面发展，在控制理论、控制系统、生产过程自动化、人工智能与机器人控制等领域具程自动化、人工智能与机器人控制等领域具程自动化、人工智能与机器人控制等领域具程自动化、人工智能与机器人控制等领域具有宽广理论基础和相关专门知识，具有创新有宽广理论基础和相关专门知识，具有创新有宽广理论基础和相关专门知识，具有创新有宽广理论基础和相关专门知识，具有创新和开拓精神的高级工程技术人才。和开拓精神的高级工程技术人才。和开拓精神的高级工程技术人才。和开拓精神的高级工程技术人才。l l毕业生能在国民经济及国防各部门和行业从毕业生能在国民经济及国防各部门和行业从毕业生能在国民经济及国防各部门和行业从毕业生能在国民经济及国防各部门和行业从事信息及控制系统的研究、设计、集成、开事信息及控制系统的研究、设计、集成、开事信息及控制系统的研究、设计、集成、开事信息及控制系统的研究、设计、集成、开发、制造和应用等工作。发、制造和应用等工作。发、制造和应用等工作。发、制造和应用等工作。14141.2高等院校自动化类专业的培养目标培养适合社会主义现1.3对自动化类专业人才的素质要求对自动化类专业人才的素质要求（1）认知和技能方面认知和技能方面（2）思想和情感方面思想和情感方面（3）意识和意志方面意识和意志方面（4）其他方面其他方面15151.3对自动化类专业人才的素质要求（1）认知和技能方面（1）认知和技能方面认知和技能方面掌握数理等基础理论的原理和方法；掌握数理等基础理论的原理和方法；了解机械、力学、电器、化工等相关学科的原理和方法；了解机械、力学、电器、化工等相关学科的原理和方法；掌握计算机、通信、电子等关联学科的基本原理、方法和应掌握计算机、通信、电子等关联学科的基本原理、方法和应用以及相应的实验仪器和用以及相应的实验仪器和技能；技能；掌握控制系统分析和综合（设计）等专业知识和方法；掌握控制系统分析和综合（设计）等专业知识和方法；掌握系统仿真、科学计算、软硬件开发等科学实验方法和掌握系统仿真、科学计算、软硬件开发等科学实验方法和技术；技术；有哲学、方法论、经济学、历史、法律、伦理、社会学、文有哲学、方法论、经济学、历史、法律、伦理、社会学、文学、艺术等人文社会科学方面以及军事方面的基本知识；学、艺术等人文社会科学方面以及军事方面的基本知识；具具有有良良好好的的资资料料收收集集、文文献献检检索索以以及及口口头头表表达达和和书书面面写写作等技巧和能力，并形成很强的自主学习能力；作等技巧和能力，并形成很强的自主学习能力；具具有有辨辨证证的的、逻逻辑辑的的、形形象象的的和和创创造造的的科科学学思思维维方方式式和和对对事事物物进进行行统统计计、分分析析、综综合合、归归纳纳的的技技能能，并并形形成成较较强强的发现问题、分析问题和解决问题能力；的发现问题、分析问题和解决问题能力；具有一定的适应、协调、合作、组织和管理能力。具有一定的适应、协调、合作、组织和管理能力。1616（1）认知和技能方面掌握数理等基础理论的原理和方法；(2)思想和情感方面思想和情感方面思想品质思想品质树立了积极向上的人生观、正确的价值观树立了积极向上的人生观、正确的价值观和辨证唯物主义世界观，对我国自动化事业有情感、有和辨证唯物主义世界观，对我国自动化事业有情感、有信念、有责任心；信念、有责任心；政治品质政治品质热爱祖国、关心集体、尊敬师长、爱热爱祖国、关心集体、尊敬师长、爱护同志和家人，关心国家大事、时事护同志和家人，关心国家大事、时事政治，有较政治，有较强的法制、法规观念；强的法制、法规观念；道德品质道德品质有良好的品德修养和文明的行为准则，具有良好的品德修养和文明的行为准则，具有敬业精神和职业道德。有敬业精神和职业道德。1717思想和情感方面政治品质热爱祖国、关心集体、尊敬师长（3）意识和意志方面意识和意志方面实践意识实践意识坚持一切从实际出发，不迷信书本、不迷信权坚持一切从实际出发，不迷信书本、不迷信权威。威。质量意识质量意识认认真真做好每一件事，在研制和开发的每认认真真做好每一件事，在研制和开发的每一个环节都坚持质量至上的思想。一个环节都坚持质量至上的思想。协作意识协作意识现代科学研究和现代工程已经很少是一个人可现代科学研究和现代工程已经很少是一个人可以独立完成的了，所以要能与同事协同工作、协调配合。不以独立完成的了，所以要能与同事协同工作、协调配合。不会和他人协作的工程师，一定不会是一个合格的工程师。会和他人协作的工程师，一定不会是一个合格的工程师。创新与竞争意识创新与竞争意识现代社会是充满挑战和竞争的社会，只现代社会是充满挑战和竞争的社会，只有那些不断追求新意境、新见解、敢于竞争的人才能把握机有那些不断追求新意境、新见解、敢于竞争的人才能把握机遇、走向成功。遇、走向成功。坚毅意志坚毅意志人生路漫漫，每个人在生活、学习和工作中都人生路漫漫，每个人在生活、学习和工作中都可能遇到这样或那样的困难和挫折，要敢于面对困难、善于可能遇到这样或那样的困难和挫折，要敢于面对困难、善于克服困难。克服困难。