新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王曄 張振宇

1 概述

人類(lèi)區(qū)別于動(dòng)物最主要的地方在于人類(lèi)會(huì)使用工具，從人類(lèi)開(kāi)始學(xué)會(huì)使用工具以來(lái)，人類(lèi)就開(kāi)始不斷地改進(jìn)工具，一直到現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展。自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展大大推進(jìn)了人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，這兩個(gè)之間的關(guān)系是密不可分的。自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展使得人類(lèi)不再需要從事一些比較危險(xiǎn)的、重復(fù)性高的、特別繁瑣的勞動(dòng)，人們得到了解放，而且自動(dòng)控制技術(shù)還可以大大地提高勞動(dòng)的效率和準(zhǔn)確性，這是人永遠(yuǎn)也比不上的。從自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展開(kāi)始到現(xiàn)在自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)整體的科學(xué)技術(shù)起到了非常大的推動(dòng)作用，最主要給人們帶來(lái)了很大的經(jīng)濟(jì)效益?？墒请S著人類(lèi)社會(huì)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)也在不斷地進(jìn)步，人們對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求也不斷在提高，自動(dòng)控制系統(tǒng)的理論發(fā)展也就面臨了新的挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步的發(fā)展才能更好地適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。

2 自動(dòng)控制的原理

目前基本在各個(gè)領(lǐng)域都能看到自動(dòng)控制系統(tǒng)的身影，自動(dòng)控制技術(shù)的作用也已經(jīng)越來(lái)越重要了。什么是自動(dòng)控制？簡(jiǎn)單地說(shuō)就是不再需要人的直接參與了，在沒(méi)有人的情況下，單純地依靠自動(dòng)化設(shè)備，比如各種控制器，就使得被控對(duì)象，多指機(jī)器、設(shè)備或者抽象的生產(chǎn)過(guò)程控制，具體的被控對(duì)象可以是某一個(gè)機(jī)器、設(shè)備或者其中的一個(gè)部分，生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中的某一個(gè)具體的參數(shù)，根據(jù)這些具體的被控對(duì)象，我們采用一些方法讓這些參數(shù)按照我們需要的一些規(guī)律進(jìn)行控制，最終達(dá)到我們需要的目的。從這可以看出自動(dòng)控制系統(tǒng)不是一個(gè)簡(jiǎn)單單一的控制對(duì)象，而是各個(gè)對(duì)象組合起來(lái)的一個(gè)有機(jī)的整體。自動(dòng)控制理論就是用理論的方法來(lái)研究自動(dòng)控制的各種規(guī)律的一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的學(xué)科。自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展實(shí)際上時(shí)間不是很長(zhǎng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)的初期階段隨著控制器的發(fā)展，機(jī)器越來(lái)越聰明，這時(shí)候需要一些系統(tǒng)的理論來(lái)支撐自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展。最開(kāi)始采用了反饋理論，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)節(jié)，后面由于現(xiàn)實(shí)的需要發(fā)展出了一些軍用的系統(tǒng)來(lái)替代人的不足，比如雷達(dá)控制系統(tǒng)、火炮自動(dòng)定位系統(tǒng)以及輪船、飛機(jī)等等的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的產(chǎn)生就不斷地完善自動(dòng)控制系統(tǒng)理論。后來(lái)就出現(xiàn)了經(jīng)典控制理論，其中從傳遞函數(shù)開(kāi)始使用理論就可以分析出系統(tǒng)的穩(wěn)定性，大大節(jié)約了人力物力，目前更是采用計(jì)算機(jī)模擬仿真，就可以直接模擬出系統(tǒng)的各個(gè)方面，使得自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展越來(lái)越快。

