自动控制论文

1、自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置使机器设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制，二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪，火炮定位系统，雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战后，已形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入单输出，线形定常数系统的分析和设计问题。为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段现代控制理论，主要研究具有高性能，高精度的

2、多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论、信息论及仿生学为基础的智能控制理论深入。为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不

3、断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。摘 要 由于自动控制系统的广泛运用，各行业的专业人员对它的学习、研究也在不断地进行。本文叙述了自动控制和自动控制系统的发展和运用历程；重点阐述了开环控制系统和闭环控制系统的各自特点和相互之间的差异；并对控制系统中的“稳定性”与“准确性”，以及二者的辨证关系进行了详细描述。关键词 自动控制 自动控制系统 开环控制系统 闭环控制系统在工程和科学技术发展过程中，自动控制担负着重要的角色。在其发展初期，主要应用于工业控制。20 世纪60 年代，随着计算机技术的进步和广泛应用，为自动控制复杂系统的分析提供了极为有效的工具

4、，而且由于航空航天及高新科技事业的需要，进一步推动了自动控制的发展。随着自动化技术的日益发展，迅速形成了适应性强、针对多输入多输出复杂控制系统，用状态空间模型及时域分析方法进行研究的现代控制系统。人们力求使所设计的控制系统能达到最优的性能指标，使系统在一定的约束条件下，其性能指标能达到最优化控制；而当控制对象或环境特性发生变化时，为使系统能自行调节，以跟踪这种变化并保持其良好品质，又出现了自适应控制。近年来，现代自动控制在非线性系统、离散系统、大规模系统和复杂系统等方面均有不同程度的发展，特别是在智能控制方面得到了很快的发展和应用，它主要包括专家系统、模糊控制和人工神经网络等先进的控制方法。目

5、前，现代自动控制的应用已经扩充到非工程系统，诸如：生物系统、生物医学系统、经济系统和社会系统等。自动控制理论研究的是如何按受控对象和环境特征，通过采集和处理信息加以控制作用，使系统在变化或不确定的条件下正常运行并具有预定的功能，使其既具有很强的理论性，又具有很强的应用性，是一门研究自动控制规律的技术科学，其主要内容涉及受控对象、控制目标和控制手段以及它们之间的相互作用等。所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或控制装置和控制器，使受控对象的受控量按照预定的规律运行。如下图所示：自动控制有两种基本的控制方式：开环控制和闭环控制，对应与这两种方式的系统分别为开环控制系统和闭环控

6、制系统。开环控制系统是指系统的输出量对控制作用没有影响的系统，也是就说，在开环控制系统中，既不需要对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到系统的输入端与输入量进行比较。或者说，控制装置与受控对象之间只有顺向作用，而没有逆向联系。如图所示。开环控制系统开环控制系统的特点是：系统结构和控制过程均很简单，但抗干扰能力差，一般仅用于控制精度不高且对控制性能要求较低的场合；由于开环控制系统均无需将输出量与参考输入量进行比较，因此对应于每个参考输入量，一般只有一个因定的工作状态与之对应。这样，系统的精确度便取决于标定的精确度，当出现扰动时，开环控制系统就不能完全既定任务了。在实践中，只有当输入量与输出量之

7、间的关系已知，并且既不存在内部扰动，也不存在外部扰动时，才能采用开环控制系统。闭环控制系统亦称为反馈控制系统，是指能对输出量与参考输入量进行比较，并且将它们的偏差作为控制手段，以保持两者之间预定关系的系统。在闭环控制系统中，控制装置与受控对象之间不仅有顺向作用，而且有逆向联系。作为输入信号与反馈信号之差的误差信号被传送到控制装置，以便减少误差，并且使系统的输出达到期望值，如下图：闭环控制系统闭环系统的特点是：由于采用了反馈，因而可使系统的响应对外部的干扰和系统内部的参数变化不敏感，系统可达到较高的控制精度和较强的抗干扰能力。这样，对于给定的被控对象，就有可能采用不太精密且成本较低的元件来构成比

8、较精确的控制系统，这在开环情况下，是不可能做到的。从稳定的角度出发，开环控制系统的稳定性不是主要问题，但在闭环控制系统中，稳定性却始终是一个重要问题，因为闭环控制系统可能引起过调误差，从而导致系统不稳定。当系统的输入量能预先知道，并且不存在任何扰动时，采用闭环控制系统比较合适。只有当存在着无法预计的扰动或系统中的元件参数存在着无法预计的变化时，闭环控制系统才具有优越性，闭环控制系统中采用的元件数量比相应的开环控制系统多，因此闭环控制系统的成本和功率通常比较高。自动控制系统在生产实践、高科枝领域中，之所以能迅速地发展和应用，其主要原因是因为它具有很好的性能特点。自动控制系统的性能特征主要是指系统

9、在某一典型输入情况下对其被控量变化的全过程。对每一类系统被按量变化全过程的共同基本的要求都可以归结为稳定性、准确性、快速性、即稳、快、准的性能特征。稳定性是指系统在受到外部作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力。它是保证控制系统正常工作的先决条件，一个稳定的控制系统，其被控量偏离期望的初始偏差应随时间的增长逐渐减少或趋于零。自动控制系统的稳定性是由系统自身的结构和参数所决定的，与外界因素无关。快速性是用动态过程的时间长短来表征的，过渡过程时间越短，表明快速性能越好，反之亦然。为了很好地完成控制任务，一个自动控制系统如果仅仅满足了稳定性的要求是不够的，还必须对其它过渡过程的形式和快慢提

10、出要求，一般称为动态特征。准确性是由输入给定值与输出响应的终值之间的差值大小来表征的，在理想情况下，当过渡过程结束后，被控量达到的稳态值应与期望值一致。但实际上，由于系统结构、外作用形式以及摩擦、间隙等因素的影响，被按量的稳态值与期望值之间会有误差。【摘 要】 随着计算机科学技术的迅速发展，原来在自动化存在的或在以前不可能实现的问题都随着科学技术的迅猛发展而得到解决或成为可能。本文针对自动化发展的现状，对自动化学界比较关注的四个方面进行总结回顾，指出了这几个方面发展中存在的问题，并总结了几个方面现在的研究情况。自动控制发展至今已有100多年历史。随着各个阶段的工业和现代科学技术飞速发展，各个领域中的自动控制系统对控制精度，响应速度，系统稳定性与适应能力的要求越来越高，应用范围也更加广泛。且在现代工业生产中，自动化技术也是保证工业生产高质、高效、安全、连续运行的重要手段。到目前为止，自动化技术已经历了两次飞跃。进入90年