番茄采摘机
测试与控制技术，简称测控技术，是信息科学的重要组成部分，它与计算机技术和通信技术构成了完整的信息技术学科。测控技术广泛应用于国民经济各个领域，无论是工程研究、产品开发，还是质量监控、性能试验等，都离不开测控技术。测控技术是人类认识客观世界的手段，是科学研究的基本方法。
测控技术可分为测试与控制两大部分，两部分相辅相成，密切相连。测试是控制的前提，而控制反过来又往往为测试提供原理或方法保障。即使是单纯的测试系统，甚至单个的测试环节也与控制理论密切相连，如反馈式加速度传感器、伺服指示仪表等均需在控制理论的指导下进行分析设计。
测试是具有试验性质的测量，是测量和试验的综合，测试的目的是确定被测对象或系统属性的量值。测试技术又由传感器技术、检测技术和数据处理技术共同构成。其中传感器类似于人的感觉器官，它将被测对象的输出以及内部的状态等属性量（统称为被测量），如力、位移、温度等，转换为易于量测的信号，传递给检测环节；检测环节对来自传感器的信号进行进一步的处理，将信号量化为一定的数值；而数据处理则对量化后的信号进行进一步的运算、分析，将其转变为直观的结果显示给操作者或用于控制系统的运行行为。
控制技术通过人或外加的辅助设备或装置（称为控制装置或控制器），使得被控对象或系统，如机器、生产过程等的工作状态或参数（即被控量）按照预定的规律运行。对无需人的直接干预即可运行控制系统，称为自动控制系统。一个简单的恒温箱控制系统的例子如下图1.1 所示。
（a ）人工控制的恒温箱（b ）自动控制的恒温箱
图 1.1 恒温箱控制系统
恒温箱控制的要求是克服外界干扰（如电源电压波动、环境温度变化等等），保持箱内温度恒定，以满足物体对温度的要求。显然为了实现温度的恒定控制，必须首先对箱内温度进行测量。对于图 1.1 （ a ）所示的人工控制的恒温箱，其控制或调节过程可归结如下：
拆装螺杆料筒(1) 操作者观测由测量元件（温度计）测出的恒温箱内的温度（被控制量）。
(2) 将测得的温度与要求的温度值（给定值）进行比较，得出温度差值（称为偏差）的大小和方向。 (3) 根据偏差的大小和方向，操作者通过调节调压器进行控制。当恒温箱内温度高于所要求的给定温度值时，移动调压器使电流减小，温度降低。若温度低于给定的值，则移动调压器，使电流增加，温度升到正常范围。
显然，人工控制的过程就是通过眼睛测量、大脑求取偏差、再通过手控制调压器改变加热电阻丝的发热量以纠正温度偏差的过程，简言之即―检测偏差再纠正偏差‖。
人工控制要求操作者随时观察箱内温度的变化情况，随时进行调节。为了将操作者从这种机械式的重
复劳动中解脱出来，可以设计一个控制器来完成人的工作，将上面的人工控制变成如图1.1 （b ）所示的自动控制系统。其中，恒温箱的所需温度由电压信号u 1 给定。当外界因素引起箱内温度变化时，作为测量元件的热电偶，把温度转换成对应的电压信号u 2 ，并反馈回去与给定信号u 1 相比较，所得结果即为温度的偏差信号Δ u = u 1 - u 2 。经过电压、功率放大后，用以改变执行电动机的转速和方向，并通过传动装置拖动调压器动触头。当温度偏高时，动触头向着减小电流的方向运动，反之加大电流，直到温度达到给定值为止。即只有在偏差信号Δ u = 0 时，电动机才停转。这样就完成了恒温箱所要求的自动控制任务。
易见，自动控制系统和人工控制系统的共同特点都是要检测偏差，并用检测到的偏差去纠正偏差。因此，检测是控制的前提，而没有偏差就不会有控制调节过程。控制系统的工作原理可以归纳如下：
(1) 检测输出量的实际值。
(2) 将实际值与给定值（输入量）进行比较得出偏差值。
(3) 用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。
在控制系统中，给定量又称系统的输入量，被控制量也称系统的输出量。输出量的返回过程称为反馈，它表示输出量通过测量装置将信号的全部或一部分返回输入端，使之与输入量进行比较。比较产
生的结果称为偏差。在人工控制中，这一偏差是通过人眼观测后，由人脑判断、决策得出的；而在自动控制中，偏差则是通过反馈，由控制器进行比较、计算产生的。由于存在输出量反馈，系统能在存在无法预计扰动的情况下，自动减少系统的输出量与参考输入量（或者任意变化的希望的状态）之间的偏差，故称之为反馈控制。而将基于反馈原理、通过" 检测偏差再纠正偏差" 的系统称为反馈控制系统。可见，作为反馈控制系统至少应具备测量、比较（或计算）和执行三个基本功能。
测控系统通常通过结构框图或功能框图清晰而形象地表示出来，图 1.2 给出了图 1.1 所示的恒温箱控制系统的功能框图。图中带有箭头的有向线段表示信息的传递路径，有向线段旁边标识的符号标识该线段所代表的信号；带有名称的方框表示构成系统的各个部件（即测控环节），进入方框的箭头表示信号输入，反之表示输出，各环节的作用是单向的，其输出受输入控制；― ? ‖代表比较元件，注意到进入比较元件的反馈信号u 2 旁边有一―－‖号，其含义是负号，即比较元件完成给定信号与反馈信号的相减操作以获取偏差信号产生控制作用，使偏差越来越小，这种控制称为负反馈控制。负反馈控制是实现自动控制最基本的方法，不同的控制系统尽管实现自动控制的装置可能不同，但自动控制的实现建立在反馈的基础之上。
（a ）人工控制的恒温箱
（b ）自动控制的恒温箱
图 1.2 恒温箱控制系统功能框图
2. 测控技术的任务是什么？
答：测控技术的任务主要有:
通过模型试验或现场实测，提高产品质量；
通过测控，进行设备强度校验，提高产量和质量；
监测环境振动和噪声，振源，以便采取减振、防噪措施；
通过测控，发现新的定律、公式等；
通过测控和数据采集，实现对设备的状态监测、质量控制和故障诊断。
3. 以方框图的形式说明测控系统的组成，简述主要部分的作用。
测控系统方框图如下：
（2）各部分的作用如下：
●传感器是将被测信息转换成某种电信号的器件；
溜逸●信号的调理是把来自传感器的信号转换成适合传输和处理的形式；
ngd-071●信号处理环节可对来自信号调理环节的信号，进行各种运算、滤波
和分析；
●信号显示、记录环节将来自信号处理环节的信号显示或存贮。
●模数（A/D）转换和数模（D/A）转换是进行模拟信号与数字信号相互转换，以
便用计算机处理。
4.测控技术的发展动向是什么?
传感器向新型、微型、智能型方向发展；
测控仪器向高精度、多功能、小型化、在线监测、性能标准化和低价格发展；
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至音源参数测量与数据处理向计算机为核心发展；
1求周期方波的傅立叶级数（复指数函数形式），画出|c n|-ω和ϕ-ω图。
解：(1)方波的时域描述为：
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