自動化控制理論的發(fā)展分析

張楠

摘 要 自動化控制作為一個獨立的學科發(fā)展迅速，被廣泛應用社會各個領域，發(fā)揮著不可替代的作用。自動化控制是按照生產要求和生產目標通過機器、設備，代替人為的操作進行自動化生產，取代了人力的投入，對于生產率的提高具有重要作用，是社會生產力發(fā)展的重要標志。自動化控制理論自誕生以來經歷了一系列的發(fā)展過程，本文就此問題展開討論。

關鍵詞 自動化技術；自動化控制理論；發(fā)展；分析

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）17-0007-01

自動化控制作為工程科學的分支學科，從宏觀上來說是指將人力直接操作機器和設備加以取代，利用能源和裝置元件按照生產要求和產生目標完成生產工作。自動化控制綜合了機電、計算機、通訊等多個學科的知識技術和應用工具，將多種技術融合起來，形成自動化的控制系統(tǒng)來代替人力的工作程序。自動控制理論是相對人工控制而言的，不需要人力的親自參與，利用自動化控制裝置或者設備按照預定的程序或者規(guī)律自動運行，將人力從復雜危險的工作環(huán)境中替代，大大減少了人力的投入，有效緩解了人力操作的強度和壓力，同時提高了工作的質量和工作效率。

1 自動化技術的產生和發(fā)展

自動化技術的產生和發(fā)展大致可分為四個階段：第一階段，18世紀前期自動化裝置出現(xiàn)。人類為了減輕生產生活中繁重的勞動壓力，逐漸學會了對自然界的資源加以利用。利用自然的動力，如風力、水利等資源來替代人力的勞動，簡易的自動裝置實現(xiàn)了對自然資源中的動力的初步控制，使人們繁雜的體力和腦力勞動中一部分被取代。第二階段，18世紀末20世紀初，自動化技術初步形成。第三階段，20世紀中期，自動化開始快速發(fā)展，進入局部自動化時期。20世紀40年代，來自美國的核物理學家和電氣工程師在電子管和數(shù)字管的基礎上研制出第一臺計算機。隨后的幾年時間里專家和工程師對計算機的性能進行了完善、改良和升級，使其功能更加強大、更加實用。計算機的產生為控制系統(tǒng)的程序控制和邏輯控制再到數(shù)字控制打下了良好的基礎。隨著計算機和單片機的產生和發(fā)展，如今在復雜的自動控制系統(tǒng)中，計算機和單片機已經成為其中不可替代的一部分，在控制和計算方面發(fā)揮整重要的作用。第四階段，20世紀中期至今，已經全面進入了綜合自動化的時期。隨著工業(yè)化的發(fā)展的日益復雜，經典控制理論已經顯得陳舊落后，無法滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求。自動化控制理論的迅速發(fā)展促進了現(xiàn)代控制理論的誕生。

自動控制系統(tǒng)經歷了一系列的發(fā)展更新，其類型從單一向多元化發(fā)展?，F(xiàn)今自動控制系統(tǒng)主要分為恒指自動控制、程序自動控制、伺服系統(tǒng)三種主要類型。雖然類型不同，但是系統(tǒng)的結構組成上大致相同：1）給定環(huán)節(jié)，負責信號輸入；2）反饋環(huán)節(jié)，負責對輸入的信號進行反饋信號的轉換；3）比較環(huán)節(jié)，負責比較輸入信號和反饋信號間的誤差；4）控制器，是系統(tǒng)核心，根據(jù)比較環(huán)節(jié)發(fā)送過來的誤差信息，依據(jù)一定的規(guī)則發(fā)出控制調整的信號；5）執(zhí)行機構，按照控制信號的指示運行工作。6）控制對象，多為生產過程或者生產設備。7）校正環(huán)節(jié)，個別伺服系統(tǒng)沒有采用標準話控制器，這就需要校正環(huán)節(jié)對誤差信號進行誤差校正。

