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自動控制與計量技術


http://whmsebhyy.com 2004年12月10日 08:18 中國質量報

  在現代化的建設中,自動化與控制是推動新技術革命和新的產業革命的核心技術。隨著現代工業的發展,控制論和自動化技術得到了空前的發展,特別是機器人、自動化生產線、無人工廠和各種自動化技術的應用,為現代社會的發展創造了巨大的財富,正在改變著社會、生產和生活面貌。自動控制促社會現代化

  什么叫自動化與控制?自動與控制就是人們采用信息技術與電子機械相結合,在沒有
人直接操縱的情況下,機器設備或生產管理過程,通過自動檢測、信息處理、分析判斷,自動地實現預期的操作或某種過程,也就是能完成人們預定的目標的一切技術的科學。自動化包括各種各樣的自動機、機器人,比如自動取款機,自動包餃子機等。其實自動化技術包括生產控制自動化、經營管理自動化兩個方面,它們是相互聯系、相互滲透、相互促進的。比如近程和遠程的自動控制是按預定程序運行各種信息收集、處理和控制的機器操作等。自動控制是系統工程與人身體的結構和工作機理有相似之處,自動控制系統中有相當于人大腦和神經系統控制裝置,也有相當于人的手、腳及肌肉執行機構。傳感器用于檢測指令信息,外界變化信息以及被控對象的狀態信息,并將其變換成電信號傳給控制裝置。控制裝置則計算出被控對象的當前狀態,也稱為被控量,或系統的輸出量,與所希望的狀態(稱為輸入信號)之差,并根據這一偏差(稱為誤差信號)按一定規律產生出控制信號,然后經過放大,送給操作執行機構。操作機構用于驅動被控對象運動,直到它的狀態達到所希望的狀態為止。這種把系統的輸出或系統的另外一些受控變量和系統的輸入做比較后,形成的控制稱為閉環控制或反饋控制。開環控制是一種比較簡單的控制系統,它只是由控制裝置改變被控對象的狀態。在這種控制中,系統的輸出量對系統的控制作用沒有影響,既不需要對輸出量進行檢測,也不需要將輸出量反饋到系統輸入端與輸入量進行比較。比起大規模的自動控制系統中還包括的許多小的系統,結構就比較復雜、多樣,影響因素也多,常帶有隨機性質。比較好的控制系統能自動適應環境變化,并使性能優良的自適應控制系統,自動識別圖像和自然語言,會學習、會推理,進行規劃和決策的智能控制度高。

  自動化與控制的發生和發展有著深厚的科學基礎。如果說,蒸汽機、電力和原子能的應用只是人手的延長和強化,電子計算機的應用是人腦部分思維的機械化,那么,自動控制就是把這兩種技術有機地結合起來,讓電子機械能像人那樣既能完成能量轉換,又能完成信息轉換,把人類從繁雜的重復性勞動中解放出來。這樣,許多人類過去所想像的工作、工程現在靠自動控制奇跡般地完成了。自動控制是立足在能量變換和計算機技術充分發展的基礎上,而當它向智能方向邁進時,它的發展又取決于生物學、心理學、神經生物學、醫學、數理邏輯和數理統計等其他學科的發展。因此我們說,自動控制是一門綜合性很強的技術科學。自動控制應用十分廣泛,計量測試檢測中是離不開自動化控制技術的,采用自動化控制不但能提高產品質量,使科學研究的成果更加優良。還有綜合性的自動化鋼鐵企業,采用計算機分級管理的全國性或區域性的鐵路自動化調度系統、大電網自動調度系統,電子警戒雷達網、反導彈系統、情報自動檢索和數據處理系統等等,它給人類提供了準確、高產、優質、低耗的物質實惠,極大地擴展了人類控制和改造自然的能力。現在各個國家都在不遺余力地向高度的自動控制技術投資,期待取得更好更多的回報,比如無人化工廠、導彈、巡航、反導彈系統、航空航天、海洋開發、微觀世界的探測、生物基因研究、生態控制、交通運輸、公益事業等等,這種采用自動化控制技術的局面競爭越來越激烈。我們相信不久的將來,在微電子學、計算機技術、光纖技術等科學的發展,社會發展的各個方面,包括家庭都會進入自動化控制的時代。自動控制在不斷發展

  控制論是二十世紀四十年代末期出現的一門新興學科。它是在自動調節、無線電通訊、電子計算機技術和數學、生物學、生理學、語言學等學科相互滲透、高度綜合的基礎上形成的。歷經了工程控制論、生物控制論、經濟控制論和社會控制論等發展階段,我國科學家又提出了自然控制論的新觀點,為人類能動地最優化地改造和利用自然界做出不可替代的貢獻。

  早在第二次世界大戰初期,為了有效地對付德國空軍的優勢,許多科學家把注意力轉向防空武器自動控制裝置的研究,設法尋找一種能預測飛機飛行未來位置的方法,這樣就能提高高射炮或高射武器的命中率。他們把通訊和控制的各種復雜系統和有機體的某些控制機制進行類比,在信息論的基礎上,研究了機器和生物中信息傳輸、交換、處理和控制的一般規律,并明確地提出了關于在動物和機器中控制和通信的科學思想。從而控制論的基本思想就初步形成。第二次世界大戰后,武器系統中追蹤、瞄準、發射、導航等操作系統及生活過程均先后實現自動化。歷代電子計算機又成為控制論的主要工具,這就使控制論得到更加迅猛的發展。

  在上世紀40年代至50年代的這段時期,由于工業現代化的發展要求,經典控制論得到了發展和應用。人們在武器裝備、工業生產等方面開始采用各種自動調節器、伺服系統與有關電子設備,側重于研究單機自動化。例如,用伺服系統使雷達自動跟蹤目標運動,控制火炮自動瞄準射擊,構成飛機、艦艇的自動操輪系統等,用自動調節器來控制鍋爐的水位,蒸汽的溫度、發電機的電壓等。這些工程控制隨著工業、國防發展需求得到一定的發展。

  到了上世紀60年代,現代控制論被開發應用,在國防現代化建設中尤為突出,遠程攻擊,航天航空,人造衛星等科學技術發展很快,過去的單變量控制已不能滿足要求,逐步的開展多變量控制,這樣就需要從自動調節發展為最佳控制系統。比如,要實現人造衛星的準確入軌而處最佳的軌道位置、導彈的命中率的最佳化、企業工廠的自動控制技術保證產品的質量最好,以此實現企業的技術經濟指標最好等等。實現多參量、全方位生產過程的控制已成為科技人員的追求目標。到了七十年代以后,大系統,全方位控制論迅速興起。從多變量的局部性控制到總體性控制,規模越來越大,結構越來越復雜,功能越來越綜合,計量檢測參數越來越多。比如綜合自動化的鋼鐵廠,從礦山開采、選礦、冶煉、軋鋼、剪切到包裝、運輸,實現了大系統的最佳控制;從工程控制領域開始深入到了生物領域,進而又深入到了社會領域和生命領域。如利用控制論的方法研究社會經濟問題形成了經濟控制論,以此實現了經濟管理的科學化。擬人技術代替部分人腦功能的研究,推動了人工智能化的發展,從工業機器人向智能機器人方向發展,從而推動著控制論的不斷發展。上世紀60年代以后,由于自動控制的發展,電子計算機的應用,機器人的發明,以及柔性控制系統的出現,綜合自動化得到極大發展。無人化工廠、衛星姿態控制、精確制導、大規模集成電路等高精密的機械加工都能實現自動化精細控制。(來源:本站原創)






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