二、控制的分类

根据人对控制过程的干预程度不同，控制可分为手动控制、自动控制和智能控制。

（一）手动控制

由人本身通过判断和操作进行的控制称为手动控制，也叫人工控制。例如驾驶汽车时，司机为到达目的地，需要根据路况和车况不断地操纵方向盘、油门、刹车；又如人的开、关灯，开、关门等行为也都为手动控制。

图4.4 上课时间的手动控制敲钟

在手动控制过程中，人是控制的主体。人体的感官接收到控制对象的信息，通过大脑的分析判断做出决定，再控制手脚做出相应的动作完成对控制对象的调整，从而完成控制行为。

在电影、电视里可以看到，过去学校上课时间是由人敲钟（图4.4）来控制的。敲钟人通过观察钟表的时间决定什么时候敲钟，时间到了，就用锤子敲钟。后来有了电铃，敲钟就变成用开关控制打铃了。这都属于手动控制。

很多家用电器可以用遥控器控制，这实际上也属于手动控制，只不过不是直接用手去控制，而是用遥控器通过红外线间接进行控制。

（二）自动控制

自动控制是用各种控制装置代替人的感官、大脑和肢体，代替人自动完成控制动作。

现在有些楼道里采用的声、光控电灯，通过模仿人控制电灯的行为自动控制电灯的开关。首先通过光传感器（眼睛）感知楼道内的光线亮度，判断是白天还是夜晚；然后通过声音传感器（耳朵）感知是否有人通行；再通过控制装置（大脑）使执行装置（手）接通电源打开电灯（图4.5）。

光传感器  声音传感器

→ 控制装置→开关→电灯

图4.5 楼道电灯的自动控制

程序控制是让机器按照人提前设定好的时间和顺序进行工作。如上课铃声就是人们根据上、下课时间提前设定的，电铃装置按照设定好的时间响铃。交通信号灯、洗衣机等都是由程序控制的。程序控制也属于自动控制，在工业生产中有更加广泛的用途。

探究与交流

为了节能减耗，商场里的扶梯在没有人乘坐时低速运行，当有人乘坐时才以正常速度运行（图4.6）。对扶梯速度的控制，是自动控制吗？如果是，请探究扶梯是如何感应有没有人乘坐的。

图4.6 自动变速扶梯

（三）智能控制

智能控制是指智能机器在无人干预的情况下，能模仿人的感知、判断和行为，自主地实现控制目标的自动控制技术。

智能控制系统可以像人一样，对环境变化或突发情况进行监测、判断和应对。智能控制系统具有自适应、自学习和自协调能力，可以自动地完成拟人任务。

智能服务机器人有的可以协助患者医疗康复、助老助残，有的可以进行儿童看护、协助儿童学习，有的还可以打扫卫生、炒菜做饭。如今，在配备了人工智能系统的医院，其门诊大厅的导医智能机器人（图4.7）能够像真人一样回答患者提出的问题，更好地为患者服务。

图4.7 导医智能机器人

智能控制可以看作是自动控制的发展和进化，是传统控制技术与快速发展的计算机技术结合而演化出来的。近年来，人工智能技术发展迅速，在文字、声音和图像识别，数据检索和记忆，逻辑思维等方面接近甚至超过人类。因此，智能控制在理论上可以达到甚至超过人工控制的水平。

实践与体验

贴鼻子游戏

画一个没有鼻子的人的面部画像挂在墙上，用一张带不干胶的红纸剪一个圆代表鼻子。在一定的距离外蒙上眼睛，走过去把鼻子贴到画像的鼻子处。

分析一下，为什么睁开眼睛很容易做到的事情，蒙上眼睛就不容易了呢？

把“贴鼻子”当作控制行为来分析一下，整个控制过程是怎样的？

三、典型控制案例

（一）蒸汽机速度调节装置

1788年，詹姆斯·瓦特（James Watt）发明了飞球调节器，用于调节蒸汽机的转速，其原理见图4.8。调节器有一对与蒸汽机轴相连的重球，当蒸汽机轴转动时带动重球旋转。当蒸汽机的负荷减小时转速变快，重球在离心力的作用下远离旋转轴，带动与其连接的一端上升，通过杠杆作用带动汽控阀的把手向下移动，关小阀门，降低转速；当蒸汽机的转速变慢时，重球的离心力减小，在重力作用下接近旋转轴，以相应的方式带动汽控阀的把手向上移动，开大阀门，增加转速，使蒸汽机的转速控制在一个固定的范围内。

飞球调节器是一个经典的控制装置，其控制目标是要把蒸汽机的转速稳定在一定范围内，方法是通过飞球调节装置调节蒸汽机的阀门，控制蒸汽的流量，从而控制蒸汽机的转速使其稳定。

图4.8 飞球调节器的原理

（二）都江堰水利工程

都江堰水利工程是我国古代人造控制工程的典范，历经两千多年，现在依然发挥着作用。

都江堰水利工程可以自动控制进入成都平原的水量，不需要人工调节。都江堰水利工程由鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道和宝瓶口三部分组成（图4.9），其作用是把岷江的一部分水引入成都平原。岷江的水量较大，而且不同的季节水量变化很大。如果把岷江的江水全部引入，必然造成雨季洪水泛滥。鱼嘴分水堤的作用是把岷江分成外江和内江，只让一部分江水通过内江进入成都平原，其余的江水从外江流走。

鱼嘴分水堤的设计保证了在枯水期所分流到内江的水量能够满足农业灌溉和人民生活所需。但在洪水期，其分流的水量就会大于需要。

这时，后面的宝瓶口和飞沙堰溢洪道就发挥了作用。宝瓶口的宽度是一定的，两面是陡峭的山崖。当来水量增大时，水位上涨，超过飞沙堰溢洪道高度时，一部分江水就会从飞沙堰溢洪道溢出，流入外江，从而控制了进入成都平原的水量，避免引发洪水。

鱼嘴分水堤 外江 内江 宝瓶口 飞沙堰溢洪道

图4.9都江堰水利工程

都江堰水利工程的控制目标就是要使进入成都平原的水量适度，通过宝瓶口的限流和飞沙堰溢洪道的限流来调节水量，从而达到控制进入成都平原的水量的目的。

探究与交流

老鹰追兔子（图4.10）的行为也是一种控制过程。尝试分析一下老鹰的控制过程。军事领域的导弹防御系统中，雷达侦察敌机位置信息，通过网络传递给计算机，计算机经过处理后，将控制命令传递给导弹上的驱动装置，并操作导弹的飞行路线。这个控制过程与老鹰追兔子中老鹰的控制过程相似吗？请具体说明。

图4.10 老鹰追兔子

活动延伸

分析下列表格（表4.1）中常见的控制系统是手动控制还是自动控制，并在相应的位置画√。

表4.1 常见控制系统的控制方式

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