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        自動化控制理論的發(fā)展趨勢研究

        2016-05-14 19:18:07朱光華
        魅力中國 2016年6期
        關(guān)鍵詞:自動化技術(shù)趨勢發(fā)展

        朱光華

        【摘 要】自動化控制作為一個獨立的學科發(fā)展迅速,被廣泛應(yīng)用社會各個領(lǐng)域,發(fā)揮著不可替代的作用。自動化控制是按照生產(chǎn)要求和生產(chǎn)目標通過機器、設(shè)備,代替人為的操作進行自動化生產(chǎn),取代了人力的投入,對于生產(chǎn)率的提高具有重要作用,是社會生產(chǎn)力發(fā)展的重要標志。自動化控制理論自誕生以來經(jīng)歷了一系列的發(fā)展過程,本文通過總結(jié)自動化技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展,厘清了自動化控制的基本原理,最后就自動化控制的發(fā)展趨勢展開了討論。

        【關(guān)鍵詞】自動化技術(shù);自動化控制理論;發(fā)展;趨勢

        引言

        本文主要介紹了自動化技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展及發(fā)展趨勢,所謂的自動化控制技術(shù)是指通過一定的控制功能對工業(yè)生產(chǎn)的全過程進行自動控制的系統(tǒng),實現(xiàn)所要達到的控制目標,保證工業(yè)生產(chǎn)的有序化。自動化控制技術(shù)通過一定的控制功能對生產(chǎn)中的溫度、壓力和濕度等進行自動化控制,已成了工業(yè)生產(chǎn)中的重要控制手段。傳統(tǒng)的人工控制與現(xiàn)代的自動化控制,無論是工作原理或者效果等有很大的區(qū)別,現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中想要實現(xiàn)自動化控制,操作人員必須具備熟練的自動化技能技巧,還要制定合理的自動化控制方案。

        1 自動化技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展

        在早期的控制理論中,用傳遞函數(shù)來描述系統(tǒng)的輸入-輸出關(guān)系,主要研究單輸入-單輸出的系統(tǒng)??刂普撜Q生初期,普通的科技人員沒有計算機作為計算工具,控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計主要依靠手工計算和一些圖表的幫助。因而,在早期的控制理論中,人們設(shè)計了各種各樣的圖表和曲線,如伯德(Bode)圖、奈奎斯特(Nyquist)圖、尼柯爾斯(Nichols)圖以及M圓等,用頻域法作為控制系統(tǒng)的輔助分析方法。把這一時期的控制論稱為經(jīng)典控制理論。

        20世紀60~70年代,由于計算機的飛速發(fā)展,推動了空間技術(shù)的發(fā)展,控制系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜,單輸入-單輸出的傳遞函數(shù)已不能描述現(xiàn)在的復(fù)雜系統(tǒng),這時出現(xiàn)了狀態(tài)空間法。它采用狀態(tài)空間描述取代了先前的傳遞函數(shù)那種外部輸入輸出描述,對系統(tǒng)的分析直接在時間域內(nèi)進行,集中表現(xiàn)為用系統(tǒng)的內(nèi)部研究代替了外部研究,從而大大地擴充了所能處理問題的范圍。在狀態(tài)空間法的基礎(chǔ)上,提出了能控性、能觀性的概念,從而形成了現(xiàn)代控制理論。

        隨著計算機的誕生和發(fā)展,涌現(xiàn)出一批新型的控制策略,這些控制策略結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不借助于計算機根本無法實現(xiàn)。這些控制策略有些已經(jīng)成為自動控制理論的重要分支。例如,自適應(yīng)控制、預(yù)測控制、智能控制、魯棒控制、最優(yōu)控制等。當使用這些控制策略對系統(tǒng)進行控制時,所面臨的設(shè)計和校正的任務(wù)就是根據(jù)希望的系統(tǒng)性能指標,研究、設(shè)計這些控制策略的結(jié)構(gòu)和參數(shù)了。把這一時期的控制理論稱為超現(xiàn)代控制理論。

