淺析自動(dòng)控制系統(tǒng)的理論性及發(fā)展現(xiàn)狀

宋忠江，郭睿

（蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅蘭州，730000）

1 自動(dòng)化控制的概念

自動(dòng)控制的定義是，在沒有人直接參與的條件下，利用控制器使被控對(duì)象（如機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程）的某些物理量或工作狀態(tài)能自動(dòng)的按照預(yù)定的規(guī)律變化或運(yùn)行[1]，它是相對(duì)于人工控制而言的，是自動(dòng)控制工程科學(xué)的重要核心。自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)反饋系統(tǒng)，它利用反饋對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的自動(dòng)影響，以使得輸出值不斷向理想值接近。從這種應(yīng)用方法角度來看，自動(dòng)控制系統(tǒng)是以數(shù)學(xué)中的系統(tǒng)理論和函數(shù)方法為基礎(chǔ)的[2]。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的眾多領(lǐng)域中，自動(dòng)控制也起到了越來越重要的作用。它能夠?qū)⑷祟悘膹?fù)雜并且繁瑣的勞動(dòng)活動(dòng)中解放出來，這樣在很大程度上提高了生產(chǎn)效率，并且降低了生產(chǎn)過程中可能會(huì)出現(xiàn)的危害性和危險(xiǎn)性，極大的增強(qiáng)了人類認(rèn)識(shí)世界與改造世界的能力。自動(dòng)控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，不僅能使生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且能極大的提高生產(chǎn)質(zhì)量及生產(chǎn)效率，改善了過程條件。并且，在人類社會(huì)的持續(xù)進(jìn)步與新能源、新技術(shù)的不斷開發(fā)過程中也起到了極其重要的作用。可以預(yù)知，自動(dòng)化控制技術(shù)還會(huì)再進(jìn)一步的發(fā)展，并且會(huì)在更加寬闊的領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮到它獨(dú)特的作用。

自動(dòng)化控制系統(tǒng)，指的是能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制工作狀態(tài)和工作任務(wù)的系統(tǒng)，主要包括五個(gè)部分：被控對(duì)象、測(cè)量元件、比較機(jī)構(gòu)、放大機(jī)構(gòu)及執(zhí)行元件。此外，為了改善系統(tǒng)的自動(dòng)控制靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的能力，通常還會(huì)加入自動(dòng)校正的裝置。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，信號(hào)的傳遞都有一個(gè)閉合的回路。被控對(duì)象經(jīng)過反饋環(huán)節(jié)，作用到系統(tǒng)的輸入端，并與輸入信號(hào)作減法運(yùn)算，然后利用所得到的誤差信號(hào)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行把控。

上文提及，由于自動(dòng)化控制系統(tǒng)是以信號(hào)中的系統(tǒng)理論和數(shù)學(xué)中的函數(shù)方法為基礎(chǔ)的]，所以它可歸為三大類別，分別是恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)及程序控制系統(tǒng)。若系統(tǒng)函數(shù)給定值不變，即要求輸出量按照一定的精度要求來接近理想值，這種系統(tǒng)稱為恒值控制系統(tǒng)；若給定值或者輸出按照未知的時(shí)間函數(shù)關(guān)系變化，則稱為隨動(dòng)控制系統(tǒng)；若給定值或者輸出按照已知時(shí)間函數(shù)變化，則稱為程序控制系統(tǒng)[3]。

圖1 閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖

2 自動(dòng)控制的發(fā)展現(xiàn)狀

伴隨著其他自動(dòng)控制應(yīng)用領(lǐng)域的持續(xù)進(jìn)步，自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展至今，受到了來自各個(gè)領(lǐng)域技術(shù)的加持，已經(jīng)經(jīng)歷過了多個(gè)發(fā)展階段。但是自動(dòng)控制在持續(xù)發(fā)展的過程中，也存在著許多難題，使得自動(dòng)控制的實(shí)際應(yīng)用受到了一定的局限。