1818（3）意识和意志方面实践意识坚持一切从实际（4）其他方面其他方面学风上勤奋、严谨、求实、进取；学风上勤奋、严谨、求实、进取；作风上谦虚、谨慎、朴实、守信；作风上谦虚、谨慎、朴实、守信；具有健康的心理、务实的心态；具有健康的心理、务实的心态；具有健全的体质、良好的体能；具有健全的体质、良好的体能；拥有旺盛的精力、敏捷的思路。拥有旺盛的精力、敏捷的思路。1919（4）其他方面学风上勤奋、严谨、求2 2 自动化概念和发展简史自动化概念和发展简史20202自动化概念和发展简史20自动化自动化，是指机器或装置在无人干预的情况下按是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。规定的程序或指令自动地进行操作或运行。自动控制自动控制是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和技术。是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和技术。两者既有联系，但也有一定的区别。两者既有联系，但也有一定的区别。自动化自动化主要研究主要研究的是人造系统的控制问题，的是人造系统的控制问题，自动控制自动控制则除了上述研究则除了上述研究外，还研究社会、经济、生物、环境等非人造系统的外，还研究社会、经济、生物、环境等非人造系统的控制问题。例如生物控制、经济控制、社会控制及人控制问题。例如生物控制、经济控制、社会控制及人口控制等，显然这些都不能归入自动化的研究领域的。口控制等，显然这些都不能归入自动化的研究领域的。不过人们提到自动控制，通常是指工程系统的控制，不过人们提到自动控制，通常是指工程系统的控制，在这个意义上自动化和自动控制是相近的。在这个意义上自动化和自动控制是相近的。2.1控制和自动化的概念控制和自动化的概念2121自动化，是指机器或装置在无人干预的情况下按规2.2我国古代自动装置我国古代自动装置中国古代能工巧匠发明许多原始的自动装置，以满足中国古代能工巧匠发明许多原始的自动装置，以满足生产、生活和作战的需要。其中比较著名有下述的几种：生产、生活和作战的需要。其中比较著名有下述的几种：(1)指南车指南车(2)铜壶滴漏铜壶滴漏(3)浮子式阀门浮子式阀门(4)饮酒速度的自动调节饮酒速度的自动调节(5)计里鼓车计里鼓车(6)漏水转浑天仪漏水转浑天仪(7)候风地动仪候风地动仪(8)水运仪象台水运仪象台22222.2我国古代自动装置中国古代能工巧匠发指南车指南车是中国古代用来指示方向的一种具有能是中国古代用来指示方向的一种具有能自动离合的齿轮系装置的车辆。自动离合的齿轮系装置的车辆。指南车指南车是一种马拉的是一种马拉的双轮独辕车双轮独辕车，车箱上立一个，车箱上立一个伸臂的木人。车箱内装有能自动离合的齿轮系。当车伸臂的木人。车箱内装有能自动离合的齿轮系。当车子转弯偏离正南方向时车辕前端就顺此方向移动，而子转弯偏离正南方向时车辕前端就顺此方向移动，而后端则向反方向移动，并将传动齿轮放落，使车轮的后端则向反方向移动，并将传动齿轮放落，使车轮的传动带动木人下的大齿轮向相反方向转动，恰好传动带动木人下的大齿轮向相反方向转动，恰好抵消抵消车子转弯产生的影响（图车子转弯产生的影响（图2.3）齿轮系齿轮系车身车身木人木人方向方向车辆车辆转弯转弯（1）2323指南车是中国古代用来指示方向的一种具有能自动指指指指 南南南南 车车车车 复复复复 原原原原 模模模模 型型型型2424指南车复原模型24指南车指南车原理原理2525指南车原理25铜壶滴漏铜壶滴漏中国古代的自动中国古代的自动计时计时（测量时间）（测量时间）装装置置，又称刻漏或漏刻。，又称刻漏或漏刻。这种计时装置最初只有两个壶，由上壶滴水到下面的这种计时装置最初只有两个壶，由上壶滴水到下面的受水壶，液面使浮箭升起以示刻度（即时间）（图受水壶，液面使浮箭升起以示刻度（即时间）（图2.6之右）之右）。保持上壶的。保持上壶的水位恒定水位恒定是滴漏计时准确的关键。这个问题是滴漏计时准确的关键。这个问题后来是用互相衔接的多极（后来是用互相衔接的多极（3-5极）水壶来解决的。极）水壶来解决的。根据宋朝杨军的六经图（公元根据宋朝杨军的六经图（公元1155）转述：）转述：莲华莲华漏漏（图（图2.6之左）由之左）由4个壶组成。天地壶、平水壶逐级向平个壶组成。天地壶、平水壶逐级向平水小壶供水。水小壶供水。平水小壶上有溢水口，可使多余的水泄入平水小壶上有溢水口，可使多余的水泄入减水桶以保持水面恒定。在莲华漏中还采用一个减水桶以保持水面恒定。在莲华漏中还采用一个浮子式阀浮子式阀门门作为自动切断阀。当受水壶的水位升至满刻度时，浮子作为自动切断阀。当受水壶的水位升至满刻度时，浮子式阀门就会自动阻塞上级平水壶的出水小孔，切断水滴式阀门就会自动阻塞上级平水壶的出水小孔，切断水滴（见图（见图2.6上平水壶前的一个上平水壶前的一个小鸟小鸟式装置）。式装置）。