2 自動化控制的基本原理

自動化控制基本原理可通過前饋控制和反饋控制兩個詞來表現(xiàn)。前饋控制是建立在干擾量得基礎之上的，控制量會由于干擾量得變化而發(fā)生變動，預先施加一個作用用以對干擾量加以抵消，使被控量保持恒定，不受干擾量的影響。反饋控制是建立在被控量偏差的基礎之上的，當被控量發(fā)生改變時，控制器機構會接收到的反饋信號進行輸出控制反應，對變化進行調整，也就是說只有控制量變化，才會有反饋控制的輸出。但是無論是前饋控制還是反饋控制，目的都是一致的，都是為了被控量按照任務要求穩(wěn)定輸出。

3 自動化控制的發(fā)展趨勢

科學技術的發(fā)展日新月異，自動化控制技術在已有的技術成果的基礎上，也呈現(xiàn)出以下良好的發(fā)展趨勢。

1）自動化控制系統(tǒng)的復雜化。隨著社會經濟的發(fā)展和科學技術的不斷創(chuàng)新，為了跟隨高新技術發(fā)展的步伐，滿足各行業(yè)領域的需要，自動化控制系統(tǒng)必將朝著大規(guī)?；?、復雜化得方向發(fā)展。自動化控制系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，其建模和仿真的工作任務也將面臨越來越多的困難。系統(tǒng)的建模涉及范圍廣泛，模型的轉換、分辨率、模型之間的融合集成都是亟待解決的問題。同時，對控制系統(tǒng)結構設計的優(yōu)化和運用也是研究工作中的

重點。

2）控制系統(tǒng)結構和算法的優(yōu)化。自動化控制系統(tǒng)在應用和發(fā)展中，控制系統(tǒng)的結構的優(yōu)化方向朝著分布式分層遞階控制發(fā)展前進，隨著系統(tǒng)結構的發(fā)展，控制算法也隨之發(fā)展進化。

3）混雜控制系統(tǒng)的發(fā)展應用。最近幾年，混雜控制系統(tǒng)迅速發(fā)展，很快受到行業(yè)的關注和重視，很多專家學者致力于該理論的研究?；祀s控制系統(tǒng)的主要特點是通過一個框架結構的建立，將離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)加以綜合，在框架內部進行集成分析，形成一個綜合優(yōu)化的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的核心與自動控制系統(tǒng)的核心一樣都是反饋和優(yōu)化?；祀s控制系統(tǒng)綜合數(shù)學、人工智能等多種學科技術，是自動化控制學科發(fā)展的里程碑。

4）非線性控制系統(tǒng)的發(fā)展應用。在控制領域總，非線性控制系統(tǒng)理論一直備受關注，發(fā)展迅速。在未來的技術發(fā)展中，非線性控制系統(tǒng)以清晰的模型為基礎，朝著更簡單化、更實用化、高性能化得方向發(fā)展。

5）智能化控制系統(tǒng)?，F(xiàn)今智能化控制系統(tǒng)已經逐漸興起，并且表現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢。在未來自動化控制的發(fā)展中，智能化系統(tǒng)能夠對復雜化得大規(guī)模的工業(yè)過程進行自動化、智能化的全程控制和決策。未來計算機技術、網絡技術、智能技術等先進技術的發(fā)展，為智能化控制系統(tǒng)提供技術支持和保障。智能控制技術的發(fā)展將包含更多的性能，涉及更廣的范圍，融合更多的現(xiàn)今技術，在軍事、航空航天、工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療、金融等等各個領域中發(fā)揮重要的作用，為社會的發(fā)展和人民的生活服務。

參考文獻

[1]秦世引.展示面向21世紀自動化新技術的IFAC[J].自動化信息，2012（6）：30-40.

[2]顧幸生，劉漫丹，張凌波.現(xiàn)代控制理論及應用[M].上海：華東理工大學出版社，2013：25-26.

