試論自動控制工程基礎與應用

高坡 江蘇無線電廠有限公司

試論自動控制工程基礎與應用

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自動控制工程基礎作為機電專業(yè)的基礎性內(nèi)容，其理論核心主要研究的是自動控制系統(tǒng)組成和設計等部分的基本理論知識。近年來，自動控制技術(shù)在工控制方面得到廣泛應用，在軍事、交通、航空等領域也發(fā)揮著重要作用。本文主要對自動控制工程基礎和應用進行了分析和研究。

自動控制工程 理論基礎 應用分析

自動控制系統(tǒng)分別由控制裝置和對象構(gòu)成，盡管經(jīng)過了多年的不斷發(fā)展和完善，但是在控制工程基礎課程方面仍然存在著一些不足。隨著相關(guān)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，自動控制理論得到了長足進步，并成為了當前新型產(chǎn)業(yè)和相關(guān)技術(shù)的主要理論支撐之一。自動控制理論的發(fā)展和應用將徹底改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，產(chǎn)品質(zhì)量得到提高，生產(chǎn)資源利用率和生產(chǎn)效率大幅提升，減少了傳統(tǒng)生產(chǎn)模式所造成的浪費。

1 自動控制系統(tǒng)

自動控制包括了開環(huán)控制、閉環(huán)負反饋控制以及開環(huán)和閉環(huán)組合的復合控制。其中，閉環(huán)控制通過接受偏差信號實現(xiàn)控制作用，精準度高，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜。復合控制和開環(huán)控制，復合控制是由開、閉環(huán)兩部分組成，融合了兩種控制的特點。

隨著自動控制理論的不斷發(fā)展，推動了我國信息化建設的長足進步，取得了許多相關(guān)領域的成果。自動控制理論的發(fā)展與應用使得勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量得到大幅度的提升，同時節(jié)約了資源。發(fā)展自動控制技術(shù)，將會對人類的生產(chǎn)活動產(chǎn)生深遠影響。

1.1 自動控制系統(tǒng)分類

自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，系統(tǒng)組成的類型也多種多樣?？傮w上可以歸為兩大類：定常系統(tǒng)和線性定常系統(tǒng)。定常系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)等不是一成不變的，它們隨時間動態(tài)改變。線性定常系統(tǒng)的一些結(jié)構(gòu)和參數(shù)等為固定值，它們不隨著時間改變，該類型系統(tǒng)的應用較為廣泛，近年來我國相關(guān)學者已經(jīng)對此進行了大量研究，并取得了許多研究成果。

1.2 發(fā)展歷程

自動控制理論形成于人類生產(chǎn)實踐并從中得到發(fā)展，進而隨著科學技術(shù)的進步而不斷完善。它的發(fā)展歷經(jīng)了經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論、智能控制理論三個理論階段。要對自動控制理論全面了解，往往需要通過自動控制來實現(xiàn)，在現(xiàn)代控制理論中兼顧了其他空間系統(tǒng)的發(fā)展理論。

1.3 計算機控制系統(tǒng)與模擬控制系統(tǒng)

計算機控制系統(tǒng)與模擬控制系統(tǒng)的最大不同在控制器的工作原理。前者是通過計算機來實現(xiàn)，以事件變化模擬量作為系統(tǒng)控制對象和執(zhí)行部件的信號，而后者則是通過模擬部件來實現(xiàn)，其中的信號隨著事件改變而改變，所以該系統(tǒng)的模擬取值具有任意性。數(shù)學模型是控制系統(tǒng)的基礎，模型構(gòu)建完成后通過解析法、試驗分析法等方式建立相關(guān)性，然后對系統(tǒng)展開分析研究。

2 自動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型

在對自動控制系統(tǒng)的分析和構(gòu)建過程中，常常要需要構(gòu)建對應的數(shù)字模型，以便于理解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運行原理，并參考系統(tǒng)運動過程原理建立相關(guān)關(guān)系。理解拉式變換和拉式反變化概念和原理是建立自動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型的前提條件。通過對動態(tài)結(jié)構(gòu)圖準確理解，能夠利用微分方程準確的畫出基本結(jié)構(gòu)圖。通常情況下，自動控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)通過結(jié)構(gòu)變換圖輸出值。因此，要熟練掌握傳遞函數(shù)和微分方程，充分掌握其相關(guān)概念和特征，以便于在理論研究上得到統(tǒng)一屬性。

3 分析方法

線性系統(tǒng)包括非線性系統(tǒng)和最小相位系統(tǒng)。系統(tǒng)分析實際上就是對其數(shù)學模型進行分析，以相關(guān)參數(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等作為參考指標。其中包括穩(wěn)定和動態(tài)性能的分析，通過對參數(shù)變換和動態(tài)性能產(chǎn)生的影響進行分析和調(diào)控，使之達到自動控制系統(tǒng)的要求。

4 系統(tǒng)數(shù)學模型

控制系統(tǒng)的數(shù)學模型包括多種類型，常用的有微分方程和傳遞函數(shù)等，它們是對系統(tǒng)進行分析的基礎。傳遞函數(shù)是在初始狀態(tài)下對線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，微分方程用于描述控制系統(tǒng)的動態(tài)特性。不同的數(shù)學模型并不獨立，它們之間可以相互轉(zhuǎn)換。

實驗測驗法:該方法不要求較高的對象清晰特性，只要有輸入、輸出的數(shù)據(jù)就可以，但該方法的適用面較窄。

機理分析法:該方法的機理清晰，也要求對象特性清晰，應用范圍較大。

結(jié)合法:結(jié)合法指機理分析法和實驗測試法的組合，機理分析法通常用于確定結(jié)構(gòu)，實驗測試法則用于確定相關(guān)參數(shù)，兩種方法優(yōu)勢互補，并相互彌補了兩者的局限和不足。

控制器因為具有積分作用，它容易受到單方面信號偏差的影響進入深度飽和狀態(tài)，脫離原有的正常工作狀態(tài)。為了調(diào)控這種狀態(tài)的出現(xiàn)，一般的做法是在控制器的輸出范圍達到限值時，限制控制器的積分作用，停止系統(tǒng)的最終輸出，從而限制輸出值持續(xù)上升。

5 結(jié)束語

本文重點討論了自動控制系統(tǒng)的基本理論和分析方法，結(jié)合了近些年前沿的技術(shù)和相關(guān)理論，突出了自動控制理論與時俱進的特點，表明其可隨著技術(shù)的不斷發(fā)展具有良好的可升級性。從控制系統(tǒng)理論和概念的角度，介紹控制系統(tǒng)的對象和任務，改變我們對控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)觀念，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的靜態(tài)觀點和局部觀點，從整體上深入理解，形成動態(tài)行為。

[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.

高坡，1987.07，男，漢族，江蘇省徐州市豐縣，本科，助理工程師，從事電子通信方面的研究。