（2）2626铜壶滴漏中国古代的自动计时（测铜壶滴漏铜壶滴漏2727铜壶滴漏27（3 3）饮酒速度自动调节）饮酒速度自动调节）饮酒速度自动调节）饮酒速度自动调节，（4 4）计里鼓车）计里鼓车）计里鼓车）计里鼓车图图2.8饮饮酒速度自酒速度自动调节动调节图图2.9、2.10计里鼓车计里鼓车(复原模型复原模型)及原理及原理2828（3）饮酒速度自动调节，（4）计里鼓车图2.8饮酒（5）漏水转浑天仪）漏水转浑天仪公元公元2世纪，中国东汉的世纪，中国东汉的天文学家张衡创制的一种天文学家张衡创制的一种天文表演仪器。它是一种天文表演仪器。它是一种用漏水推动的水运浑象，用漏水推动的水运浑象，和现在的天球仪相似，可和现在的天球仪相似，可以用来实现天体运行的自以用来实现天体运行的自动动仿真仿真。图图2.11张衡水力天文仪器中齿张衡水力天文仪器中齿轮系推想图轮系推想图2929（5）漏水转浑天仪图2.11张衡水力天文仪器中齿轮系（6 6）候风地动仪图候风地动仪图候风地动仪图候风地动仪图图图2.12候风地动仪图候风地动仪图(复原模型复原模型)及剖面图及剖面图3030（6）候风地动仪图图2.12候风地动仪图(复原模型)及（7）水运仪象台）水运仪象台公元公元1088年，中国苏颂等人把浑仪（天文观测仪器）、浑象（天文表演仪器）和年，中国苏颂等人把浑仪（天文观测仪器）、浑象（天文表演仪器）和自动计时装置结合在一起建成了水运仪象台。自动计时装置结合在一起建成了水运仪象台。3131（7）水运仪象台公元1088年，中国苏颂等人把浑仪（天文观测水运仪象台枢轮和天衡装置示意图水运仪象台枢轮和天衡装置示意图3232水运仪象台枢轮和天衡装置示意图322.3控制和自动化发展简史控制和自动化发展简史自动装置的出现和应用（自动装置的出现和应用（18世纪以前）世纪以前）自自动动化化技技术术形形成成时时期期（18世世纪纪末末至至20世世纪纪30年代）年代）局部自动化时期局部自动化时期(20世纪世纪40-50年代年代)综综合合自自动动化化时时期期（20世世纪纪50年年代代末末起起至至今今)33332.3控制和自动化发展简史自动装置的出现和应用（182.3.1自动装置的出现和应用自动装置的出现和应用（18世纪以前）世纪以前）中国和巴比伦出现了自动计时装置中国和巴比伦出现了自动计时装置刻漏、指南车刻漏、指南车、水运仪象台等。公元、水运仪象台等。公元1世纪古埃及和希腊的发明家也创世纪古埃及和希腊的发明家也创造了教堂庙门自动开启、铜祭司自动洒圣水、投币式圣水造了教堂庙门自动开启、铜祭司自动洒圣水、投币式圣水箱等自动装置。箱等自动装置。中国天文学家张衡（公元中国天文学家张衡（公元78-139）曾经发明了对天体）曾经发明了对天体运行情况自动仿真的漏水转浑天仪和自动检测地震的候风运行情况自动仿真的漏水转浑天仪和自动检测地震的候风地动仪。公元地动仪。公元1088年，中国苏颂等人把浑仪（天文观测仪年，中国苏颂等人把浑仪（天文观测仪器）、浑象（天文表现仪器）和自动计时装置结合在一起器）、浑象（天文表现仪器）和自动计时装置结合在一起建成了水运仪象台。建成了水运仪象台。(1)古代自动装置古代自动装置34342.3.1自动装置的出现和应用（18世纪以前）(2)近代自动装置近代自动装置17世纪以来，随着生产的发展，在欧洲的一些世纪以来，随着生产的发展，在欧洲的一些国家相继出现了多种自动装置，其中比较典型的有：国家相继出现了多种自动装置，其中比较典型的有：法国物理学家法国物理学家B.帕斯卡（帕斯卡（Pascal）在公元在公元1642年发年发明的加法器；荷兰机械师明的加法器；荷兰机械师C.惠更斯（惠更斯（Huygens）于于公元公元1657年发明钟表；英国机械师年发明钟表；英国机械师E.李（李（Lee）在在公元公元1745年发明带有风向控制的风磨；俄国机械师年发明带有风向控制的风磨；俄国机械师.波尔祖诺夫（波尔祖诺夫（）于公元于公元1765年发明年发明为蒸汽锅炉水位保持恒定用的为蒸汽锅炉水位保持恒定用的浮子式阀门水位调节浮子式阀门水位调节器器。3535(2)近代自动装置17世纪以来，随着生产2.3.2自动化技术形成时期（自动化技术形成时期（18世纪世纪末至末至20世纪世纪30年代）年代）公元公元1788年年J.瓦特将离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来，瓦特将离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速的闭环自动调速系统（图构成蒸汽机转速的闭环自动调速系统（图2.16）36362.3.2自动化技术形成时期（18世纪末至20世纪30年l l(1)自动调节的广泛应用自动调节的广泛应用由由于于第第一一次次工工业业革革命命的的需需要要，人人们们开开始始采采用用自自动动调调节节器器（Regulator）或或装装置置，使使一一些些物物理理量量保保持持在在给给定定值值附附近近。公公元元1868年年法法国国工工程程师师J.