[3]張曉江，方敏.“自動控制理論”教學內容發(fā)展歷程與優(yōu)化措施[M].北京：中國電力教育出版社，2010：12-13.endprint

摘 要 自動化控制作為一個獨立的學科發(fā)展迅速，被廣泛應用社會各個領域，發(fā)揮著不可替代的作用。自動化控制是按照生產要求和生產目標通過機器、設備，代替人為的操作進行自動化生產，取代了人力的投入，對于生產率的提高具有重要作用，是社會生產力發(fā)展的重要標志。自動化控制理論自誕生以來經歷了一系列的發(fā)展過程，本文就此問題展開討論。

關鍵詞 自動化技術；自動化控制理論；發(fā)展；分析

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）17-0007-01

自動化控制作為工程科學的分支學科，從宏觀上來說是指將人力直接操作機器和設備加以取代，利用能源和裝置元件按照生產要求和產生目標完成生產工作。自動化控制綜合了機電、計算機、通訊等多個學科的知識技術和應用工具，將多種技術融合起來，形成自動化的控制系統(tǒng)來代替人力的工作程序。自動控制理論是相對人工控制而言的，不需要人力的親自參與，利用自動化控制裝置或者設備按照預定的程序或者規(guī)律自動運行，將人力從復雜危險的工作環(huán)境中替代，大大減少了人力的投入，有效緩解了人力操作的強度和壓力，同時提高了工作的質量和工作效率。

1 自動化技術的產生和發(fā)展

自動化技術的產生和發(fā)展大致可分為四個階段：第一階段，18世紀前期自動化裝置出現(xiàn)。人類為了減輕生產生活中繁重的勞動壓力，逐漸學會了對自然界的資源加以利用。利用自然的動力，如風力、水利等資源來替代人力的勞動，簡易的自動裝置實現(xiàn)了對自然資源中的動力的初步控制，使人們繁雜的體力和腦力勞動中一部分被取代。第二階段，18世紀末20世紀初，自動化技術初步形成。第三階段，20世紀中期，自動化開始快速發(fā)展，進入局部自動化時期。20世紀40年代，來自美國的核物理學家和電氣工程師在電子管和數(shù)字管的基礎上研制出第一臺計算機。隨后的幾年時間里專家和工程師對計算機的性能進行了完善、改良和升級，使其功能更加強大、更加實用。計算機的產生為控制系統(tǒng)的程序控制和邏輯控制再到數(shù)字控制打下了良好的基礎。隨著計算機和單片機的產生和發(fā)展，如今在復雜的自動控制系統(tǒng)中，計算機和單片機已經成為其中不可替代的一部分，在控制和計算方面發(fā)揮整重要的作用。第四階段，20世紀中期至今，已經全面進入了綜合自動化的時期。隨著工業(yè)化的發(fā)展的日益復雜，經典控制理論已經顯得陳舊落后，無法滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求。自動化控制理論的迅速發(fā)展促進了現(xiàn)代控制理論的誕生。

自動控制系統(tǒng)經歷了一系列的發(fā)展更新，其類型從單一向多元化發(fā)展。現(xiàn)今自動控制系統(tǒng)主要分為恒指自動控制、程序自動控制、伺服系統(tǒng)三種主要類型。雖然類型不同，但是系統(tǒng)的結構組成上大致相同：1）給定環(huán)節(jié)，負責信號輸入；2）反饋環(huán)節(jié)，負責對輸入的信號進行反饋信號的轉換；3）比較環(huán)節(jié)，負責比較輸入信號和反饋信號間的誤差；4）控制器，是系統(tǒng)核心，根據(jù)比較環(huán)節(jié)發(fā)送過來的誤差信息，依據(jù)一定的規(guī)則發(fā)出控制調整的信號；5）執(zhí)行機構，按照控制信號的指示運行工作。6）控制對象，多為生產過程或者生產設備。7）校正環(huán)節(jié)，個別伺服系統(tǒng)沒有采用標準話控制器，這就需要校正環(huán)節(jié)對誤差信號進行誤差校正。

