自動控制技術及應用探究

張立勛

關鍵詞：自動化;控制技術;原理;應用

1自動控制介紹

隨著社會經濟的發展以及我國科技實力的提高，自動控制技術在軍事、農業、工業、化工等領域應用廣泛。自動控制是指在沒有人的直接接觸與實施的情況下，讓外界設備或者機械自動地按照人所預先設定的規律進行工作或完成相應的運行動作。在自動化系統中，所有的設備以及機械需保證能協調運行，并在規定時間內準確地完成任務，這就需要人對設備進行準確地參數設置，以保障生產、工作的順利進行。

2自動控制原理

自動控制以數學理論知識為基礎，利用反饋原理來影響動態系統，使得輸出值接近或者達到人們的預定值。自動控制系統的分類方法有很多，按描述系統的微分方程分類分為線性自動控制系統及非線性自動控制系統;按系統中傳遞信號的性質分類可分為連續系統以及采樣系統;按控制信號的變化規律分類可分為鎮定系統、程序控制系統、隨動系統。

當前的自動控制技術主要有三種控制方式，分別是開環、閉環及復合控制。其中開關控制指的是輸出量與輸入量之間不存在反饋的通道，只存在單方面的順序控制過程，這種方式受外界干擾較小運行過程穩定，但精度較低，沒有自動糾偏的能力。閉環控制指的是輸出端與輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制過程有直接影響，這種控制方式精度較高，對外部干擾不敏感，但存在一定的震蕩、超調問題。復合控制則是將偏差控制與按擾動控制結合起來，消除擾動帶來的偏差。

3自動控制技術應用

3.1工業自動化

現代化進程的加快勢必離不開工業化的快速發展，工業化的發展很大程度依賴自動控制技術。自動控制技術可以有效地提高生產效率，分析工業生產過程中的重點步驟，加強實時監控，對生產數量、質量都得到有效的控制與監管，從而推動工業的良好發展。自動控制系統在準確設置運行參數的情況下，可以保證系統穩定安全運行，在出現故障時可以及時中止運行作業，自動檢修系統功能，盡快恢復正常運行。

比如，在人工實施較困難的脫硫、給水調節環節的火力發電廠中，自動控制技術的應用改善了人工作業環境，降低了工人工作的危險。火力發電廠的自控系統主要包括負責控制汽輪機和鍋爐發電的協調控制、決定運行順序的順序控制以及數據采集等自動控制系統。眾所周知，在火力發電廠的生產過程中需要消耗大量的煤炭同時釋放二氧化硫。二氧化硫是常見的具有刺激行的硫氧化物，在PM2.5的作用下會生成硫酸，進而產生酸雨等環境問題。在脫硫環節中，自動控制可以對數據進行采集處理，對設備性能進行在線計算以及生產過程的全過程記錄。同時還可對脫硫過程中的模擬量的閉環調節、吸收塔塔頂的水分補充調節，避免水分損失過多、脫硫效果不佳等問題。大型火力發電給水是至關重要的，自動控制系統決定著整個系統的水位是否在正常范圍之內。給水據系統設定的原則進行水量分配。對給水調節門的控制通常會造成系統水路的壓力損失變化較大，因此在高負荷運行情況下通常利用對給水泵的轉速調節，通過旁路切換主路來降低系統水路的壓力損失。而在低負荷運行情況下與此正相反。在對給水泵的運行過程中還常出現跳閘事故，在這種情況下，通常會引發省煤器進行誤判并啟動保護裝置，使得機組難以正常運行，出現滅火等行為。在給水系統的自動控制系統中，可以對跳閘事故進行分析處理，明確啟動、加水時間，讓給水泵有喘息的機會。在氣泵跳閘時，系統將按照5.5：3.5的前期人為設置對氣泵和電泵分別進行加水作業，保障其對水的需求。同時利用電泵并行啟動，使得設備主氣溫和再氣溫保持在正常范圍，以保障機組的正常運行，盡量降低水泵、氣泵跳閘事故所產生的消極影響。

另外，工業自動化在機械零件的設計、電動車、軌道交通等領域也有重要應用。PC即工業自動化控制，易于安裝與使用，主要包括IPC工控機以及變形機，有較高的自主診斷能力。從國內來看，工業自動化控制系統行業有國家法規政策的大力支持，擁有龐大多元化的市場需求，而且我國工業自動化控制水平與歐美發達國家差距仍十分顯著，未來工業自動化率提升空間非常廣闊。

