淺談自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用

安建峰

摘 要：隨著社會(huì)不斷發(fā)展，科技日益進(jìn)步，自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、氣象，交通等關(guān)系國計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域，自動(dòng)控制技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)和生活中的廣泛應(yīng)用極大提高了人們的勞動(dòng)生產(chǎn)率和生活水平。因此，我們有必要對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)有一個(gè)較為清楚的了解，下面就自動(dòng)控制技術(shù)方面做一些基本介紹。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制技術(shù)；自動(dòng)控制理論；自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制技術(shù)是指自動(dòng)控制系統(tǒng)通過自動(dòng)控制設(shè)備或裝置，按照提前設(shè)置好的條件來運(yùn)行，而且整個(gè)控制過程不能有人的干預(yù)，由設(shè)備和裝置自己完成自動(dòng)控制任務(wù)的控制技術(shù)。自動(dòng)控制技術(shù)的基本原理是，通過對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的偏差信號(hào)進(jìn)行放大來控制監(jiān)測(cè)對(duì)象穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值合理范圍內(nèi)。

自動(dòng)控制理論是自動(dòng)控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)，現(xiàn)已發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科，它只研究自動(dòng)控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的一般理論。根據(jù)它發(fā)展的不同階段，自動(dòng)控制理論可以分成“經(jīng)典控制理論”和“現(xiàn)代控制理論”兩大部分。

20世紀(jì)40年代經(jīng)典控制理論誕生，它一般采用圖解的方法來分析和設(shè)計(jì)問題；20世紀(jì)50年代起人類開始大規(guī)模進(jìn)行太空探索。1957年前蘇聯(lián)成功發(fā)射人類第一顆人造衛(wèi)星，1968年美國阿波羅飛船成功實(shí)現(xiàn)人類首次登月。在這些探索太空的過程中，自動(dòng)控制技術(shù)扮演著十分重要的角色，同時(shí)也極大地推動(dòng)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論也隨之誕生。

現(xiàn)代控制理論主要是研究具有高性能，高精度的多輸入-多輸出線性或非線性，定?；驎r(shí)變系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題。

經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論構(gòu)成了全部的自動(dòng)控制理論，自動(dòng)控制理論發(fā)展的同時(shí)也推動(dòng)了自動(dòng)控制技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)各領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。

自動(dòng)控制系統(tǒng)是由許多有相互關(guān)聯(lián)的設(shè)備組成的具有特定功能的控制系統(tǒng)。它有三種控制方式：開環(huán)控制，閉環(huán)控制和復(fù)合控制。

1）開環(huán)控制是指在控制執(zhí)行過程中只有順向作用的控制過程；

2）閉環(huán)控制是指在開環(huán)控制的基礎(chǔ)上，加入測(cè)速發(fā)電機(jī)與電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量單元構(gòu)成的負(fù)反饋控制系統(tǒng)；

3）復(fù)合控制是補(bǔ)償控制和偏差控制的結(jié)合。

接下來介紹一下自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類，自動(dòng)控制系統(tǒng)按不同的特點(diǎn)可以分為三大類。

按系統(tǒng)輸入信號(hào)特點(diǎn)：

1）如果輸入信號(hào)是一穩(wěn)定不變的值，那么這類系統(tǒng)就稱為恒值控制系統(tǒng)；

2）如果輸入信號(hào)要求系統(tǒng)按照一已知的時(shí)間函數(shù)運(yùn)行，那么這類系統(tǒng)就稱為程序控制系統(tǒng)；

3）如果輸入信號(hào)要求系統(tǒng)輸出信號(hào)能夠準(zhǔn)確隨著輸入信號(hào)的變化而變化，那么這類系統(tǒng)就稱為隨動(dòng)控制系統(tǒng)。

按系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型特點(diǎn)：

1）當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)可以用線性微分方程來說明時(shí)，那么這類系統(tǒng)就稱為線性系統(tǒng)；

