淺談當前自動化技術的研究及應用

摘要：自動化技術已經滲透到了我們生活的方方面面，可以說，自動化技術是現代化社會最重要的幾個支撐點之一。本文從對于自動化技術的概述出發(fā)，總結了其實現過程中的基本原理，并對當前自動化技術的應用及趨勢進行了分析和探討，旨在為這方面的研究起到一定的指導作用。

關鍵詞：自動化技術；自動化工程；控制

中圖分類號：TM714.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007—9599 （2012） 14—0000—02

一、引言

隨著社會的發(fā)展，越來越多的行業(yè)中應用了自動化技術，其不僅僅減少了我們人的工作量，對于提升我們生產過程中的效率也有著重要的作用。因此，對于當前自動化技術的研究及應用的探討對于我們的工作有一定的指導作用。

二、關于自動化技術的概述

所謂自動化，是指在無人進行操作的情況下機器或者設備能夠按照程序進行操作以及控制的過程。由于其具有“穩(wěn)，準，快”的特點，這一技術已經應用到了工業(yè)、農業(yè)、軍事、科學研究、交通運輸以及商業(yè)等領域，通過自動化技術的應用，不僅能夠將我們從勞累繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，還可以對人的器官功能進行擴展，這就在很大的程度上提升了勞動生產率，并增強了我們改造世界的能力?；诖?，自動化技術已經成為了衡量一個國家的工業(yè)、農業(yè)以及國防和科學技術現代化的標志。

自動化技術還是一個綜合性非常強的技術。一般來說，其與控制論、計算機技術、信息論、系統(tǒng)工程、電子學以及自動控制等的關系都很緊密，在這些技術中，控制理論對于自動化技術的影響最大。

三、自動化技術實現的基礎

（一）自動化技術實現的理論基礎

自動化技術的理論基礎有很多，其中最為重要、最為核心的就是自動控制理論。它經歷了三代的發(fā)展，最早的是經典控制理論，而第二代則形成于上世紀50年代，是在線性代數理論的基礎上發(fā)展起來的，被我們現代控制理論；而我們現在使用最多的理論是綜合了人工智能、運籌學、信息論以及自動控制理論的智能控制理論。

此外，目前，我們的自動控制系統(tǒng)一般來說可以分為：恒指自動控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及程序自動控制系統(tǒng)。不過這三類系統(tǒng)的組成大致是相同的，都是可以分為以下部分：

（1）給定環(huán)節(jié)，所給的輸入信號；

（2）反饋環(huán)節(jié)，測量完輸入信號以后，將其轉換成的反饋信號；

（3）比較環(huán)節(jié)，把所給的輸入與反饋進行比較以后所產生的誤差信號；

（4）控制器，結合誤差信號，并遵循規(guī)律所形成的控制信號，這是實現自動控制的核心；

（5）執(zhí)行環(huán)節(jié)，對控制信號進行功率放大，且使被控對象的被控量變化；

（6）被控對象，控制系統(tǒng)所要控制的設備或生產過程，它的輸出就是被控量；

（7）擾動，除輸入信號外能使被控量偏離輸入信號所要求的值或規(guī)律的控制系統(tǒng)內、外的物理量；

（8）校正環(huán)節(jié)，在某些不使用工業(yè)標準化控制器的伺服系統(tǒng)中，誤差信號的處理是由校正環(huán)節(jié)來實現的。

隨著理論的發(fā)展，目前已經形成了很多分支：系統(tǒng)辨識（system identification）、建模（Modelling）與仿真（Simulation）；自適應控制（Self—adaptive Control）和自校正控制器（Self—turing Regulator）；遙測（Telemetry）、遙控（Remote Control）和遙感（Remote Sensing）；綜合自動化；大系統(tǒng)（Large—scale system）理論；模式識別（Pattern Recognition）和人工智能（Artificial Intelligence）；智能控制（Intelligent Control）。

在智能控制理論中，其最根本的原理可以總結為反饋控制以及前饋控制。其中，反饋控制主要是利用控制量的變化來控制輸出，也就是先產生變化，然后在進行控制；而前饋控制則是通過在輸出發(fā)生變化之前對其施加作用，以抵消干擾量變化引起的控制量變化，進而起到控制的作用，但是需注意的是，在前饋控制的過程中，干擾量應該是可預測的。

（二）自動化技術實現的設備及工具

在自動化技術的實現過程中，僅有理論是遠遠不夠的，還要有設備及工具的支持。而且，以目前的情況來看，很多控制方法實現中的難點就在于工具或者設備上。筆者認為，實現自動化技術的過程中，我們較常使用的設備或者工具可以分為硬件和軟件兩種：

（1）硬件，在我們的工作過程中，所使用的硬件種類非常多，比如最常見的單片機、PLC、DSP等等，這些設備往往是我們工作的基礎。舉例來說，PLC作為成型的單片機，操作方便，穩(wěn)定型好，易于維護，檢修，目前已經在工業(yè)生產中獲得了非常廣泛的應用，為降低企業(yè)生產成本，提高生產效率，保證生產安全起到了非常大的作用。

