所谓自动控制是指在无人参与的情况下，利用自动控制装置使被控制的生产设备或生产过程自动地按照预定的规律去工作的过程。而自动控制系统是按照某些规律连接为一个整体的元部件的组合，它们根据输入信号的要求调节相应的物理量，使之达到预期的目标，或按照预期的规律进行变化。

下面以直流电动机转速控制系统加以说明，如图1-1所示。

图1-1　直流电动机转速控制系统原理示意图

(a)开环控制系统；(b)闭环(反馈)控制系统

该系统的工作过程可以描述如下:电位器产生初始输入电压信号ug，通过控制器的处理产生控制直流电机电枢回路的控制电压ud，加在电机电枢回路上，使直流电动机旋转，产生一定的转速n或角速度ω，带动负载运转。如图1-1(a)所示，为一个开环控制系统。在此系统中，当由于负载的增减等因素使电动机转速发生变化，偏离希望值时，系统不能自动地进行调节，使之恢复希望的转速。若要实现此功能，就应该采用如图1-1(b)所示的闭环控制系统，也称反馈控制系统。它通过一个直流测速发电机，把直流电动机的输出转速变换为一个电压值ub，反送回输入端，与初始的输入电压ug做比较，若二者相等，表明电机实际转速与希望转速相等，可以不调节；若二者不等，表明电机实际转速偏离了希望转速，则系统把两个电压的差值经过控制器的放大处理后送给电动机，使电动机调节转速的大小，直到电机的输出转速与希望转速达到一致。如负载增加时，n会下降，测速发电机的输出电压ub下降，差值ug－ub上升(一般参考输入ug保持不变)，控制器输出ud也增加，则电机的转速上升，直到与希望值相等。

可见，闭环控制系统比开环控制系统性能优越，实现了系统的自动控制过程，控制的精度得到极大的提高。所以，闭环控制系统是自动控制原理研究的主要对象。现对一般自动控制系统中涉及的相关概念做以下说明。

(1)参考输入量:也称为给定值或希望值，是控制系统的输入量，也是系统输出应该达到的标准值或希望值。如图1-1中的电压信号ug。

(2)被控对象:也称受控对象，是指被控制的装置或设备，也可以是某个生产或工艺过程。如图1-1中的直流电动机即为被控对象。

(3)被控量:指被控制的物理量，即被控对象的输出量，也是控制系统的输出量，亦称受控量或输出量。实际控制系统中被控量往往是可以通过测量装置检测出来的可控物理量。如温度、压力、转速、流量等。图1-1中电动机的转速n即是系统的被控量。

(4)控制器:将输入信号按一定控制规律转换成控制量的元件或设备，也称为调节器、控制装置或校正装置。一般它由电子电路或微型计算机和功率变换器组成，可以将弱电信号放大以驱动后续的执行机构动作。控制器还可以具有复杂的函数关系。

(5)控制量:控制被控对象的物理量，是控制器或执行机构的输出，一般连接被控对象的输入端。如图1-1中的信号ud。

(6)测量元件:将一种物理量检测出来，按照某种规律转换成另一种物理量(一般为电信号)的元件或设备，也称为传感器、测量变送元件。在一般控制系统中用测量元件来检测被控量，将其转换成相应的电信号、气压信号等，以与参考输入量做比较。

(7)反馈:把被控量通过测量元件反送回输入端的过程，称为反馈。若反馈信号与参考输入信号作差，作为控制器输入的系统，称为负反馈系统。若反馈信号与参考输入信号作和，作为控制器输入的系统，称为正反馈系统。若系统没有反馈回路则构成开环控制系统(见图1-1(a))，若系统有反馈回路则构成闭环控制系统(见图1-1(b))。(www.daowen.com)

(8)偏差信号:参考输入量与测量元件反馈信号的差值称为偏差信号，是控制器的实际输入信号，是驱动系统实现自动控制的激励信号。如图1-1中的ug－ub。

(9)比较元件:将参考输入量与反馈量作差，得到偏差信号的元件称为比较元件。常用的比较元件有差动运放器、机械差动装置、电桥电路等。

(10)定值元件:也称为给定元件或装置，是设定或给出参考输入量的设备。常用的定值元件有电位器、指令开关、旋转变压器或计算机等。

(11)执行元件:是执行控制策略的机构，将控制量进行功率级别转换后加载在被控对象上控制其输出，可以看作是控制器的一部分。常用的执行元件有功率放大器、执行电机、调节阀等。

(12)扰动信号:是使被控对象输出偏离希望值的所有干扰信号。若干扰来自系统外部则称为外扰，来自系统内部则称为内扰。

了解了自动控制系统中相关的基本概念后，我们再来分析如图1-2所示的导弹发射架方位角控制系统。

图1-2　导弹发射架方位角控制系统结构及原理示意图

该系统的控制任务是使发射架能够转动到与手轮转动的方位角θr相一致的角度。系统的被控对象是导弹发射架，被控量是发射架转动的方位角θc，参考输入量是手轮转动的方位角θr，手轮和发射架的转动方位角分别通过电位器P1和P2转变为相应的电压值。电位器P1和P2并联后外接统一电源E0，形成电桥电路，其滑臂分别与输入轴和输出轴相连接，起测量和比较作用，产生偏差信号Δu。输入轴由手轮操作，输出轴由电枢控制直流电动机经减速后带动。

当导弹发射架的方位角与输入轴的方位角一致时，系统处于相对静止状态，当摇动手轮顺时针转动时，将会使电位器P1的滑臂转过一个角度，此时θr＞θc，产生误差角θe＝θr－θc，θe通过电位器P1和P2转换成偏差电压Δu＝ur－uc，Δu经过放大器放大后驱动电动机转动，带动导弹发射架顺时针转动，直至θc＝θr，uc＝ur，偏差电压Δu＝0，电动机停止转动。系统在新的条件下达到平衡，即发射架处于新的希望位置。若手轮逆时针转动，则调节过程相反。绘制导弹发射架方位角控制系统的原理方框图如图1-3所示。

图1-3　导弹发射架方位角控制系统原理方框图

该系统只要θc≠θr，偏差就会产生调节作用，作用的结果是消除偏差θe，使输出量θc严格地跟随参考输入量θr的变化而变化。