时间：2022-09-23 02:51:33
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇自动控制技术，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
1. 自动控制技术基本原理
自动控制技术是能够在没有人直接参与的情况下，利用附加装置（自动控制装置）使生产过程或生产机械（被控对象）自动地按照某种规律（控制目标）运行，使被控对象的一个或几个物理量（如温度、压力、流量、位移和转速等）或加工工艺按照预定要求变化的技术。它包含了自动控制系统中所有元器件的构造原理和性能，以及控制对象或被控过程的特性等方面的知识；自动控制系统的分析与综合；控制用计算机（能作数字运算和逻辑运算的控制机）的构造原理和实现方法。自动控制技术是当展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一；是推动新的技术革命和新的产业革命的核心技术；是自动化领域的重要组成部分。
2. 自动控制技术的应用背景
自动控制技术有很强的应用背景，无论是在炼钢、轧钢、化工、石油、电力等工业上，或是造纸、纺织、皮革和食品等工业上；无论是在航空、航海、汽车和铁路运输工业和国防工业上，或是图书资料的管理、实验室技术设备上都得到广泛应用。自动控制技术对导弹和人造地球卫星是非常重要的，对于研究原子能的应用，研究飞机和导弹的空气动力和结构强度也是有用的。没有应用背景的“控制理论”就缺乏生命力。如何巧妙地运用控制的基础理论来解决实际问题是和研究控制理论本身不同的另一种创造性工作。
3.自动控制应用实例
3.1鲁棒控制
鲁棒控制（Robust Control）方面的研究始于20世纪50年代。上世纪60年代，状态空间结构理论的形成，与最优控制、卡尔曼滤波以及分离性理论一起，使现代控制理论成了一个严密完整的体系。在过去的20年中，鲁棒控制一直是国际自控界的研究热点。
所谓鲁棒控制，是使受到不确定因素作用的系统保持其原有能力的控制技术。鲁棒控制的主要思想是针对系统中存在的不确定性因素，设计一个确定的控制律，使得对于系统中所有的不确定性，闭环系统能保持稳定并具有所期望的性能。
具有鲁棒性的控制系统称为鲁棒控制系统。一般鲁棒控制系统的设计是以一些最差的情况为基础，因此一般系统并不工作在最优状态。
根据对鲁棒控制性能的不同定义，可分为稳定鲁棒性和性能鲁棒性。
3.1.1鲁棒稳定性（绝对稳定性）
鲁棒稳定性是系统受到扰动作用时，保持其稳定性的能力。这种扰动是不确切知道的，但是是有限的。稳定性是对一个系统正常工作的起码要求，所以对不确定系统的鲁棒稳定性检验是必要的。因为传统的设计方法不具有保证鲁棒稳定性的能力，包括七十年展起来的各种方法，INA（逆奈氏阵列）、CL（特征轨迹）、LQR（线性二次型调节器）等，都不能保证系统的鲁棒稳定性。从九十年代起，大多数飞机、导弹、航天器都提出了鲁棒性要求。鲁棒稳定性分为频域分析及时域分析两类，每一类又包含多种不同的方法。常用的鲁棒稳定性分析方法有：
1）矩阵特征值估计方法； 2）Kharitonov方法； 3）Lyapunov方法； 4）矩阵范数及测度方法。
3.1.2性能鲁棒性（相对稳定性）
对不确定系统，仅仅满足鲁棒稳定性要求是不够的。要达到高精度控制要求，必须使受控系统的暂态指标及稳态指标都达到要求。按名义模型设计的控制系统在摄动作用下仍能满足性能指标要求，则说该系统具有性能鲁棒性。大多数设计方法不能保证性能鲁棒性，因而对不确定系统进行性能鲁棒性的检验是必要的。性能指标的鲁棒性分析方法也可分为频域和时域两种，使用何种性能指标，要视提出的性能指标是在频域还是在时域而定。性能鲁棒性有时又称为相对稳定性、D-稳定性等。所谓D-稳定性，即为了保证系统的性能，要求在摄动作用下，系统的闭环特征值保持在某个区域D 内。
3.2模糊控制
在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的。然而，对于复杂的系统，由于变量太多，往往难以正确的描述系统的动态，于是工程师便利用各种方法来简化系统动态，以达成控制的目的，但却不尽理想。换言之，传统的控制理论对于明确系统有强而有力的控制能力，但对于过于复杂或难以精确描述的系统，则显得无能为力了。因此便尝试着以模糊数学来处理这些控制问题。
一般控制系统的架构包含了五个主要部分，即：定义变量、模糊化、知识库、逻辑判断及反模糊化，底下将就每一部分做简单的说明：
1）定义变量：也就是决定程序被观察的状况及考虑控制的动作，例如在一般控制问题上，输入变量有输出误差E与输出误差之变化率CE，而控制变量则为下一个状态之输入U。其中E、CE、U统称为模糊变量。
2）模糊化（fuzzify）：将输入值以适当的比例转换到论域的数值，利用口语化变量来描述测量物理量的过程，依适合的语言值（linguisitc value）求该值相对之隶属度，此口语化变量我们称之为模糊子集（fuzzy subsets）。
3）知识库：包括数据库（data base）与规则库（rule base）两部分，其中数据库是提供处理模糊数据之相关定义；而规则库则藉由一群语言控制规则描述控制目标和策略。
4）逻辑判断：模仿人类下判断时的模糊概念，运用模糊逻辑和模糊推论法进行推论，而得到模糊控制讯号。此部分是模糊控制器的精髓所在。
5）解模糊化（defuzzify）：将推论所得到的模糊值转换为明确的控制讯号，做为系统的输入值。
4.自动控制技术发展趋势
近年来自动控制技术发展迅猛，特别是计算机技术、网络和通信技术发展的突飞猛进，使人们籍助于许多使能技术的进步和一些开发工具的扩大，将人们构思的自动操作得以付诸实现。如网络控制技术、可编程控制器等均属于自动化控制技术中的使能技术。自动控制技术正向着网络化、集成化、分布化、节点节能化的方向发展。
参考文献：
1.?模糊控制?，李士勇，哈尔滨工业大学出版社
2.?鲁棒控制理论及应用?，王娟，张涛，徐国凯，电子工业出版社
3.?自动控制技术?，肖建章，中国劳动社会保障出版社
作者信息
【关键词】机械自动控制技术；研究进展；制造业
0 引言
机械自动控制技术是一种具有高度灵活性的自动化技术，是一种复杂的机电一体化设备。按照开发内容和目的分类基本上有三类机械自动控制技术操作设备吗，工业机械自动控制技术设备、机械自动控制技术机械自动控制技术操作设备和智能机械自动控制技术设备。广泛采用机械自动控制技术设备，不仅可提高产品的质量与数量，而且对保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低生产成本有着十分重要的意义。
1 机械自动控制技术设备发展进展
