淺析自動控制的原理及其應用

新疆輕工職業(yè)技術學院 王曄 張振宇

1 概述

人類區(qū)別于動物最主要的地方在于人類會使用工具，從人類開始學會使用工具以來，人類就開始不斷地改進工具，一直到現(xiàn)代自動控制技術的發(fā)展。自動控制技術的發(fā)展大大推進了人類社會的發(fā)展，這兩個之間的關系是密不可分的。自動控制技術的不斷發(fā)展使得人類不再需要從事一些比較危險的、重復性高的、特別繁瑣的勞動，人們得到了解放，而且自動控制技術還可以大大地提高勞動的效率和準確性，這是人永遠也比不上的。從自動控制技術發(fā)展開始到現(xiàn)在自動控制技術對整體的科學技術起到了非常大的推動作用，最主要給人們帶來了很大的經濟效益。可是隨著人類社會的不斷進步，現(xiàn)在科學技術也在不斷地進步，人們對于自動控制系統(tǒng)的要求也不斷在提高，自動控制系統(tǒng)的理論發(fā)展也就面臨了新的挑戰(zhàn)，需要進一步的發(fā)展才能更好地適應時代的發(fā)展。

2 自動控制的原理

目前基本在各個領域都能看到自動控制系統(tǒng)的身影，自動控制技術的作用也已經越來越重要了。什么是自動控制？簡單地說就是不再需要人的直接參與了，在沒有人的情況下，單純地依靠自動化設備，比如各種控制器，就使得被控對象，多指機器、設備或者抽象的生產過程控制，具體的被控對象可以是某一個機器、設備或者其中的一個部分，生產過程當中的某一個具體的參數(shù)，根據這些具體的被控對象，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)律進行控制，最終達到我們需要的目的。從這可以看出自動控制系統(tǒng)不是一個簡單單一的控制對象，而是各個對象組合起來的一個有機的整體。自動控制理論就是用理論的方法來研究自動控制的各種規(guī)律的一門實用性很強的學科。自動控制系統(tǒng)的發(fā)展實際上時間不是很長，在自動控制系統(tǒng)的初期階段隨著控制器的發(fā)展，機器越來越聰明，這時候需要一些系統(tǒng)的理論來支撐自動控制系統(tǒng)的發(fā)展。最開始采用了反饋理論，實現(xiàn)了自動調節(jié)，后面由于現(xiàn)實的需要發(fā)展出了一些軍用的系統(tǒng)來替代人的不足，比如雷達控制系統(tǒng)、火炮自動定位系統(tǒng)以及輪船、飛機等等的自動駕駛系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的產生就不斷地完善自動控制系統(tǒng)理論。后來就出現(xiàn)了經典控制理論，其中從傳遞函數(shù)開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，目前更是采用計算機模擬仿真，就可以直接模擬出系統(tǒng)的各個方面，使得自動控制系統(tǒng)發(fā)展越來越快。

3 自動控制的應用

3.1 自動控制在化工生產的應用

化工生產采用自動控制的時間非常早，這是由于化工生產的特點是高溫、高壓、有毒、有害、易燃、易爆，化工生產還是一個人員密集型產業(yè)，需要大量的工人才能夠進行操作。并且化工生產要求還非常高，工人一個不注意就會產生非常大的事故，目前歷史上化工行業(yè)就發(fā)生過非常大的事故。采用自動控制系統(tǒng)有兩個好處，第一個是節(jié)約勞動成本，減少人員的使用，第二個是采用自動控制系統(tǒng)之后，可以使得現(xiàn)場的人員數(shù)量大大減少，造成一種現(xiàn)場無人化管理。由于減少了現(xiàn)場的人員數(shù)量就降低了發(fā)生事故的后果，大大減少了人員的傷害。

目前自動控制是有兩個發(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到我們需要的控制目的，往往對一個對象會采用很多控制方法。另一個就是主要采用了理論進行研究，采用更為先進的控制理論，和更為先進的控制方法使得控制更為準確、快速、穩(wěn)定。在化工生產當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，進行了合理的組合，來達到控制目的。對于某些控制要求過高的場所才會采取第二種控制方法，采用更高級的控制方法進行控制。