法法尔尔科科（Farcot）发发明明反反馈馈调调节节器器，并并把把它它与与蒸蒸汽汽阀阀连连接接起起来来，操操作作蒸蒸汽汽船船的的舵舵，他他称称之之为为伺伺服服机机构构（Servo-mechanism）。20世世纪纪20-30年年代代，美美国国开开始始采采用用PID模模拟拟式式调调节节器器（比比例例-积积分分-微分调节器）。现在还在许多工厂中采用。微分调节器）。现在还在许多工厂中采用。(2)自动调节系统的稳定性问题自动调节系统的稳定性问题自调自动调节器和被控制对象（蒸汽机或船舵）组成自自调自动调节器和被控制对象（蒸汽机或船舵）组成自动调节系统（动调节系统（AutomaticRegulationSystem）。当时人。当时人们发现蒸汽机转速会忽高忽低，即系统会发生振荡（不们发现蒸汽机转速会忽高忽低，即系统会发生振荡（不稳定）稳定）。3737(1)自动调节的广泛应用由于第一次工业革对象和调节器形成调节系统对象和调节器形成调节系统蒸汽源蒸汽机(对象)负荷离心式调速器(调节器)进汽阀转速测量3838对象和调节器形成调节系统蒸汽源蒸汽机负荷离心式进汽阀转速测反馈和自动调节系统的稳定性反馈和自动调节系统的稳定性反馈和自动调节系统的稳定性反馈和自动调节系统的稳定性稳定性是自动控制中极重要的概念稳定性是自动控制中极重要的概念反馈反馈（Feedback）是指将系统的实际输出和期望输出是指将系统的实际输出和期望输出进行比较，形成进行比较，形成误差误差，从而为确定下一步的控制行为提供，从而为确定下一步的控制行为提供依据。依据。人们发现蒸汽机转速会忽高忽低，即系统会发生振荡人们发现蒸汽机转速会忽高忽低，即系统会发生振荡（不稳定不稳定）。这迫使一些数学家从理论上来加以研究，创）。这迫使一些数学家从理论上来加以研究，创造多种造多种稳定判剧稳定判剧。3939反馈和自动调节系统的稳定性稳定性是自动控制中极重要的概念(3)反馈控制和频率法反馈控制和频率法稳定判据加上公元稳定判据加上公元1922年年N.米诺尔斯基关于船舶自米诺尔斯基关于船舶自动操舵的稳定性和动操舵的稳定性和1934年美国年美国H.L.黑曾（黑曾（Hazen）发表发表的关于伺服机构理论的论文标志着的关于伺服机构理论的论文标志着经典控制理论经典控制理论的诞的诞生。生。进入进入20世纪以后，工业生产中广泛应用各种自动调世纪以后，工业生产中广泛应用各种自动调节装置，促进了对调节系统的分析和综合的研究。节装置，促进了对调节系统的分析和综合的研究。4040(3)反馈控制和频率法图2.18 反馈调节（控制）系统控制量前向通道负荷调 节 器(控 制 器)_误差+被 控 对 象输出变量(被调量)输入变量(给定规律)反馈通道稳定判据加上公元稳定判据加上公元1922年年N.米诺尔斯基关于船舶自动米诺尔斯基关于船舶自动操舵的稳定性和操舵的稳定性和1934年美国年美国H.L.黑曾（黑曾（Hazen）发表的发表的关于伺服机构理论的论文标志着关于伺服机构理论的论文标志着经典控制理论经典控制理论的诞生。的诞生。4141图2.18反馈调节（控制）系统控制量前向通道负荷_误差输2.3.3局部自动化时期局部自动化时期(20(20世纪世纪世纪世纪40-5040-50年代年代年代年代)2.3.3.1 经典控制理论的形成和发展2.3.3.2 局部自动化的广泛应用2.3.3.3 电子数字计算机的发明42422.3.3局部自动化时期(20世纪40-50年代)自动防空火力控制系统自动防空火力控制系统自动防空火力控制系统自动防空火力控制系统在第二次世界大战期间，为了防空火力控制系统和在第二次世界大战期间，为了防空火力控制系统和飞机自动导航系统等军事技术问题，各国科学家设计出飞机自动导航系统等军事技术问题，各国科学家设计出各种精密的自动调节装置，开创了防空火力系统和控制各种精密的自动调节装置，开创了防空火力系统和控制这一新的科学领域（图这一新的科学领域（图2.19和图和图2.20）。）。4343自动防空火力控制系统在第二次世界大战期间，为在前述在前述代数稳定判据代数稳定判据和和传递函数传递函数、依据频率响应的频率、依据频率响应的频率法判据的基础上加上法判据的基础上加上W.埃文斯（埃文斯（Evans）1948年的年的根轨迹法根轨迹法（RootLocusMethod），），奠定了适宜用于单变量控制问题的奠定了适宜用于单变量控制问题的经典控制理论的基础。经典控制理论的基础。频率法频率法（或称频域法，（或称频域法，FrequencyMethod）成为分析和设计线性单变量自动控制系统的主要方成为分析和设计线性单变量自动控制系统的主要方法。早期，反馈控制系统通称为自动调节系统，后称为法。早期，反馈控制系统通称为自动调节系统，后称为自动自动控制系统控制系统（AutomaticControlSystem）。）。因此，调节器现也因此，调节器现也称为控制器。称为控制器。