1960年，美国Unimation公司，根据Devol的技术专利研制出第一台机械自动控制技术设备样机，并定型生产Unimate机械自动控制技术设备。1967年日本川崎重工业公司从美国购买了机械自动控制技术操作设备的生产许可证，日本从此开始了对机械自动控制技术设备的制造和开发热潮。20世纪80年代，计算机技术推动机械自动控制技术设备的发展达到了新的水平。上到宇宙飞船，下至海洋开发都采用了机械自动控制技术设备作业。机械自动控制技术操作设备技术已成为高科技应用领域中的重要组成部分。自从第一台机械自动控制技术操作设备问世以来，机械自动控制技术操作设备的应用领域从汽车工业逐渐向其他行业渗透，机械自动控制技术操作设备的种类也从操作手逐渐衍生出各种各样的机械自动控制技术操作设备，如今机械自动控制技术操作设备已经深入到人类生活的方方面面。人类科技的进步、文明的发展已经和机械自动控制技术操作设备产生了密切的关系。人类社会的发展已经离不开机械自动控制技术操作设备技术，而机械自动控制技术操作设备技术的进步必然对推动科技的发展产生不可忽视的作用。目前，对机械自动控制技术操作设备技术的发展有重要影响的国家有美国和日本。美国在机械自动控制技术操作设备技术的综合性水平上仍处于领先地位，日本生产的机械自动控制技术操作设备数量和种类则居世界首位。我国机械自动控制技术操作设备技术起步于20世纪70年代末。1995年6月，6000m水下机械自动控制技术操作设备试验成功。近年来，在步行机械自动控制技术操作设备、精密装配机械自动控制技术操作设备及多自由度关节型机械自动控制技术操作设备研制等前沿领域内逐步缩短与世界水平的差距。
工业机械自动控制技术操作设备一般需要6个自由度，它是机械自动控制技术操作设备在工作空间内，达到任意位置和方向所需要的最少的数量。然而，六自由度机械自动控制技术操作设备跟踪特定位置和方向的能力受到很大的限制。因此，研究人员想到通过增加自由度的办法来提高它的灵活性，这种具有额外关节的机械自动控制技术操作设备称为冗余度机械自动控制技术操作设备。它的出现，大大地克服了六自由度机械自动控制技术操作设备受到奇异构形空间、障碍物、关节运动极限和电机的转矩极限等一系列运动学和动力学问题的限制。因此，7自由度冗余手臂是智能化机械自动控制技术操作设备的一个重要主题，而且有资料显示，未来的通用机械自动控制技术操作设备一般应至少具有7个自由度。
2 机械自动控制技术关键技术的发展进展
机械自动控制技术操作设备是模拟人的上臂而构成的。关节型机械自动控制技术操作设备的特点是结构紧凑，所占空间体积小，相对的工作空间最大，还能绕过基座周围的一些障碍物，是机械自动控制技术操作设备中使用最多的一种结构形式。但是这种机械自动控制技术操作设备的缺点有：结构刚性较差，操作精度较低（一般重复定位精度低于±0.1mm），随着机械本体自由度的增加，其自动控制难度将会快速增加。在20世纪60年代，基于机械手设计思想的机械自动控制技术操作设备，也具有3个转动运动，其运动也是通过锥齿轮来实现的，该机械自动控制技术操作设备的有些结构如驱动装置的安放，其思想就来自人体关节动力的肌肉的安排方式。20世纪90年代初期，北京航空航天大学机器人研究所张启先院士瞄准机械自动控制技术操作设备技术的国际前沿，开展了机械自动控制技术操作设备和多指灵巧手的研究，1993年成功地研制出除美国、日本以外世界上少见的最先进的机械自动控制技术操作设备。清华大学精密仪器与机械学系的刘辛军等给出了一种拟人先进的机械自动化控制的设计方案。
相对于传统的机械控制技术，机械自动控制技术具有刚度重量比大、负载与机构质量比大、低惯性、高速度、精度高等显著优点，但是其工作空间与机构整体尺寸比值小、结构设计困难、运动学计算繁琐等缺陷也极大地制约着并联机构在实际生产中的应用。随着相关研究工作的不断深入，以及机械制造技术、计算机控制技术和伺服技术的发展，20世纪90年代以来，机械自动控制技术已经开始逐步应用于机床和工业机械自动控制技术操作设备领域。
与传统机床或传统的机械自动控制技术操作设备相比，机械自动控制技术具有以下几个主要结构特点：（1）结构简单，它主要由一些通用元件（如滚珠丝杆螺母、球铰等）组成；（2）结构刚度高，由于其基本结构为框架形结构，因此其刚度重量比大大高于传统机床；（3）精度高，并联机床由并联机构组成，各杆的杆长（或滑块的位置）都单独对主轴的位置和姿态起作用，因而它不存在传统机床中串联机构的误差积累问题，从而其加工精度较高；（4）功能多、灵活性强，由于它的结构简单、重量轻、控制方便、容易根据不同的加工对象很方便地组成合适的通用机床或专用机床，用于实现铣削、镗削、磨削、钻削、抛光等加工工艺，还可以配备必要的测量工具把它组成多坐标测量机，以实现机床的多种功能。因此，并联机床具有较强的重组能力，而且与物流系统的可亲性好，其技术柔性（包括空间柔性和时间柔性）也高。缺点是：转动自由度缺少，工作空间狭窄等。
3 总结与展望
机械自动控制技术在工业生产等领域有着广阔的应用前景，是数控机床的技术关键，也是关系到制造业发展的核心技术，本文就机械自动控制技术设备的技术关键以及发展前景与方向进行概括描述。希望能对相关从业人员提供一定才参考，为我国的机械自动控制技术行业的发展。
【参考文献】
[1]电力拖动自动控制系统：运动控制系统[M].机械工业出版社，2003.
[2]自动控制理论[M].机械工业出版社，1999.
[3]集散控制系统：过程控制发展的新技术[M].机械工业出版社，1991.
[4]蒋程鹏，吕建敏.论纺织机械自动控制技术的重要作用[J].纺织器材，2009，36（4）：40-43.
关键词：自动控制技术；农业机械；特点；应用
农业机械中应用自动控制技术，主要体现在农业机械中应用遥感装备及技术、信息处理技术、自动控制技术、GPS技术等。然而，受到传统农业生产模式的制约，国内农业机械化程度还比较低，本文就自动控制技术在农业机械中的应用做了以下探究。
1农业机械的自动控制技术特点
1.1稳定性
对于农业机械控制而言，以光电隔离所有的I/O信号，将滤波器安装于一系列输入端，且将有关参数设置好，就能够对一系列模块予以屏蔽，使其在复杂的运行环境中也能够正常工作。
1.2配置灵活和简单
世界各国都生产I/O卡件，其具备多样化类别，发达国家生产的自主控制元件越来越先进，应用也越来越简单、组合日益灵活。当今自动化农业机械中能够根据实际环境自动组合系统模块，选用适宜的规模和功能。
1.3控制实时性
电气控制的优势是传输信号时间短、速度快，鉴于此，往往在农业机械控制设备的安全防护中应用自动控制技术，这样能够实时地控制多类别或多个农业机械。
1.4故障诊断自主性
将不同的传感器应用于自动化农业机械中，如果复杂环境下的自动化农业机械存在故障问题，能够组织人员进行维修，还可以结合发达的故障自主处理系统实现远程维修。
2自动控制技术在农业机械中的应用
2.1部分自动控制在农业机械中的应用
就现代化农业机械而言，在拖拉机运行的情况下，因为受到长时间抖动性的影响作用，会促使其他零部件发生摩擦，从而使拖拉机机体形成热量，可能导致火灾的出现。而应用自动化设备的新式拖拉机在感知拖拉机温度太高的时候，其会自主控制拖拉机，使其暂停运行，从而使拖拉机的机械事故出现率大大降低。
2.2自动控制技术在灌溉系统中的应用
