試論自動控制工程基礎與應用

高坡 江蘇無線電廠有限公司

試論自動控制工程基礎與應用

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自動控制工程基礎作為機電專業的基礎性內容，其理論核心主要研究的是自動控制系統組成和設計等部分的基本理論知識。近年來，自動控制技術在工控制方面得到廣泛應用，在軍事、交通、航空等領域也發揮著重要作用。本文主要對自動控制工程基礎和應用進行了分析和研究。

自動控制工程 理論基礎 應用分析

自動控制系統分別由控制裝置和對象構成，盡管經過了多年的不斷發展和完善，但是在控制工程基礎課程方面仍然存在著一些不足。隨著相關技術的持續發展，自動控制理論得到了長足進步，并成為了當前新型產業和相關技術的主要理論支撐之一。自動控制理論的發展和應用將徹底改變傳統的生產方式，產品質量得到提高，生產資源利用率和生產效率大幅提升，減少了傳統生產模式所造成的浪費。

1 自動控制系統

自動控制包括了開環控制、閉環負反饋控制以及開環和閉環組合的復合控制。其中，閉環控制通過接受偏差信號實現控制作用，精準度高，但系統結構復雜。復合控制和開環控制，復合控制是由開、閉環兩部分組成，融合了兩種控制的特點。

隨著自動控制理論的不斷發展，推動了我國信息化建設的長足進步，取得了許多相關領域的成果。自動控制理論的發展與應用使得勞動生產率和產品質量得到大幅度的提升，同時節約了資源。發展自動控制技術，將會對人類的生產活動產生深遠影響。

1.1 自動控制系統分類

自動控制系統結構復雜，系統組成的類型也多種多樣。總體上可以歸為兩大類：定常系統和線性定常系統。定常系統的結構和參數等不是一成不變的，它們隨時間動態改變。線性定常系統的一些結構和參數等為固定值，它們不隨著時間改變，該類型系統的應用較為廣泛，近年來我國相關學者已經對此進行了大量研究，并取得了許多研究成果。

1.2 發展歷程

自動控制理論形成于人類生產實踐并從中得到發展，進而隨著科學技術的進步而不斷完善。它的發展歷經了經典控制理論、現代控制理論、智能控制理論三個理論階段。要對自動控制理論全面了解，往往需要通過自動控制來實現，在現代控制理論中兼顧了其他空間系統的發展理論。

1.3 計算機控制系統與模擬控制系統

計算機控制系統與模擬控制系統的最大不同在控制器的工作原理。前者是通過計算機來實現，以事件變化模擬量作為系統控制對象和執行部件的信號，而后者則是通過模擬部件來實現，其中的信號隨著事件改變而改變，所以該系統的模擬取值具有任意性。數學模型是控制系統的基礎，模型構建完成后通過解析法、試驗分析法等方式建立相關性，然后對系統展開分析研究。

2 自動控制系統的數學模型

在對自動控制系統的分析和構建過程中，常常要需要構建對應的數字模型，以便于理解系統的結構和運行原理，并參考系統運動過程原理建立相關關系。理解拉式變換和拉式反變化概念和原理是建立自動控制系統的數學模型的前提條件。通過對動態結構圖準確理解，能夠利用微分方程準確的畫出基本結構圖。通常情況下，自動控制系統傳遞函數通過結構變換圖輸出值。因此，要熟練掌握傳遞函數和微分方程，充分掌握其相關概念和特征，以便于在理論研究上得到統一屬性。

3 分析方法

線性系統包括非線性系統和最小相位系統。系統分析實際上就是對其數學模型進行分析，以相關參數和系統結構等作為參考指標。其中包括穩定和動態性能的分析，通過對參數變換和動態性能產生的影響進行分析和調控，使之達到自動控制系統的要求。

4 系統數學模型

控制系統的數學模型包括多種類型，常用的有微分方程和傳遞函數等，它們是對系統進行分析的基礎。傳遞函數是在初始狀態下對線性定常系統的傳遞函數，微分方程用于描述控制系統的動態特性。不同的數學模型并不獨立，它們之間可以相互轉換。

實驗測驗法:該方法不要求較高的對象清晰特性，只要有輸入、輸出的數據就可以，但該方法的適用面較窄。

機理分析法:該方法的機理清晰，也要求對象特性清晰，應用范圍較大。

結合法:結合法指機理分析法和實驗測試法的組合，機理分析法通常用于確定結構，實驗測試法則用于確定相關參數，兩種方法優勢互補，并相互彌補了兩者的局限和不足。

控制器因為具有積分作用，它容易受到單方面信號偏差的影響進入深度飽和狀態，脫離原有的正常工作狀態。為了調控這種狀態的出現，一般的做法是在控制器的輸出范圍達到限值時，限制控制器的積分作用，停止系統的最終輸出，從而限制輸出值持續上升。

5 結束語

本文重點討論了自動控制系統的基本理論和分析方法，結合了近些年前沿的技術和相關理論，突出了自動控制理論與時俱進的特點，表明其可隨著技術的不斷發展具有良好的可升級性。從控制系統理論和概念的角度，介紹控制系統的對象和任務，改變我們對控制系統的傳統觀念，轉變傳統的靜態觀點和局部觀點，從整體上深入理解，形成動態行為。

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高坡，1987.07，男，漢族，江蘇省徐州市豐縣，本科，助理工程師，從事電子通信方面的研究。