3.2 自動控制理論在光伏逆變電源中的應用

在光伏逆變電源當中自動控制理論的應用是比較多的，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精確控制提出了一定的改變，對于某些要求控制參數(shù)太多，全部納入計算當中來，變量太多計算量太大，最終結果也不是很好的對象，采用了概率來進行控制，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當中，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)控制其實就是把模擬電路還有數(shù)字電路進行混合，使得兩種電路都發(fā)揮自己的作用，提高效率。這個主要應用于對于逆變電壓的同步還有跟蹤并進行控制。再有就是芯片的發(fā)展，目前芯片技術發(fā)展越來越快，集成技術也發(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越簡單了，目前已經使用智能芯片和專用芯片代替了原來的一些成規(guī)模的元器件了。

3.3 自動控制系統(tǒng)在煤電當中的應用

新疆的煤炭資源非常豐富，新發(fā)現(xiàn)的準東煤田預計儲量達到了3900 億噸。大儲量的煤炭資源產生了大量的煤電產業(yè)。在煤電產業(yè)當中也大量使用了自動控制系統(tǒng)。在鍋爐控制當中采用的三沖量控制，就是典型的自動控制系統(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控制的影響，使得鍋爐的安全系數(shù)大大提高。在自動連鎖保護控制系統(tǒng)當中，也有大量的應用，由于采用了大量的自動連鎖保護系統(tǒng)，當系統(tǒng)當中某一個參數(shù)超過了允許值之后，達到了高報狀態(tài)，這時候系統(tǒng)會自動報警，提醒操作工進行操作，當參數(shù)進一步的增加，達到了高報狀態(tài)，這時候系統(tǒng)會自動切換，連鎖保護，采取一系列的動作，如進行防空，切斷等動作，這樣使得整個系統(tǒng)能夠安全的運行。

在旋轉設備當中也大量采用了自動控制系統(tǒng)，旋轉設備，特別是高速旋轉設備有一個很大的問題就是在高速旋轉當中如果發(fā)生了震動，當震動頻率達到一定值的時候極容易發(fā)生斷裂，會產生非常嚴重的后果。在旋轉設備中采用的震動控制系統(tǒng)，主要是通過非接觸測量，測量出系統(tǒng)的震動，在不影響設備正常運行的情況下達到提前報警，在出現(xiàn)隱患的時候提前消除隱患，最終保護設備的安全正常運行。

在溫度控制系統(tǒng)當時采用了PID 控制，對于溫度要求較高的場所，溫度控制往往由于滯后比較大，控制起來很難達到預期的效果，比較難以控制，這就需要采用PID 控制對于簡單的溫度系統(tǒng)能夠達到控制要求。

在要求較高的場所采用選擇控制系統(tǒng)，對于一般的場所一套控制系統(tǒng)能夠達到控制的要求，但是當被控對象變化非常大，很容易發(fā)生很大的波動的地方，當一套控制系統(tǒng)突然不穩(wěn)定的時候，這時候如果有一套備用的控制系統(tǒng)來接替原有的控制系統(tǒng)，這樣一來，本來可能需要停車才能處理的問題就沒有這么麻煩，選擇控制系統(tǒng)采用了軟性的保護來代替硬性的連鎖保護停車，對于系統(tǒng)能夠長時間運行，提供了可靠的保障。

4 總結

自動控制系統(tǒng)目前已經在生活的方方面面都有了應用，在生產生活當中無處不在，本文只是對其中的很少幾個方面做了簡單的介紹。雖然現(xiàn)在對于自動控制系統(tǒng)的要求越來越高，自動控制系統(tǒng)遇到的挑戰(zhàn)也很高，但是有了挑戰(zhàn)也就有了機遇。首先就是軟硬件的智能化的盡可能地實現(xiàn)。其次自動控制系統(tǒng)要和其他的學科進一步的相結合讓其他學科為自動控制系統(tǒng)提供新的思路，新的方法，不斷推動控制系統(tǒng)的發(fā)展。