浅析自动控制的原理及其应用

新疆轻工职业技术学院 王晔 张振宇

1 概述

人类区别于动物最主要的地方在于人类会使用工具，从人类开始学会使用工具以来，人类就开始不断地改进工具，一直到现代自动控制技术的发展。自动控制技术的发展大大推进了人类社会的发展，这两个之间的关系是密不可分的。自动控制技术的不断发展使得人类不再需要从事一些比较危险的、重复性高的、特别繁琐的劳动，人们得到了解放，而且自动控制技术还可以大大地提高劳动的效率和准确性，这是人永远也比不上的。从自动控制技术发展开始到现在自动控制技术对整体的科学技术起到了非常大的推动作用，最主要给人们带来了很大的经济效益。可是随着人类社会的不断进步，现在科学技术也在不断地进步，人们对于自动控制系统的要求也不断在提高，自动控制系统的理论发展也就面临了新的挑战，需要进一步的发展才能更好地适应时代的发展。

2 自动控制的原理

目前基本在各个领域都能看到自动控制系统的身影，自动控制技术的作用也已经越来越重要了。什么是自动控制？简单地说就是不再需要人的直接参与了，在没有人的情况下，单纯地依靠自动化设备，比如各种控制器，就使得被控对象，多指机器、设备或者抽象的生产过程控制，具体的被控对象可以是某一个机器、设备或者其中的一个部分，生产过程当中的某一个具体的参数，根据这些具体的被控对象，我们采用一些方法让这些参数按照我们需要的一些规律进行控制，最终达到我们需要的目的。从这可以看出自动控制系统不是一个简单单一的控制对象，而是各个对象组合起来的一个有机的整体。自动控制理论就是用理论的方法来研究自动控制的各种规律的一门实用性很强的学科。自动控制系统的发展实际上时间不是很长，在自动控制系统的初期阶段随着控制器的发展，机器越来越聪明，这时候需要一些系统的理论来支撑自动控制系统的发展。最开始采用了反馈理论，实现了自动调节，后面由于现实的需要发展出了一些军用的系统来替代人的不足，比如雷达控制系统、火炮自动定位系统以及轮船、飞机等等的自动驾驶系统，这些系统的产生就不断地完善自动控制系统理论。后来就出现了经典控制理论，其中从传递函数开始使用理论就可以分析出系统的稳定性，大大节约了人力物力，目前更是采用计算机模拟仿真，就可以直接模拟出系统的各个方面，使得自动控制系统发展越来越快。

3 自动控制的应用

3.1 自动控制在化工生产的应用

化工生产采用自动控制的时间非常早，这是由于化工生产的特点是高温、高压、有毒、有害、易燃、易爆，化工生产还是一个人员密集型产业，需要大量的工人才能够进行操作。并且化工生产要求还非常高，工人一个不注意就会产生非常大的事故，目前历史上化工行业就发生过非常大的事故。采用自动控制系统有两个好处，第一个是节约劳动成本，减少人员的使用，第二个是采用自动控制系统之后，可以使得现场的人员数量大大减少，造成一种现场无人化管理。由于减少了现场的人员数量就降低了发生事故的后果，大大减少了人员的伤害。

目前自动控制是有两个发展的方向的，大致可以分为，其一是研究控制方法，采用各种不同的控制方法达到我们需要的控制目的，往往对一个对象会采用很多控制方法。另一个就是主要采用了理论进行研究，采用更为先进的控制理论，和更为先进的控制方法使得控制更为准确、快速、稳定。在化工生产当中目前主要采用的是第一种方法，采用了各种各样的控制方法，不同的控制的算法，进行了合理的组合，来达到控制目的。对于某些控制要求过高的场所才会采取第二种控制方法，采用更高级的控制方法进行控制。

3.2 自动控制理论在光伏逆变电源中的应用

在光伏逆变电源当中自动控制理论的应用是比较多的，主要用到了模糊控制的理论还有一些控制方法的研究。模糊控制理论主要的想法是对精确控制提出了一定的改变，对于某些要求控制参数太多，全部纳入计算当中来，变量太多计算量太大，最终结果也不是很好的对象，采用了概率来进行控制，这样改变了算法反而使得控制精度和速度大大提高了，在光伏逆变电源中主要把模糊控制用到了并网当中，这样就大大减少了模糊控制的具体参数，只需要将误差电流和设定的参考电流作为控制变量，可以大幅度提高整体系统的速度性，这样对控制效果就有了很大的提升。还用到了模数控制理论，模数控制其实就是把模拟电路还有数字电路进行混合，使得两种电路都发挥自己的作用，提高效率。这个主要应用于对于逆变电压的同步还有跟踪并进行控制。再有就是芯片的发展，目前芯片技术发展越来越快，集成技术也发展的非常的快，我们就发现现在从外观上看是越来越简单了，目前已经使用智能芯片和专用芯片代替了原来的一些成规模的元器件了。

3.3 自动控制系统在煤电当中的应用

新疆的煤炭资源非常丰富，新发现的准东煤田预计储量达到了3900 亿吨。大储量的煤炭资源产生了大量的煤电产业。在煤电产业当中也大量使用了自动控制系统。在锅炉控制当中采用的三冲量控制，就是典型的自动控制系统。三冲量控制采用了前馈加反馈的控制模式，可以非常有效地减少虚假液位对控制的影响，使得锅炉的安全系数大大提高。在自动连锁保护控制系统当中，也有大量的应用，由于采用了大量的自动连锁保护系统，当系统当中某一个参数超过了允许值之后，达到了高报状态，这时候系统会自动报警，提醒操作工进行操作，当参数进一步的增加，达到了高报状态，这时候系统会自动切换，连锁保护，采取一系列的动作，如进行防空，切断等动作，这样使得整个系统能够安全的运行。

在旋转设备当中也大量采用了自动控制系统，旋转设备，特别是高速旋转设备有一个很大的问题就是在高速旋转当中如果发生了震动，当震动频率达到一定值的时候极容易发生断裂，会产生非常严重的后果。在旋转设备中采用的震动控制系统，主要是通过非接触测量，测量出系统的震动，在不影响设备正常运行的情况下达到提前报警，在出现隐患的时候提前消除隐患，最终保护设备的安全正常运行。

在温度控制系统当时采用了PID 控制，对于温度要求较高的场所，温度控制往往由于滞后比较大，控制起来很难达到预期的效果，比较难以控制，这就需要采用PID 控制对于简单的温度系统能够达到控制要求。

在要求较高的场所采用选择控制系统，对于一般的场所一套控制系统能够达到控制的要求，但是当被控对象变化非常大，很容易发生很大的波动的地方，当一套控制系统突然不稳定的时候，这时候如果有一套备用的控制系统来接替原有的控制系统，这样一来，本来可能需要停车才能处理的问题就没有这么麻烦，选择控制系统采用了软性的保护来代替硬性的连锁保护停车，对于系统能够长时间运行，提供了可靠的保障。

4 总结

自动控制系统目前已经在生活的方方面面都有了应用，在生产生活当中无处不在，本文只是对其中的很少几个方面做了简单的介绍。虽然现在对于自动控制系统的要求越来越高，自动控制系统遇到的挑战也很高，但是有了挑战也就有了机遇。首先就是软硬件的智能化的尽可能地实现。其次自动控制系统要和其他的学科进一步的相结合让其他学科为自动控制系统提供新的思路，新的方法，不断推动控制系统的发展。