自動控制技術(shù)及應用探究

張立勛

關(guān)鍵詞：自動化;控制技術(shù);原理;應用

1自動控制介紹

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展以及我國科技實力的提高，自動控制技術(shù)在軍事、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、化工等領(lǐng)域應用廣泛。自動控制是指在沒有人的直接接觸與實施的情況下，讓外界設(shè)備或者機械自動地按照人所預先設(shè)定的規(guī)律進行工作或完成相應的運行動作。在自動化系統(tǒng)中，所有的設(shè)備以及機械需保證能協(xié)調(diào)運行，并在規(guī)定時間內(nèi)準確地完成任務，這就需要人對設(shè)備進行準確地參數(shù)設(shè)置，以保障生產(chǎn)、工作的順利進行。

2自動控制原理

自動控制以數(shù)學理論知識為基礎(chǔ)，利用反饋原理來影響動態(tài)系統(tǒng)，使得輸出值接近或者達到人們的預定值。自動控制系統(tǒng)的分類方法有很多，按描述系統(tǒng)的微分方程分類分為線性自動控制系統(tǒng)及非線性自動控制系統(tǒng);按系統(tǒng)中傳遞信號的性質(zhì)分類可分為連續(xù)系統(tǒng)以及采樣系統(tǒng);按控制信號的變化規(guī)律分類可分為鎮(zhèn)定系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)。

當前的自動控制技術(shù)主要有三種控制方式，分別是開環(huán)、閉環(huán)及復合控制。其中開關(guān)控制指的是輸出量與輸入量之間不存在反饋的通道，只存在單方面的順序控制過程，這種方式受外界干擾較小運行過程穩(wěn)定，但精度較低，沒有自動糾偏的能力。閉環(huán)控制指的是輸出端與輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制過程有直接影響，這種控制方式精度較高，對外部干擾不敏感，但存在一定的震蕩、超調(diào)問題。復合控制則是將偏差控制與按擾動控制結(jié)合起來，消除擾動帶來的偏差。

3自動控制技術(shù)應用

3.1工業(yè)自動化

現(xiàn)代化進程的加快勢必離不開工業(yè)化的快速發(fā)展，工業(yè)化的發(fā)展很大程度依賴自動控制技術(shù)。自動控制技術(shù)可以有效地提高生產(chǎn)效率，分析工業(yè)生產(chǎn)過程中的重點步驟，加強實時監(jiān)控，對生產(chǎn)數(shù)量、質(zhì)量都得到有效的控制與監(jiān)管，從而推動工業(yè)的良好發(fā)展。自動控制系統(tǒng)在準確設(shè)置運行參數(shù)的情況下，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行，在出現(xiàn)故障時可以及時中止運行作業(yè)，自動檢修系統(tǒng)功能，盡快恢復正常運行。

比如，在人工實施較困難的脫硫、給水調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的火力發(fā)電廠中，自動控制技術(shù)的應用改善了人工作業(yè)環(huán)境，降低了工人工作的危險。火力發(fā)電廠的自控系統(tǒng)主要包括負責控制汽輪機和鍋爐發(fā)電的協(xié)調(diào)控制、決定運行順序的順序控制以及數(shù)據(jù)采集等自動控制系統(tǒng)。眾所周知，在火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程中需要消耗大量的煤炭同時釋放二氧化硫。二氧化硫是常見的具有刺激行的硫氧化物，在PM2.5的作用下會生成硫酸，進而產(chǎn)生酸雨等環(huán)境問題。在脫硫環(huán)節(jié)中，自動控制可以對數(shù)據(jù)進行采集處理，對設(shè)備性能進行在線計算以及生產(chǎn)過程的全過程記錄。同時還可對脫硫過程中的模擬量的閉環(huán)調(diào)節(jié)、吸收塔塔頂?shù)乃盅a充調(diào)節(jié)，避免水分損失過多、脫硫效果不佳等問題。大型火力發(fā)電給水是至關(guān)重要的，自動控制系統(tǒng)決定著整個系統(tǒng)的水位是否在正常范圍之內(nèi)。給水據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的原則進行水量分配。對給水調(diào)節(jié)門的控制通常會造成系統(tǒng)水路的壓力損失變化較大，因此在高負荷運行情況下通常利用對給水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，通過旁路切換主路來降低系統(tǒng)水路的壓力損失。而在低負荷運行情況下與此正相反。在對給水泵的運行過程中還常出現(xiàn)跳閘事故，在這種情況下，通常會引發(fā)省煤器進行誤判并啟動保護裝置，使得機組難以正常運行，出現(xiàn)滅火等行為。在給水系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)中，可以對跳閘事故進行分析處理，明確啟動、加水時間，讓給水泵有喘息的機會。在氣泵跳閘時，系統(tǒng)將按照5.5：3.5的前期人為設(shè)置對氣泵和電泵分別進行加水作業(yè)，保障其對水的需求。同時利用電泵并行啟動，使得設(shè)備主氣溫和再氣溫保持在正常范圍，以保障機組的正常運行，盡量降低水泵、氣泵跳閘事故所產(chǎn)生的消極影響。