随着高速飞行、核反应堆、大电力网和大化工厂提出的随着高速飞行、核反应堆、大电力网和大化工厂提出的新控制问题：非线性系统、时滞系统、脉冲及采样控制系统、新控制问题：非线性系统、时滞系统、脉冲及采样控制系统、时变系统、分布参数系统和有随机输入的系统的控制问题等时变系统、分布参数系统和有随机输入的系统的控制问题等的深入研究，经典控制理论在的深入研究，经典控制理论在20世纪世纪50年代有新的发展。年代有新的发展。2.3.3.1经典控制理论的形成和发展经典控制理论的形成和发展4444在前述代数稳定判据和传递函数、依据频率响应的2.3.3.2局部自动化的广泛应用局部自动化的广泛应用二次大战后，在工业上已广泛应用二次大战后，在工业上已广泛应用PID调节器，并用调节器，并用电子模拟计算机电子模拟计算机（ElectronicAnalogComputer）来设计自来设计自动控制系统。当时在工业上实现局部自动化，即单个过程动控制系统。当时在工业上实现局部自动化，即单个过程或单个机器的自动化。或单个机器的自动化。在在20世纪世纪30-40年代出现了统一信号的、通用的、标准年代出现了统一信号的、通用的、标准的的气动单元组合仪表气动单元组合仪表。20世纪世纪50年代研制出了电动单元组年代研制出了电动单元组合仪表。这些为工业自动化提供了必不可少的技术工具，合仪表。这些为工业自动化提供了必不可少的技术工具，并使得构成和设计自动控制系统更简便、更工程化了。并使得构成和设计自动控制系统更简便、更工程化了。智能化的仪表和控制器智能化的仪表和控制器是当前流行的产品。是当前流行的产品。45452.3.3.2局部自动化的广泛应用二智能化的仪表智能化的仪表YS-80及所属的可编程序智能控及所属的可编程序智能控制器制器SLPC4646智能化的仪表YS-80及所属的可编程序智能控制器SLPC2.3.3.3电子数字计算机的发明电子数字计算机的发明目前小型电子数字计算机或单片计算机已成为复杂目前小型电子数字计算机或单片计算机已成为复杂自动控制系统的一个组成部分，以实现复杂的控制和算自动控制系统的一个组成部分，以实现复杂的控制和算法。法。电子数字计算机内部元件和结构，经历了电子管、电子数字计算机内部元件和结构，经历了电子管、晶体管、集成电路和大规模集成电路的四个发展阶段。晶体管、集成电路和大规模集成电路的四个发展阶段。电子数字计算机的发明，为电子数字计算机的发明，为60-70年代开始的在控制系统年代开始的在控制系统广泛应用程序控制和逻辑控制以及应用数字计算机直接广泛应用程序控制和逻辑控制以及应用数字计算机直接控制生产过程，奠定了基础。控制生产过程，奠定了基础。47472.3.3.3电子数字计算机的发明目前图图图图2.222.22国产巨型国产巨型国产巨型国产巨型“银河银河银河银河”电子数字计算机电子数字计算机电子数字计算机电子数字计算机 封里彩图为国产巨型封里彩图为国产巨型“银河银河”电子数字计算机电子数字计算机4848图2.22国产巨型“银河”电子数字计算机封里彩图为2.3.4综合自动化时期综合自动化时期（20世纪世纪50年代末起至今）年代末起至今）复复杂杂工工业业、复复杂杂工工业业过过程程和和航航天天技技术术的的自自动动控控制制问问题题，都都是是多多变变量量控控制制系系统统的的分分析析和和综综合合问问题题，迫迫切切需需要要加加以以解解决。决。2.3.4.1现代控制理论的形成和发展现代控制理论的形成和发展1956年年前前苏苏联联数数学学家家.庞庞特特里里亚亚金金提提出出极极大大值值原原理理。同同年年美美国国数数学学家家R.R.贝贝尔尔曼曼创创立立动动态态规规划划。两两者者为为解解决决最最优优控控制制问问题题提提供供了了理理论论工工具具。19601960年年美美国国数数学学家家R.R.卡卡尔尔曼曼提提出出能能控控性性和和能能观观性性两两个个概概念念，揭揭示示了了系系统统的的内内在在属属性性。卡卡尔尔曼曼还还引引入入状状态态空空间间法法，提提出出具具有有二二次次型型性性能能指指标标的的线线性性状状态态反反馈馈律律，为为线线性性自自动动控控制制系系统统给给出出了了最最优优调调节节器器的的概概念念。以上这些新概念和新方法标志着以上这些新概念和新方法标志着现代控制理论现代控制理论的诞生。的诞生。49492.3.4综合自动化时期（20世纪50年代末起至今）现代控制理论的迅速发展现代控制理论的迅速发展现代控制理论的迅速发展现代控制理论的迅速发展(1)系统辩识系统辩识、建模与仿真建模与仿真(2)自适应控制和自校正控制器自适应控制和自校正控制器(3)遥测遥测、遥控和遥感遥控和遥感(4)综合自动化综合自动化(5)大系统理论的诞生大系统理论的诞生(6)模式识别和人工智能模式识别和人工智能(7)智能控制的诞生智能控制的诞生现代控制理论的迅速发展，形成了多个重要分支：现代控制理论的迅速发展，形成了多个重要分支：5050现代控制理论的迅速发展(1)系统辩识、建模与仿真现代控制理(1)(1)系统辩识系统辩识系统辩识系统辩识、建模与仿真建模与仿真建模与仿真建模与仿真 系统辩识系统辩识是根据系统输入、输出数据为系统建立数学模是根据系统输入、输出数据为系统建立数学模型的理论和方法。此外建立数学模型还可以采用解析法和实型的理论和方法。