|||
在以上的控制过程中,我们可以看到,实施控制的人主要使用了三个器官。第一个是眼睛,用来看(专业术语为“测量”)室温。控制者的眼睛和温度计合称为传感器,其作用是将要控制的室温测量出来。第二个是大脑,用来比较测量值和设定值的差别并决定采取何种动作。我们把对测量值和给定值进行比较并发出控制信号的装置(器官)称为控制器。第三个是手,用来转动阀门。控制者的手和阀门合称为执行器。概括地说,人的作用有三个:测量、比较、动作。
测量并比较温度的过程,我们称为“反馈”。反馈原理是自动控制中最重要、最基本的原理。事实上,我们每一个人在其日常生活中都会自觉或不自觉地应用反馈原理。在许多的自然现象中,都有反馈的机理。比如,人体的许多生理参数,体温、血压、心跳、血糖、胰岛素分泌等之所以能够维持稳定,“反馈”的存在,功不可抹。又比如,在一个生态环境中,捕食者(比如说,狼)和被捕食者(比如说,鹿)的数量能够维持相对稳定,也是靠着“反馈”。因此,我们也可以说,自动控制实际上是人类对自然现象的一个模拟。同时,自动控制系统,往往又称为反馈控制系统。
我们可以使用下图表示室温的人工控制原理。图中的被控制过程(从阀门的开度变化到室温变化的过程)也称为被控对象。室温的变化经过温度计和眼睛送回了大脑(控制器),从而构成了信号的反馈。
通过以上的分析我们知道,如果使用一个(或者一些)设备(装置)替代人的测量、比较、动作工作,就可以实现自动控制了。下图表示室温的自动控制原理,和上图相比较,使用了设备来代替人的工作。控制器、执行器、传感器再加上被控对象就构成了一个自动控制系统。
你可能会说,一个自动控制系统一定会很复杂吧。其实,如果控制要求不是很高,被控对象不是很复杂;可以用比较简单的方式实现自动控制。下图是一个古代的水钟工作的示意图。我们来分析一下它的工作原理,如果能够保持中水箱液位的稳定,就能保证其流出的水流量的稳定;因而,下水箱的液位上升就会稳定;这样一来,指针就会稳定上升了。读者可以自己分析一下,通过浮动的水塞(红色部分)来保持中间的水箱液位稳定,是不是十分简单呀?当然,现代的自动控制系统都是基于计算机的了,称为计算机控制系统。
说到这里,你可能会问,“自动化”和“自动控制”的关系是怎样的呀?简单地说,“自动控制”是自动化的一个非常重要的组成部分。一般来讲,自动控制的作用是使某个装置(系统)的参数稳定或者按某种规律变化;或者,使某台机器(设备)“自动地”工作。大多数的自动控制都使用了反馈控制方式。当然也有例外的,例如,洗衣机的洗衣过程就没有使用反馈控制,而是使用程序(定时)控制的方式。我们把这种控制方式称为“开环控制”。之所以这样,主要是我们很难检测衣物的洁净程度。你也不妨自己分析一下,采用开环控制有什么好处;同时又会带来什么样的问题。
按照我们前面所说的,如果机器不仅能替代人的体力,同时还能替代(至少是部分替代)人的脑力,则可以称之为自动化。因此,现在很多的信息处理工作(数据的产生、传输、接收、存储、统计、查询、加工、识别等),都可以使用机器(计算机)来代替人
。例如,今天的银行已经使用计算机(网络)来存储客户的各种信息,使用各类设备来“自动地”为客户服务;我们把它称为“金融自动化”。又例如,很多的超市都使用计算机来存储和管理货物信息、客户信息、供应商信息等,我们把它称为“商业自动化”。人的指纹、虹膜、面部、字迹等的机器识别,称为“模式识别”;也是自动化的重要组成部分。
Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )
GMT+8, 2024-9-1 22:21
Powered by ScienceNet.cn
Copyright © 2007- 中国科学报社