另外，工業(yè)自動化在機械零件的設(shè)計、電動車、軌道交通等領(lǐng)域也有重要應用。PC即工業(yè)自動化控制，易于安裝與使用，主要包括IPC工控機以及變形機，有較高的自主診斷能力。從國內(nèi)來看，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)行業(yè)有國家法規(guī)政策的大力支持，擁有龐大多元化的市場需求，而且我國工業(yè)自動化控制水平與歐美發(fā)達國家差距仍十分顯著，未來工業(yè)自動化率提升空間非常廣闊。

3.2農(nóng)業(yè)自動化

在全面實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的需求下，自動控制在農(nóng)業(yè)中的應用尤為顯著。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式更加注重人的直接參與，這致使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率低下，農(nóng)民收入水平較低。近年來，城鎮(zhèn)化進程明顯加快，全國乃至全球糧食緊缺以及農(nóng)業(yè)勞動力人口迅速下降，推動了自動控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應用。自動控制在農(nóng)業(yè)應用中具有明顯的優(yōu)勢，可以不受天氣氣候影響，傳送信號穩(wěn)定，可以進行實時監(jiān)控，排除時間限制，準確完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務。此外，自動控制可以設(shè)置故障自動監(jiān)測功能，若農(nóng)業(yè)機械在自動運行過程中出現(xiàn)故障可以借助傳感器，發(fā)送警報信號，因此具有較高的農(nóng)業(yè)推廣價值。早在我國明清時期出現(xiàn)的水力風車就很好地體現(xiàn)了自動灌溉技術(shù)。隨著技術(shù)的不斷推陳出新，現(xiàn)階段的自動灌溉技術(shù)不僅能準確地實現(xiàn)農(nóng)田灌溉功能，還能對農(nóng)田農(nóng)作物的土壤水分情況進行實時地監(jiān)測與反饋，該技術(shù)可以將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳回中央控制系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)進行分析，制定出適合當?shù)禺敃r農(nóng)作物生產(chǎn)的高效合理的灌溉時間并提升對水資源的利用，充分體現(xiàn)了環(huán)保意識。另外，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，與自動灌溉系統(tǒng)相匹配的是農(nóng)作物施肥系統(tǒng)。在實現(xiàn)灌溉自動化的同時加入施肥系統(tǒng)，可以在將肥料加入水中協(xié)同輸送，這樣灌溉系統(tǒng)與施肥系統(tǒng)可以同步進行監(jiān)測，將農(nóng)作物所需養(yǎng)料及時傳送到中央監(jiān)控系統(tǒng)?？梢灶A見的是，未來的節(jié)水灌溉系統(tǒng)不僅僅是實現(xiàn)水與肥料的同步灌溉，還將綜合應用生物技術(shù)、計算機技術(shù)、地球遙感技術(shù)，對土壤的污染情況、水沙分布、作物生長情況、氣象參數(shù)進行實時采集，再進行綜合分析。與傳統(tǒng)的施肥方式相比，應用自動控制技術(shù)的施肥方式可以更精確，同時降低成本，對農(nóng)業(yè)實施精細化作業(yè)。