此外建立数学模型还可以采用解析法和实验方法。通常有必要在仿真设备上试验系统，包括建立、修验方法。通常有必要在仿真设备上试验系统，包括建立、修改、复现系统的模型，这称为改、复现系统的模型，这称为系统仿真系统仿真。自适应控制能在对象数学模型变动和系统外界信息不完备自适应控制能在对象数学模型变动和系统外界信息不完备的情况下改变反馈控制器的特性，以保持良好的工作品质。的情况下改变反馈控制器的特性，以保持良好的工作品质。(2)自适应控制和自校正控制器自适应控制和自校正控制器(3)(3)遥测遥测、遥控和遥感遥控和遥感 遥测遥测就是对被测对象的某些参数进行就是对被测对象的某些参数进行远距离测量远距离测量。遥控遥控就是对被控对象进行就是对被控对象进行远距离控制远距离控制。遥感遥感就是利用装载在飞机就是利用装载在飞机或人造卫星等运载工具上的传感器，收集由地面目标物反射或人造卫星等运载工具上的传感器，收集由地面目标物反射或发射出来的电磁波，再根据这些数据来获得关于目标物或发射出来的电磁波，再根据这些数据来获得关于目标物（如矿藏、森林、作物产量等）的信息。（如矿藏、森林、作物产量等）的信息。5151系统辩识、建模与仿真系统辩识是根据系统输入、输出数据(4)(4)(4)(4)综合自动化综合自动化综合自动化综合自动化 20世纪世纪50年代末到年代末到60年代初，开始出现电子数字计算年代初，开始出现电子数字计算机控制的化工厂，机控制的化工厂，60年代末在制造工业中出现了许多自动年代末在制造工业中出现了许多自动生产线，工业生产开始由局部自动化向综合（全盘）自动生产线，工业生产开始由局部自动化向综合（全盘）自动化方向发展。化方向发展。70年代出现用专用机床组成的无人工厂，年代出现用专用机床组成的无人工厂，80年代初才出现用年代初才出现用柔性制造系统柔性制造系统组成的无人工厂（图组成的无人工厂（图2.25和和图图2.26）。）。无人加工车间无人加工车间图图2.255252(4)综合自动化20世纪50年代末到6无人组装车间无人组装车间图图2.245353无人组装车间图2.2453开始对出现的开始对出现的大系统大系统如大电力系统、化工联合企业、如大电力系统、化工联合企业、钢铁联合企业及社会经济大系统等开始进行了研究。特别钢铁联合企业及社会经济大系统等开始进行了研究。特别是高速大型计算机的出现为是高速大型计算机的出现为大系统大系统的研究和大量计算提供的研究和大量计算提供了前提条件。了前提条件。大系统理论大系统理论的重要作用在于对大系统进行调度优化和的重要作用在于对大系统进行调度优化和控制优化，通过控制优化，通过分解分解-协调协调以较短时间计算出优化结果。以较短时间计算出优化结果。(6)模式识别和人工智能模式识别和人工智能使用电子数字计算机直接接受和处理各种自然的模使用电子数字计算机直接接受和处理各种自然的模式消息，如语言、文字、图象、景物等。人工智能学者式消息，如语言、文字、图象、景物等。人工智能学者已研制出用于医疗诊断、地质勘探、金融决策、军事指已研制出用于医疗诊断、地质勘探、金融决策、军事指挥、大规模集成电路设计等各种专家系统；研制出智能挥、大规模集成电路设计等各种专家系统；研制出智能机器人，如有视觉和触觉的机器人和能与人对答的机器机器人，如有视觉和触觉的机器人和能与人对答的机器人等等。人等等。(5)大系统理论的诞生大系统理论的诞生大系统理论的诞生大系统理论的诞生5454开始对出现的大系统如大电力系统、化工联合企业(7)(7)(7)(7)智能控制的诞生智能控制的诞生智能控制的诞生智能控制的诞生将将人工智能人工智能引入到自动控制系统，形成引入到自动控制系统，形成智能智能控制系统。控制系统。这是新一代的自动控制系统。它的特点是具有智能，能解决这是新一代的自动控制系统。它的特点是具有智能，能解决一些以往的自动控制解决得不好或者不能解决的控制问题。一些以往的自动控制解决得不好或者不能解决的控制问题。它将人工智能中的它将人工智能中的专家系统专家系统、学习控制、模糊逻辑控制学习控制、模糊逻辑控制和具有多层感知器的和具有多层感知器的神经网络等神经网络等分别与自动控制和系统工程分别与自动控制和系统工程的一些方法相结合，形成一些新的、具有独特性能的智能自的一些方法相结合，形成一些新的、具有独特性能的智能自动控制系统，例如图动控制系统，例如图2.27的智能机器人。的智能机器人。5555(7)智能控制的诞生将人工智能引入到自动智能和水下机器人智能和水下机器人5656智能和水下机器人563自动控制系统的类型和组成自动控制系统的类型和组成57573自动控制系统的类型和组成573.1恒值自动调节系统恒值自动调节系统图图3.1炉温自动控制系统炉温自动控制系统 58583.1恒值自动调节系统图3.1炉温自动控制系统由给定环节给出的电压由给定环节给出的电压Ur代表所要求保持的炉温，它与表代表所要求保持的炉温，它与表示实际炉温的测温热电偶的电压示实际炉温的测温热电偶的电压Uf相比较，形成误差电压相比较，形成误差电压U=Ur-Uf。