2 自動化控制的基本原理

自動化控制基本原理可通過前饋控制和反饋控制兩個詞來表現(xiàn)。前饋控制是建立在干擾量得基礎之上的，控制量會由于干擾量得變化而發(fā)生變動，預先施加一個作用用以對干擾量加以抵消，使被控量保持恒定，不受干擾量的影響。反饋控制是建立在被控量偏差的基礎之上的，當被控量發(fā)生改變時，控制器機構會接收到的反饋信號進行輸出控制反應，對變化進行調整，也就是說只有控制量變化，才會有反饋控制的輸出。但是無論是前饋控制還是反饋控制，目的都是一致的，都是為了被控量按照任務要求穩(wěn)定輸出。

3 自動化控制的發(fā)展趨勢

科學技術的發(fā)展日新月異，自動化控制技術在已有的技術成果的基礎上，也呈現(xiàn)出以下良好的發(fā)展趨勢。

1）自動化控制系統(tǒng)的復雜化。隨著社會經濟的發(fā)展和科學技術的不斷創(chuàng)新，為了跟隨高新技術發(fā)展的步伐，滿足各行業(yè)領域的需要，自動化控制系統(tǒng)必將朝著大規(guī)?；?、復雜化得方向發(fā)展。自動化控制系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，其建模和仿真的工作任務也將面臨越來越多的困難。系統(tǒng)的建模涉及范圍廣泛，模型的轉換、分辨率、模型之間的融合集成都是亟待解決的問題。同時，對控制系統(tǒng)結構設計的優(yōu)化和運用也是研究工作中的

重點。

2）控制系統(tǒng)結構和算法的優(yōu)化。自動化控制系統(tǒng)在應用和發(fā)展中，控制系統(tǒng)的結構的優(yōu)化方向朝著分布式分層遞階控制發(fā)展前進，隨著系統(tǒng)結構的發(fā)展，控制算法也隨之發(fā)展進化。

3）混雜控制系統(tǒng)的發(fā)展應用。最近幾年，混雜控制系統(tǒng)迅速發(fā)展，很快受到行業(yè)的關注和重視，很多專家學者致力于該理論的研究。混雜控制系統(tǒng)的主要特點是通過一個框架結構的建立，將離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)加以綜合，在框架內部進行集成分析，形成一個綜合優(yōu)化的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的核心與自動控制系統(tǒng)的核心一樣都是反饋和優(yōu)化。混雜控制系統(tǒng)綜合數(shù)學、人工智能等多種學科技術，是自動化控制學科發(fā)展的里程碑。

4）非線性控制系統(tǒng)的發(fā)展應用。在控制領域總，非線性控制系統(tǒng)理論一直備受關注，發(fā)展迅速。在未來的技術發(fā)展中，非線性控制系統(tǒng)以清晰的模型為基礎，朝著更簡單化、更實用化、高性能化得方向發(fā)展。

5）智能化控制系統(tǒng)?，F(xiàn)今智能化控制系統(tǒng)已經逐漸興起，并且表現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢。在未來自動化控制的發(fā)展中，智能化系統(tǒng)能夠對復雜化得大規(guī)模的工業(yè)過程進行自動化、智能化的全程控制和決策。未來計算機技術、網絡技術、智能技術等先進技術的發(fā)展，為智能化控制系統(tǒng)提供技術支持和保障。智能控制技術的發(fā)展將包含更多的性能，涉及更廣的范圍，融合更多的現(xiàn)今技術，在軍事、航空航天、工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療、金融等等各個領域中發(fā)揮重要的作用，為社會的發(fā)展和人民的生活服務。

參考文獻

[1]秦世引.展示面向21世紀自動化新技術的IFAC[J].自動化信息，2012（6）：30-40.

[2]顧幸生，劉漫丹，張凌波.現(xiàn)代控制理論及應用[M].上海：華東理工大學出版社，2013：25-26.