在发展现代化农业中，工作者能够应用灌溉的自动化控制技术。具体而言，首先，工作者能够规划农业耕地区域，且科学地划分区域，然后将自动化灌溉装置定量地设计在相应的区域，工作者能够设置自动化设备的工作时间，可以每间隔相应的时间进行灌溉，以及设置灌溉设备的灌溉时间段，从而实现灌溉的自主开始与结束，这样的灌溉模式不但可以使工作者的劳动负担大大减轻，而且能够减少水资源的浪费。
2.3自动控制技术在精细化农业中的应用
精细化管理模式应用于农业管理中，温室是生产精细化农业的基地，在精细化农业生产中，技术工作者重点应用渠系或泵站等。鉴于此，技术工作者不但需要分析和管理农产品的生长现状，而且需要维护和管理设备，面临非常繁重的任务。除此之外，我国引进和发展精细化农业生产方式的时间较短，缺少大量的技术工作者，并且能够切实在工作实践中参与的技术工作者更是缺少。这样一来，我国发展精细化农业会受到一定程度的阻碍。基于自动化控制技术被广泛应用的背景，技术工作者能够在精细化农业生产过程中应用自动控制技术，从而在减小自身工作负担的过程中提高农业生产效率。
【关键词】自动控制 机电 技术应用
为了更好的提高机电自动控制技术在应用中的稳定性、精确性、速度性和增加其应用范围，就必须充分的对其所涵盖的各项技术进行详细研究，通过解决其涵盖技术的瓶颈使得机电自动控制技术在应用中更加成熟稳定。
1 机电自动控制技术概述
1.1 机电自动控制技术运行原理
机电自动控制技术是一项系统技术，在工作中反馈控制系统需要依据自身收集的信息做出相应的识别分析，通过调整输入量和输出量出现的偏差，向自动控制系统的控制装置发出相应的反馈信息，从而使得自动控制装置发出正确指令，让被控制对象能够有效精准的进行。而反馈控制系统的工作是通过在给定元件给出输入量的情况下，在对测量元件进行监控的时，监控实际测出输入量，利用比较元件对实际测出的输入量和给定元件给出的输入量进行比较，比较出相应的偏差值，然后通过校正元件对被控对象的实际输入量进行调整，从而达到有效控制被控对象的目的[1]。
1.2 机电自动控制系统的基本要求
(1)稳定性。一个控制系统能交付使用的首要条件是：系统必须是稳定的。这是对控制系统的一个基本要求。
(2)快速性。在实际的控制系统中，不仅要求系统稳定，而且要求被控量能迅速地按照输入信号所规定的形式变化，即要求系统具有一定的响应速度。
(3)精确性。除了要求控制系统稳定性好、快速性高以外；还要求控制系统的控制精度高。
2 可编程控制器的研究
2.1 PLC概述
PLC的主体设计思想是：把计算机的功能完善、通用、灵活等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置。这种通用控制装置把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，采用面向控制过程、面向对象的语言编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。
2.2 PLC控制系统设计的基本思路
（1）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求，如控制的基本方式，需要完成的动作(动作顺序、动作条件、必需的保护和连锁等)、操作方式(手动、自动、连续、单周期和单步等)。
（2）根据被控对象对PLC控制系统的功能要求和所需要的输入、输出信号的点数等，选择合适类型的PLC。
（3）根据控制要求所需的用户输入、输出设备，确定PLC的I／0点数，并设计I／0端子的接线图。
（4）对较复杂的控制系统，根据生产工艺要求，画出工作循环图表，如有必要再画出详细的状态流程图表，它能清楚地表明动作的顺序和条件。
（5）根据工作循环图表或动态流程图表设计出梯形图。如果被控对象已经有了继电器控制线路图，可将它变换为梯形图。设计梯形图，这是程序设计的关键一步，也是比较困难的部分。要设计好梯形图，首先应熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。
（6）根据梯形图编制程序指令。
（7）用PLC的编程器将指令键入PLC的用户程序存储器，并检查键入的指令是否正确。
（8）调试程序。如果控制系统是由几个部分组成，应先做局部调试，然后再进行整体调试；若控制程序的步序较多，先进行分段调试，后连接起来总调。
（9）在进行PLC程序设计时，同时可进行控制台(柜)的设计和现场施工。待上述工作完成后，就可进行联机调试，直至满足要求。
（10）编制技术文件。
2.3 实际运用分析
图1所示是一个供料控制系统。运料小车负责向4个料仓送料，送料路上从左向右共有4个料仓(1号仓～4号仓)位置开关，其信号分别由PLC的输入端I0.0、IO.1、IO.2、IO.3检测，当信号状态为1时，说明运料小车到达该位置，否则说明小车没有在这个位置。小车行走受两个信号的驱动，QO.0驱动小车左行，Q0.1驱动小车右行。料仓要料信号由4个手动按钮发出，从左到右(1号仓～4号仓)分别为I0.4、I0.5、IO.6、IO.7。试设计一个驱动小车自动运料的控制程序。
为了设计运料小车的控制程序，首先要对小车的驱动条件进行分析。这里要抓住3点：其一是要料料仓的位置(由MO.0～MO.3决定)；其二是运料小车当前所处的位置(由I0.0～I0.3决定)；其三是运料小车的右行、左行、停止控制(由QO.0和QO.1决定)。
（1）小车运行条件。
运料小车右行条件：小车在1、2、3号仓位，4号仓要料；小车在1、2号仓位，3号仓要料；小车在1号仓位，2号仓要料为小车右行条件。
运料小车左行条件：小车在4、3、2号仓位，1号仓要料；小车在4、3号仓位，2号仓要料；小车在4号仓位，3号仓要料为小车左行条件。
运料小车停止条件：要料仓位与小车的车位相同时，应该是小车的停止条件。
运料小车的互锁条件：小车右行时不允许左行启动，同样小车左行时也不允许右行启动。
（2）编制控制程序。
料仓要料状态的编程：要料信号取决于IO.4到I0.7，这些信号都是手动按钮产生的。实际中可能会出现多个按钮同时要料的情况，为了能确定把要料权交哪个料仓，必须要确定排队规则。本设计中采取要料时刻不相同时，先要料者优先。要料时刻相同时，料仓号小者优先的规则。程序中使用M继电器来代表料仓要料状态。其中MO.0，…，MO.3分别代表1号料仓，…，4号料仓的要料状态。如图2所示供料控制程序的梯形图中的头4个支路就用上述规则送料的编程。
小车停止状态的编程：梯形图中第5条支路是小车到位停止的编程。有小车停止以后，要清除料仓要料状态信号。
小车右行的编程：梯形图中第5条支路是小车右行的编程。
小车左行的编程：梯形图中第5条支路是小车左行的编程。
3 结语
以上是一个PLC控制系统设计的大体思路和设计分析，在实际工程中需要根据控制系统的规模、控制要求的繁简、控制程序步序的多少，上述的步序有的可被省略。同时还需要对自动控制理论进行不断的实践修正，使得自动控制技术更加适合实际操作。
参考文献
[1]张锡忠.浅析机电自动控制技术的应用[J].机电信息，2012，03:94-95.
[2]尹刚.浅析工程机电自动控制技术的应用[J].科技与企业，2012，21:284.