U经过放大器放大后带动电动机经过放大器放大后带动电动机M向一定方向一定方向转动，并使调压器提高或降低加热电压，以使向转动，并使调压器提高或降低加热电压，以使Uf达到达到Ur并并使使U=0。这时，电动机不再转动，自动调节系统达到新的这时，电动机不再转动，自动调节系统达到新的平衡点。这里，电动机有一个正确的旋转方向问题。当平衡点。这里，电动机有一个正确的旋转方向问题。当炉炉温自动调节系统温自动调节系统UrUf，即即U0，此时表示炉温低于所要此时表示炉温低于所要求保持的恒值，则电动机的旋转方向应该使调压器的滑动触求保持的恒值，则电动机的旋转方向应该使调压器的滑动触点向上以增加加热电压。这里可以看到，系统的作用是闭合点向上以增加加热电压。这里可以看到，系统的作用是闭合的，即形成的，即形成闭环系统闭环系统，也即说明有，也即说明有反馈回路反馈回路。而反馈的性质。而反馈的性质使炉温回复到给定的恒值；而不是炉温使炉温回复到给定的恒值；而不是炉温Uf大于大于Ur时，反馈使时，反馈使得炉温更大，或者得炉温更大，或者Uf小于小于Ur时反馈使炉温更小。后述系统不时反馈使炉温更小。后述系统不能正常保持被调量为能正常保持被调量为恒值恒值。这说明。这说明自动调节（控制）系统自动调节（控制）系统，一定要有一定要有“负反馈负反馈”。在恒值自动调节系统中，由给定环节。在恒值自动调节系统中，由给定环节给出的给定作用为恒值。它应赋予给出的给定作用为恒值。它应赋予“+”号。反馈量应赋予号。反馈量应赋予“-”号。这样才能保证实现号。这样才能保证实现“负反馈负反馈”。即误差电压。即误差电压U的的形成是：形成是：U=Ur-Uf。5959由给定环节给出的电压Ur代表所要求保持的炉温，它与3.2程序自动控制系统程序自动控制系统运 算控制器变 换放大器电动机工作机床切削刀具控制脉冲脉冲指令位移反馈测量元件60603.2程序自动控制系统运算变换电动机工作切削控当自动控制系统的给定信号当自动控制系统的给定信号(相当于上节中的相当于上节中的Ur)是已知的时间函数时，称这类系统为是已知的时间函数时，称这类系统为程序控制系统程序控制系统（ProgramControlSystem）。）。图图3.2表示一个仿模铣床表示一个仿模铣床的原理示意图。这是一个闭环控制系统。但是制做一个的原理示意图。这是一个闭环控制系统。但是制做一个精确的立体木模是一个精细、费工的工作。所以后来又精确的立体木模是一个精细、费工的工作。所以后来又将木模以纸带（或磁带）上的脉冲系列来代替，这时的将木模以纸带（或磁带）上的脉冲系列来代替，这时的闭环控制系统如图闭环控制系统如图3.3所示。加工时，由光电阅读机把所示。加工时，由光电阅读机把记录在穿孔纸带（或磁带）上的程序指令，变成电脉冲记录在穿孔纸带（或磁带）上的程序指令，变成电脉冲（即指令脉冲），送入运算控制器。运算控制器完成对（即指令脉冲），送入运算控制器。运算控制器完成对控制脉冲的寄存、交换和计算，并输出控制脉冲给执行控制脉冲的寄存、交换和计算，并输出控制脉冲给执行机构。执行机构根据运算控制器送来的电脉冲信号，操机构。执行机构根据运算控制器送来的电脉冲信号，操作机床的运动，完成切削成型的要求。作机床的运动，完成切削成型的要求。6161当自动控制系统的给定信号(相当于上节中的U3.3随动系统（伺服系统）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知的随时间变化的函数，这种自动控制系统称为随动系统随动系统（Servo-mechanism）。）。国防上的炮跟踪系统（图国防上的炮跟踪系统（图2.18和图和图2.19）、雷达导引系统（图）、雷达导引系统（图2.18上的左图）和天文望远镜的跟上的左图）和天文望远镜的跟踪系统等都属于随动系统。踪系统等都属于随动系统。62623.3随动系统（伺服系统）在反3.4自动控制系统的组成自动控制系统的组成（1）给定环节给定环节产生给定的输入信号；产生给定的输入信号；（2）反馈环节反馈环节对系统输出（被控制量）进行测量，将它转换成对系统输出（被控制量）进行测量，将它转换成反馈信号；反馈信号；（3）比较环节比较环节将给定的输入信号和反馈信号加以比较，将给定的输入信号和反馈信号加以比较，产生产生“误差误差”信号；信号；（4）控控制制器器（调调节节器器）根根据据误误差差信信号号，按按一一定定规规律律，产产生生相相应应的控制信号。控制器是自动控制系统实现控制的核心的控制信号。控制器是自动控制系统实现控制的核心部分；部分；（5）执行环节（执行机构）执行环节（执行机构）将控制信号进行功率放大，并能使将控制信号进行功率放大，并能使被控对象的被控量变化；被控对象的被控量变化；（6）被控对象被控对象控制系统所要控制的设备或生产过程，它的输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；出就是被控量；（7）扰扰动动除除输输入入信信号号外外能能使使被被控控量量偏偏离离输输入入信信号号所所要要求求的的值值或或规律的控制系统内、外的物理量。