淺談控制技術發展簡史

李曉明　張哲

摘 要：伴隨著經濟和科技的發展，在世界各主要經濟體中越來越多的控制技術被應用到各行各業，技術的應用一方面可以減輕工人的工作量和勞動強度;另一方面可以滿足企業對實現更高難度或更加復雜產品設計和生產的需要。控制技術的發展日新月異，各國之間競爭激烈，你追我趕。

關鍵詞：控制技術;日新月異;簡史

近兩年國家大力強調和支持制造業的發展，對制造業的支持提高到一個新的高度，越來越多的政策紅利和資金力量注入到制造業的各個企業中，一方面刺激了行業的快速發展，另一方面有效穩定就業和提高公民的福利。制造業的由大變強最終取決于人才的力量和控制技術的水平。經過近100余年的發展，控制技術的進步已經脫胎換骨。

一、控制技術的發展歷程

人類一出現，對征服自然的外在渴望充滿了幻想，“控制”這一概念本身恰恰反映了這一思想。控制理論與技術自然而然地在人們認識自然與改造自然的歷史中萌芽并發展。控制思想與技術實質上已存在了數千年。

從埃及古墓出土的實物可以看到，古巴比倫和埃及在公元前1500年以前就已經開始使用水鐘。在我國，據《周禮》記載，約公元前 500年，軍隊中即已用漏壺作為計時的裝置。約公元120年，科學家張衡已經提出了如何解決隨水頭降低計時不準確問題的巧妙方法。在他構思制作的“漏水轉渾天儀”中，我們可以看到不僅有浮子，漏箭，還有虹吸管和至少一個補償壺。

進入工業革命以來，控制技術發展速度大大加快。隨著數學及物理學的發展，人類的控制技術不再僅僅是原材料的巧妙構思，伴隨著一大批新式元器件的出現，令新控制思想的實現成為可能，為后來控制技術的發展奠定了堅實的基礎。

總體來看，控制技術可以大致分為兩大類，一類是手動控制技術，一類是自動控制技術。人類已經進入了一個自動控制技術占絕對優勢的控制時代，而且我們在這條道路上會越走越遠。

二、幾種主要的控制技術

1.單片機控制技術

生活水平越來越高，人們對于電子產品的需求數量越來越多，品味越來越高。一大批新式的電子產品應用而生，大到汽車、冰箱、洗衣機，小到手機、手環、耳機等。可以說，有些熟悉的產品通過控制技術獲得重生，有些未有的產品應運而生。這其中的控制技術主要是單片機控制技術。

單片機（Microcontrollers）是一種芯片，普遍采用超大規模集成電路把具有數據處理能力的中央處理器（CPU）、隨機存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、各種I/O口和中斷系統、多種定時器/計數器等功能集成到一塊硅片上構成的一個微型計算機系統，在工業控制、家電、智能穿戴等領域廣泛應用。從上世紀八十年代開始，已經由當時的4位/8位單片機，發展到現在的300M高速單片機。

單片機系統結構簡單，使用方便，已實現模塊化;可靠性高，可工作到10^6 ～10^7小時無故障;低電壓，低功耗，環境適應能力強。

2.可編程控制技術（PLC）

在工業領域中，由于設備的體積、使用場合和復雜程度不同，需要一種接口多、功能完善、適用范圍廣、高可靠性的控制技術，可編程控制技術（PLC）應用而生。目前做的比較好的廠家有德國的Siemens，日本的Mitsubishi 、法國的Schneider、美國的AB等。

可編程控制技術（PLC）是一種專門針對在工業環境下應用而設計的利用數字運算操作的電子裝置。它一般采用可編制程序的存儲器，在其內部存儲、執行邏輯運算、順序運算、計時/計數等操作的指令，并能通過數字/模擬輸入和輸出，控制各種類型的生產過程。

3.分布式控制技術（DCS）

對于化工和發電等企業，設備數量多，而且生產工序都是層層遞進的，這時候就需要一種系統性的控制技術，分布式控制技術（DCS）很好地解決了這個問題，操作人員只要在控制室就可以實現所有設備的運行和監控，大大降低了勞動強度，提高了勞動效率。

分布式控制技術（DCS）是一個由過程控制和過程監控組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統，綜合了計算機、通信、接口和控制等多種技術，其基本特點是集中操作、分散控制、配置靈活、分級管理及組態方便等。

DCS自上世紀七十年代問世以來，已經經歷了四十余年的發展歷程。在這四十余年中，DCS雖然在系統結構上沒有發生重大改變，但是經過不斷的完善和技術更新，其功能和性能都得到了巨大的提高。

三、控制技術的未來發展

1.智能化

智能化是控制技術發展的高級階段，主要表現在控制功能多樣化、用途多樣化及交叉性，是制造業未來發展的主要方向。隨著科技的不斷進步，車間生產的發展方向逐步向人工智能與自動控制技術相結合過渡。人工智能理論向控制技術領域的滲透，不論理論上還是實踐上都有新的發展途徑，為智能化控制技術提供了新的思想和方法。? 人工智能與控制技術相結合，能夠有效根據生產過程中的變化情況，對系統采取更加合理的控制。

2.網絡化

從控制技術的發展歷程來看，控制技術在比較長的時期內還將主要應用在工業生產和消費品領域。控制技術的快速發展為工業生產所需的各種機械設備提供了性價比非常高的控制系統。我們深知各領域之間都不可能是獨立發展的，相互借鑒、相互促進甚至相互結合將成為新的發展趨勢。網絡化將會是控制技術發展的必然趨勢，網絡技術在現代生產中具有越來越重要的作用，尤其對信息數據（大數據）傳遞及分析會起到至關重要的作用。

3.綜合化

截止目前，我們已經在綜合控制技術領域中建立了專家系統、智能控制及模糊控制等控制技術。這些新型的控制技術無一例外地均以自動控制技術理論為基礎，結合外部需求對整個設備或流程進行綜合優化及控制。控制技術與相關領域技術相融合已然成為了一個新的發展方向，而且有效地提高現有自動控制技術的可靠性、精確性與高效性。

四、結論

隨著摩爾定律的失效、計算機技術天花板效應的出現，新的控制技術出現的概率比較低。現有控制技術和相關領域技術的融合將會是一個主要的發展方向，控制技術的發展將會演變成一個系統工程。控制技術的應用范圍會擴展到人類生活的方方面面，我們也會從一名簡單的科技使用者轉變成為了解者和研究者。

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作者簡介：李曉明（1985-），男，山東壽光人，山東科技職業學院機電系教師，碩士，助教，主要研究方向：控制系統。

張哲（1987-），男，山東臨沂人，山東科技職業學院機電系教師，碩士，主要研究方向：機械電子。