基于不同阶段的自动控制理论研究

作者:未知

  【摘 要】自动控制理论的发展可大致分为两个大的门类:经典控制理论与现代控制理论。通过对控制理论的发展简介,我们可以了解现代控制理论的发展历程,了解控制理论的多种类型,、控制理论的研究方法以及它的研究模型,通过控制理论在生产生活中的重大作用,借此能不断学习与加深对控制理论的学习与体会。
  【关键词】自动控制理论;发展历程;研究方法;模型研究
  关于自动控制理论研究所产生的影响,从最初,人们就一直有各种褒贬不一的看法和意见。存在着一些人,他们简单地认为自动控制系统的发展必将引起劳力过剩,从而给数额巨大的人口带来失业等问题。但是,任何事情就像一把雙刃剑,都是两面的,于是就有人辩解,究竟达到什么程度才可以算得上自动化的程度,也有人认为这可以减轻人的负担,节约人力资源,诸如此类问题,人们看法不一。而事实上,社会生产力的产生和科学技术的进步,归根到底可以总结为:人类地不断创新创造,从而达到满足自身需求的目的,最后把劳动力从苦难中解放出来,从而投入到更富有创造力的工作当中。产生于60年代的现代控制理论是以状态变量为概念来作为发展基础,利用现代数学方法来分析全面而又综合的控制系统,这类系统适用于多输出、多输入,具有时变的与或非线性系统。现代控制理论的一大关键是最优控制理论,对需要使用的机械设备采取一定的措施,使其生产过程或者被控制的对象的某些物理量准确地按照最初设定的参考值变化,所以,我们得出:自动控制理论就是研究如何改进动态系统的性能指标,达到所需的要求,其任务就是研究自动控制系统中动态变量的变化规律及其改进的可能性和方法,从而为建设高性能的自动控制系统提供必要的理论手段。
  所有的理论都是由实践发展而来的,来自实践后又反作用于实践,自动控制理论也不例外,它的发展形成以及扩大又一次验证了这种定理,实践是检验真理的唯一标准王传波,刘旸.现代控制理论与经典控制理论的对比研究。从自动控制理论的发展历程来看,我们大致可以将其分为三个阶段,第一阶段诞生于上世纪40-60年代:以传递函数模型来表示系统的特征,对系统进行分析和设计,解决实际工程问题的经典控制理论时期;第二阶段诞生于上世纪60-70年代:以状态方程为模型、时域分析为方法,来研究多变量控制系统的现代控制理论时期;第三阶段是诞生于上世纪70年代末至今的大系统理论和智能控制理论时期。这两大理论系统,一个是控制理论向大方向发展,另一个是控制理论向着智能方向的发展。自诞生以来的这三大时期均能够代表自动控制理论发展的先进水平。大系统理论能够根据大系统的多级别、多层次、多阶段的结构特点,对不同的结构特点选取相对应的“精度”和“粒度”,从而建立广义化程度的“变粒度”模型,对各分系统进行分析和处理。进一步的优化结构,使其达到最优水平。利用集成的广义化模型进行定量和定性相结合的系统分析,已引起不少研究人员的兴趣。而智能控制系统控制的问题的复杂,控制要求的提高,智能控制给大系统理论提供先进的控制算法,大系统理论给分级递阶智能控制提供协调等理论指导,两者有机结合代表了第三期控制理论的发展方向。大系统智能控制系统大多规模庞大,功能综合,因素众多,有时需要采用人机协作集人的智能与机器智能于一体,这就需要进一步的理论研究,以消除人机隔阂达到从而达到“人机合一,物我相融”的高智能水平。
  在我们的日常生活中,由于自动控制之一技术在生产中发挥着巨大作用,使得生产过程向着大型化、连续化,智能化迅速发展,于是就出现了许多比较新的控制方法。在工业工程的过程控制中,我们必须想到的一个极其重要的问题就是模型的不确定性。在此环境下,不确定性界限的鲁棒控制器的设计随之出现,鲁棒控制主要是用来解决模型的不确定性,即已知系统及不确定性的界限,来设计一个控制系统使得能够满足稳定性或性能指标的要求。在这里的不确定性包括:对外干扰、内部结构、参数变化等一系列可能出现的不确定性,它在处理方法上与自适应控制还是存在一些区别的,自适应控制是用来进行模型参数的识别进而设计一种参数控制器;控制器参数的调整在很大程度上取决于模型参数的更新,但是却并不能提前把可能出现的不确定性因素考虑进去。而鲁棒控制在设计控制器时却是尽量利用这种不确定性来设计一个控制器,其目的就是在不确定参数出现时仍然能够满足性能指标的要求;实现对生产过程的监视、控制和管理。分布式控制系统既有计算机控制系统容易控制,精度高的优点,又有仪器仪表控制系统安全可靠,维护方便的优点。此外还有基于灵敏度指标的鲁棒控制器设计:这类控制器是在名义系统基础上设计的,然后应用一些与灵敏度有关的性能指标,设计控制器使所设定的性能指标最优,如“H控制”等。属于这类方法的主要有:H∞控制理论(1981 年加拿大的Zams提出);基于其他考虑的设计方法:如英国的Holowitz 1979年提出的定量反馈理论(QPT)等等。
  鲁棒控制理论已经广泛应用于化工、航空航天、交通、一般工业工程等各个领域,并取得了很好的成果。尤其是在汽车自动驾驶、航天飞行器控制及导弹的控制系统中得到了广泛的应用。
  回顾控制技术和控制理论的发展历程,我们可以总结以下几个特点:科学发展的动力是社会发展的需要:控制技术的存在以及控制技术的发展具有悠久的历史,但只有当工业的发展产生巨大需求时,才是它发展的意义所在,可见,不断发展先进的控制理论,不断提高人们的生产发展技术,是社会发展的必然趋势。
  参考文献:
  [1] 王军平,董霞.现代控制工程[M],西安交大出版社2010
  [2] 王传波,刘旸.现代控制理论与经典控制理论的对比研究[J].2016
  作者简介:
  牛文政,性别:男,出生年月:1998.1,名族:汉,籍贯:河北张北县,学历:大学本科,学校:华北理工大学,学校邮编:063210,专业:测控技术与仪器
  (作者单位:华北理工大学)
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