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中的基礎內容，自動控制理論主要研究的是自動控制系統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已經廣泛的應用于工控制方面，在軍事、航海等方面也發揮出了重要的作用。本文主要對自動控制工程基礎和應用進行了分析和研究。

關鍵詞：自動控制工程；基礎；應用

0　前言

自動控制系統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課程，近年來隨著科學技術的發展也得到了一定的發展和廣泛的應用，已經成為了新技術、新產業當中的重要點之一。自動控制理論的發展和應用將會徹底的使勞動發生改變，提升勞動生產力和產品的質量，達到節省資源的目的。

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：首先是閉環負反饋控制，這種控制方式主要依靠系統接受偏差信號，用偏差信號來起到控制的作用，它的結構比較復雜，但同時也具有較高的控制精準度。其次是開環控制和復合控制，復合控制是由開、閉環組成的，有著兩種控制的綜合性優勢。

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。自動控制理論的發展與應用有可能會改變人類的勞動力，使得勞動生產率得到大幅度的提升，同時提升產品的質量，節省資源，將會在未來得到更加廣泛的應用。

1.1自動控制系統種類

自動控制系統是十分復雜的，當中包含了很多不同的類型。控制系統的結構和參數等會隨著時間的變化而在系統中產生不同的變化，系統為定常系統。此外，一些結構和參數等不隨著時間變化的系統則是線性定常系統，這種系統是十分重要的系統，近年來我國已經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自動控制理論的發展歷程

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

1.3模擬控制系統、計算機控制系統

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

2　自動控制系統模型

在進行自動控制系統的設計和分析中，應建立起相同的數字模型，可以根據系統運動過程的原理等來建立起一種關系，使得更加方便分析和理解。控制系統中的數學模型、離散系統分析等內容所強調的都是物理概念和實際的應用。建立自動控制系統的數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]。對動態結構圖有著正確的理解，同時能由系統微分方程組來畫出基本的動態結構圖。應正確的理解傳遞函數的意義，對結構變化等能熟練的掌握，對一些比較常見的系統經過結構變換圖，使傳遞函數得出值。其次，應熟練掌握微分方程和傳遞函數。熟悉函數的特征和概念。數學模型本就是比較抽象的模型，利用數學模型能便于在理論研究上得到統一的屬性。

3　分析法和研究系統

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

4　系統數學模型

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

（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據就可以，但實驗測試法則受到適用面的限制。

（3）結合法。結合法也就是上述兩種方法的結合，一般來說，用機理分析法來確定結構，然后使用實驗測試法來確定參數，使兩種方法的優勢都得到充分的發揮，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，并進入另一種深度飽和的狀態。想要控制飽和狀態出現，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上升[3]。

5　結語

本文主要對自動控制的基本理論和方法進行了分析，并引入了一些相關的新知識和新技術，充分的體現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的觀點上不再是傳統的靜態觀點和局部觀點，而是從整體上得到鍛煉，幫助我們從整體系統中進行信息的傳遞，并形成動態行為。

參考文獻：

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

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

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