试论自动控制工程基础与应用

摘 要：自动控制理论是研究关于自动控制系统组成、分析和设计的一般性理论，是研究自动控制共同规律的技术科学。简要介绍自动控制的基本概要、自动控制系统的分类和组成、对控制系统的性能要求及自动控制理论的发展。自动控制技术不仅广泛应用于工业控制中，在军事、农业、航空、航海领域也发挥着重要的作用。例如在工业控制中，对压力、温度、流量配料比例的控制，都广泛采用了自动控制技术。因此，研究自动控制技术具有十分重要的意义。

关键词：自动控制系统;共同规律;工业控制

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）36-0078-01

1 自动控制概论

1.1 自动控制与自动控制系统

从20世纪40年代起，特别是第2次世界大战以来，控制工程基础课程存在的问题，依据多年的教学实践和探索，从专业定位、教学方法、实践环节等方面介绍了我们的做法，希望对此课程的教学有所启发。由于工业活动的发展和军事技术上的需要，科学技术发展十分快。自动控制作为一门专门的学科，也得到了很快的发展和广泛的应用。同时也是推行新的技术和新的产业的关键之一。在我国的工业化、信息化与现代化有很大的区别，自动控制理论的研究对象是系统。在我们的生活中就有很多接洽很多系统，但是有着很多的生物体、生产线、电力网、器乐，企业、社会化的一个系统。

自动控制理论的发展与应用有可能会改变劳动能力，把人类从翻动的劳动力效仿其他国家的技术，由自动控制系统能够以最好的方式来运行，就能把劳动生产提高，产品提高质量，从而节约资愿。自动控制学科办理以来，自动控制理论技术得到很好的发挥，必定在未来得到广泛应用。

1.2 自动控制系统的分类

自动控制系统多种多样，按不同的分不同的类型。控制系统的结构或者参数在系统运行过程中不随时间的变化，系统为定常系统，称为时变系统。而结构或者参数不随时间变化的性质性系统则称为线性定常系统，它是一种简单而重要的系统，关于这种系统已经有成熟的研究成果和分析设计方法。

1.3 自动控制理论的发展

自动控制理论是人类征服自然的生产实践活动，产生平行社会生产和科学技术的进步而不单发展、完善来。

在20世纪中期，科学技术及生产力发展，有些空间技术的发展要有多变的量系统、非线性系统的最好系统控制问题。在现代控制理论在学习中会使用到其他空间的系统法则，在现代自动控制理论的今天很多行业都会用到这个系统。要通过的自动控制系统，也介绍了控制系统的组成和工作原理，从而使其他行业和了解了自动控制理论的人有了大概的理解。对于自动控制系统的基本要求是最快。自动控制理论的发展经历了经典控制理论，现代控制理论和智能控制理论三个起点。

2 自动控制系统的模型

在控制系统的分析和设计中，要建立性同的教学数据模型，控制系统教学模型可以通过解分析法和实验分析法来建立的一种关系，也就是依据描写系统运动过程的运动定理，为了便于分析与理解，在分析法在而建立或者系统教学模型的一种形式。控制系统的数学模型、时域分析法、根轨迹分析法、频率特性法、离散系统分析、非线性系统分析和自动控制理论综合等内容，强调的是物理概念和实际应用。

在微分方式的过程中的自动控制系统动态的基本方法，由于控制系统的多样性，控制系统微分的表现也不一样，分析和设计的自动控制系统首要工作是确定系统的教学模型，在确立教学模型之后，可以采用不同方法来使用。分析系统时间全部信息，与其他分析分析法相比。分析法是通过直接求解系统在输入信号的作用下时间响应，来分析控制系统的稳定性、动态性能和问题性，工程上常用单位。

3 分析法与研究系统

研究控制系统的一种经典方法，在范围内应用图解分析法评价系统性能的一种工程方法，还可以用实验方法则定。线性系统可以分为最小相位系统和非线性系统，我们较为详细地讨论了系统分析的基本方法，在可以看出所谓系统分析，就是在给系统的结构、参数和工作条件下，对它的教学模型进行分析，包含稳定性和动态性能分析，看其是否满足要求，以及分析某些参数变化对上述性能的影响。系统分析为了一设计满足的自动控制系统，当先有系统不满足要求时。我们就要找如何解决系统性能的方法。要了解系统的基本控制规律及特性的原理和方法。①因为c（t）的表达式中包含变量的二次项2（）rt，所以该系统为非线性系统。②因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。③该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，所以该系统为线性系统，但第一项（）dcttdt的系数为t，是随时间变化的变量，因此该系统为线性时变系统。④因为c（t）的表达式中r（t）的系数为非线性函数cost？棕，所以该系统为非线性系统。⑤因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。⑥因为c（t）的表达式中包含变量的二次项2（）rt，表示二次曲线关系，所以该系统为非线性系统。

4 系统教学模型

数学模型就是根据系统运动过程的物理、化学等规律，所写出来的描述系统运动规律、特性、输出与输入关系的数学表达式。它是对系统进行理论分析研究的只要依据。控制系统的数学模型有多种，常用的有微分方程、传递函数、动态结构图和信号流图等。各数学模型之间可以进行转换。微分方程是描述控制系统动态特性的最基本的方法。转递函数是在零初始条件下，线性定常系统的转递函数。通过等系统分析，就是在给系统的结构、参数和工作条件下，对它的教学模型进行分析、人类征服自然的生产实践活动，产生平行社会生产和科学技术的进步而不单发展、完善来。①机理分析法：机理明确，应用面广，但需要对象特性清晰;②实验测试法：不需要对象特性清晰，只要有输入输出数据即可，但适用面受限;③以上两种方法的结合：通常是机理分析确定结构，实验测试法确定参数，发挥了各自的优点，克服了相应的缺点对动态特性的影响：比例控制kP加大，使系统的动作灵敏提高，速度加快，kP偏大，振荡次数加多，调节时间加长。当kP太大时，系统会趋于不稳定。若kP太小，又会使系统的动作缓慢。对稳态特性的影响：在系统稳定的情况下，加大比例控制kP，可以减小稳态误差，提高控制精度，但加大kP只是减少稳态误差，却不能完全消除误差。

具有积分作用的控制器在单方向偏差信号的作用下，其输出达到输出范围仍然继续进行，从而使控制器脱离正常工作状态进入深度饱和状态这种现称为积分饱和。积分饱和的影响：控制不及时。防止积分饱和的方法：在控制器输出达到输出范围上限值或下限值时，暂时去掉积分作用;在控制器输出达到输出范围上限值或下限值时，使积分作用输出不继续增加。

5 结 语

文章介绍自动控制的基本的理论和方法，同时注意引入新知识、新技术，体现时代特征，化知识掌握经典控制理论的基本概念和基础知识介绍控制论的研究对象与任务，控制系统的分类及控制论的发展史。使学生能以控制、系统的观点而不是静止、局部的观点去看待一个机械工程系统，培养学生从整体的而不是分散的角度，从整个系统中信息传递，转换和反馈等角度来分析系统的“动态行为”。

参考文献：

[1] 王积伟，吴振顺.控制工程基础（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2] 董景新，赵长德，郭美凤，等.控制工程基础（第3版）[M].北京：清华大学出版社，2009.

[3] 杨叔子，杨克冲.机械工程控制基础（第5版）[M].武汉：华中科技大学出版社，2005.

作者简介：杨雅文（1987-），女，工程师，从事建筑电气及智能化设计及体育赛事管理咨询工作。