【关键词】机电；自动控制；应用
引言
21世纪，随着生产技术的发展和生产规模的扩大，自动化控制技术已经被各国作为发展科学技术中一项重要的项目来对待，并被广泛应用于军事国防、工业生产、农业生产和家用电器中，还扩展到生物、医学、环境等不同领域，成为现代社会活动中不可或缺的重要组成部分，实现微型化，智能化而前进。
1、机电自动控制技术的原理和作用
自动控制（原理）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）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。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。
2、机电自动控制在中央空调螺杆机组的分析
笔者经过理论及实验研究，对PID控制方式进行了改进，提出了一种带有模糊算法的自适应性控制系统，并将其运用于楼宇中央空调的自动化控制中。通过在单位的275kW螺杆式冷热水机组上的实验证明，该控制系统有效地提高了机组的运行效率。
3、基本原理
3.1螺杆式冷（热）水机组
本文的研究对象为一台设计容量为275kW的螺杆式冷热水机组。压缩机采用TRANE公司生产的紧凑型双螺杆压缩机，压缩机自身带有能量调节装置，可以实现制冷量50%～100%的无段式调节。
3.2PID调节器的数学模型
PID调节器又称比例积分微分调节器，具有比例、积分、微分三种作用环节。连续PID调节器的特性方程为：
y=Kc（e+edt+TD）（1）
式中：KC——比例系数；
TI——积分时间常数；
TD——微分时间常数。
三种调节作用概括如下：比例作用按偏差量的大小成比例地改变调节量，能迅速抑制干扰，是基本的调节环节；积分作用实现有偏差量的调节，起消除静差的作用；微分作用则按偏差量的变化速率成比例地改变调节量，起超前调节、缩短调节时间的作用。PID调节器将三种调节作用适当地组合，共同完成一个调节过程。
常规的PID调节器采用预先设定的KC、TI、TD参数值，在机组运行过程中不能随环境而改变。实验研究表明，PID调节在平稳运行时效果较好，但是当运行工况变化较大时，则不能十分精确地调节，造成压缩机运行恶化、能效比降低等问题。从控制论上讲，热物理参数的传递速率较低，往往造成PID调节器的微分作用减弱、控制惯性增大、控制滞后现象严重。因此，需要对传统的PID进行改进。
本文采用了自适应性的控制方式，在机组的运行中，在线调整系统的热力学参数的判定，从而即时地改变KC、TI、TD等参数的值，以适应变工况的运行要求。
3.3模糊控制算法
模糊算法根据经验总结出许多规律，制定控制表，存入计算机内存储器。控制时，由偏差和偏差变化率的大小，搜索控制表，找出相应的控制量。基本的控制规则描述如下：
u=，k0，1（2）
式中：
u——控制量输出模糊量；
E——偏差模糊量；
E——偏差变化率模糊量；
a——量纲修正系数
由于模糊控制的调整速度快，机组运行的波动较小，对于制冷系统的变工况调节有积极的意义。但是此方法适应性较差，不利于推广为通用产品，不宜在中央空调中单独使用。本文采用局部的模糊算法，在运行中修正系统的热力学参数，并储存在数据库中，当运行工况发生重复时，直接进行制冷量的调节。实验表明，这种模糊辅助的控制方式对于减小机组的控制滞后、提高机组运行的经济性具有积极的意义。
3.4控制目标
传统的螺杆机组采用热力膨胀阀。在机组的运行中，随着热负荷的变化，膨胀阀的开启度由感温包通过温度及压力的平衡来决定，无法进行数字化的控制，精度较差。本文所讨论的螺杆式冷热水机组，采用电子膨胀阀。
由实验样机生产厂家提供的数据显示，其压缩机的可靠调节范围为50%～100%。但实验研究表明，仅采用压缩机自身的调节方式，当机组负荷降低时，轴功率的减小速度远小于制冷量的减小速度，EER值大幅下降。因此，实际运行中，应控制压缩机排气量不小于75%，才能保证节能。
本文通过调整压缩机的排气量（Vo）和膨胀阀开启度（EV）来控制压缩机的排气压力（Po）和压缩机进口处的过热度（Ts）。控制参数与控制目标如下：
（1）控制参数，压缩机排气量为75%～100%，无极调节，控制周期20sec；膨胀阀开启度为100～250个脉冲，控制周期4sec。
（2）控制目标：1.95MPa
另外，室内末端为分装的冷风机，通过继电开关将其开闭状态传至机组，作为机组负荷量监控的参考。
3、微机计算机控制技术在机电自动控制中的应用
目前，计算机技术、电子技术、信息技术已经紧密地结合起来。微型计算机控制系统的组成及分类、A/D和D/A转换、数据采集、键盘接口技术、LED及LCD显示、报警技术、马达控制、步进电机控制、I/C卡接口技术、RFID技术、串行通信及其接口总线（RS-232-C、SPI、I2C）、现场总线、数字滤波、标度变换、自动量程转换、非线性补偿、PID控制、模糊控制、微型计算机控制系统抗干扰措施等在使用、维护及修改方面更加清晰、简便、直观。计算机控制系统包括主机、接口电路及电气设备，其中单片微型计算机在一片小芯片中集成了CPU、RAN、ROM、I/O接口、计数器、定时器、串行通信口、A/D转换器等微型部件，完成整个控制系统的功能，具有价廉、可靠、多功能、体积小等优点，已广泛应用于各种小型的控制系统中，被称为微型控制器。在控制中，计算机监督控制系统（SCC系统），是由计算机测量出被控对象的参数，按照一定的数学模型，计算出最佳的给定值，通过模拟调节器控制整个过程，从而使工作过程处于最好的状态，它还可以进行顺序控制、集中控制、分级控制和最优控制。而智能控制又是计算机控制中的佼佼者，智能化控制使计算机具有人脑的部分思维功能，解决一些人们难以解决或至今还无法解决的问题。
[关键词] 自动化控制技术； 煤矿控制系统； 安全应用； 煤矿开采
煤矿行业对安全生产越来越重视。煤矿开采中的自动化控制系统是杜绝煤矿生产安全事故的重要举措，能够对井下的状况进行及时的监控和控制，降低了事故发生率，提高煤矿生产的安全系数。但是在目前我国的煤矿开采过程中，大多数都是人工操作，无法实现动态的监控和控制，所以引入自动控制技术，能够有效的提升煤矿生产的安全性，很大程度上改善了系统的管理水平。
一 自动控制技术对煤矿安全生产的影响
1 煤矿安全生产现状
煤矿事业是我国主要的能源产业，所以在促进煤矿事业的发展的前提下一定要提高安全防护措施，采用强化管理、改善科技等手段进行煤矿安全管理的治理整顿。但是在目前的矿井开发中仍然有很大的事故发生，这就暴露出一些问题。我国大多数的煤矿地质条件都比较复杂，施工难度大，很容易带来安全隐患，管理手段也不是很先进，对于冲击地压、瓦斯防治等都不能及时的处理，加上现在的监控设备很落后，导致安全管理科技停滞不前，不能够提供正确的管理以及安全保障。在矿井事业中的专业人才稀缺，从业人员技能水平不足，随着信息化的到来，对技术人员的要求越来越高，然而大多数企业缺少采矿的专业人才，这是企业面临的很大难题。对于内部的管理也存在明显的缺陷，在安全、技术、资源等管理上有严重的缺乏，这对于矿井的安全管理带来很大的隐患。
2 自动控制技术在煤矿开采中使用存在的问题
目前我国机械自动化技术还处在初始阶段，性能过于单一，局部形式的发展状况。而在发达国家的自动化水平明显比我国略高一筹，在技术方面普遍实现了智能化、自动化的集成方式。这与企业自身的管理模式和工艺水平息息相关，在我国的管理模式比较传统，局限于旧时的传统理念，但是在发达国家已经全部实现了计算机管理，而且对人员的管理与生产模式不断的进行创新。在机械设计方面，我国依旧处于被动状态，不能及时的进行创新研究，设计水平进步缓慢，这也是源于对人才管理的疏忽，缺少综合性复合人才是自动化技术水平发展缓慢的主要因素之一，而且在培养机制也没有创新的发展，总体来说我国机械自动化技术水平的发展空间很大，只有采取创新的管理模式和育人机制，才能最大程度上提升我国自动化技术水平。
二 煤矿开采中自动控制技术的系统构成及工作原理
1 自动化控制系统工作原理
