對電氣自動控制系統(tǒng)及檢測技術(shù)特點的探討

摘要：我國的電氣自動化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展十分的迅猛，很多的行業(yè)已經(jīng)開始將自動化控制成為生產(chǎn)中的重要設(shè)備技術(shù)，成為生產(chǎn)力擴大的有利的保障。本文對電氣自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入淺出的探討，并對電氣自動化檢測技術(shù)特點的分析與應(yīng)用進(jìn)行了闡述，從而為從業(yè)者提供參考。

關(guān)鍵詞：電氣；自動控制系統(tǒng)；檢測技術(shù)；測量

一、電氣自動控制概念

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域中，電氣自動控制技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。所謂電氣自動控制，是指在無人直接參與的情況下，利用控制裝置操縱受控對象，使被控量等于給定值或給定信號變化規(guī)律去變化的過程?？刂蒲b置和受控對象為物理裝置，而給定值和被控量均為一定形式的物理量。電氣自動控制系統(tǒng)由控制裝置和受控對象構(gòu)成。對電氣自動控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析和設(shè)計則是電氣自動控制原理的主要任務(wù)。

二、電氣自動控制發(fā)展簡述

雖然現(xiàn)代控制理論的內(nèi)容很豐富，與經(jīng)典控制理論相比較，它能解決更多更復(fù)雜的控制問題，但對于單輸入、單輸出線性定常系統(tǒng)而言，用經(jīng)典控制理論來分析和設(shè)計，仍是最實用最方便的。真正優(yōu)良的設(shè)計必須允許模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不精確并可能在一定范圍內(nèi)變化，即具有魯棒性。這是當(dāng)前的重要前沿課題之一。另外，使理論實用化的一個重要途徑就是數(shù)學(xué)模擬和計算機輔助設(shè)計。

近年來，在非線性系統(tǒng)理論、離散事件系統(tǒng)、大系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)理論等方面均有不同程度的發(fā)展。智能控制在實用方面也得到了很快的發(fā)展，它主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容。

三、電氣自動控制系統(tǒng)構(gòu)成及控制方式

1.開環(huán)控制

控制裝置與受控對象之間只有順向作用而無反向聯(lián)系時，稱為開環(huán)控制。開環(huán)控制的特點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制過程很簡單，但抗擾能力差、控制精度不高，故一般只能用于對控制性能要求較低的場合。

2.？閉環(huán)控制

控制裝置與受控對象之間，不但有順向作用，而且還有反向聯(lián)系，既有被控量對控制過程的影響，這種控制稱為閉環(huán)控制，相應(yīng)的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)又被稱為反饋控制或按偏差控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)是通過給定值與反饋量的偏差來實現(xiàn)控制作用的，故這種控制常稱為按偏差控制，或稱反饋控制。此類系統(tǒng)包括了兩種傳輸信號的通道：由給定值至被控量的通道稱為前向通道；由被控量至系統(tǒng)輸入端的通道稱為反饋通道。閉環(huán)系統(tǒng)能減小或消除作用，但若設(shè)計調(diào)試不當(dāng)，易產(chǎn)生震蕩設(shè)置不能正常工作。電氣自動控制原理中所討論的系統(tǒng)主要是閉環(huán)控制系統(tǒng)。

3.復(fù)合控制

反饋控制是在外部的作用下，系統(tǒng)的被控量發(fā)生變化后才做出相應(yīng)調(diào)節(jié)和控制的，在受控對象具有較大時滯的情況下，其控制作用難以及時影響被控量，進(jìn)而形成快速有效的反饋控制。前饋補償控制，則在測量出外部作用的基礎(chǔ)上，形成與外部作用相反的控制量，該控制量與相應(yīng)的外部作用共同作用的結(jié)果，使被控量基本不受影響，即在偏差產(chǎn)生之前就進(jìn)行了防止偏差產(chǎn)生的控制。在這種控制方式中，由于被控量對控制過程不產(chǎn)生影響，故它也屬于開環(huán)控制。前饋補償控制與反饋控制相結(jié)合，就構(gòu)成了復(fù)合控制。復(fù)合控制有兩種基本形式：按輸入前饋補償?shù)膹?fù)合控制和按擾動前饋補償控制的復(fù)合控制，電氣自動控制系統(tǒng)的分類方法較多，常見的有以下幾種。