        2 自動化控制的基本原理

        自動化控制基本原理可通過前饋控制和反饋控制兩個詞來表現(xiàn)。前饋控制是建立在干擾量得基礎(chǔ)之上的,控制量會由于干擾量得變化而發(fā)生變動,預(yù)先施加一個作用用以對干擾量加以抵消,使被控量保持恒定,不受干擾量的影響。反饋控制是建立在被控量偏差的基礎(chǔ)之上的,當被控量發(fā)生改變時,控制器機構(gòu)會接收到的反饋信號進行輸出控制反應(yīng),對變化進行調(diào)整,也就是說只有控制量變化,才會有反饋控制的輸出。但是無論是前饋控制還是反饋控制,目的都是一致的,都是為了被控量按照任務(wù)要求穩(wěn)定輸出。

        3 自動化控制的發(fā)展趨勢

        科學技術(shù)的發(fā)展日新月異,自動化控制技術(shù)在已有的技術(shù)成果的基礎(chǔ)上,也呈現(xiàn)出以下良好的發(fā)展趨勢。

        1)自動化控制系統(tǒng)的復(fù)雜化。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術(shù)的不斷創(chuàng)新,為了跟隨高新技術(shù)發(fā)展的步伐,滿足各行業(yè)領(lǐng)域的需要,自動化控制系統(tǒng)必將朝著大規(guī)?;?、復(fù)雜化得方向發(fā)展。自動化控制系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大,其建模和仿真的工作任務(wù)也將面臨越來越多的困難。系統(tǒng)的建模涉及范圍廣泛,模型的轉(zhuǎn)換、分辨率、模型之間的融合集成都是亟待解決的問題。

        2)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和算法的優(yōu)化。自動化控制系統(tǒng)在應(yīng)用和發(fā)展中,控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方向朝著分布式分層遞階控制發(fā)展前進,隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展,控制算法也隨之發(fā)展進化。

        3)混雜控制系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用。最近幾年,混雜控制系統(tǒng)迅速發(fā)展,很快受到行業(yè)的關(guān)注和重視,很多專家學者致力于該理論的研究?;祀s控制系統(tǒng)的主要特點是通過一個框架結(jié)構(gòu)的建立,將離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)加以綜合,在框架內(nèi)部進行集成分析,形成一個綜合優(yōu)化的系統(tǒng)?;祀s控制系統(tǒng)綜合數(shù)學、人工智能等多種學科技術(shù),是自動化控制學科發(fā)展的里程碑。

        4)非線性控制系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用。在控制領(lǐng)域總,非線性控制系統(tǒng)理論一直備受關(guān)注,發(fā)展迅速。在未來的技術(shù)發(fā)展中,非線性控制系統(tǒng)以清晰的模型為基礎(chǔ),朝著更簡單化、更實用化、高性能化得方向發(fā)展。

        5)智能化控制系統(tǒng)?,F(xiàn)今智能化控制系統(tǒng)已經(jīng)逐漸興起,并且表現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢。在未來自動化控制的發(fā)展中,智能化系統(tǒng)能夠?qū)?fù)雜化得大規(guī)模的工業(yè)過程進行自動化、智能化的全程控制和決策。未來計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能技術(shù)等先進技術(shù)的發(fā)展,為智能化控制系統(tǒng)提供技術(shù)支持和保障。

        參考文獻:

        [1]秦世引.展示面向21世紀自動化新技術(shù)的IFAC[J].自動化信息,2012(6):30-40.

        [2]顧幸生,劉漫丹,張凌波.現(xiàn)代控制理論及應(yīng)用[M].上海:華東理工大學出版社,2013:25-26.

        [3]張曉江,方敏.“自動控制理論”教學內(nèi)容發(fā)展歷程與優(yōu)化措施[M].北京:中國電力教育出版社,2010:12-13.

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