浅谈自动控制技术及其应用

安建峰

摘 要：随着社会不断发展，科技日益进步，自动控制技术已经被广泛应用于军事、工业、农业、气象，交通等关系国计民生的各个领域，自动控制技术在社会生产和生活中的广泛应用极大提高了人们的劳动生产率和生活水平。因此，我们有必要对自动控制技术有一个较为清楚的了解，下面就自动控制技术方面做一些基本介绍。

关键词：自动控制技术；自动控制理论；自动控制系统

自动控制技术是指自动控制系统通过自动控制设备或装置，按照提前设置好的条件来运行，而且整个控制过程不能有人的干预，由设备和装置自己完成自动控制任务的控制技术。自动控制技术的基本原理是，通过对监测对象在运行过程中产生的偏差信号进行放大来控制监测对象稳定在预设值合理范围内。

自动控制理论是自动控制技术的理论基础，现已发展成为一门独立的学科，它只研究自动控制系统分析和设计的一般理论。根据它发展的不同阶段，自动控制理论可以分成“经典控制理论”和“现代控制理论”两大部分。

20世纪40年代经典控制理论诞生，它一般采用图解的方法来分析和设计问题；20世纪50年代起人类开始大规模进行太空探索。1957年前苏联成功发射人类第一颗人造卫星，1968年美国阿波罗飞船成功实现人类首次登月。在这些探索太空的过程中，自动控制技术扮演着十分重要的角色，同时也极大地推动了自动控制技术的发展，现代控制理论也随之诞生。

现代控制理论主要是研究具有高性能，高精度的多输入-多输出线性或非线性，定常或时变系统的分析和设计问题。

经典控制理论和现代控制理论构成了全部的自动控制理论，自动控制理论发展的同时也推动了自动控制技术在社会生产各领域中的广泛应用。

自动控制系统是由许多有相互关联的设备组成的具有特定功能的控制系统。它有三种控制方式：开环控制，闭环控制和复合控制。

1）开环控制是指在控制执行过程中只有顺向作用的控制过程；

2）闭环控制是指在开环控制的基础上，加入测速发电机与电机转速测量单元构成的负反馈控制系统；

3）复合控制是补偿控制和偏差控制的结合。

接下来介绍一下自动控制系统的分类，自动控制系统按不同的特点可以分为三大类。

按系统输入信号特点：

1）如果输入信号是一稳定不变的值，那么这类系统就称为恒值控制系统；

2）如果输入信号要求系统按照一已知的时间函数运行，那么这类系统就称为程序控制系统；

3）如果输入信号要求系统输出信号能够准确随着输入信号的变化而变化，那么这类系统就称为随动控制系统。

按系统数学模型特点：

1）当自动控制系统的运动可以用线性微分方程来说明时，那么这类系统就称为线性系统；

2）非线性系统。系统中只要某一部件具有非线性特性，这类系统就称为非线性系统。

按系统时间变量特点：

1）如果系统控制过程中的输入和输出都是连续时间函数时，那么这类系统就称为连续时间系统；

2）离散时间系统。在系统控制过程中有脉冲序列或者数字编码信号时，那么这类系统就称为离散时间系统。

如今随着科学技术的迅猛发展，自动控制技术也得到长足发展，并广泛应用于人类生产、生活的各个方面。

例如，在军事方面，雷达能够远在千里之外发现目标并发出预警给部队提供充足的时间完成防御或攻击准备。导弹发射后能够在指挥系统的指引下自动调整飞行状态，自动识别并击中目标完成任務；在航空航天方面，卫星发射进入太空中能够自动调整姿态，进入预定轨道完成军事和科研任务。

月球探测器在降落过程中能够自动寻找理想的区域，控制降落姿态并安全着陆，为科研人员传回大量珍贵的月面照片和科研数据；在防灾减灾方面，卫星遥感技术能够及时发现诸如森林火灾、泥石流、洪涝灾害等自然灾害，为救灾部门提供及时准确的决策依据，将人员和财产损失降到最低；在工业生产方面，工业智能机器人的广泛应用大大提高了企业的生产效率和产品的质量增强了企业的竞争力。

自动控制技术也与我们的生活密切相关。例如，每当夜幕降临时，城市道路两边的路灯会由于周围光线变暗自动开启为人们照亮回家的路。当我们回家乘坐电梯时，只需按下数字按键就能把我们安全带回家；当我们把家里的空调提前设置好温度时，空调的自动控制系统就会始终将室内温度维持在设置好的温度，为我们提供一个舒适的环境；当我们用电饭煲蒸米饭时，只需把适量的水和米放入，过一段时间我们就能吃上香喷喷的米饭；当我们想看电影或出去旅行时，在网络上就能购票，选座免去了排队的苦恼。

商场、小区停车场的自动泊车系统，可以实时显示车位的使用情况，方便人们停车。银行、医院、餐饮的自动叫号系统，免去了人们排长队的辛苦和防止有人插队的烦恼。

此外，自动控制技术还大量应用于机场航班信号指挥系统、110报警指挥系统、城市交通信号系统、铁路的自动调度系统、电力系统等，类似的应用在我们的身边还有很多。

总之，随着科学技术的不断进步，自动控制技术也将向更深、更广的领域迈进，在人类现代生活中也将扮演越来越重要的角色，必将为人类社会进步做出更大贡献。

参考文献：

[1] 叶明超，黄海主编.自动控制原理与系统.2版.北京：北京理工大学出版社，2013.2.

[2] 杨智，范正平主编.自动控制原理.2版.北京：清华大学出版社，2014.