规律的控制系统内、外的物理量。63633.4自动控制系统的组成（1）给定环节自动控制系统的各环节功能框图自动控制系统的各环节功能框图给定输输入入给定环节给定环节控制器控制器放放 大大 环环节节执行环执行环节节被被 控控 对对象象误差误差反反馈馈信信号号输输出出扰扰动动+_反馈环节反馈环节6464自动控制系统的各环节功能框图给定输入给定环节控制器放大3.5自动化仪表自动化仪表（1）传感器传感器 实现对信号的检测并将被测的物理量变换为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另一个物理量(通常是电量通常是电量)，例如热电偶；，例如热电偶；（2 2）变送器变送器 与传感器配套，使输出成为标准信号。例如对与传感器配套，使输出成为标准信号。例如对DDZ DDZ 电动单元组合仪表，标准信号为电动单元组合仪表，标准信号为4 204 20ma ma；（3 3）控制器（调节器）控制器（调节器）采用模拟信号的调节器使用较多，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）。的控制（调节）规律产生输出信号以推动执行机构（执行器）。控制器起了图控制器起了图3.43.4中给定环节、比较环节和控制器三者的作用；中给定环节、比较环节和控制器三者的作用；（4 4）放大器放大器 用以增加信号的幅度或用以增加信号的幅度或(和和)功率，如如晶体功率，如如晶体管放大器，也可以由电信号放大到气动信号（如电管放大器，也可以由电信号放大到气动信号（如电-气转换器）；气转换器）；（5 5）执行机构执行机构 接受控制器来的信息并对被控对象施加控接受控制器来的信息并对被控对象施加控制作用，如电动机制作用，如电动机M M。工业控制常用的执行机构是气动薄膜调节阀、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。液压伺服马达、电动调节阀等。65653.5自动化仪表（1）传感器实现对信号3.6控制器控制和计算机控制控制器控制和计算机控制以上系统的各个信号：输入信号、误差、控制器输以上系统的各个信号：输入信号、误差、控制器输出和输出量等都是出和输出量等都是模拟模拟信号，即随时间连续变动的信号。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在一些现代的控制系统中常用微型计算机微型计算机来代替控制器，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。这时适应控制等等。这时计算机控制系统计算机控制系统（ComputerControlSystem）的框图如图的框图如图3.5所示。其特点是系统中所示。其特点是系统中一处或几处的信号具有一处或几处的信号具有数字代码数字代码，此外还有，此外还有离散信号离散信号（采样信号）的出现如图（采样信号）的出现如图3.6。系统的另一个特点是以。系统的另一个特点是以计算机程序来实现计算机程序来实现PID控制规律或更复杂的控制规律。控制规律或更复杂的控制规律。66663.6控制器控制和计算机控制以上系统的各模-数转换器计算机中央处理器数-模转换器保持器被控对象连续偏差离散偏差数字偏差数 字控制量连 续控制量离 散控制量连续输出输 入给定值+_图图3.5计算机控制系统框图计算机控制系统框图 图图3.6模拟信号采样示意图模拟信号采样示意图6767数-模连续离散数字数字连续离散连续输入+_3.7 3.7 自动控制和远距离控制自动控制和远距离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。是较短的。68683.7自动控制和远距离控制在一个自动化系统中各设备和自动远距离测量（遥测）系统远距离测量（遥测）系统图图3.8遥测系统框图遥测系统框图发发送送单单元元发送端发送端接收端接收端有线有线无线无线接接收收单单 元元解解编编单单元元纪录单元纪录单元显示单元显示单元数数据据处处理理单单元元传传感感单单元元变变换换单单元元数数据据采采编编单单元元存储纪录重放单元存储纪录重放单元来来自自被被测测对对象象在一个自动化系统中，若是设备之间有较长的距离，例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。纤维等。6969远距离测量（遥测）系统图图3.9 3.9 远距离控制远距离控制(遥控遥控)系统框图系统框图发 生 器遥控指令指 令 编 码 器调 制 器发 射 机信 道接 收 机解 调 器译 码 器执 行 机 构被 控 对 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（图过解调、译码等反变换处理，恢复为原来的形式（图3.8和图和图3.9）。）。7070图3.9远距