3 自動(dòng)控制的應(yīng)用

3.1 自動(dòng)控制在化工生產(chǎn)的應(yīng)用

化工生產(chǎn)采用自動(dòng)控制的時(shí)間非常早，這是由于化工生產(chǎn)的特點(diǎn)是高溫、高壓、有毒、有害、易燃、易爆，化工生產(chǎn)還是一個(gè)人員密集型產(chǎn)業(yè)，需要大量的工人才能夠進(jìn)行操作。并且化工生產(chǎn)要求還非常高，工人一個(gè)不注意就會(huì)產(chǎn)生非常大的事故，目前歷史上化工行業(yè)就發(fā)生過(guò)非常大的事故。采用自動(dòng)控制系統(tǒng)有兩個(gè)好處，第一個(gè)是節(jié)約勞動(dòng)成本，減少人員的使用，第二個(gè)是采用自動(dòng)控制系統(tǒng)之后，可以使得現(xiàn)場(chǎng)的人員數(shù)量大大減少，造成一種現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人化管理。由于減少了現(xiàn)場(chǎng)的人員數(shù)量就降低了發(fā)生事故的后果，大大減少了人員的傷害。

目前自動(dòng)控制是有兩個(gè)發(fā)展的方向的，大致可以分為，其一是研究控制方法，采用各種不同的控制方法達(dá)到我們需要的控制目的，往往對(duì)一個(gè)對(duì)象會(huì)采用很多控制方法。另一個(gè)就是主要采用了理論進(jìn)行研究，采用更為先進(jìn)的控制理論，和更為先進(jìn)的控制方法使得控制更為準(zhǔn)確、快速、穩(wěn)定。在化工生產(chǎn)當(dāng)中目前主要采用的是第一種方法，采用了各種各樣的控制方法，不同的控制的算法，進(jìn)行了合理的組合，來(lái)達(dá)到控制目的。對(duì)于某些控制要求過(guò)高的場(chǎng)所才會(huì)采取第二種控制方法，采用更高級(jí)的控制方法進(jìn)行控制。

3.2 自動(dòng)控制理論在光伏逆變電源中的應(yīng)用

在光伏逆變電源當(dāng)中自動(dòng)控制理論的應(yīng)用是比較多的，主要用到了模糊控制的理論還有一些控制方法的研究。模糊控制理論主要的想法是對(duì)精確控制提出了一定的改變，對(duì)于某些要求控制參數(shù)太多，全部納入計(jì)算當(dāng)中來(lái)，變量太多計(jì)算量太大，最終結(jié)果也不是很好的對(duì)象，采用了概率來(lái)進(jìn)行控制，這樣改變了算法反而使得控制精度和速度大大提高了，在光伏逆變電源中主要把模糊控制用到了并網(wǎng)當(dāng)中，這樣就大大減少了模糊控制的具體參數(shù)，只需要將誤差電流和設(shè)定的參考電流作為控制變量，可以大幅度提高整體系統(tǒng)的速度性，這樣對(duì)控制效果就有了很大的提升。還用到了模數(shù)控制理論，模數(shù)控制其實(shí)就是把模擬電路還有數(shù)字電路進(jìn)行混合，使得兩種電路都發(fā)揮自己的作用，提高效率。這個(gè)主要應(yīng)用于對(duì)于逆變電壓的同步還有跟蹤并進(jìn)行控制。再有就是芯片的發(fā)展，目前芯片技術(shù)發(fā)展越來(lái)越快，集成技術(shù)也發(fā)展的非常的快，我們就發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在從外觀上看是越來(lái)越簡(jiǎn)單了，目前已經(jīng)使用智能芯片和專(zhuān)用芯片代替了原來(lái)的一些成規(guī)模的元器件了。