自动化控制系统采用分散检测、整体控制的方式，在煤矿的生产过程中设置若干监控分站，能够动态的检测煤矿的风量、温度以及有毒气体的含量，然后将检测的数据通过通信电缆传输到煤矿通风主站上，各监测分站的信息也汇集到主站进行集中管理，最后通过计算，得出煤矿安全生产中各项指标的状况，并根据煤矿生产的要求制定出相应的控制方案，待系统转化为控制指令时传达给各分站监控中心，在变频装置的作用下，实现自动化控制的目的。其原理图如下：
2 系统组成
自动化控制系统主要包括传感器系统、中央控制系统两大部分组成。
1） 传感器系统
自动化系统中要接收不同的监控数据和指令，传输多路信号有两种方式，一种是时分制，是根据时序的不同传送不同的信号；另一种是频分制，信号的发送根据自身的频率而定，不会出现混淆的情况，由于这种电路的构成比较简单，出现的故障次数少，所以在实际应用中要大力推广。在频分制系统中，采用了载频器对信号进行接收和传送，信号的传输介质为 500V 以下的动力传输线，能够动态的监控巷道中各性能指标。
2） 中央控制系统
对于利用轮斗挖掘机进行开采一般有三种开采工艺作为选择，特大型、普通型以及紧凑型轮斗挖掘机。但因为紧凑型轮斗挖掘机的斗轮比较短，容易进行变幅工作的操作，以及其机器结构紧凑、机器自重轻、造价便宜；再加上操作简便、易于维修等优点，我国煤矿开采工作一般选择紧凑型轮斗挖掘机进行。此外，最为重要的是紧凑型的轮斗挖掘机其半径以及卸载的半径长度较短，调幅方式也采用液压缸式。对于其移动方面也采用最为简便的双履带的走行式，此外，该设备的平衡架位位于机体底部并采用法兰盘相连接，这大大的降低了带机体的作业高度，方便煤炭开采作业的进行。
中央控制系统主要通过微型计算机来实现系统的功能，由于微型计算机的接口多，而且扩散能力强，能够完成系统所分配的任务。在对自动控制技术的作用下，达到了精度高、速度快等特点。中央控制系统的主要任务就是将监控站所采集的数据信息进行处理，并制定出相应的控制方案，根据实际需求对通风量进行调控，同时，中央控制系统还能够实现报警的功能，具体包括以下几个方面：① 发出指令传递给监控站，实现对个分站系统的动态监控。② 对各监控站的反馈信息进行处理并修改。③ 根据系统的需求制定相应的控制方案，并转换为控制指令使执行机构动作。④ 监控设备在运行中出现异常，能够及时的报警并启动相应的处理程序。
三 自动控制技术在煤矿生产系统中的功能和应用
1 实时的监测数据，进行数据表的查询与打印
系统将传感器采集到的数据，主要包括煤矿开采设备的运行状况、风压以及有毒气体排放等参数进行动态的监测，然后根据系统设定的参数值相比较，为操作人员提供准确的数据参考依据。为了方便操作人员的更加直观的看到煤矿开采的工作状况，自动控制的系统设置了数据报表的功能，在数据的传输中，能够将实时的数据与历史数据按照规定的报表的模式打印出来。数据报表中有多种报表的方式可供选择，根据工作人员的需求选择报表的方式，提供了很大的便捷。
顶板管理主要需要考虑有履带行走式液压支架掩护以及无履带行走式液压支架掩护两种情况。其中，在有履带行走式液压支架掩护的情况下，对于位于采空区的连续采煤机切割死角位置的煤柱无法回收，除此之外，对于煤房中的绝大所述的煤柱都是可以回收的，单纯依赖遗留下来的煤柱不足以起到顶板支撑的作用，所以，在实践中顶板直接顶是随着开采的进展而随时冒出的，老顶则将会在滞后一定时间后安全垮落。顶板管理所采取的是全部垮落法；对于无履带行走式液压支架的情况，单翼煤柱回收法与双翼煤柱回收法在采空区的支撑方面并不存在差异，均是依赖于设置规整的煤柱发挥支撑作用。
2 绘制趋势曲线
根据传感器采集到的数据，可以通过图形的方式表示出来，通过图形可以看到各模拟量的变化情况，在图形上可以描绘出实时曲线和历史曲线。实时曲线就是指传感器在一段时间内采集到的数据，整合出来的图形曲线；历史曲线就是指对一段时间内的数据的统计、汇总。通过曲线能够直接展现出煤矿开采的生产状况和其他器件的工作状况，保证了系统的正常运行。
3 安全机制的设置
在系统中设置了不同等级的安全级别，同时对操作人员也设置了不同的权限，比如在安全分析人员只能够在权限的范围之内查看警报信息和报表的情况，其他的数据不能查询。在不同级别的操作人员上设定了不同的密码等级，当操作人员的等级达到相应的权限时，才能够控制相应的区域，对于没有权
限的操作系统直接拒绝，在很大程度上提升了系统的安全可靠性。
总而言之，自动控制系统在煤矿开采中的应用，通过在监控单元和控制单元的作用下，实现了对煤矿设备运行状况以及各项安全指标的动态监控，保证了煤矿的安全、可靠的生产。对突况及时的处理，实现了无人值班，很大程度上提升了煤矿系统的安全性，降低了煤矿开采过程中的资金投入，给企业带来更多的经济效益。
[参考文献]
[1] 李廷泽，周万起，刘建辉. 2311综放工作面煤柱开采过多条旧巷综合防火技术[A]. 煤矿安全高效开采理论技术与实践[C]，2010年.
[2] 王海兵. 阜矿集团在兴阜煤矿大倾角俯斜开采综放工作面氮气与发泡剂联合使用防火技术[A]. 第七次煤炭科学技术大会文集（下册）[C]，2011年.
[3] 葛 轶. 煤矿井工开采排水设备自动控制系统的开发研究[D]. 太原理工大学，2005年.
[4] 郭 鹏. 嵌入式机电控制系统启动过程时间分析及优化实现技术[D]. 重庆大学，2010年.
[5] 蹇 浪，付忠广，刘 刚，等. 电站机组数据仓库的建设及其关键技术[J]. 动力工程，2008年04期.
[6] 潘 恒，尹燕春，龙 英. 调水处理厂生产线自动控制技术的研究与应用[J]. 信息技术与信息化，2009年05期.
[7] 王和平. 一种用于自动生产线的电子控制电路的研究与设计[J]. 煤炭技术，2010年07期.
[8] 南存全，冯夏庭. 基于模式识别的煤与瓦斯突出区域预测[J]. 东北大学学报，2004年09期.
[9] 郝吉生. BP算法及其在煤与瓦斯突出预测中的应用[J]. 辽宁工程技术大学学报，2004年01期.
关键词：船舶；液力耦合器；模糊控制
中国分类号：U664.12 文献标识码：A
Abstract： This paper introduces the principle of fluid coupling on board， discusses the application of Fuzzy/self adaptive PID control technology and visualized human-computer interaction technology in hydraulic transmission with the aid of SIMULINK， PLC and WINCC through the study of transmission characteristics of hydraulic coupling.
Key Words： Ship；Fluid coupling；Fuzzy/self adaptive PID controller
1 前言
1905年德国费丁格尔首创了液力耦合器，并首先成功应用在船舶的推进系统中，有效改善了因内燃机扭振引起的齿轮和螺旋桨破坏。
液力耦合器是通过液体流动催动叶轮的方式完成机械能到流体动能再到机械能转换的能量传递设备，如图1所示为VIOTH公司液力耦合器应用示意图。由于中间避免了机械的直接接触，液力耦合器可很好的解决设备空载启动、负荷剧增、多机并车、隔离吸收震动、降低噪音等问题，在船舶动力装置中具有显著的优点。特别是在某些国外舰艇CODAD（柴柴联合）、COGAG（柴燃联合）装置中，液力耦合器被广泛应用[1]。如图2为液力耦合器在柴柴联合推进系统中应用示意图[2]。
液力耦合器传递功率为：
由公式（1）可见液力耦合器的能量传递是一个复杂的不规则传递曲线，传统的PID控制技术无法实现液力耦合器全程的过程控制，现在国内外主要的研究方向是引进高级控制算法来解决这个问题，如蚁群算法、模糊PID控制、人工神经网络算法等。本文将介绍模糊PID控制在液力耦合器中的应用研究。
2 液力耦合器的模糊PID控制技术
