控制工程理論與火控技術探究

李偉領

摘 要：控制工程理論主要包括古典的自動控制理論和結合計算機仿真技術的現代控制理論，其在火控技術上都有著極為廣泛的應用。文章通過對其理論探究并結合實際火控設備，對其技術要點展開探討。

關鍵詞：控制工程理論；火控技術；探究

中圖分類號：TG580.23+5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）21-0040-02

1 控制工程理論分析

1.1 自動控制理論

在現代科學技術的眾多領域中，自動控制技術起著越來越重要的作用。自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機器，設備或生產過程（統稱被控對象）的某個工作狀態或參數（即被控制量）自動地按照預定的規律運行。自動控制理論是研究自動控制共同規律的技術科學。它的發展配電自動化初期，是以反饋理論為基礎的自動調節原理，主要用于工業控制，二戰期間為了設計和制造飛機及飛機用自動駕駛儀，火炮定位系統，雷達跟蹤系統以及其他基于反饋原理的軍用設備，進一步促進并完善了自動控制理論的發展。到戰后，以形成完整的自動控制理論體系，這就是以傳遞函數為基礎的經典控制理論，它主要研究單輸入-單輸出，線形定常數系統的分析和設計題。

1.2 現代控制理論

現代控制理論所包含的學科內容十分廣泛，主要的方面有：線性系統理論、非線性系統理論、最優控制理論、隨機控制理論和適應控制理論。

線性系統理論：它是現代控制理論中最為基本和比較成熟的一個分支，著重于研究線性系統中狀態的控制和觀測問題，其基本的分析和綜合方法是狀態空間法。按所采用的數學工具，線性系統理論通常分成為三個學派：基于幾何概念和方法的幾何理論，代表人物是W.M.旺納姆；基于抽象代數方法的代數理論，代表人物是R.E.卡爾曼；基于復變量方法的頻域理論，代表人物是H.H.羅森布羅克。

非線性系統理論：非線性系統的分析和綜合理論尚不完善。研究領域主要還限于系統的運動穩定性、雙線性系統的控制和觀測問題、非線性反饋問題等。更一般的非線性系統理論還有待建立。從70年代中期以來，由微分幾何理論得出的某些方法對分析某些類型的非線性系統提供了有力的理論工具。

最優控制理論：最優控制理論是設計最優控制系統的理論基礎，主要研究受控系統在指定性能指標實現最優時的控制規律及其綜合方法。在最優控制理論中，用于綜合最優控制系統的主要方法有極大值原理和動態規劃。最優控制理論的研究范圍正在不斷擴大，諸如大系統的最優控制、分布參數系統的最優控制等。

2 控制系統概述

2.1 系統結構

控制系統（PCS）有時稱為工業控制系統（ICS），是生產線上可以進行監控和數據采集（SCADA）、可編程邏輯控制器（PLC）或分布式控制系統（DCS）的設備，可以收集和傳輸在制造過程中獲得的數據。PCS可以是相對簡單的項目，其可以具有接收輸入的傳感器（通常稱為主換能器），處理輸入的控制器以及處理輸出的接收器。更復雜的PCS設備本身可以是機器人，并執行許多任務。PCS設備可以通過稱為制造執行系統（MES）的中間件軟件與公司的企業資源規劃（ERP）應用程序進行通信。

控制系統主要包括被控過程（或對象）、用于生產過程參數檢測的檢測與變送儀表、控制器、執行機構、報警、保護和連鎖等其他部件。其中，重點在于傳感器。0級包含現場設備，例如流量和溫度傳感器以及最終控制元件，例如控制閥。1級包含工業化輸入/輸出（I/O）模塊及其相關的分布式電子處理器。2級包含監控計算機，其將來自系統上處理器節點的信息整理并提供操作員控制屏幕。3級是生產控制水平，不直接控制過程，而是關注監控目標。4級是生產調度水平。

2.2 運行方式

過程控制可以使用反饋，也可以是開環的。控制也可以是連續的（汽車巡航控制）或引起一系列離散事件，例如草坪噴灑器上的定時器（開/關）或電梯上的控制（邏輯順序）。溫度傳感器如果溫度低于設定值，則打開熱源，并在達到設定點時關閉熱源。沒有測量設定點和測量溫度之間的差異（例如沒有誤差測量），并且沒有調整除了全部或沒有添加熱量的速率。可編程邏輯控制器或PLC的常用控制裝置用于讀取一組數字和模擬輸入，應用一組邏輯語句，并生成一組模擬和數字輸出。例如，如果使用可調節的閥門將液位保持在水箱中，則邏輯聲明將將深度設定值下的等效壓力與傳感器的壓力讀數相比低于正常低液位，并確定是否需要更多或更少的閥門開度保持水平不變。然后，PLC輸出將計算閥位置的增量變化量。更大更復雜的系統可以由分布式控制系統（DCS）或SCADA等過程控制系統控制。

