自動控制原理的論述

劉志剛 郭銳 沈陽工學院 信息與控制學院

1 自動控制系統的工作原理

自動控制系統是指能夠對被控對象的工作狀態進項自動控制的系統，它一般由控制裝置和被控對象組成。自動控制系統的組成和工作原理與人體的構成和工作機理有很多相似之處：人體的許多功能可以在不需要有意識的干涉的情況下完成，從而維持我們的生命，如人體的體溫恒定調節系統、心跳自動控制系統、自動平衡系統等都是人體內在復雜的控制系統。

2 自動控制系統的基本控制方式

自動控制系統的基本控制方式包括：開環控制、閉環控制、前饋控制、復合控制。

2.1 閉環控制系統

自動控制系統大多都是閉環反饋控制系統，其特點是：輸出影響輸入，所以能削弱或抑制干擾；可由低精度元件組成高精度系統。

2.2 前饋控制系統

按擾動進行補償的的，稱為前饋控制。系統方框如圖1-2所示。這種控制方式的原理是:利用對擾動信號的測量產生控制作用，以補償擾動對輸出量的影響。前饋控制是直接按擾動而不是按偏差控制，干擾發生后，被測量還未顯現出變化之前，控制器就產生了控制作用，所以，前饋控制對干擾的抑制要比反饋控制更及時。

圖1-2 按擾動補償的系統方框圖

3 自動控制理論的發展

隨著生產的發展，控制技術也在不斷地發展，尤其是計算機的更新換代加推動了控制理論不斷地向前發展。控制理論的發展過程一般可分為三個階段：

（1）經典控制論階段（20世紀50年代末期以前）

經典控制理論，是以傳遞函數為基礎，在頻率域對單輸入---單輸入控制系統進行分析與設計的理論。控制系統的特點 :是以輸入輸出特性（主要是傳遞函數）為系統數學模型，采用頻率響應法和根軌跡法這些圖解分析方法，分析系統性能和設計控制裝置。

（2）現代控制論階段（50年代末期至70年代初期）

現代控制理論，基于時域內的狀態空間分析法，著重時間系統最優化控制的研究。控制系統的特點:為多輸入---多輸出系統，系統可以是線性或非線性，定常或時變的，單變量與多變量，連續與離散系統。

（3）大系統理論和智能控制理論階段（八十年代興起至今）

大系統理論，是指規模龐大、結構復雜、變量眾多、關聯嚴重、信息不完備的信息與控制系統。智能控制系統是具有某些仿人智能的工程控制與信息處理系統，其中最典型的是智能機器人。 控制系統的特點:是指眾多因素復雜的控制系統，如宏觀經濟系統、資源分配系統、生態和環境系統、能源系統等。

4 自動控制系統的未來展望

控制系統的繼續發展的目標是實現高度靈活和高度自動化。現在用的工業用機器人實現了高度的自動化，即一旦程序確定，就不需要更多的人干預了。但這些機器人對于周圍的環境無法靈活響應，這也是計算機科學應該著重解決的一個問題。先進的機器人系統通過革新傳感器的反饋功能可以達到靈活的目的，通過提高智能化、增加傳感器功能、計算機可視功能和離線式CAD/CAM編程功能將使系統更經濟且得到更廣泛的應用，使控制系統正朝高度自動化方向邁進。對人機對話模式方向的研究和計算機數據庫管理等，將使控制更高效、更可靠。降低運行成本和拓寬其應用領域，要求更新人機交流方式和更換編程語言等。

5 結束語

以上是我介紹了自動控制原理的基本原理和基本控制方式，通過對閉環控制系統和前饋控制系統的方框圖來突出兩種控制方式的特點。之后還指出了自動控制理論的三代的發展和各自的特點，即第一代經典控制理論，第二代現代控制理論和第三代帶系統理論和智能控制理論。最后介紹了自動控制系統未來的展望，指出了自動控制理論在工業機器人方面未來的發展趨勢。總之，自動控制理論的發展將會給社會所涉及到的各領域帶來巨大的貢獻，所以我們應該努力學好自動控制理論，但愿將來自己也能給社會帶來一番貢獻。