自动控制技术发展分析与探讨

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  [摘要]:在工业生产和科学技术的发展过程中,自动控制技术在科技研究和实际应用中的作用日益重要,已成为机械学和电学两门学科的枢纽工程学科,特别是近年来随着自动化生产线的发展而发展飞速。自动控制技术作用形式多样,不仅改善着劳动条件和生活环境,而且在人类征服世界,探索太空等方面起到极其重要的作用。本文介绍自动控制技术的发展史,重新认知自动控制这门学科,为学习这门技术打好坚实的基础。
  [关键词]:自动控制 生产线 发展史
  中图分类号:TP13 文献标识码:TP 文章编号:1009-914X(2012)26- 0613 -01
  前言:
  随着社会的进步,文明的发展,自动化越来越贴近我们的生活,自动控制产业的进步也无时无刻不改变着我们的生活。在工程和科学技术发展的过程中,自动控制技术担当着核心的角色。例如:自动门能够正常的运转,火箭能安全稳定的到达太空,导弹能准确的命中目标,机器人能对我们挥手并给与微笑,工业生产中对压力,温度,流量以及原料的成分比例达到高精度的控制等,都与自动控制技术的发展有着密切的联系。
  一、自动控制技术及其基本理论
  自动控制技术是是20世纪以来发展最为迅速的技术门类之一,不仅如此,它还是对人类生活改变贡献最大的技术。到了现在,生产、军事、生活、管理、技术等各个领域,都离不开自动控制技术。通俗的来讲,自动控制技术是控制论的技术实现应用,是通过具有一定控制功能的自动控制系统,来完成某种控制任务,保证某个过程按照预想进行,或者实现某个预设的目标。通过这种技术,人类就可以做自己想做的而自己却不必亲自参与其中。
  自动控制技术是运用自动控制的原理和方法,及其自动化单元技术和集成技术及其在各类控制系统中的应用。自动控制技术以自动控制理论为基础,以电子技术、电力电子技术、传感器技术、计算机技术、网络与通信技术为主要工具,面向工业生产,处理工业生产中各种需要自动生产的问题。它具有控制和管理相结合,强电弱電技术相互交叉,软硬件技术共同运用的鲜明特点,是电学,机械学,计算机学等一系列学科的融汇。
  二、自动控理论发展
  自动控制技术是以自动控制原理为理论基础,是一门理论性较强的科学门类。它的初期发展是以反馈理论为基础的自动调节原理,随着科学技术的发展和进步,现已发展成为一门独立的学科。根据其理论自动控制理论的发展的不同阶段,自动控制理论一般可分为“经典控制理论”和“现代控制理论”两大部分。
  20世纪40年代“经典控制论”正式诞生,其代表作是美国数学家维纳发表的《控制论》一书。“经典控制论”以微分方程,传递函数,频率特性为数学工具,研究的对象主要是单输入单输出的线性控制系统。这种控制论以明确的物理模型为基础,一般能够采用图解的方法对控制系统进行分析和校正,至今任运用与实际工程中。
  1955年,我国伟大的科学泰斗,力学和火箭技术研究的著名科学家钱学森先生在美国出版了《工程控制论》一书。此书的出版问世吸引了大批的数学家和工程技术专家从事控制科学的研究,进一步推动了该学科的发展。
  20世纪50年代起,人类开始了征服外太空的年代,1957年苏俄的的第一颗卫星发射升空,1968年人类第一次登上月球。这些举世瞩目的成就中,制动控制技术起到不可替代的作用,也因此催生了“现代控制理论”。它无论是理论基础上还是在研究方法上都不是“经典控制理论”的简单延伸和推广,而是认识上的一个飞跃。现代控制论以状态空间法为基础,主要研究多输入多输出,时变参数,非线性控制系统的研究和设计问题。主要的课题有最优控制,系统辨识和自适应控制等理论。
  三、自动控技术的发展
  自动控制技术的发展必将朝着以工业PC为基础的低成本控制自动化方向发展。从上世纪六十年代开始,随着电子技术的进步,特别是微型计算机技术的进步,西方国家开始对传统工业进行改造,使工业得到飞速发展。上世纪末,世界发生了翻天覆地的变化,这时全球市场形成了。全球市场导致竞争空前激烈,促使企业以加快新产品投放市场时间、改善质量、降低成本以及完善服务体系的方向进行演变。结合信息集成和系统集成,追求更高的效率值,使企业实现“以最小的代价换来最大的效益”。在国内,目前一些小中型企业还是走单一低成本控制的老路子。自动控制技术在工业上的控制主要范围三个层次,他们是基础,过程和管理的自动化,其中后两者尤为重要。对大部分自动化系统,对于自动化基础部分都是plc,过程自动化和管理自动化部分主要是由各种进口的过程计算机或小型机组成,其硬件、系统软件和应用软件的价格之高令众多企业望而却步。上世纪末以来,计算机技术在工业领域的飞速发展以来,以工业计算机技术、监控装置、IO口装置和控制网络组成的计算机为基础的自动化系统得到了迅速普及,成为实现低成本工业自动化的重要途径。
  自动控制系统必将朝着现场总线的方向发展。随着计算机技术,控制技术和通讯技术的飞速发展,自动控制系统中的过程控制必将朝着现场总线的方向发展。现场总线技术可以将PID控制争取的分散到各个现场设备中去。基于现场总线的技术是数字化开放化的新一代生产过程自动化系统,它取代原先的一对一控制指令模式,可同时实现多对多的全新模式。现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线使自动控制系统同时具备了计算和通信的能力,对信号的测量和控制精度都有很大提高,更是对设备的功能和性能有了根本性的改变。采用现场总线技术构造低成本的现场总线控制系统,促进现场仪表的智能化、控制功能分散化、控制系统开放化,符合工业控制系统的技术发展趋势。
  自动控制技术必朝着测量控制和管理一体化的方向发展。众所周知,一体化智能化是未来发展的主流方向,很少会有单一功能的产品投入市场,而市场也必将需求多功能的产品。所以,自动控制技术发展成为“一条龙服务”的技术也是历史的必然。这一方向的的发展也会是自动控制技术朝着多功能,通用,稳定,性价优良的大方向发展。试想,过去几个甚至几十个的设备测量和控制管理现在都一体化了,而且各个部分连为一体,相互数据通用,现实效率必将有很大的提高。
  自控技术必将朝着向智能化、开放性、网络化、信息化的大方向发展。新世纪以来,社会开始朝着信息化知识化智能化的方向发展,知识将促进科技的发展,而工业的发展将在社会的发展中起到重要的作用,毫无疑问,自动控制技术在其中必起到不可替代的作用。
  三、总结
  21世纪是信息化,网络化,知识化和全球化的世纪,自动控制技术必将在科技的进步下飞速发展。自动控制技术为现代工业发展中最重要的一环,怎样使这一关键环节起到作用必为重要的学术课题。所以我们应学习更多的知识,懂得如何提高自动化生产技术的正确性和可靠性,为现代工业的发展奠定基础。展望未来,自动控制技术必将朝着稳定,安全,可靠的大方向发展,期待为现代工业的发展和人类文明的进步作出更大的贡献。
  参考文献:
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