[3]張曉江，方敏.“自動控制理論”教學內容發(fā)展歷程與優(yōu)化措施[M].北京：中國電力教育出版社，2010：12-13.endprint

摘 要 自動化控制作為一個獨立的學科發(fā)展迅速，被廣泛應用社會各個領域，發(fā)揮著不可替代的作用。自動化控制是按照生產要求和生產目標通過機器、設備，代替人為的操作進行自動化生產，取代了人力的投入，對于生產率的提高具有重要作用，是社會生產力發(fā)展的重要標志。自動化控制理論自誕生以來經歷了一系列的發(fā)展過程，本文就此問題展開討論。

關鍵詞 自動化技術；自動化控制理論；發(fā)展；分析

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）17-0007-01

自動化控制作為工程科學的分支學科，從宏觀上來說是指將人力直接操作機器和設備加以取代，利用能源和裝置元件按照生產要求和產生目標完成生產工作。自動化控制綜合了機電、計算機、通訊等多個學科的知識技術和應用工具，將多種技術融合起來，形成自動化的控制系統(tǒng)來代替人力的工作程序。自動控制理論是相對人工控制而言的，不需要人力的親自參與，利用自動化控制裝置或者設備按照預定的程序或者規(guī)律自動運行，將人力從復雜危險的工作環(huán)境中替代，大大減少了人力的投入，有效緩解了人力操作的強度和壓力，同時提高了工作的質量和工作效率。

1 自動化技術的產生和發(fā)展

自動化技術的產生和發(fā)展大致可分為四個階段：第一階段，18世紀前期自動化裝置出現(xiàn)。人類為了減輕生產生活中繁重的勞動壓力，逐漸學會了對自然界的資源加以利用。利用自然的動力，如風力、水利等資源來替代人力的勞動，簡易的自動裝置實現(xiàn)了對自然資源中的動力的初步控制，使人們繁雜的體力和腦力勞動中一部分被取代。第二階段，18世紀末20世紀初，自動化技術初步形成。第三階段，20世紀中期，自動化開始快速發(fā)展，進入局部自動化時期。20世紀40年代，來自美國的核物理學家和電氣工程師在電子管和數(shù)字管的基礎上研制出第一臺計算機。隨后的幾年時間里專家和工程師對計算機的性能進行了完善、改良和升級，使其功能更加強大、更加實用。計算機的產生為控制系統(tǒng)的程序控制和邏輯控制再到數(shù)字控制打下了良好的基礎。隨著計算機和單片機的產生和發(fā)展，如今在復雜的自動控制系統(tǒng)中，計算機和單片機已經成為其中不可替代的一部分，在控制和計算方面發(fā)揮整重要的作用。第四階段，20世紀中期至今，已經全面進入了綜合自動化的時期。隨著工業(yè)化的發(fā)展的日益復雜，經典控制理論已經顯得陳舊落后，無法滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求。自動化控制理論的迅速發(fā)展促進了現(xiàn)代控制理論的誕生。

自動控制系統(tǒng)經歷了一系列的發(fā)展更新，其類型從單一向多元化發(fā)展?，F(xiàn)今自動控制系統(tǒng)主要分為恒指自動控制、程序自動控制、伺服系統(tǒng)三種主要類型。雖然類型不同，但是系統(tǒng)的結構組成上大致相同：1）給定環(huán)節(jié)，負責信號輸入；2）反饋環(huán)節(jié)，負責對輸入的信號進行反饋信號的轉換；3）比較環(huán)節(jié)，負責比較輸入信號和反饋信號間的誤差；4）控制器，是系統(tǒng)核心，根據(jù)比較環(huán)節(jié)發(fā)送過來的誤差信息，依據(jù)一定的規(guī)則發(fā)出控制調整的信號；5）執(zhí)行機構，按照控制信號的指示運行工作。6）控制對象，多為生產過程或者生產設備。7）校正環(huán)節(jié)，個別伺服系統(tǒng)沒有采用標準話控制器，這就需要校正環(huán)節(jié)對誤差信號進行誤差校正。

