試論自動(dòng)控制工程基礎(chǔ)與應(yīng)用

陳鵬元（山東科技大學(xué),山東　青島　271000）

試論自動(dòng)控制工程基礎(chǔ)與應(yīng)用

陳鵬元
（山東科技大學(xué),山東青島271000）

摘要：自動(dòng)控制工程基礎(chǔ)是機(jī)電專業(yè)中的基礎(chǔ)內(nèi)容，自動(dòng)控制理論主要研究的是自動(dòng)控制系統(tǒng)組成和設(shè)計(jì)等部分的基礎(chǔ)性理論知識(shí)。近年來(lái)自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)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(duì)自動(dòng)控制工程基礎(chǔ)和應(yīng)用進(jìn)行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制工程；基礎(chǔ)；應(yīng)用

0　前言

自動(dòng)控制系統(tǒng)通常都是由對(duì)象和控制裝置兩個(gè)部分組成的，多年來(lái)控制工程基礎(chǔ)課程方面仍然存在著一些問(wèn)題。自動(dòng)控制作為一門(mén)專業(yè)課程，近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也得到了一定的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為了新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)當(dāng)中的重要點(diǎn)之一。自動(dòng)控制理論的發(fā)展和應(yīng)用將會(huì)徹底的使勞動(dòng)發(fā)生改變，提升勞動(dòng)生產(chǎn)力和產(chǎn)品的質(zhì)量，達(dá)到節(jié)省資源的目的。

1　自動(dòng)控制概述

自動(dòng)控制是由控制對(duì)象和控制裝置兩個(gè)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(fù)反饋控制，這種控制方式主要依靠系統(tǒng)接受偏差信號(hào)，用偏差信號(hào)來(lái)起到控制的作用，它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但同時(shí)也具有較高的控制精準(zhǔn)度。其次是開(kāi)環(huán)控制和復(fù)合控制，復(fù)合控制是由開(kāi)、閉環(huán)組成的，有著兩種控制的綜合性優(yōu)勢(shì)。

自動(dòng)控制作為一門(mén)學(xué)科，在近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用對(duì)我國(guó)的信息化建設(shè)有著重要的作用。自動(dòng)控制理論的發(fā)展與應(yīng)用有可能會(huì)改變?nèi)祟?lèi)的勞動(dòng)力，使得勞動(dòng)生產(chǎn)率得到大幅度的提升，同時(shí)提升產(chǎn)品的質(zhì)量，節(jié)省資源，將會(huì)在未來(lái)得到更加廣泛的應(yīng)用。

1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)種類(lèi)

自動(dòng)控制系統(tǒng)是十分復(fù)雜的，當(dāng)中包含了很多不同的類(lèi)型。控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)等會(huì)隨著時(shí)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(shí)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(lái)我國(guó)已經(jīng)對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究，形成了成熟的研究成果。

1.2自動(dòng)控制理論的發(fā)展歷程

自動(dòng)控制理論是在人類(lèi)的不斷發(fā)展和實(shí)踐中而得來(lái)的，并隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而得到了進(jìn)一步的完善。上個(gè)世紀(jì)科學(xué)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(wèn)題。現(xiàn)代化控制理論中常常會(huì)使用到其他的一些空間系統(tǒng)發(fā)展，只有通過(guò)自動(dòng)控制才能實(shí)現(xiàn)對(duì)行業(yè)的了解和自動(dòng)化理論的了解。自動(dòng)控制理論的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)不同的時(shí)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

對(duì)于模擬式控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它的調(diào)節(jié)器是由模擬部件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)中的信號(hào)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，控制器全部是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種系統(tǒng)的執(zhí)行部件和控制對(duì)象的信號(hào)通常都是根據(jù)事件變化的模擬量。對(duì)于控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一定要建立相關(guān)的數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)模型，以此來(lái)利用解析法以及實(shí)驗(yàn)分析法來(lái)建立一種關(guān)系，并對(duì)其進(jìn)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(dòng)控制系統(tǒng)模型

在進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析中，應(yīng)建立起相同的數(shù)字模型，可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的原理等來(lái)建立起一種關(guān)系，使得更加方便分析和理解。控制系統(tǒng)中的數(shù)學(xué)模型、離散系統(tǒng)分析等內(nèi)容所強(qiáng)調(diào)的都是物理概念和實(shí)際的應(yīng)用。建立自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型首先應(yīng)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(duì)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖有著正確的理解，同時(shí)能由系統(tǒng)微分方程組來(lái)畫(huà)出基本的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。應(yīng)正確的理解傳遞函數(shù)的意義，對(duì)結(jié)構(gòu)變化等能熟練的掌握，對(duì)一些比較常見(jiàn)的系統(tǒng)經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)變換圖，使傳遞函數(shù)得出值。其次，應(yīng)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(xué)模型本就是比較抽象的模型，利用數(shù)學(xué)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(duì)系統(tǒng)分析的基本方法進(jìn)行了詳細(xì)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(duì)其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究。當(dāng)中含有穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)性能的分析，主要看其是否能達(dá)到規(guī)定的要求，并分析這些參數(shù)變化和動(dòng)態(tài)性能的影響，使其滿足設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求，當(dāng)有系統(tǒng)不能滿足要求時(shí)，就應(yīng)當(dāng)找到解決系統(tǒng)控制性能的方式[2]。

4　系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行理論分析研究時(shí)的主要依據(jù)。控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型通常都有很多種類(lèi)，一般來(lái)說(shuō)微分方程、傳遞函數(shù)等比較常用。不同的數(shù)學(xué)模型之間可以進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。微分方程是用來(lái)描述控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的最基礎(chǔ)方式之一，傳遞函數(shù)則是在初始條件下對(duì)線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。

（1）機(jī)理分析法。機(jī)理分析法的機(jī)理比較清晰，應(yīng)用的范圍較廣，但同時(shí)要求對(duì)象特性也比較清晰。

（2）實(shí)驗(yàn)測(cè)試法。這種方法對(duì)對(duì)象的特性清晰沒(méi)有過(guò)高的要求，只要有輸入和輸出數(shù)據(jù)就可以，但實(shí)驗(yàn)測(cè)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(lái)說(shuō)，用機(jī)理分析法來(lái)確定結(jié)構(gòu)，然后使用實(shí)驗(yàn)測(cè)試法來(lái)確定參數(shù)，使兩種方法的優(yōu)勢(shì)都得到充分的發(fā)揮，并克服當(dāng)中的缺點(diǎn)和限制。

有著積分作用的控制器，在單方面的信號(hào)偏差作用下，導(dǎo)致控制器脫離了正常的工作狀態(tài)，并進(jìn)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(yīng)在控制器輸出達(dá)到輸出范圍的上下限時(shí)，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(yǔ)

本文主要對(duì)自動(dòng)控制的基本理論和方法進(jìn)行了分析，并引入了一些相關(guān)的新知識(shí)和新技術(shù)，充分的體現(xiàn)出了時(shí)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(duì)象和任務(wù)。通過(guò)這樣的方式來(lái)使我們?cè)诳刂葡到y(tǒng)的觀點(diǎn)上不再是傳統(tǒng)的靜態(tài)觀點(diǎn)和局部觀點(diǎn)，而是從整體上得到鍛煉，幫助我們從整體系統(tǒng)中進(jìn)行信息的傳遞，并形成動(dòng)態(tài)行為。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]姚坤弟.計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)應(yīng)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(jī)中的應(yīng)用[J].山東電力技術(shù),2012,05(01):51-55.