3.2農業自動化

在全面實現農業現代化的需求下，自動控制在農業中的應用尤為顯著。傳統的農業生產方式更加注重人的直接參與，這致使農業生產效率低下，農民收入水平較低。近年來，城鎮化進程明顯加快，全國乃至全球糧食緊缺以及農業勞動力人口迅速下降，推動了自動控制技術在農業中的應用。自動控制在農業應用中具有明顯的優勢，可以不受天氣氣候影響，傳送信號穩定，可以進行實時監控，排除時間限制，準確完成農業生產任務。此外，自動控制可以設置故障自動監測功能，若農業機械在自動運行過程中出現故障可以借助傳感器，發送警報信號，因此具有較高的農業推廣價值。早在我國明清時期出現的水力風車就很好地體現了自動灌溉技術。隨著技術的不斷推陳出新，現階段的自動灌溉技術不僅能準確地實現農田灌溉功能，還能對農田農作物的土壤水分情況進行實時地監測與反饋，該技術可以將監測數據傳回中央控制系統，對數據進行分析，制定出適合當地當時農作物生產的高效合理的灌溉時間并提升對水資源的利用，充分體現了環保意識。另外，在農業生產過程中，與自動灌溉系統相匹配的是農作物施肥系統。在實現灌溉自動化的同時加入施肥系統，可以在將肥料加入水中協同輸送，這樣灌溉系統與施肥系統可以同步進行監測，將農作物所需養料及時傳送到中央監控系統。可以預見的是，未來的節水灌溉系統不僅僅是實現水與肥料的同步灌溉，還將綜合應用生物技術、計算機技術、地球遙感技術，對土壤的污染情況、水沙分布、作物生長情況、氣象參數進行實時采集，再進行綜合分析。與傳統的施肥方式相比，應用自動控制技術的施肥方式可以更精確，同時降低成本，對農業實施精細化作業。

溫室大棚的出現使人們對自然環境的依賴性大大降低，而自動控制技術在溫室大棚中也大有用武之地。應用了自動控制技術的溫室大棚可以實時監測大棚內部的光照強度、溫度、濕度等情況，并根據實時情況對大棚內的條件進行控制，從而使溫室大棚內的農作物長期處于最有利于生長的環境狀態中。溫室大棚通過塑料隔膜分離外界與大棚內的環境，避免暴曬、寒冷、害蟲侵襲等惡劣環境。

由以上不難看出，自動控制技術已在農業領域中得到了廣泛的應用。隨著農村人口老齡化的加劇，農業自動化必將朝著更高效、精確的方向發展。下一步在建設智慧型農業生產過程中，應當注意對農業自動化的結構優化設計，將自動化技術滲透到生產的各個環節，使自動控制系統多承擔繁重的農業生產活動，解放農業勞動力，為農業的大規模生產奠定基礎。

3.3現代建筑自動化

在環保節能意識高漲的今天，現代建筑大多追求綠色建筑的設計理念，而綠色建筑的核心即是樓宇建筑自動控制系統。綠色智能建筑是在傳統建筑的基礎上，加入自動控制技術，通過建筑電氣自動化、信息通信技術，使人們在滿足個性化需求的基礎上盡可能地節約能源的建筑。現階段，智能建筑大部分已經實現了通信自動化、樓宇自動化、安保管理等功能。

在智能化建筑中，通信技術的應用可以實現樓宇之間的信息傳遞，建筑信息的外部通信等。在數據傳輸的過程中，傳輸信息的形式也呈現多樣化，文字、視頻、圖像等皆可實現，保障了智能建筑用戶在建筑內通信的穩定性與獨立性。建筑樓宇自動控制注重的是集成化的思想，控制中樞起決定性的作用，對智能建筑各個部分進行監控，進一步優化系統管理，保障建筑正常使用。如排水監控系統可以根據建筑各個部分的實時監測數據對各部分的需水量、水泵運行情況進行分析，以提高水資源的利用率，使建筑能源管理達到最高效。中央空調系統也是重要的樓宇自動控制的一部分，根據用戶實際需要選擇合適的設備運行。它可以通過分析室內外溫度、濕度、光照等情況，對空調的設定溫度進行控制，提供最佳舒適空調環境。在物業管理過程中，自動控制技術的加入可以充分提高安保管理的效率與質量，還可以自動監測建筑各個部分的火電情況、設備運行情況，如發現設備異常、火災等情況可以迅速啟動報警裝置，便于及時排除故障。同時，智能建筑與網絡技術相結合可最大限度地減少人工安保的隱患，可在建筑入口或者小區入口進行身份識別，為用戶提供一鍵報警裝置。在小區內部對車輛進行實時監測，設置智能提示，高效管理車輛運行以及車輛停放，避免陌生車輛的隨意進入等。目前，建筑自動化已經成為一種趨勢，自動控制系統的加入為人們的居住提供了更加安全、舒適的居住環境。