3 火控雷達技術的發展

目前數字信號處理和嵌入式技術的發展，為火控雷達技術的發展帶來了新的機遇。相對于火控雷達的仿真，數字火控雷達具有良好的性能、特點、易操作性等優點。基于嵌入式處理器和數字信號處理器（DSP）雙處理器飛機載導航火控雷達系統的設計，著重于數字飛機載導航火控雷達系統架構，數字信號處理模塊的硬件設計和軟件算法，為DSP系統提供了整體方案。同時采用消除飛機航向控制中的噪聲干擾和信號延遲問題的差分方法。首先，漸近觀察者設計沒有飛機運動動態參數。然后，證明觀察者穩定，給出收斂條件。最后，模擬結果表明，設計的觀測者可以抑制飛機信號噪聲，提高差分延遲。集中在綜合飛機信號系統中的碰撞檢測方法（即碰撞風險評估），可以滿足復雜飛機操縱中的飛機狀態不確定性。采用綜合飛機信號系統（IBS）中現代技術解決方案，以提高飛機密集碰撞下的導航安全性，并采用了提前檢測潛在碰撞情況的飛機導航工具。在碰撞或接近碰撞的情況下，在兩架飛機遇到的情況下，模擬和評估了建議的基于距離的碰撞風險檢測和量化方法。電纜將低空雷達信號提供給用戶，低空雷達信號作為調制部分，被放置于將低空雷達信號從信號交換分配給用戶臺的頻率帶之外的載波信號，在中心站處提供頻率轉換裝置，用于將用戶發起的低空雷達信號傳輸轉換為所使用的頻帶。此外，通過擴展卡爾曼濾波器估計一個飛機相對于另一架飛機的相對導航軌跡，相對航向速度矢量和相對承載矢量。然后，使用各自的速度和相對承載向量來檢測和量化飛機之間的碰撞風險。因此，提出的碰撞風險檢測和量化方法可以在現代綜合飛機信號系統（IBS）中實現，其中可以檢測到碰撞前的飛機之間的潛在風險，也是電子導航的重要組成部分。

4 控制理論在火控雷達中的應用

在火控雷達中可以進行大量數據的測量，包括壓力、流速、密度、pH、速度、應力、溫度和重量。此外，傳感器可以檢測是否發生了操作，例如瓶子的填充，是否已經達到正確的壓力或已達到溫度。在生產線上可以找到許多傳感器，這些傳感器屬于許多不同的領域，例如壓力傳感器、流量計、力傳感器和溫度傳感器。

壓力傳感器。當燃料通過傳感器時，可以機械地觸發壓力傳感器。在其基本形式中，壓力傳感器顯示連接到傳感器的撥盤上的讀數，但也可以將讀數電子傳輸到MES應用程序。活塞壓力傳感器，來自生產線上的燃料的壓力可以推動壓縮彈簧的活塞。彈簧的運動可以指示壓力。隔膜受到少量壓力的影響，并在表盤上顯示。Bourdon管當施加壓力時被拉直。它可用于測量壓力差。流量計是用于測量液體或氣體的線性，非線性，質量或體積流量的儀器。當選擇生產線的流量計時，需要了解有關流體的信息，運動速度以及如何記錄流量。

差分流量計識別流量，并將其轉換為可測量的壓差。流量計根據流量的影響測量流量，這可以是由流動移動的簡單的轉子臂，轉子運動越快，流動越快。力傳感器力傳感器用于測量施加的力和扭矩。這些傳感器通常包含應變儀，并可以傳達力測量所需的信息。力傳感器可以是機械、液壓或電氣應變儀。彈簧的偏轉與所施加的力成正比，因此如果運動顯示在刻度上。液壓稱重傳感器，當施加力時，液體壓力增大，測量由顯示壓力的表盤進行。應變計是一個金屬圓筒，當施加力時被壓縮。可以測量氣缸中的收縮導致由施加的電流測量的增加的電阻。

溫度傳感器將溫度轉換為另一數量，例如表盤或電壓的機械運動。熱電偶通常用塑料或玻璃纖維材料彼此絕緣。溫度變化會導致液體膨脹或蒸發，因此傳感器變得加壓，顯示在簡單的壓力表上。當兩個金屬剛性地連接在一起作為雙層帶并被加熱時，膨脹率的差異導致條彎曲。對于生產線上的傳感器，條帶被扭成管內長的細線圈。一端固定在管的底部，另一端轉動并移動表盤上的指針。

5 結束語

控制工程技術發展迅速，因其易用性、穩定性、快捷性受到廣大工程人員和通信人員的歡迎。我國各層次的開發研究人員正不斷地改善當前控制工程技術的應用環境，為了充分利用控制工程的價值，在當前社會生活中，各方面應用人員應加強自身的學習與探究，在合理的體系中力求控制工程價值的利用最大化。

參考文獻：

[1]王浩.淺談現代控制技術在電氣工程系統中的應用[J].河北企業，2011（07）.

[2]胡世民.液壓控制系統在現代工程機械中的應用[J].科技資訊，2006（33）.

[3]呂勇哉.鋼錠軋前過程模型化、狀態估計及計算機控制策略現代控制工程的一個應用（上）[J].煉油化工自動化，2005（03）.