探析控制工程理論及工程應用

李冰玉

（西南交通大學，四川 樂山 614202）

探析控制工程理論及工程應用

Analysis of control theory and engineering application

李冰玉

（西南交通大學，四川 樂山 614202）

隨著現代科技和計算機信息技術的不斷發展，控制工程理論及其應用方法也日益完善，在國民經濟建設和社會生產生活中的作用日益凸顯。本文從控制工程理論的產生和發展出發，系統探討控制工程理論的應用情況。

控制理論；控制工程；應用

相對論、控制論及量子論誕生于20世紀20年代，被稱之為現代科學的重要革命。人們通過這三個理論進一步認識了客觀世界，為社會生產和文明進步產生了巨大影響[1]。隨著科學技術的進步和發展，控制工程理論在工農業、交通運輸業、生物、信息等方面有廣泛應用。所以，對控制工程理論及其應用情況進行研究有著重要的現實意義。

1 控制理論和控制工程的概述

1.1 控制理論的誕生

控制理論是一門實踐性和應用性很強的自然學科，其誕生于第一次技術革命，在18世紀中期，瓦特在發明蒸汽機不久，在蒸汽機運轉速度的控制工作中應用到離心式飛錘調速器原理，以此開啟基于蒸汽動力的機械化技術時代。再此之后，工程研究界逐步將控制理論應用到調速穩定性方面的研究中。伴隨通訊、信息處理等技術的發展，電氣工程師開始對控制系統進行全面、系統的研究，為控制工程理論的形成和發展奠定了重要基礎[2]。

1.2 控制理論的發展

控制工程理論主要經歷了三個階段的發展。

第一階段（20世紀40～60年代），也就是古典控制理論階段。主要是解決單向輸入、輸出等方面的問題，而此類問題的妥善解決需要應用到的方法有頻率特性、函數等，同時大部分探討的是線性定常系統。

第二階段（20世紀60～70年代），也就是現代控制理論。主要解決較為復雜的問題，需要應用數學計算機的分析和實時性控制，在此過程中，會出現時變、非線性、輸出輸入不均衡等較為復雜性的問題。

第三階段（20世紀70年代到現在），也就是智能和系統理論控制階段，一方面智能化控制實際是對控制理論的深入挖掘，對人類的智能行為息和信息傳輸控制進行研究；而系統理論則是當前計算機系統的設計和結構等理論進行研究。

2 控制工程理論的應用分析

2.1 作為方法論的應用

進入21世紀以來，應用最為廣泛的是3C技術，也就是通信、控制及計算機三項技術，其中計算機技術是核心，通信技術是關鍵，而控制技術則是基礎，因而控制工程理論已然發展為基礎性學科。同時，控制工程理論體系中的系統智能、系統結構及系統反饋等理論不但在自然學科各個方面有著廣泛應用，而且在人文社會科學中也逐步應用開來。因此，有些專家認為，該理論已然不是單純性學科，逐步發展為相對系統的世界觀和方法論[3]。控制工程理論有其自身的特點，且某些概念具有鮮明的獨特性和普適性。控制工程理論在實際應用中，有兩個概念是關鍵。

（1）系統概念。目前，在社會和經濟發展中，系統性問題日益凸顯，特別是在整個社會中開展的復雜課題研究和系統中的應用，此為控制工程理論在現代科學技術中應用的一個必然趨勢。

（2）反饋概念。正是基于此概念，控制工程理論和其他學科理論有所區別。反饋使工程控制系統在很大程度上有著人類智能的某些特點，進而實現該系統在應用過程中的結構、參數等因素進行調整，提升運作效率。

2.2 控制工程理論的實踐應用

（1）最優化控制，控制工程理論應用中最為核心的內容就是最優化控制，也就是滿足既定約束條件下，明確最優的控制策略，以使性能指標的極值化，進而使控制工程系統在性能上獲得最佳效果的基礎條件和方法，也就是在受控制運動中或動力系統中，從不同方案中選擇最理想方案，進而使系統在運作中獲得最佳性能和指標。

（2）兩種方法的應用，即PDI控制器和Kalman濾波器的應用。此兩種方法在諸多工程系統中有廣泛應用。系統穩定性和最佳性是線性模型證明。另外，這兩種方法可應用到諸多非線性系統中。研究者通過控制工程理論的反饋機制開展的定量研究就是基于這兩種方法。

（3）三類系統的應用，在實際生活中，控制工程理論應用最為典型的就是控制水槽的水位，還有電熱器的溫度調控。此類應用中的控制理論就是應用自動化高度和溫度測試儀器等達到預期調控的目標。工程自控系統應用目的在于達成控制目標，主要是由被控制對象和自動化儀表構成的閉環系統。根據結構形式分成開環控制系統、閉環控制系統及復合控制系統，這三個系統根據實際需要有著廣泛應用。

3 結束語

總之，隨著社會經濟的發展，及現代科技的進步，控制工程理論的重要性和實用性日益凸顯。伴隨相關理論的發展和成熟，控制工程理論及方法也日益完善，在工業、農業、運輸業等現代化建設和發展中應用開來，同時也逐步滲透到現代高新產業、能源開發和利用中，所以，在新時期，要特別重視它的理論和實踐研究，為現代化、信息化、智能化建設給予支持。

[1] 王海龍.談控制理論與控制工程的發展與應用[J].科技創新導報，2013，14（9）：214~216.

[2] 牟銘，李懋蕊.控制理論與控制工程的發展與應用探討[J].山東工業技術，2015，10（9）：211~213.

[3] 郭雷. 關于控制理論發展的某些思考[J]. 系統科學與數學，2011（9）：314~315.

(P-06)

TB114.2

1009-797X (2015) 24-0126-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.050

李冰玉（1994-），女，現讀于西南交通大學，本科，研究方向為機電一體化。

2015-11-26