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控制工程,普遍使用頻域法(採用系統外部輸入輸出關係的頻率域描述傳遞函數作為分析和設計的基礎)和狀態空間法(建立在狀態變數描述基礎上的對控制系統分析和綜合的方法)。控制工程的應用範圍早期主要是工業生產過程(如化工、冶金、電氣、紡織等)和武器系統(如槍炮等常規兵器,以及火箭、導彈等),後來擴展到企業管理、城市規劃、交通管制、生物控制、社會經濟的計劃和控制等領域。

1 控制工程 -概述

控制工程控制工程

 控制工程是處理自動控制系統各種工程實現問題的綜合性工程技術。包括對自動控制系統提出要求(即規定指標)、進行設計、構造、運行、分析、檢驗等過程。它是在電氣工程和機械工程的基礎上發展起來的。控制工程普遍使用頻域法(採用系統外部輸入輸出關係的頻率域描述傳遞函數作為分析和設計的基礎)和狀態空間法(建立在狀態變數描述基礎上的對控制系統分析和綜合的方法)。其理論和處理方法涉及許多方面,從線性控制到非線性控制,從單變數控制到多變數控制,從連續控制到採樣控制,從定常控制到隨機控制,從一般的反饋控制到自適應控制等。通常,電子計算機是實現大型控制工程的核心。控制工程的應用範圍早期主要是工業生產過程(如化工、冶金、電氣、紡織等)和武器系統(如槍炮等常規兵器,以及火箭、導彈等),後來擴展到企業管理、城市規劃、交通管制、生物控制、社會經濟的計劃和控制等領域。 

2 控制工程 -發展歷史

控制工程是應用控制理論及技術,滿足和實現現代工業、農業以及其他社會經濟等領域日益增長的自動化、智能化需求的重要的工程領域。在工程和科學技術發展過程中,起著非常重要的作用。18世紀,近代工業採用了蒸汽機調速器,是自動控制領域的第一項重大成果。20世紀20年代,以頻域法為主的經典控制技術在工業中獲得了成功的應用。50年代,由於軍事、空間技術以及現代設備日益增加的複雜性的要求,以狀態空間法為主的現代控制理論應運而生。70年代,隨著計算機技術的發展,為滿足向可靠性和靈活性的要求,出現了集計算機技術、控制技術、通訊技術和圖形顯示等技術於一體的各類工業控制技術,如分散式控制系統(DCS)等。隨著控制理論與其它學科相互交叉,並向社會經濟系統滲透,以及現代製造業提出的以優質、快捷、低消耗為目標的控制要求,發展了具有大系統協調控制、最優控制以及決策管理的新模式和人工智慧、模式識別相結合的智能控制系統。近年來又出現了集設計、製造、管理於一體的CIMS系統和以市場為核心廣泛採用了各類先進控制技術的敏捷控制與製造系統。   
控制工程是以控制論、資訊理論、系統論為基礎,以工程應用為主要目的工程領域。其應用已遍及工業、農業、交通、環境、軍事、生物、醫學、經濟、金融和社會各個領域。與機械工程、計算機技術、儀器儀錶工程、電氣工程、電子與信息工程等領域密切相關。

3 控制工程 -基本環節

 

控制工程控制工程

 1、被控對象或調節對象:要控制的設備或過程。
2、系統輸出量或被控量: 系統所控制的物理量
3、效正環節(控制器):根據偏差信號形成適當的控制作用(規律)。
4、執行機構:接受控制器(放大元件)的指令,並直接作用於控制對象,使被控制量發生變化:。
5、檢測裝置(或感測器):檢測被控制量,並將其轉換為與給定量相同的物理量:
6、給定環節:給出與期望的被控量相對應的輸入量。 
 7、比較環節:將所檢測的被控制量與給定量進行比較,確定兩者之間的偏差量。

4 控制工程 -分類

1、按照信號傳輸特性劃分
線性系統:由線性元件組成的系統,主要特徵是滿足疊加原理和齊次定理,即當系統在輸入信號u1(t)的作用下產生系統的輸出y1(t),當系統在輸入信號u2(t)的作用下產生系統的輸出y2(t)。如果系統的輸入信號為au1(t)+bu2(t)時,系統的輸出滿足ay1(t)+by2(t),係數a,b可以是常數,也可以是時變參數。
非線性系統:由非線性元件組成的系統,不滿足疊加原理和齊次定理。
2、按照信號傳遞方式劃分
連續控制系統:系統各部分的信號都是模擬的連續函數。 
離散控制系統:系統的一處或幾處信號是以脈衝系列或數碼的形式傳遞。 
3、按照輸入量的變化規律劃分
恆值系統:要求被控量保持恆定。故給定量是恆定不變的。
隨動系統:給定量按照事先未知的時間函數變化,要求被控量以誤差儘可能小的跟隨給定變化。 
程序控制系統:給定量是按照一定的時間函數變化的,要求被控量準確地重現給定量的變化。

5 控制工程 -基本要求

1、穩定性(穩)
「穩」是指系統的穩定性。 穩定性 是保證控制系統正常工作的先決條件。線性控制系統的穩定性由系統本身的結構與參數所決定的,與外部條件和初始狀態無關。
2、快速性(快)
「快」是說明系統動態(過渡過程)品質。
系統的過渡過程產生的原因 : 系統中儲能元件的能量不可能突變。
3、準確性(准)
 「准」是說明系統的靜態品質。 表明了系統的精確性和準確性。

6 控制工程 -領域範圍

由於控制工程行業特徵比較突出,行業的覆蓋面歸納起來可分為:設備製造及生產系統的控制,工程施工及生產系統的控制,經濟、金融、社會系統的分析、決策、管理,航空、航天、化工、交通等專用生產設備及生產系統的控制。   
根據工程技術人員工作性質,領域範圍可分為:控制工程設備及系統的設計與開發,控制工程設備及系統的生產與製造,控制工程設備的管理、使用、保養和維護,經濟、金融社會系統的分析、決策及管理等。[1]

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