（2）軟件，軟件對于自動化技術的實現也至關重要，比如各種仿真軟件等。其中最為有效也最為常見的是matlab，它以友好的界面、易于操作、以及豐富的庫函數等特點而獲得了非常廣泛的應用。此外，其計算的功能特別強大，對于我們自動控制過程的仿真效果也非常好。因此，我們經常利用這一軟件對我們的控制過程進行仿真。通過這些軟件的應用，無論是在科研上，還是在生產上，都會對降低成本、提升工作效率起到非常明顯的效果。

四、當前自動化技術的應用及趨勢

（一）前自動化技術的應用

自動化技術廣泛用于工業(yè)、農業(yè)、軍事、科學研究、交通運輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務和家庭等方面：

其中，自動化技術應用中，最主要的方向是工業(yè)自動化。在這一方面主要應用的領域有：CAD、CAM、OA過程控制以及自動化儀器儀表，這種技術的應用使得工業(yè)生產效率得到了極大地提高，在石油、化工、冶金、輕工業(yè)等領域表現尤為明顯。舉例來說：在我們的生產過程中，很多的自動化裝置或者設備得以應用，比如自動化小車、數控機床、柔性生產線和計算機集成制造系統(tǒng)等，完成產品的加工、裝配、運輸、存儲等工作。另外，在鋼鐵、石化、農業(yè)、漁業(yè)和畜牧業(yè)等領域，自動化儀表和自動化裝置對于控制生產參數，進而實現生產過程以及管理過程的自動化起到了不可忽視的作用。

自動化技術以及控制技術也在我們的生活中獲得了非常大的應用，甚至已經滲透到了我們生活的方方面面，舉例來說：全自動洗衣機，可以幫助我們節(jié)省很多勞動力；使用自動化技術的微波爐，不僅能夠進行很好的調時，還可以做出更加可口的飯菜；自動控制的電冰箱，在其調溫的過程中不僅實現了自動化，而且還可以有效地減少我們的耗電量等。

此外，在我們的工作中，特別是辦公室里面，自動化技術也得到了非常廣泛的應用。比如微型電腦及信息網絡、文字處理機、電子傳真機、專用交換機、多功能復印機和秘書機器人等，這些之所以能夠得以應用，都離不開自動化技術。

（二）自動化技術的趨勢

根據筆者的經驗，自動化技術的未來發(fā)展趨勢會體現在以下幾個方面：

（1）機電一體化。這將是自動化技術未來最主要的趨勢之一，所謂機電一體化，指的是傳感器、傳動系統(tǒng)、動力原、計算機以及執(zhí)行機構等部分構成的機電一體化系統(tǒng)。它相較于傳統(tǒng)的機械，設計更加簡潔、合理，而且各種先進技術的融合也會更加科學，未來這一技術必將在設計、控制以及制造等領域產生非常深遠的變化，甚至會帶來革命性的改變。

（2）控制智能化。智能化雖然目前在一定程度上已經有所實現，但是，針對目前的需要，這些工作還遠遠不夠。未來自動化應用的領域會越來越多，而在每個領域，智能化都將是一種趨勢。筆者相信，隨著科技的不斷發(fā)展，人工智能、遺傳算法以及免疫算法等各種設計智能控制的理論將會有更大的發(fā)展以及更多的應用。

（3）與信息技術的融合。信息技術也是現代化的一大支撐點，未來，這兩種技術必將會有更加深層的融合，這是社會發(fā)展的必然要求。

（4）結構設計標準化、模組化。隨著對于自動化技術應用的需求進一步深入，結構設計標準化、模組化必然也會成為一種趨勢。

（5）與生活的結合將會更多。隨著社會的發(fā)展，人們消費水平的進一步提升，這種情況下，以前很多由于消費能力跟不上而無法進行量產的產品會進入到我們的生活。自動化技術也會有這樣的發(fā)展趨勢，舉例來說，以前很多我們無法想象的、涉及生活的自動化設備目前已經有了很大的應用，未來這種現象將會有進一步的深化。

五、結語

自動化技術為我們的社會的飛速發(fā)展提供了有力的基礎，未來，伴隨著科技的不斷發(fā)展，其一定會有更大的發(fā)展及更多的應用。這對于我們工作人員而言，這既是機遇，也是挑戰(zhàn)，因此，針對這一趨勢，我們要加強自身的學習，在工作中要善于總結、善于思考。只有這樣，才能使我們的工作時刻處于最前沿，進而保證我們先進的生產力得以提高。

參考文獻：

[1]康華光.電子技術基礎模擬部分[M].第4版，北京：高等教育出版社，2006

[2]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].第四版.北京：機械工業(yè)出版社，2000

[3]陳海宴.51單片機原理及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010

[4]彭立，張建洲，王少華.自適應溫度控制系統(tǒng)的研制[J]東北師大學報（自然科學版），1994，1

[5]江孝國，王婉麗，祁雙喜.高精度PID溫度控制器[J].電子與自動化，2000，5

[6]張媛媛，何怡剛，徐雪松.基于C8051F020的溫濕度控制箱設計[J].國外電子元器件，2004，10