（1）線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)

由線性微分方程或線性差分方程所描述的系統(tǒng)為線性系統(tǒng)；由非線性方程所描述的系統(tǒng)稱為非

（2）定常系

從系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來看，若微分方程的系數(shù)不是時間變量的函數(shù)則稱此類系統(tǒng)為定常系統(tǒng)。否則稱為是事變系統(tǒng)。

若系統(tǒng)既是線性的又是定常的，則稱之為線性定常系

（3）連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)和采樣系

從系統(tǒng)中的信號來看，若系統(tǒng)各部分的信號都是時間的連續(xù)函數(shù)即模擬量，則稱此系統(tǒng)為連續(xù)系統(tǒng)，若系統(tǒng)中有一處或多處信號為時間的離散函數(shù)，如脈沖或數(shù)碼信號，則稱之為離散系統(tǒng)。若系統(tǒng)中既有模擬量也有離散信號，則又稱為采樣系。

（4）恒值系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序控制

若系統(tǒng)的給定值為一定值，而控制任務(wù)就是克服騷動，使被控量保持恒值，此類系統(tǒng)稱為恒值系統(tǒng)。若系統(tǒng)給定值按照事先不知道的時間函數(shù)變化，并要求被控量跟隨給定值的變化，則此類系統(tǒng)稱為隨動系統(tǒng)。

若系統(tǒng)的給定值按照一定時間函數(shù)變化，并要求被控量隨之變化，則此類系統(tǒng)稱為程序控制系統(tǒng)。

4、對控制系統(tǒng)性能的要求

一個理想的控制系統(tǒng)，在其控制過程中應(yīng)始終使被控量等于給定值。但是，由于系統(tǒng)中儲能元件的存在以及能源功率的限制，使得運動部件的加速度受到限制，其速度和位置難以瞬時變化。所以，當(dāng)給定值變化時，被控量不可能立即等于給定值，而需要經(jīng)過一個過渡過程，即瞬態(tài)過程。所謂瞬態(tài)過程就是指系統(tǒng)受到外加信號作用后，被控量隨時間變化的全過程。瞬態(tài)過程可以反映系統(tǒng)內(nèi)在性能的好壞，而常見的評價系統(tǒng)優(yōu)劣的性能指標(biāo)也是從瞬態(tài)過程定義出來的。對系統(tǒng)性能的基本要求

（1）穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是這樣來表述的：系統(tǒng)受到外作用后，其瞬態(tài)過程的震蕩傾向和系統(tǒng)恢復(fù)平衡的能力。如果系統(tǒng)受到外作用力后，經(jīng)過一段時間，其被控量可以達(dá)到某一穩(wěn)定狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則不穩(wěn)定的。

（2）快速性

快速性是通過瞬態(tài)過程時間長短來表征的，過渡過程時越短，表明快速性越好，反之亦然。快速表明了系統(tǒng)輸出c（t）對輸入r（t）響應(yīng)的快慢程度。系統(tǒng)響應(yīng)越快，說明系統(tǒng)的輸出復(fù)現(xiàn)輸入信號的能力越強。

（3）準(zhǔn)確性

準(zhǔn)確性是由輸入給定值與輸出響應(yīng)的終值征的，他反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定精度。若系統(tǒng)的最終誤差為零，則稱為無差系統(tǒng)，否則稱為有差系統(tǒng)。穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性往往是互相制約的。在設(shè)計與調(diào)試過程中，若過分強調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，則可能會造成系統(tǒng)響應(yīng)遲緩和控制精度較低的后果；反之，若過分強調(diào)系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，則又會使系統(tǒng)的震蕩加劇，甚至引起。