模糊PID控制技术能在控制过程中对不确定的条件、参数、延迟和干扰等因素进行检测分析，采用模糊推理的方法实现P1D参数、和的在线自整定，不仅保持了常规PID控制系统的原理简单、使用方便等特点，而且具有更大的灵活性、适应性、精确性等。典型的模糊自整定PID控制系统的结构，如图3所示。
设计中采用PLC等来组成硬件部分，在软件上采用模糊算法编程作为数字控制算法组成一个PLC的模糊控制系统。部分PLC模糊PID控制程序，简单介绍如下：
主程序：
……
LD SM0.0
MOVW 太高标志值， 标志值形参 //将各个标志值给标志值形参赋值//
CALL SBR_1
MOVW 入模糊集形参， 输入模糊子集1
MOVW 高标志值， 标志值形参
……
CALL SBR_1
MOVW 入模糊集形参， 输入模糊子集5 //五次调用子程序sbr_1，子程序1完成输入的模糊化//
LD SM0.0
MOVD &VB20， 模糊关系指针
MOVD &VB156， 模糊出指针
CALL SBR_2 //子程序赋值指令，确定输出矩阵的各项地址，并调用子程序SBR_2，子程序2完成一个行和一个列的矩阵乘//
……
子程序SBR_4主要完成PID控制部分的初始值设定并完成PID控制中断调用，部分程序如下：
LD SM0.0
ITD 控制输出， VD650
DTR VD650， VD650
MOVR VD650， VD604
+R 0.75， VD604 //⒛：控制输出与PID的原始设定值相加已完成对PID比例设定值的修订//
……
MOVR 0.25， VD612
……
MOVR 0.1， VD616
MOVR 30.0， VD620 //设定采样时间//
MOVR 0.0， VD624
MOVB 100， SMB34
ATCH INT_0， 10 //调用执行中断程序//
ENI
为了更好的方便船员操作，借助WINCC等上位机编程软件可实现上位机人机界面的设计，通过人机交互操作可实现数字化输入、调节特性输出、紧急报警灯、在线监测操作功能。
3 模糊控制仿真研究
为了检验模糊PID控制方法在液力耦合器传动系统中的应用效果，本文借助SIMULINK软件进行模拟检验仿真。首先利用某液力耦合器数学模型建立液力耦合器的逻辑控制模型，然后利用在仿真中引入一个阶跃信号来模拟液力耦合器在实际工作中的震动或者负荷突变等工况来检验控制效果。
在SIMULINK环境下，建立模糊PID自适应控制如图4所示。图5为模糊PID自适应的子系统。
在模糊自整定控制图中，通过Fuzzy logic controller模块调入刚才建立的推理系统，完成与Simulink的连接。其中逻辑推理系统的输入规则可在仿真中通过SIMULINK软件自带的模糊规则查看器和模糊控制表面查看器检查逻辑条件判断语句的设定情况如图7，图8所示。
仿真模型建立后，分别采用常规PID控制和模糊自适应PID控制测试其阶跃输出和在干扰作用下的输出情况，具体操作为在仿真进行到10 s时加入20%的干扰信号，待仿真运行完成得到仿真结果，如图8和图9所示。
从响应曲线可以看出，常规PID控制液力耦合器超调量大、过度时间长；采用模糊自适应PID控制的液力耦合器，无论从响应时间还是从对外界干扰的控制上均有很大提高，它响应速度快、超调量很小，甚至可实现无超调，对外界干扰的抵抗能力也较好，能使系统尽快回复平衡状态。从而可以得出结论：模糊PID控制算法可实现液力耦合器的优良控制。
4 小结
为了更好的实现液力耦合器在船舶动力传递系统中的应用，本文介绍了模糊PID自适应控制技术在液力耦合器中的应用，并通过软件模拟仿真技术充分说明了模糊PID自适应控制技术在液力耦合器应用中的优越性。
参考文献
[1].范威等.国外船用大中型齿轮传动形式的发展现状[J].热能动力工程，2003
【关键词】智能建筑；计算机和电子；自动控制技术
智能建筑是随着计算机技术、现代通信技术、自动控制技术的迅速发展而自然出现的产物，智能建筑的出现最佳的人居环境提供科学的保障。
1 智能建筑的相关概念
近年来随着我国国民经济的发展和国家住房制度的改革，更是由于人民生活水平和自身素质的提高，以及信息化社会的日益逼近，必将导致人们在家庭住房需求概念上的彻底变革。从以往追求居住的物理空间和豪华的装修向着享受现代化精神内涵与浪漫生活情趣的方向发展，追求更高的层次和境界。
尽管几年前一些经济比较发达的国家提出了“智能住宅”的概念，我国也在着手制定小康住宅的电气设计标准，同样这个概念和标准也和智能大厦的概念与定义一样，至今尚没有取得完全一致的认同；但是我们认为有一点可能是共同的看法，即：小康住宅小区的智能化最终体现在小区内独立家庭中运用多元信息技术（IT），并达到监控与信息交互的程度（或能力）。为此住宅小区智能化（乃至智能化城市）必须提供相关在物理和逻辑层面上的设备、技术与多元信息源的支持。
最近国家建设部住宅产业化办公室提出了关于住宅小区智能化的基本概念，即：“住宅小区智能化是利用4C（即计算机、通讯与网络、自控、IC卡）技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境”。
2 智能建筑的系统构成
2.1 楼宇自动化系统
BAS的功能是调节、控制建筑内的各种设施，包括变配电、照明、通风、空调、电梯、给排水、消防、安保、能源管理等，检测、显示其运行参数，监视、控制其运行状态，根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调节各种设备，使其始终运行于最佳状态；自动监测并处理诸如停电、火灾、地震等意外事件；自动实现对电力、供热、供水等能源的使用、调节与管理，从而保障工作或居住环境既安全可靠，又节约能源，而且舒适宜人。
2.2 通信自动化系统
CAS是保证建筑物内语音、数据、图像传输的基础上，同时与外部通信网（如电话网、数据网、计算机网、卫星以及广电网）相连，与世界各地互地互通信息的系统。CAS主要由程控数字用户交换机网（Private Automation Branch exchange简称PABX）和有线电视网（CATV）两大网构成。CAS按功能划分为八个子系统：
（1）固定电话通信系统，设PABX或采用公网的集中小交换机。
（2）声讯服务通信系统（语音信箱和语音应答系统），具有存储外来语音，使电话用户通过信箱密码提取语音留言；可自动向具有那个语音信箱的客户提供呼叫（当语音信箱系统和无线寻呼系统连接后），通知其提取语音留言；通过电话查询有关信息并及时应答服务功能。
（3）无线通信系统，具备选择呼叫和群呼功能。
（4）卫星通信系统，楼顶安装卫星收发天线和VAST通信系统，与外部构成语音和数据通道，实现远距离通信的目的。
（5）多媒体通信系统（包括Internet和Intranet），Internet可以通过电话网、分组数据网（X25）、帧中继网（FR）接入，采用TCP/IP协议。Internet是一个企业或集团的内部计算机网络。
（6）视讯服务系统，（包括可视图文系统、电子信箱系统、电视会议系统）它可以接收动态图文信息；具有存储及提取文本、传真、电传等邮件的功能；通过具有视频压缩技术的设备向系统的使用者提供显示近处或远处可观察的图像并进行同步通话的功能。
（7）有线电视系统，可接收加密的卫星电视节目以及加密的数据信息。
（8）计算机通信网络系统，由网络结构、网络硬件、网络协议和网络操作系统、网络安全等部分组成。
2.3 办公自动化系统
OAS分为办公设备自动化系统和物业管理系统。办公设备自动化系统要具有数据处理、文字处理、邮件处理、文档资料处理、编辑排版、电子报表和辅助决策等功能。对具有通信功能的多机事务处理型办公系统，应能担负起电视会议、联机检索和图形，图像，声音等处理任务。物业管理系统不但包括原传统物业管理的内容，即日常管理、清洁绿化、安全保卫、设备运行和维护，也增加了新的管理内容。
2.4 结构化综合布线系统
SCS又称综合布线系统（Premises Distribution System简称PDS），它是建筑物或建筑群内部之间的传输网络。它把建筑物内部的语音交换、智能数据处理设备及其广义的数据通信设施相互连接起来，并采用必要的设备同建筑物外部数据网络或电话局线路相连接。其系统包括所有建筑物与建筑群内部用以交连以上设备的电缆和相关的布线器件。