3.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)在煤電當(dāng)中的應(yīng)用

新疆的煤炭資源非常豐富，新發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)東煤田預(yù)計(jì)儲(chǔ)量達(dá)到了3900 億噸。大儲(chǔ)量的煤炭資源產(chǎn)生了大量的煤電產(chǎn)業(yè)。在煤電產(chǎn)業(yè)當(dāng)中也大量使用了自動(dòng)控制系統(tǒng)。在鍋爐控制當(dāng)中采用的三沖量控制，就是典型的自動(dòng)控制系統(tǒng)。三沖量控制采用了前饋加反饋的控制模式，可以非常有效地減少虛假液位對(duì)控制的影響，使得鍋爐的安全系數(shù)大大提高。在自動(dòng)連鎖保護(hù)控制系統(tǒng)當(dāng)中，也有大量的應(yīng)用，由于采用了大量的自動(dòng)連鎖保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)當(dāng)中某一個(gè)參數(shù)超過(guò)了允許值之后，達(dá)到了高報(bào)狀態(tài)，這時(shí)候系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒操作工進(jìn)行操作，當(dāng)參數(shù)進(jìn)一步的增加，達(dá)到了高報(bào)狀態(tài)，這時(shí)候系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換，連鎖保護(hù)，采取一系列的動(dòng)作，如進(jìn)行防空，切斷等動(dòng)作，這樣使得整個(gè)系統(tǒng)能夠安全的運(yùn)行。

在旋轉(zhuǎn)設(shè)備當(dāng)中也大量采用了自動(dòng)控制系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)設(shè)備，特別是高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備有一個(gè)很大的問(wèn)題就是在高速旋轉(zhuǎn)當(dāng)中如果發(fā)生了震動(dòng)，當(dāng)震動(dòng)頻率達(dá)到一定值的時(shí)候極容易發(fā)生斷裂，會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果。在旋轉(zhuǎn)設(shè)備中采用的震動(dòng)控制系統(tǒng)，主要是通過(guò)非接觸測(cè)量，測(cè)量出系統(tǒng)的震動(dòng)，在不影響設(shè)備正常運(yùn)行的情況下達(dá)到提前報(bào)警，在出現(xiàn)隱患的時(shí)候提前消除隱患，最終保護(hù)設(shè)備的安全正常運(yùn)行。

在溫度控制系統(tǒng)當(dāng)時(shí)采用了PID 控制，對(duì)于溫度要求較高的場(chǎng)所，溫度控制往往由于滯后比較大，控制起來(lái)很難達(dá)到預(yù)期的效果，比較難以控制，這就需要采用PID 控制對(duì)于簡(jiǎn)單的溫度系統(tǒng)能夠達(dá)到控制要求。

在要求較高的場(chǎng)所采用選擇控制系統(tǒng)，對(duì)于一般的場(chǎng)所一套控制系統(tǒng)能夠達(dá)到控制的要求，但是當(dāng)被控對(duì)象變化非常大，很容易發(fā)生很大的波動(dòng)的地方，當(dāng)一套控制系統(tǒng)突然不穩(wěn)定的時(shí)候，這時(shí)候如果有一套備用的控制系統(tǒng)來(lái)接替原有的控制系統(tǒng)，這樣一來(lái)，本來(lái)可能需要停車(chē)才能處理的問(wèn)題就沒(méi)有這么麻煩，選擇控制系統(tǒng)采用了軟性的保護(hù)來(lái)代替硬性的連鎖保護(hù)停車(chē)，對(duì)于系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，提供了可靠的保障。

4 總結(jié)

自動(dòng)控制系統(tǒng)目前已經(jīng)在生活的方方面面都有了應(yīng)用，在生產(chǎn)生活當(dāng)中無(wú)處不在，本文只是對(duì)其中的很少幾個(gè)方面做了簡(jiǎn)單的介紹。雖然現(xiàn)在對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，自動(dòng)控制系統(tǒng)遇到的挑戰(zhàn)也很高，但是有了挑戰(zhàn)也就有了機(jī)遇。首先就是軟硬件的智能化的盡可能地實(shí)現(xiàn)。其次自動(dòng)控制系統(tǒng)要和其他的學(xué)科進(jìn)一步的相結(jié)合讓其他學(xué)科為自動(dòng)控制系統(tǒng)提供新的思路，新的方法，不斷推動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展。