試論自動控制工程基礎與應用

陳鵬元（山東科技大學,山東　青島　271000）

試論自動控制工程基礎與應用

陳鵬元
（山東科技大學,山東青島271000）

摘要：自動控制工程基礎是機電專業(yè)中的基礎內(nèi)容，自動控制理論主要研究的是自動控制系統(tǒng)組成和設計等部分的基礎性理論知識。近年來自動控制技術(shù)已經(jīng)廣泛的應用于工控制方面，在軍事、航海等方面也發(fā)揮出了重要的作用。本文主要對自動控制工程基礎和應用進行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：自動控制工程；基礎；應用

0　前言

自動控制系統(tǒng)通常都是由對象和控制裝置兩個部分組成的，多年來控制工程基礎課程方面仍然存在著一些問題。自動控制作為一門專業(yè)課程，近年來隨著科學技術(shù)的發(fā)展也得到了一定的發(fā)展和廣泛的應用，已經(jīng)成為了新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)當中的重要點之一。自動控制理論的發(fā)展和應用將會徹底的使勞動發(fā)生改變，提升勞動生產(chǎn)力和產(chǎn)品的質(zhì)量，達到節(jié)省資源的目的。

1　自動控制概述

自動控制是由控制對象和控制裝置兩個部分組成的。主要包含了以下三種控制方式：首先是閉環(huán)負反饋控制，這種控制方式主要依靠系統(tǒng)接受偏差信號，用偏差信號來起到控制的作用，它的結(jié)構(gòu)比較復雜，但同時也具有較高的控制精準度。其次是開環(huán)控制和復合控制，復合控制是由開、閉環(huán)組成的，有著兩種控制的綜合性優(yōu)勢。

自動控制作為一門學科，在近年來得到了廣泛的應用對我國的信息化建設有著重要的作用。自動控制理論的發(fā)展與應用有可能會改變?nèi)祟惖膭趧恿?，使得勞動生產(chǎn)率得到大幅度的提升，同時提升產(chǎn)品的質(zhì)量，節(jié)省資源，將會在未來得到更加廣泛的應用。

1.1自動控制系統(tǒng)種類

自動控制系統(tǒng)是十分復雜的，當中包含了很多不同的類型?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)等會隨著時間的變化而在系統(tǒng)中產(chǎn)生不同的變化，系統(tǒng)為定常系統(tǒng)。此外，一些結(jié)構(gòu)和參數(shù)等不隨著時間變化的系統(tǒng)則是線性定常系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是十分重要的系統(tǒng)，近年來我國已經(jīng)對此進行了詳細的分析和研究，形成了成熟的研究成果。

1.2自動控制理論的發(fā)展歷程

自動控制理論是在人類的不斷發(fā)展和實踐中而得來的，并隨著科學技術(shù)的進步而得到了進一步的完善。上個世紀科學技術(shù)和生產(chǎn)力的發(fā)展，在非線性系統(tǒng)等方面出現(xiàn)很多的系統(tǒng)控制問題?，F(xiàn)代化控制理論中常常會使用到其他的一些空間系統(tǒng)發(fā)展，只有通過自動控制才能實現(xiàn)對行業(yè)的了解和自動化理論的了解。自動控制理論的發(fā)展經(jīng)歷了三個不同的時期，一是經(jīng)典控制理論，二是現(xiàn)代控制理論，三是智能控制理論。

1.3模擬控制系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)

對于模擬式控制系統(tǒng)來說，它的調(diào)節(jié)器是由模擬部件來實現(xiàn)的，當中的信號都是根據(jù)事件的變化而連續(xù)變化的，可以隨意取值模擬。而計算機控制系統(tǒng)中，控制器全部是通過計算機來實現(xiàn)的，這種系統(tǒng)的執(zhí)行部件和控制對象的信號通常都是根據(jù)事件變化的模擬量。對于控制系統(tǒng)來說，一定要建立相關(guān)的數(shù)學數(shù)據(jù)模型，以此來利用解析法以及實驗分析法來建立一種關(guān)系，并對其進行分析研究。另外微分方式是控制系統(tǒng)的一種基本的方法，控制系統(tǒng)具有多樣性，因此控制系統(tǒng)的微分表現(xiàn)方式也存在很大的不同。