3 智能建筑的自动控制研究
3.1 家庭智能控制器
（1）功能
通过对室内温度监测，得到实际温度与设定温度比较：当实际温度低于设定温度一定值时，在夏季关空调，在冬季开暖气；当实际温度高于设定温度一定值时，在夏季开空调，在冬季关暖气。温度控制达到智能小康住宅规定标准：18～28℃。
通过对室内湿度监测，得到实际湿度与设定湿度比较：当实际温度高于设定温度一定值时，关加湿器；当实际湿度低于设定湿度一定值时，开加湿器。湿度控制达到智能小康住宅规定标准：30～70 ％。
紧急按钮报警时，自动拨号器启动，并有报警信号传到上位机。
排风扇按钮控制排风扇，排风扇运行一段时间自动关闭。
烟感探头报警时，煤气闭阀器关闭，声光报警和自动拨号器启动，并有报警信号传到上位，此外，通过判断烟感探头输入信号可识别探头是否有故障。
煤气泄漏报警时，排风扇启动，煤气闭阀器关闭，声光报警和自动拨号器启动，并有报警信号传到上位机。
（2）应用的LONWORKS技术特点
该技术有如下特点：1）开放性：网络协议开放，对用户平等；2）通信媒介的多样性：可采用任何媒介进行通信，如双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线电波、红外等，并且同一网络可以有多种通信媒介；3）互操作性：其通信协议Lontalk是符合ISO定义的OSI 模型，任何制造商的产品都可以实现互操作性。
近年来，该技术在国内外的智能建筑领域都得到了应用和发展，其开发工具平台强大，开发者在短期内就可以完成开发工作；在韩国、日本、澳大利亚、加拿大等国都已经利用该技术完成多项工程；并且，总体来看，该技术适用于中国，而且还在无线扩频等方面有继续加强的潜力，能在家庭智能系统上有更大的突破。
1.国内外农业自动化的现状
1.1 国外农业自动化的现状
近些年来，国外农业自动化飞速发展，农业机械设计向高速、宽幅、大功率、舒适的方向发展。自动化控制技术在农业机械上的应用已相当普及，一些著名厂商把自动控制、信息处理、全球定位系统和激光、遥感等现代尖端技术、装备应用于农业机械上。如一种农用激光平地机就是利用激光调平传感微机处理技术，经一次地面平整作业，即可成形，且能达到寸水不露泥的精度。美国的约翰迪尔公司所生产的水稻联合收割机就安装了一套称为的精密作业系统。该系统能提量或收获量信息、湿度，待收获作物总质量等读数，能精确测量粮食升运器顶部的谷物流量及实时的产量数据，能分别对分离装置、滚筒转速。割台升降，割台倾斜和停车制动安全等装置进行快捷实时监测与控制。该机还装备全球卫星定位系统和示差定位信号，可快速确定出机器所处位置。
随着现代化科学技术的飞速发展，机器人技术正越来越被世界各国所重视。1994年，美国机器人的年产量为1.648万台。日本有机器人生产厂家300多个，生产机器人占世界总拥有量的60%。农业机器人已被广泛应用到各个领域。
1.2 国内现有的自动控制技术在农业自动化中的应用
由于历史，观念和技术等方面的原因，我国传统农业机械与发达国家相比有很大差距，已远远不能适应农业的科技进步。近些年来，自动化的研究逐渐被人们所认识，自动控制在农业上的应用越来越受到重视。例如，把计算机技术、微处理技术、传感与检测技术、信息处理技术结合起来，应用于传统农业机械，极大地促进了产品性能的提高。我国农业部门总结了一些地区的农业自动化先进经验（如台湾地区的农业生产自动化、渔业生产自动化、畜牧业生产自动化及农产品贸易自动化）的开发与应用情况，同时也汲取了国外一些国家的先进经验、技术，如日本的四行半喂人联合收割机是计算机控制的自动化装置在半喂人联合收割机中的应用，英国通过对施肥机散播肥料的动力测量来控制肥料的精确使用量。这些技术和方法是我国农业机械的自动化装置得到了补充和新的发展。从而形成了一系列适合我国农业特点的自动化控制技术。
已有的农业机械及装置的部分自动化控制自动化技术提高了已有农业机械及装置的作业性能和操作性能。浙江省把自动化技术应用于茶叶机械上，成功研制出6CRK-55型可编程控制加压茶叶揉捻机，它利用计算机控制电功加压机构，能根据茶叶的具体情况编制最佳揉捻程序实现揉捻过程的自动控制，是机电一体化技术在茶叶机械上的首次成功应用。
微灌自动控制技术灌溉管理自动化是发展高效农业的重要手段，高效农业和精细农业要求必须实现水资源的高效利用。采用遥感遥测等新技术监测土壤墒性和作物生长情况，对灌溉用水进行动态监测预报，实现灌溉用水管理的自动化和动态管理。在微灌技术领域，我国先后研制和改进了等流量滴灌设备、微喷灌设备、微灌带。孔口滴头、压力补偿式滴头，折射式和旋转式微喷头、过滤器和进排气阀等设备，总结出了一套基本适合我国国情的微灌设计参数和计算方法，建立了一批新的试验示范基地。在一些地区实现了自动化灌溉系统，可以长时间地自动启闭水泵和自动按一定的轮灌顺序进行灌溉。
自动控制技术在精准农业中的应用精准农业是在传统农业与农机装备技术上，运用高新技术进行农业生产管理。精准农业较传统农业其先进之处主要是应用全球定位系统（GPS）、地理信息技术、计算机控制技术，专家与决策知识系统，实现农业生产的定位、定量、定时，做到精耕细作和由于农业水土管理区管理点较为分散，用传统方法进行数据采集和信息传输精度差、速度慢。把电子技术、微电子技术和通信技术紧密结合起来，采用现代方法进行自动化监控和管理非常必要，如在渠系、灌水、泵站等方面实现自动化监控与管理。农业自动化向智能化方向发展，进一步发展精准农业重点发展节水、节肥精准农业技术体系的自动化控制，实施精准灌慨、精准施肥，提高水资源和化肥资源的利用率。精细设施农业主要发展以温室为主的自动控制系统智能化研究，从而现降低成本、提高作物产量、提高农产品品质。计算机视觉技术在我国农业生产和农业现代化方面已开始应用，但在设施农业，虚拟农业中的应用尚处于起步阶段，应进一步加强。加快该领域的研究与应用。
2.结论
关键词：自动控制 逆变电源 逆变控制
中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（b）-0105-01
随着生态环境日益恶化，世界各国都努力寻找无污染并且可以持续利用的能源，不断开发新能源以遏制环境污染的加剧。太阳能作为新型的清洁能源尤其受到人们的重视，在太阳能利用中，一般家用太阳能照明设备或者大型的太阳能厂，都需要将直流电源交流电，因此光伏逆变电源的转化效率和对电网的安全由为重要。在光伏逆变电源中电能的转换分为三种：光热转换、光电转换、光化学转换；光伏逆变就属于其中的一个。光伏逆变电源的最终目的就是能够通过防腐电源将太阳能辐射转化为电能，能够对其操控和储能，光伏逆变电源中最重要的部分就是直交转换装置，光伏逆变电源在通信、农村和边缘地区照明等方面都有广泛的应用。自动化技术在光伏逆变电源的制造、逆变电源的控制、理论应用等方面都取得了长足的发展，本文从以上几个方面阐述自动控制技术在光伏逆变电源中的应用进行比较系统的阐述。
1 逆变电源中的自动控制技术
光伏逆变电源必须具有较高的效率和安全的可靠性，由于太阳光度的大小会随着太阳角度的变化、天气状况的变化而变化，产生的电能大小也会随之发生变化，并且随着电源电池的老化输出终端电压也会发生波动，因此光伏电源处理的电压能力必须具有较宽的适应范围。在这个不断变化和外来影响的情况下需要采用自动控制技术对整个电流、电压实时监测和调整，使得输出的电压能够保证在需求范围内。例如大型的太阳能发电厂发需要实现光伏电源的并网逆变，即将发出的直流电源转化为可以入电网的交流电，电网的运行必须具有安全性和可靠性，由于太阳能输出的不稳定性可能会对整个电网的稳定运行带来致命的冲击，因此我们可以在逆变电源中加装单片机等自动控制方法对电源的整个状态进行监控和调整，达到并网的目的。随着电力电子和自动控制技术的快速发展，光伏逆变电源制造朝着智能化、全数字化、网络化的方向发展，光伏逆变电源的自动控制策略能够实现各种控制功能，不需要变更硬件的电路，只需要修改单片机等相应的软件参数即可，这大大缩短了研发的周期，而且可以应用一些新型的复杂的应用策略，这给光伏逆变电源进一步发展提供了基础，并最终保证可靠性高的大规模光伏逆变电源并联运行。
