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了将转速转换为电压值，控制系统中接入测速发电机，它的输出电压反映转速值的大小。设
定电压值U。与测速发电机的输出电压“进行比较，只要两者不相等，就会产生偏差信号，
控制器根据偏差信号控制电路的工作，进而使可控硅的导通状态改变，这样就可以使直流电
动机的转速得到精确控制。可见，信号经过了从输出到输入，再返回到输出这样一个控制环
路，因此称这一系统为闭环控制系统。
图3.1 -2闭环控制系统
在控制技术中，电量、非电量及其部件的联接很复杂。为了使控制系统容易理解，经常
采用方框图的形式表示控制系统的基奉结构。上述的闭环系统可以用图3.1 -3所示的方框
图表示。它由控制对象（电动机）和控制器（放大器、触发器等）组成。反馈通道的反馈
网络一般就是一个分压器。这些部件组成一个闭合的环路。在闭环系统中，输出信号（实
际值）与设定值进行比较，误差信号通过控制器传送到控制对象的输入端。
闭环控制系统的优点是采用了反馈，因而使系统响应不受外界扰动的影响，具有精度高
的优点；但闭环系统结构复杂，容易产生振荡，在设计控制器时需要着重考虑。
在图3.1 -3中，如果把反馈信号断开，就变成了开环控制系统，如图3.1-4所示。这
时输出量不参与控制过程，输出量是否与设定值一致，系统也无法控制，因此控制精度低。
但开环控制系统结构简单，控制方便，容易实现。
图3.1 -3闭环控制系统方框图 图3.1 -4开环控制系统方框图
下面这个例子与飞行控制有关，我们可以结合专业进一步理解自动控制系统的基本概念。
50电子技术基础
飞机上的自动驾驶仪是一种能保持或改变飞机飞行状态的自动装置。它可以稳定飞行的
姿态、高度和航迹，可以操纵飞机爬高、下滑和转弯。
如同飞行员操纵飞机一样，自动驾驶仪控制飞机飞行是通过控制飞机的三个操纵面——
升降舵、方向舵和副翼的偏转来改变舵面的空气动力特性，以形成围绕飞机质心的旋转转
矩，从而改变飞机的飞行姿态和轨迹。现以比例式自动驾驶仪稳定飞机俯仰角为例，说明其
控制原理。图3.1 -5所示为自动驾驶仪系统稳定俯仰角的原理示意图。
水平方向
______——————--．一
图3.1 -5飞机自动驾驶仪系统原理示意图
图中，垂直陀螺仪作为测量元件用以检测飞机的俯仰角，当飞机以给定俯仰角水平飞行
时，陀螺仪电位器没有电压输出；如果飞机受到扰动，使俯仰角向下偏离期望值，陀螺仪电位
器输出与俯仰角偏差成正比的信号，经放大后驱动舵机，一方面推动升降舵面向上偏转，产生
使飞机抬头的转矩(r)，以减小俯仰角偏差；与此同时，带动反馈电位器滑臂，输出与舵偏
角成正比的电压，并反馈到输入端。随着俯仰角偏差的减小，陀螺仪电位器输出信号越来越
小，舵偏角也随之减小，直到俯仰角回到期望值，这时舵面也恢复到原来的状态。
图3.1 -6历示为该系统的方框图。图中，飞机是控制对象，俯仰角是被控量，放大器、
舵机、垂直陀螺仪、反馈电位器等是控制装置，即自动驾驶仪。设定值是给定的常值俯仰角。
控制系统的任务是在任何扰动（如气流冲击）作用下，始终保持飞机以给定的俯仰角飞行。
图3.1 -6俯仰角控制系统方框图
上篇模拟电子技术基础51
3.1.2 自动控制系统的组成典型环节
1．自动控制系统的组成
根据控制对象和使用元件的不同，自动控制系统有各种不同的形式，但大都可以用几个
基本环节表示。下面以图3.1 -6所示系统为例来说明系统的组成和相关术语。
(1)给定装置
它是设定被控制量给定值的装置。由它调节给定量，以改变系统输出量的大小。在此系
统中是给定电位器。给定装置的精度对控制精度有很大影响，在控制精度要求较高时，常采
用数字给定装置。
(2)检测及反馈环节
其功能是测量被控量，并转换为与给定量相同的物理量，再反馈到系统的输入端，与给
定量进行比较。该环节的精度及特性直接影响控制系统的品质，是构成闭环控制系统的关键
部件。在飞机自动驾驶仪中，检测及反馈元件是电位器和垂直陀螺仪。
(3)控制器
首先将反馈量与给定量进行比较，输出差值信号，再根据这个偏差信号的大小和变化趋
势，按预先设计的运算规律进行运算，并将结果输出到执行机构。根据控制要求，控制器可
以是一个简单的电压或功率放大器，也可以对偏差信号进行微分或积分等运算，其目的是改
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民用航空器维修基础系列教材 电子技术基础(29)