四、電氣自動化檢測技術(shù)

電氣自動化檢測就是在測量和檢驗過程中完全不需要或僅需要很少的人工干預(yù)而自動進(jìn)行并完成的。實現(xiàn)自動檢測可以提高自動化水平和程度，減少人為干擾因素和人為差錯，可以提高生產(chǎn)過程或設(shè)備的可靠性及運行效率。

1.自動檢測的任務(wù)：自動檢測的任務(wù)主要有兩種，一是將被測參數(shù)直接測量并顯示出來，以告訴人們或其他系統(tǒng)有關(guān)被測對象的變化情況，即通常而言的自動檢測或自動測試；二是用作電氣自動控制系統(tǒng)的前端系統(tǒng)，以便根據(jù)參數(shù)的變化情況做出相應(yīng)的控制決策，實施電氣自動控制。

2.自動檢測技術(shù)主要的研究內(nèi)容：包括測量原理、測量方法、測量系統(tǒng)、及數(shù)據(jù)處理。

3.測量系統(tǒng)：確定了被測量的測量原理和測量方法后，就要設(shè)計或選用裝置組成測量系統(tǒng)。目前的測量系統(tǒng)從信息的傳輸形式看，主要有模擬式和數(shù)字式兩種。

（1）模擬式測量系統(tǒng)：模擬量測試系統(tǒng)是由傳感器，信號調(diào)理器，顯示、記錄裝置和（或）輸出裝置組成。

（2）數(shù)字式測量系統(tǒng)：數(shù)字式測量系統(tǒng)目前主要是帶微機的測量系統(tǒng)，是由傳感器、信號調(diào)理器、輸入接口、中央處理器組件、輸出接口和顯示記錄等外圍設(shè)備組成。

4.檢測技術(shù)的特點：實時性強、精確度高、可靠性高、通道多、功能強大。

五、電氣自動化檢測技術(shù)特點分析

電氣自動化檢測技術(shù)從廣義的講，檢測技術(shù)是自動化技術(shù)四個支柱之一，從信息科學(xué)角度考察，檢測技術(shù)任務(wù)尋找與自然信息具有對應(yīng)關(guān)系的種種表現(xiàn)形式的信號，以及確定二者間的定性、定量關(guān)系；從反映某一信息的多種信號表現(xiàn)中挑選出在所處條件下最為合適的表現(xiàn)形式，以及尋求最佳采集、變換、處理、傳輸、存貯、顯示等方法和相應(yīng)的設(shè)備。

自動檢測系統(tǒng)是自動測量、自動計量、自動保護(hù)、自動診斷、自動信號等諸多系統(tǒng)的總稱.在上述系統(tǒng)中，都包含有被測量，敏感元件和電子測量電路，它們之間的區(qū)別僅在于輸出單元。如果輸出單元是顯示器或記錄器，則該系統(tǒng)叫做自動測量系統(tǒng)；如果輸出單元是計數(shù)器或累加器，則該系統(tǒng)叫做自動計量系統(tǒng)，如果輸出單元是報警器，則該系統(tǒng)是自動保護(hù)系統(tǒng)或自動診斷系統(tǒng)；如果輸出單元是處理電路，則該系統(tǒng)是部分?jǐn)?shù)據(jù)分析系統(tǒng)、自動管理系統(tǒng)或電氣自動控制系統(tǒng)

六、傳感器分類及自動化測量方法

1、傳感器

傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。

這一概念包含下面四個方面的含義：

（1）傳感器是測量裝置，能完成信號獲取任務(wù)。

（2）它的輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量。

（3）它的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、吃力、顯示等等，這種量可以是氣、光、電量，但主要是電量。

（4）輸出輸入有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。

2、傳感器的組成

傳感器的功用是一感二傳，即感受被測信息，并傳送出去。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成。