溫室大棚的出現(xiàn)使人們對自然環(huán)境的依賴性大大降低，而自動控制技術(shù)在溫室大棚中也大有用武之地。應用了自動控制技術(shù)的溫室大棚可以實時監(jiān)測大棚內(nèi)部的光照強度、溫度、濕度等情況，并根據(jù)實時情況對大棚內(nèi)的條件進行控制，從而使溫室大棚內(nèi)的農(nóng)作物長期處于最有利于生長的環(huán)境狀態(tài)中。溫室大棚通過塑料隔膜分離外界與大棚內(nèi)的環(huán)境，避免暴曬、寒冷、害蟲侵襲等惡劣環(huán)境。

由以上不難看出，自動控制技術(shù)已在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。隨著農(nóng)村人口老齡化的加劇，農(nóng)業(yè)自動化必將朝著更高效、精確的方向發(fā)展。下一步在建設(shè)智慧型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，應當注意對農(nóng)業(yè)自動化的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，將自動化技術(shù)滲透到生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，使自動控制系統(tǒng)多承擔繁重的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，解放農(nóng)業(yè)勞動力，為農(nóng)業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

3.3現(xiàn)代建筑自動化

在環(huán)保節(jié)能意識高漲的今天，現(xiàn)代建筑大多追求綠色建筑的設(shè)計理念，而綠色建筑的核心即是樓宇建筑自動控制系統(tǒng)。綠色智能建筑是在傳統(tǒng)建筑的基礎(chǔ)上，加入自動控制技術(shù)，通過建筑電氣自動化、信息通信技術(shù)，使人們在滿足個性化需求的基礎(chǔ)上盡可能地節(jié)約能源的建筑?，F(xiàn)階段，智能建筑大部分已經(jīng)實現(xiàn)了通信自動化、樓宇自動化、安保管理等功能。

在智能化建筑中，通信技術(shù)的應用可以實現(xiàn)樓宇之間的信息傳遞，建筑信息的外部通信等。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，傳輸信息的形式也呈現(xiàn)多樣化，文字、視頻、圖像等皆可實現(xiàn)，保障了智能建筑用戶在建筑內(nèi)通信的穩(wěn)定性與獨立性。建筑樓宇自動控制注重的是集成化的思想，控制中樞起決定性的作用，對智能建筑各個部分進行監(jiān)控，進一步優(yōu)化系統(tǒng)管理，保障建筑正常使用。如排水監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)建筑各個部分的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)對各部分的需水量、水泵運行情況進行分析，以提高水資源的利用率，使建筑能源管理達到最高效。中央空調(diào)系統(tǒng)也是重要的樓宇自動控制的一部分，根據(jù)用戶實際需要選擇合適的設(shè)備運行。它可以通過分析室內(nèi)外溫度、濕度、光照等情況，對空調(diào)的設(shè)定溫度進行控制，提供最佳舒適空調(diào)環(huán)境。在物業(yè)管理過程中，自動控制技術(shù)的加入可以充分提高安保管理的效率與質(zhì)量，還可以自動監(jiān)測建筑各個部分的火電情況、設(shè)備運行情況，如發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常、火災等情況可以迅速啟動報警裝置，便于及時排除故障。同時，智能建筑與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合可最大限度地減少人工安保的隱患，可在建筑入口或者小區(qū)入口進行身份識別，為用戶提供一鍵報警裝置。在小區(qū)內(nèi)部對車輛進行實時監(jiān)測，設(shè)置智能提示，高效管理車輛運行以及車輛停放，避免陌生車輛的隨意進入等。目前，建筑自動化已經(jīng)成為一種趨勢，自動控制系統(tǒng)的加入為人們的居住提供了更加安全、舒適的居住環(huán)境。