其一，由于自動(dòng)控制技術(shù)是以信號(hào)的系統(tǒng)理論和數(shù)學(xué)中的函數(shù)理論作為理論支撐的，但是由于實(shí)際的自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用情況大多比較復(fù)雜，比較苛刻模糊，導(dǎo)致很難精確的計(jì)算出實(shí)際應(yīng)用中的數(shù)學(xué)模型與系統(tǒng)函數(shù)，所以造成自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用存在著很大的局限。

其二，由于自動(dòng)控制技術(shù)的提出是基于許多的理論基礎(chǔ)之上的，這些基礎(chǔ)理論大多又是建立在許多的理想條件的前提下的。但是在實(shí)際應(yīng)用中不可能做到條件特別理想，總是會(huì)和這些前提相違，所以導(dǎo)致自動(dòng)控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和理論中的理想條件不符，控制效果會(huì)有很大的影響[4]。

人們?cè)谘芯孔詣?dòng)控制技術(shù)的同時(shí)，也在盡力克服以上兩個(gè)實(shí)際應(yīng)用的局限性。隨著其他現(xiàn)代技術(shù)的日益成熟，自動(dòng)控制技術(shù)也在不斷的進(jìn)行自我完善與進(jìn)步，由此自動(dòng)控制理論的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)主要階段，分別為經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論及智能控制理論?，F(xiàn)筆者主要介紹一下當(dāng)前自動(dòng)控制理論的發(fā)展情況，即所謂的智能控制理論。

智能控制的大概定義是，通過驅(qū)使智能機(jī)器或者智能設(shè)備自主的實(shí)現(xiàn)其控制目標(biāo)的過程，它是一種完全不需要人類進(jìn)行干預(yù)的自動(dòng)控制技術(shù)，完全能通過機(jī)器自主學(xué)習(xí)來實(shí)現(xiàn)控制效果。智能控制理論是一門多學(xué)科交叉產(chǎn)生的邊緣新興技術(shù)，它擁有與經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論所截然不同的工作方式與控制方式，是一種真正意義上的全自動(dòng)控制，從根源上將人類從復(fù)雜、繁瑣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中徹底解放。在早期，經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論都一定程度上受到了上文所提及的兩個(gè)發(fā)展局限性，而智能控制理論能夠比較好的規(guī)避這些缺點(diǎn)與不足。

智能控制技術(shù)的理論核心與之前兩種理論有截然的不同。經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論都著重于研究實(shí)際情況中的系統(tǒng)模型，找出其中的深度數(shù)學(xué)函數(shù)。這樣自然就會(huì)有上文所提及的兩個(gè)局限性。因?yàn)橛行?yīng)用條件比較苛刻模糊，很難尋找到所研究事物的內(nèi)在的數(shù)學(xué)模型，而且實(shí)際情況大多與理論前提有出入，所以經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論的發(fā)展都受到了一定的阻礙。而智能控制技術(shù)卻與其他理論有截然不同，它不著力于研究系統(tǒng)的函數(shù)模型，而是聚焦于研究智能機(jī)器與智能設(shè)備的個(gè)體上去。通過研究智能設(shè)備對(duì)周圍環(huán)境的感知與自主判斷能力，自主的去學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)周圍事物，并且在智能機(jī)器自身上儲(chǔ)備所謂的“學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)”，并建立數(shù)據(jù)庫。以所儲(chǔ)備的“知識(shí)”作為基礎(chǔ)，智能設(shè)備能自主實(shí)現(xiàn)決策和工作，實(shí)現(xiàn)真正的自主解決實(shí)際問題的應(yīng)用。

3 結(jié)論

自動(dòng)控制技術(shù)的進(jìn)一步革新將顯得尤為重要，自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展將帶來全球性的改變。因此應(yīng)對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的探究并把握其發(fā)展方向，并將自動(dòng)控制發(fā)展到一個(gè)新的應(yīng)用高度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制理論在更多領(lǐng)域的更靈活的應(yīng)用，從而為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人類生活水平的提高提供不竭動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)

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[3]張鐘俊,沈錦泉.自動(dòng)控制發(fā)展概況[J].信息與控制,1978(02):57-62.

[4]K.J.Astroem.自動(dòng)控制理論的發(fā)展趨勢(shì)[J].國外自動(dòng)化,1980(06):10-14.