2）非線性系統(tǒng)。系統(tǒng)中只要某一部件具有非線性特性，這類系統(tǒng)就稱為非線性系統(tǒng)。

按系統(tǒng)時(shí)間變量特點(diǎn)：

1）如果系統(tǒng)控制過程中的輸入和輸出都是連續(xù)時(shí)間函數(shù)時(shí)，那么這類系統(tǒng)就稱為連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)；

2）離散時(shí)間系統(tǒng)。在系統(tǒng)控制過程中有脈沖序列或者數(shù)字編碼信號(hào)時(shí)，那么這類系統(tǒng)就稱為離散時(shí)間系統(tǒng)。

如今隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)也得到長足發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于人類生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面。

例如，在軍事方面，雷達(dá)能夠遠(yuǎn)在千里之外發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并發(fā)出預(yù)警給部隊(duì)提供充足的時(shí)間完成防御或攻擊準(zhǔn)備。導(dǎo)彈發(fā)射后能夠在指揮系統(tǒng)的指引下自動(dòng)調(diào)整飛行狀態(tài)，自動(dòng)識(shí)別并擊中目標(biāo)完成任務(wù)；在航空航天方面，衛(wèi)星發(fā)射進(jìn)入太空中能夠自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)，進(jìn)入預(yù)定軌道完成軍事和科研任務(wù)。

月球探測(cè)器在降落過程中能夠自動(dòng)尋找理想的區(qū)域，控制降落姿態(tài)并安全著陸，為科研人員傳回大量珍貴的月面照片和科研數(shù)據(jù)；在防災(zāi)減災(zāi)方面，衛(wèi)星遙感技術(shù)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)諸如森林火災(zāi)、泥石流、洪澇災(zāi)害等自然災(zāi)害，為救災(zāi)部門提供及時(shí)準(zhǔn)確的決策依據(jù)，將人員和財(cái)產(chǎn)損失降到最低；在工業(yè)生產(chǎn)方面，工業(yè)智能機(jī)器人的廣泛應(yīng)用大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

自動(dòng)控制技術(shù)也與我們的生活密切相關(guān)。例如，每當(dāng)夜幕降臨時(shí)，城市道路兩邊的路燈會(huì)由于周圍光線變暗自動(dòng)開啟為人們照亮回家的路。當(dāng)我們回家乘坐電梯時(shí)，只需按下數(shù)字按鍵就能把我們安全帶回家；當(dāng)我們把家里的空調(diào)提前設(shè)置好溫度時(shí)，空調(diào)的自動(dòng)控制系統(tǒng)就會(huì)始終將室內(nèi)溫度維持在設(shè)置好的溫度，為我們提供一個(gè)舒適的環(huán)境；當(dāng)我們用電飯煲蒸米飯時(shí)，只需把適量的水和米放入，過一段時(shí)間我們就能吃上香噴噴的米飯；當(dāng)我們想看電影或出去旅行時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)上就能購票，選座免去了排隊(duì)的苦惱。

商場(chǎng)、小區(qū)停車場(chǎng)的自動(dòng)泊車系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)顯示車位的使用情況，方便人們停車。銀行、醫(yī)院、餐飲的自動(dòng)叫號(hào)系統(tǒng)，免去了人們排長隊(duì)的辛苦和防止有人插隊(duì)的煩惱。

此外，自動(dòng)控制技術(shù)還大量應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)航班信號(hào)指揮系統(tǒng)、110報(bào)警指揮系統(tǒng)、城市交通信號(hào)系統(tǒng)、鐵路的自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等，類似的應(yīng)用在我們的身邊還有很多。

總之，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)控制技術(shù)也將向更深、更廣的領(lǐng)域邁進(jìn)，在人類現(xiàn)代生活中也將扮演越來越重要的角色，必將為人類社會(huì)進(jìn)步做出更大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葉明超，黃海主編.自動(dòng)控制原理與系統(tǒng).2版.北京：北京理工大學(xué)出版社，2013.2.

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