2　自動控制系統(tǒng)模型

在進行自動控制系統(tǒng)的設計和分析中，應建立起相同的數(shù)字模型，可以根據(jù)系統(tǒng)運動過程的原理等來建立起一種關(guān)系，使得更加方便分析和理解?？刂葡到y(tǒng)中的數(shù)學模型、離散系統(tǒng)分析等內(nèi)容所強調(diào)的都是物理概念和實際的應用。建立自動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型首先應正確的理解拉氏變換和拉氏反變化概念及其基本原理等[1]。對動態(tài)結(jié)構(gòu)圖有著正確的理解，同時能由系統(tǒng)微分方程組來畫出基本的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。應正確的理解傳遞函數(shù)的意義，對結(jié)構(gòu)變化等能熟練的掌握，對一些比較常見的系統(tǒng)經(jīng)過結(jié)構(gòu)變換圖，使傳遞函數(shù)得出值。其次，應熟練掌握微分方程和傳遞函數(shù)。熟悉函數(shù)的特征和概念。數(shù)學模型本就是比較抽象的模型，利用數(shù)學模型能便于在理論研究上得到統(tǒng)一的屬性。

3　分析法和研究系統(tǒng)

線性系統(tǒng)能分為最小相位系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，我們主要對系統(tǒng)分析的基本方法進行了詳細的分析，系統(tǒng)分析就是在給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和工作條件下，對其數(shù)學模型進行研究。當中含有穩(wěn)定和動態(tài)性能的分析，主要看其是否能達到規(guī)定的要求，并分析這些參數(shù)變化和動態(tài)性能的影響，使其滿足設計自動控制系統(tǒng)的要求，當有系統(tǒng)不能滿足要求時，就應當找到解決系統(tǒng)控制性能的方式[2]。

4　系統(tǒng)數(shù)學模型

數(shù)學模型是對系統(tǒng)進行理論分析研究時的主要依據(jù)?？刂葡到y(tǒng)的數(shù)學模型通常都有很多種類，一般來說微分方程、傳遞函數(shù)等比較常用。不同的數(shù)學模型之間可以進行相互轉(zhuǎn)換。微分方程是用來描述控制系統(tǒng)動態(tài)特性的最基礎方式之一，傳遞函數(shù)則是在初始條件下對線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。

（1）機理分析法。機理分析法的機理比較清晰，應用的范圍較廣，但同時要求對象特性也比較清晰。

（2）實驗測試法。這種方法對對象的特性清晰沒有過高的要求，只要有輸入和輸出數(shù)據(jù)就可以，但實驗測試法則受到適用面的限制。

（3）結(jié)合法。結(jié)合法也就是上述兩種方法的結(jié)合，一般來說，用機理分析法來確定結(jié)構(gòu)，然后使用實驗測試法來確定參數(shù)，使兩種方法的優(yōu)勢都得到充分的發(fā)揮，并克服當中的缺點和限制。

有著積分作用的控制器，在單方面的信號偏差作用下，導致控制器脫離了正常的工作狀態(tài)，并進入另一種深度飽和的狀態(tài)。想要控制飽和狀態(tài)出現(xiàn)，應在控制器輸出達到輸出范圍的上下限時，去掉積分作用，迫使積分作用輸出不再持續(xù)上升[3]。

5　結(jié)語

本文主要對自動控制的基本理論和方法進行了分析，并引入了一些相關(guān)的新知識和新技術(shù)，充分的體現(xiàn)出了時代變化的特征，利用基本的控制理論和概念介紹控制論的對象和任務。通過這樣的方式來使我們在控制系統(tǒng)的觀點上不再是傳統(tǒng)的靜態(tài)觀點和局部觀點，而是從整體上得到鍛煉，幫助我們從整體系統(tǒng)中進行信息的傳遞，并形成動態(tài)行為。

參考文獻：

[1]溫艷芬,李化民,周勝利.工業(yè)控制用計算機[J].工業(yè)計量,2014，04(01):15-19.

[2]姚坤弟.計算機軟硬件系統(tǒng)應用于工業(yè)控制[J].洪都科技,2010,05(02):30-33.

[3]倪慧君,馬光.嵌入式匯編在工業(yè)控制上位機中的應用[J].山東電力技術(shù),2012,05(01):51-55.