自动控制技术及应用探究

张立勋

关键词：自动化;控制技术;原理;应用

1自动控制介绍

随着社会经济的发展以及我国科技实力的提高，自动控制技术在军事、农业、工业、化工等领域应用广泛。自动控制是指在没有人的直接接触与实施的情况下，让外界设备或者机械自动地按照人所预先设定的规律进行工作或完成相应的运行动作。在自动化系统中，所有的设备以及机械需保证能协调运行，并在规定时间内准确地完成任务，这就需要人对设备进行准确地参数设置，以保障生产、工作的顺利进行。

2自动控制原理

自动控制以数学理论知识为基础，利用反馈原理来影响动态系统，使得输出值接近或者达到人们的预定值。自动控制系统的分类方法有很多，按描述系统的微分方程分类分为线性自动控制系统及非线性自动控制系统;按系统中传递信号的性质分类可分为连续系统以及采样系统;按控制信号的变化规律分类可分为镇定系统、程序控制系统、随动系统。

当前的自动控制技术主要有三种控制方式，分别是开环、闭环及复合控制。其中开关控制指的是输出量与输入量之间不存在反馈的通道，只存在单方面的顺序控制过程，这种方式受外界干扰较小运行过程稳定，但精度较低，没有自动纠偏的能力。闭环控制指的是输出端与输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程有直接影响，这种控制方式精度较高，对外部干扰不敏感，但存在一定的震荡、超调问题。复合控制则是将偏差控制与按扰动控制结合起来，消除扰动带来的偏差。

3自动控制技术应用

3.1工业自动化

现代化进程的加快势必离不开工业化的快速发展，工业化的发展很大程度依赖自动控制技术。自动控制技术可以有效地提高生产效率，分析工业生产过程中的重点步骤，加强实时监控，对生产数量、质量都得到有效的控制与监管，从而推动工业的良好发展。自动控制系统在准确设置运行参数的情况下，可以保证系统稳定安全运行，在出现故障时可以及时中止运行作业，自动检修系统功能，尽快恢复正常运行。

比如，在人工实施较困难的脱硫、给水调节环节的火力发电厂中，自动控制技术的应用改善了人工作业环境，降低了工人工作的危险。火力发电厂的自控系统主要包括负责控制汽轮机和锅炉发电的协调控制、决定运行顺序的顺序控制以及数据采集等自动控制系统。众所周知，在火力发电厂的生产过程中需要消耗大量的煤炭同时释放二氧化硫。二氧化硫是常见的具有刺激行的硫氧化物，在PM2.5的作用下会生成硫酸，进而产生酸雨等环境问题。在脱硫环节中，自动控制可以对数据进行采集处理，对设备性能进行在线计算以及生产过程的全过程记录。同时还可对脱硫过程中的模拟量的闭环调节、吸收塔塔顶的水分补充调节，避免水分损失过多、脱硫效果不佳等问题。大型火力发电给水是至关重要的，自动控制系统决定着整个系统的水位是否在正常范围之内。给水据系统设定的原则进行水量分配。对给水调节门的控制通常会造成系统水路的压力损失变化较大，因此在高负荷运行情况下通常利用对给水泵的转速调节，通过旁路切换主路来降低系统水路的压力损失。而在低负荷运行情况下与此正相反。在对给水泵的运行过程中还常出现跳闸事故，在这种情况下，通常会引发省煤器进行误判并启动保护装置，使得机组难以正常运行，出现灭火等行为。在给水系统的自动控制系统中，可以对跳闸事故进行分析处理，明确启动、加水时间，让给水泵有喘息的机会。在气泵跳闸时，系统将按照5.5：3.5的前期人为设置对气泵和电泵分别进行加水作业，保障其对水的需求。同时利用电泵并行启动，使得设备主气温和再气温保持在正常范围，以保障机组的正常运行，尽量降低水泵、气泵跳闸事故所产生的消极影响。

另外，工业自动化在机械零件的设计、电动车、轨道交通等领域也有重要应用。PC即工业自动化控制，易于安装与使用，主要包括IPC工控机以及变形机，有较高的自主诊断能力。从国内来看，工业自动化控制系统行业有国家法规政策的大力支持，拥有庞大多元化的市场需求，而且我国工业自动化控制水平与欧美发达国家差距仍十分显著，未来工业自动化率提升空间非常广阔。

