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了將轉速轉換為電壓值，控制系統中接入測速發電機，它的輸出電壓反映轉速值的大小。設
定電壓值U。與測速發電機的輸出電壓“進行比較，只要兩者不相等，就會產生偏差信號，
控制器根據偏差信號控制電路的工作，進而使可控硅的導通狀態改變，這樣就可以使直流電
動機的轉速得到精確控制。可見，信號經過了從輸出到輸入，再返回到輸出這樣一個控制環
路，因此稱這一系統為閉環控制系統。
圖3.1 -2閉環控制系統
    在控制技術中，電量、非電量及其部件的聯接很復雜。為了使控制系統容易理解，經常
采用方框圖的形式表示控制系統的基奉結構。上述的閉環系統可以用圖3.1 -3所示的方框
圖表示。它由控制對象（電動機）和控制器（放大器、觸發器等）組成。反饋通道的反饋
網絡一般就是一個分壓器。這些部件組成一個閉合的環路。在閉環系統中，輸出信號（實
際值）與設定值進行比較，誤差信號通過控制器傳送到控制對象的輸入端。
    閉環控制系統的優點是采用了反饋，因而使系統響應不受外界擾動的影響，具有精度高
的優點；但閉環系統結構復雜，容易產生振蕩，在設計控制器時需要著重考慮。
    在圖3.1  -3中，如果把反饋信號斷開，就變成了開環控制系統，如圖3.1-4所示。這
時輸出量不參與控制過程，輸出量是否與設定值一致，系統也無法控制，因此控制精度低。
但開環控制系統結構簡單，控制方便，容易實現。
圖3.1 -3閉環控制系統方框圖    圖3.1 -4開環控制系統方框圖
下面這個例子與飛行控制有關，我們可以結合專業進一步理解自動控制系統的基本概念。
50電子技術基礎
    飛機上的自動駕駛儀是一種能保持或改變飛機飛行狀態的自動裝置。它可以穩定飛行的
姿態、高度和航跡，可以操縱飛機爬高、下滑和轉彎。
  如同飛行員操縱飛機一樣，自動駕駛儀控制飛機飛行是通過控制飛機的三個操縱面——
升降舵、方向舵和副翼的偏轉來改變舵面的空氣動力特性，以形成圍繞飛機質心的旋轉轉
矩，從而改變飛機的飛行姿態和軌跡。現以比例式自動駕駛儀穩定飛機俯仰角為例，說明其
控制原理。圖3.1 -5所示為自動駕駛儀系統穩定俯仰角的原理示意圖。
水平方向
______——————--．一
圖3.1 -5飛機自動駕駛儀系統原理示意圖
    圖中，垂直陀螺儀作為測量元件用以檢測飛機的俯仰角，當飛機以給定俯仰角水平飛行
時，陀螺儀電位器沒有電壓輸出；如果飛機受到擾動，使俯仰角向下偏離期望值，陀螺儀電位
器輸出與俯仰角偏差成正比的信號，經放大后驅動舵機，一方面推動升降舵面向上偏轉，產生
使飛機抬頭的轉矩(r)，以減小俯仰角偏差；與此同時，帶動反饋電位器滑臂，輸出與舵偏
角成正比的電壓，并反饋到輸入端。隨著俯仰角偏差的減小，陀螺儀電位器輸出信號越來越
小，舵偏角也隨之減小，直到俯仰角回到期望值，這時舵面也恢復到原來的狀態。
    圖3.1 -6歷示為該系統的方框圖。圖中，飛機是控制對象，俯仰角是被控量，放大器、
舵機、垂直陀螺儀、反饋電位器等是控制裝置，即自動駕駛儀。設定值是給定的常值俯仰角。
控制系統的任務是在任何擾動（如氣流沖擊）作用下，始終保持飛機以給定的俯仰角飛行。
圖3.1 -6俯仰角控制系統方框圖
上篇模擬電子技術基礎51
3.1.2  自動控制系統的組成典型環節
    1．自動控制系統的組成
    根據控制對象和使用元件的不同，自動控制系統有各種不同的形式，但大都可以用幾個
基本環節表示。下面以圖3.1 -6所示系統為例來說明系統的組成和相關術語。
    (1)給定裝置
    它是設定被控制量給定值的裝置。由它調節給定量，以改變系統輸出量的大小。在此系
統中是給定電位器。給定裝置的精度對控制精度有很大影響，在控制精度要求較高時，常采
用數字給定裝置。
    (2)檢測及反饋環節
    其功能是測量被控量，并轉換為與給定量相同的物理量，再反饋到系統的輸入端，與給
定量進行比較。該環節的精度及特性直接影響控制系統的品質，是構成閉環控制系統的關鍵
部件。在飛機自動駕駛儀中，檢測及反饋元件是電位器和垂直陀螺儀。
    (3)控制器
    首先將反饋量與給定量進行比較，輸出差值信號，再根據這個偏差信號的大小和變化趨
勢，按預先設計的運算規律進行運算，并將結果輸出到執行機構。根據控制要求，控制器可
以是一個簡單的電壓或功率放大器，也可以對偏差信號進行微分或積分等運算，其目的是改
　
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