（1）敏感元件：它是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。

（2）轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)量。

（3）轉(zhuǎn)換電路：上述電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)量。

實際上，有些傳感器很簡單，有些則較復(fù)雜，也有些是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。最簡單的傳感器由一個敏感元件組成，它感受被測量時直接輸出電量，如熱電偶。有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，沒有轉(zhuǎn)換電路，如壓電式加速度傳感器，其中質(zhì)量塊是敏感元件，壓電片是轉(zhuǎn)換元件。有些傳感器轉(zhuǎn)換元件不只一個，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。由于傳感器空間限制等其他原因，轉(zhuǎn)換電路常裝入電箱中。然而，因為不少傳感器要在通過轉(zhuǎn)換電路之后才能輸出電量信號，從而決定了轉(zhuǎn)換電路是傳感器的組成部分之一。

3、傳感器的分類

目前傳感器主要有四種分類方法：根據(jù)傳感器工作原理分類方法；根據(jù)傳感器能量轉(zhuǎn)換情況分類法；根據(jù)傳感器轉(zhuǎn)換原理分類法和按照傳感器的使用分類。

4、測量方法

（1）、直接測量：在使用測量儀表進(jìn)行測量時，對儀表讀數(shù)不需要經(jīng)過任何運算，就能直接表示測量的結(jié)果，稱為直接測量。這種測量方法。這種測量方法是工程上廣泛采用的方法。

（2）、間接測量：在使用儀表進(jìn)行測量時，首先對與被測物理量有確定函數(shù)關(guān)系的幾個量進(jìn)行測量，將測量值代入函數(shù)關(guān)系式，經(jīng)過計算得到所需結(jié)果，這種測量稱為間接測量。間接側(cè)來那個多用于科學(xué)實驗中的實驗室測量，工程測量中亦有應(yīng)用。

（3）、聯(lián)立測量：在應(yīng)用儀表進(jìn)行測量時，若被測物理量必須經(jīng)過求解聯(lián)立方程才能得到最后的結(jié)果，則稱這樣的測量為聯(lián)立測量。在進(jìn)行聯(lián)立測量時，一般需要改變測試條件，才能獲得一組聯(lián)立方程所需要的數(shù)據(jù)。它只是用于科學(xué)實驗或特殊場合。

（4）、偏差式側(cè)量：在測量過程中，用儀表指針位移決定被測量的測量方法，稱為偏差式測量法。應(yīng)用這種方法進(jìn)行測量時，標(biāo)準(zhǔn)量具不裝在儀表內(nèi)，而是事先用標(biāo)準(zhǔn)量具對儀表刻度進(jìn)行校準(zhǔn)；在測量時，輸入被測量，按照儀表指針在標(biāo)尺上的示值，決定被測量的數(shù)值。采用這種方法進(jìn)行測量，測量過程比較簡單、迅速。但是，測量結(jié)果的精度低。這種測量方法廣泛適用于工程測量。

（5）、零位式測量：在測量過程中，用指零位儀表的零位指示檢測測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)；在測量系統(tǒng)達(dá)到平衡時，用已知的基準(zhǔn)量決定被測未知量的測量方法，稱為零位式測量法。

（6）、微差式測量：微差式測量法是綜合了偏差式測量法與零位式測量法的優(yōu)點而提出的測量方法。微差式測量法的優(yōu)點是反應(yīng)快，而且測量精度高，特別適用于在線控制參數(shù)的檢測。

總結(jié)

總之，電氣自動控制理論正隨著技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展而不斷發(fā)展，而它反過來又成為高新技術(shù)發(fā)展的重要理論根據(jù)和推動力。它在工程實踐中用得最多，也是進(jìn)一步學(xué)習(xí)電氣自動控制理論的基礎(chǔ)。電氣自動檢測技術(shù)已成為一些發(fā)達(dá)國家的最重要的熱門技術(shù)之一，它可以給人們帶來巨大的經(jīng)濟效益并促進(jìn)科學(xué)技術(shù)飛躍發(fā)展，因此在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位和作用。

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