3.2农业自动化

在全面实现农业现代化的需求下，自动控制在农业中的应用尤为显著。传统的农业生产方式更加注重人的直接参与，这致使农业生产效率低下，农民收入水平较低。近年来，城镇化进程明显加快，全国乃至全球粮食紧缺以及农业劳动力人口迅速下降，推动了自动控制技术在农业中的应用。自动控制在农业应用中具有明显的优势，可以不受天气气候影响，传送信号稳定，可以进行实时监控，排除时间限制，准确完成农业生产任务。此外，自动控制可以设置故障自动监测功能，若农业机械在自动运行过程中出现故障可以借助传感器，发送警报信号，因此具有较高的农业推广价值。早在我国明清时期出现的水力风车就很好地体现了自动灌溉技术。随着技术的不断推陈出新，现阶段的自动灌溉技术不仅能准确地实现农田灌溉功能，还能对农田农作物的土壤水分情况进行实时地监测与反馈，该技术可以将监测数据传回中央控制系统，对数据进行分析，制定出适合当地当时农作物生产的高效合理的灌溉时间并提升对水资源的利用，充分体现了环保意识。另外，在农业生产过程中，与自动灌溉系统相匹配的是农作物施肥系统。在实现灌溉自动化的同时加入施肥系统，可以在将肥料加入水中协同输送，这样灌溉系统与施肥系统可以同步进行监测，将农作物所需养料及时传送到中央监控系统。可以预见的是，未来的节水灌溉系统不仅仅是实现水与肥料的同步灌溉，还将综合应用生物技术、计算机技术、地球遥感技术，对土壤的污染情况、水沙分布、作物生长情况、气象参数进行实时采集，再进行综合分析。与传统的施肥方式相比，应用自动控制技术的施肥方式可以更精确，同时降低成本，对农业实施精细化作业。

温室大棚的出现使人们对自然环境的依赖性大大降低，而自动控制技术在温室大棚中也大有用武之地。应用了自动控制技术的温室大棚可以实时监测大棚内部的光照强度、温度、湿度等情况，并根据实时情况对大棚内的条件进行控制，从而使温室大棚内的农作物长期处于最有利于生长的环境状态中。温室大棚通过塑料隔膜分离外界与大棚内的环境，避免暴晒、寒冷、害虫侵袭等恶劣环境。

由以上不难看出，自动控制技术已在农业领域中得到了广泛的应用。随着农村人口老龄化的加剧，农业自动化必将朝着更高效、精确的方向發展。下一步在建设智慧型农业生产过程中，应当注意对农业自动化的结构优化设计，将自动化技术渗透到生产的各个环节，使自动控制系统多承担繁重的农业生产活动，解放农业劳动力，为农业的大规模生产奠定基础。

3.3现代建筑自动化

在环保节能意识高涨的今天，现代建筑大多追求绿色建筑的设计理念，而绿色建筑的核心即是楼宇建筑自动控制系统。绿色智能建筑是在传统建筑的基础上，加入自动控制技术，通过建筑电气自动化、信息通信技术，使人们在满足个性化需求的基础上尽可能地节约能源的建筑。现阶段，智能建筑大部分已经实现了通信自动化、楼宇自动化、安保管理等功能。

在智能化建筑中，通信技术的应用可以实现楼宇之间的信息传递，建筑信息的外部通信等。在数据传输的过程中，传输信息的形式也呈现多样化，文字、视频、图像等皆可实现，保障了智能建筑用户在建筑内通信的稳定性与独立性。建筑楼宇自动控制注重的是集成化的思想，控制中枢起决定性的作用，对智能建筑各个部分进行监控，进一步优化系统管理，保障建筑正常使用。如排水监控系统可以根据建筑各个部分的实时监测数据对各部分的需水量、水泵运行情况进行分析，以提高水资源的利用率，使建筑能源管理达到最高效。中央空调系统也是重要的楼宇自动控制的一部分，根据用户实际需要选择合适的设备运行。它可以通过分析室内外温度、湿度、光照等情况，对空调的设定温度进行控制，提供最佳舒适空调环境。在物业管理过程中，自动控制技术的加入可以充分提高安保管理的效率与质量，还可以自动监测建筑各个部分的火电情况、设备运行情况，如发现设备异常、火灾等情况可以迅速启动报警装置，便于及时排除故障。同时，智能建筑与网络技术相结合可最大限度地减少人工安保的隐患，可在建筑入口或者小区入口进行身份识别，为用户提供一键报警装置。在小区内部对车辆进行实时监测，设置智能提示，高效管理车辆运行以及车辆停放，避免陌生车辆的随意进入等。目前，建筑自动化已经成为一种趋势，自动控制系统的加入为人们的居住提供了更加安全、舒适的居住环境。