2 自動化控制的基本原理

自動化控制基本原理可通過前饋控制和反饋控制兩個詞來表現(xiàn)。前饋控制是建立在干擾量得基礎之上的，控制量會由于干擾量得變化而發(fā)生變動，預先施加一個作用用以對干擾量加以抵消，使被控量保持恒定，不受干擾量的影響。反饋控制是建立在被控量偏差的基礎之上的，當被控量發(fā)生改變時，控制器機構會接收到的反饋信號進行輸出控制反應，對變化進行調整，也就是說只有控制量變化，才會有反饋控制的輸出。但是無論是前饋控制還是反饋控制，目的都是一致的，都是為了被控量按照任務要求穩(wěn)定輸出。

3 自動化控制的發(fā)展趨勢

科學技術的發(fā)展日新月異，自動化控制技術在已有的技術成果的基礎上，也呈現(xiàn)出以下良好的發(fā)展趨勢。

1）自動化控制系統(tǒng)的復雜化。隨著社會經濟的發(fā)展和科學技術的不斷創(chuàng)新，為了跟隨高新技術發(fā)展的步伐，滿足各行業(yè)領域的需要，自動化控制系統(tǒng)必將朝著大規(guī)模化、復雜化得方向發(fā)展。自動化控制系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，其建模和仿真的工作任務也將面臨越來越多的困難。系統(tǒng)的建模涉及范圍廣泛，模型的轉換、分辨率、模型之間的融合集成都是亟待解決的問題。同時，對控制系統(tǒng)結構設計的優(yōu)化和運用也是研究工作中的

重點。

2）控制系統(tǒng)結構和算法的優(yōu)化。自動化控制系統(tǒng)在應用和發(fā)展中，控制系統(tǒng)的結構的優(yōu)化方向朝著分布式分層遞階控制發(fā)展前進，隨著系統(tǒng)結構的發(fā)展，控制算法也隨之發(fā)展進化。

3）混雜控制系統(tǒng)的發(fā)展應用。最近幾年，混雜控制系統(tǒng)迅速發(fā)展，很快受到行業(yè)的關注和重視，很多專家學者致力于該理論的研究?；祀s控制系統(tǒng)的主要特點是通過一個框架結構的建立，將離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)加以綜合，在框架內部進行集成分析，形成一個綜合優(yōu)化的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的核心與自動控制系統(tǒng)的核心一樣都是反饋和優(yōu)化?；祀s控制系統(tǒng)綜合數(shù)學、人工智能等多種學科技術，是自動化控制學科發(fā)展的里程碑。

4）非線性控制系統(tǒng)的發(fā)展應用。在控制領域總，非線性控制系統(tǒng)理論一直備受關注，發(fā)展迅速。在未來的技術發(fā)展中，非線性控制系統(tǒng)以清晰的模型為基礎，朝著更簡單化、更實用化、高性能化得方向發(fā)展。

5）智能化控制系統(tǒng)?，F(xiàn)今智能化控制系統(tǒng)已經逐漸興起，并且表現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢。在未來自動化控制的發(fā)展中，智能化系統(tǒng)能夠對復雜化得大規(guī)模的工業(yè)過程進行自動化、智能化的全程控制和決策。未來計算機技術、網絡技術、智能技術等先進技術的發(fā)展，為智能化控制系統(tǒng)提供技術支持和保障。智能控制技術的發(fā)展將包含更多的性能，涉及更廣的范圍，融合更多的現(xiàn)今技術，在軍事、航空航天、工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療、金融等等各個領域中發(fā)揮重要的作用，為社會的發(fā)展和人民的生活服務。

參考文獻

[1]秦世引.展示面向21世紀自動化新技術的IFAC[J].自動化信息，2012（6）：30-40.

[2]顧幸生，劉漫丹，張凌波.現(xiàn)代控制理論及應用[M].上海：華東理工大學出版社，2013：25-26.

[3]張曉江，方敏.“自動控制理論”教學內容發(fā)展歷程與優(yōu)化措施[M].北京：中國電力教育出版社，2010：12-13.endprint