2 对光伏逆变电源的控制应用
对逆变电源的控制应用是指在已经制造的光伏逆变电源的基础上，应用自动控制技术对光伏逆变进行自动控制操作。随着光伏逆变电源的功能的衰退或者其他原因导致光伏电源本身的控制系统不能很好进行自动控制操作，或者需要对原有的光伏逆变电源进行管理升级，因此就需要在已经运行的光伏逆变电源进行自动化改造或升级，特别大型的太阳能发电厂对的光伏电源的自动化控制更为重要。目前工业控制计算机技术在光伏逆变电源中的应用研究已经被重视，将工业控制的自动化技术引入光伏逆变电源的控制能够对光伏逆变电池进行最大功率点跟踪和控制，是光伏逆变电池能够最大功率的的将太阳能转化为电能。因此采用工业控制计算机技术能够很好的使用光伏逆变并网控制的需要。在光伏逆变电源控制中控制监测系统也充分应用可自动控制技术，监测系统通过工控计算机系统、环境数据监测和相关的数据软件，能够采集并记录相关运行数据，如电性能参数，设备状况和太阳辐射气象资料等，在执行操作中可以进行太阳能光伏逆变电源方阵的输出和跟踪控制。工控计算机还能对光伏逆变电源的故障进行自我保护，记录和保存故障信息发出故障报警信号，还可以实现远程监控功能。
3 自动控制理论在光伏逆变电源中的应用
对于自动控制理论在光伏逆变电源中应用，主要包含控制方法的研究、模糊控制理论等等。首先控制方法研究，在控制方法中随着大规模集成微电子技术的发展，专用的波形产生芯片和智能芯片逐步取代了小规模的元器件，这种方法有利于对波形的参数修改和完善，由此产生一系列的逆变控制方法，其中SPWM技术被广泛的运用。在智能的光伏逆变电源中，一般采用智能控制器和传感器，使光伏逆变电源充电和放电更合理，同时能够延长蓄电池的寿命，在信号处理的算法解决中采用相关的拓补结构，系统效率得以提高，满足电网的要求。其次模糊控制理论在光伏逆变电源中的应用，在光伏逆变电源并网中采用模糊控制理论，能够将参考电流和误差电流作为系统的参考控制量，运用较少的模糊控制参数，减少模糊判断的时间，具备更好是使用性能达到最佳的控制效果。再次是模数控制理论的应用，这种理论是采用模拟电路和数字电路混合的来实现逆变电源电压的同步、跟踪控制，基于这种理论可以选择合适的单片机和数模转换芯片，并应用电路给定电路结构，在大范围内对逆变电源进行细致的调解。这样有利于逆变电源并网的稳定运行，利用功能简单的单片机结合数模控制的方法构成数模控制系统，能够达到并网逆变的控制要求。最后是复合控制理论在光伏逆变电源中的应用。复合控制的方案就是把作用于系统外的动力学模型放入逆变电源的控制器，形成具有高精度反馈的逆变电源，这种控制理论也是基于内模原理的控制策略。在控制思想方面主要是给定一个周期的输出，并且波形发生变化在下一个周期产生影响，控制器通过给定相应的指令对反馈的信号进行修订和校正，并将此信号加载到原来的控制信号上同时对下一个信号进行畸变校正。当输入信号是零，复合控制还能够不断的对输出信号进行累加，保持输入波形的稳定。
参考文献
[1] 朱淼，刘飞飞，穆芳芳.单片机控制光伏并网逆变器的设计及其应用[J].数字技术与应用，2009（11）：73-74.
[2] 施佳锋，沈燕，程彩艳，等.光伏发电有功自动控制技术[J].宁夏电力，2012（1）1-5，57.
[3] 周志敏太阳能光伏发电系统设汁与应用[M].北京：电子工业出版社，2010.
关键词：自动控制、水处理、PLC、DCS
中图分类号：TK223.5 文献标识码：A
一、前言
随着人口的增加，经济的发展以及工业步伐的加快，我国城市污水的排放量也同趋增长，导致水体污染严重。然而，污水处理是一门涉及化学、物理、生物等多门科学的综合性技术，其工艺机理复杂，操作要求十分严格，实现起来难度较高。如果只凭现场人员手动操作，往往操作繁琐，劳动强度大，处理效果差。加之我国水污染控制水平较低，尤其是工业废水的污染控制，投入不足，给环境带来了严重的威胁。因此为了改变我困污水处理控制技术的这种落后现状，进行污水处理自动控制系统的研究与开发，具有非常现实的意义。
二、自动控制技术发展介绍
自动控制技术，在人类控制自然界提高劳动生产率的过程中起了重要作用。在现代工业生产中，自动控制技术是保证工业生产高质、高效、安全、连续运行的重要手段。随着现代科学技术的迅猛发展，自动控制技术也日新月异。自动控制理论和应用技术在工业生产中的应用大致经历了三个发展阶段。
第一阶段是40年代到50年代，采用传递函数进行数学描述，以根轨迹法和频率法作为分析和综合系统的基本方法，很大程度上依靠人工和经验进行系统分析和综合，设计过程中，一般将复杂的过程人为分解为若干简单过程，最终实现单回路控制，如就地式液位控制器等，自动控制水平处于较低级阶段。
第二阶段是60年代，是第二阶段现代控制理论产生，并在某些尖端领域取得成功。现代控制理论以状态空间分析方法为基础，包括以最小二乘法为基础的系统辨识、以极大值原理和动态规划为主要方法的最优控制和以卡尔曼滤波理论为核心的最佳估计三部分内容，现代控制理论对控制系统进行综合和分析时，深入提示系统内在规律性，从局部简单控制进入一定意义下的全局最优控制。
第三个阶段是70年代，计算机控制系统出现，自动控制理论及其应用技术的发展进入新时期。出现了集计算机技术、控制技术、通讯技术和图形显示技术于一体的集散控制系统(DCS)。应用集散控制系统代替常规仪表控制实现生产过程中运行参数的在线检侧，实施诊断与报普，显示设备在运行中存在的故障，分析参数的变化趋势，及时发现和预报异常运行情况，并记录运行的状态和过程，使操作人员直观、方便地管理生产的全过程。DCS系统一般由控制管理计算机(上位机)、过程控制计算机(下位机)和上下位机之间的数据通讯系统组成。
(1)上位机完成与操作人员进行信息交互，以屏幕窗口或文件表格的形式提供人与工程的界面以及人与系统的界面。根据用户的需要，可以按生产过程分段设置若干个基本操作站。
(2)下位机是控制系统的核心、系统中的控制和全部数据采集、处理等均在控制器承担。现多采用各种智能数字调节器或可编程控制器(PLC)。
(3)DCS系统中，一般采用局部网络通信，大多属于按各制造厂自身的通信协议工作。
现场总线控制系统(FCS)运用数字通信、计算机、自动控制、网络、智能仪表等先进技术，突破传统“点对点"模拟信号控制的局限性，具有全分散、开放性、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多接点、多分支等特点。
三、国外水处理自动控制技术发展现状
环境保护己经成为我国的基本国策之一。我国环境保护理论、工艺等研究和应用虽然起步较晚，但技术水平与国外差距并不太大，差距较大的还是环保单元设备和自动控制系统。
国外发达国家由于经济发展较早，水资源不足，污染问题也较早得到重视。现在一些发达国家经过数十年的努力，城市污水处理率达到80％一90％，城市污染大大缓解，水质明显改善，随着城市污水处理厂的大规模兴建，污水处理工艺的不断完善，国外污水处理厂控制水平也迅速提高。特别是计算机和网络技术的飞速发展使得污水处理厂的监控水平也发生了本质变化。在国外，广泛采用DCS或PLC及现场总线等先进自动控制技术，有较高的自动化水平和技术含量。
在欧美国家的一些城市污水处理厂中现代化自动控制系统使用日益普遍甚至实现全自动化无人值守控制模式。如美国爱阿华水厂，在七十年代初开始研究微机自动控制水厂投加药剂，此外苏联莫斯科水厂日本东京朝霞水厂等也先后采用计算机自动控制水厂工艺取得较理想效果。现在许多美国大中型水厂均由一套集散型的自动控制系统进行控制。
四、国外污水处理厂监控系统的特点
目前国外污水处理厂监控系统普遍具有以下特点：
4.1采用分布式计算机监控系统，根据厂区分布情况分设数个分控站，设置中央控制室，操作人员通过控制和通讯网络管理处理，实现处理现场无人值守。
4.2监控系统采用冗余化设计，各分控站有独立工作能力，提高了系统的安全性和可靠性。
4.3处理过程不同程度采用智能化控制，可以根据水源变化自动对工艺过程进行调整。
4.4大量采用先进的在线式水质分析仪表和智能化仪表，可提供高精度的检测和准确的控制数据。
五、国内污水处理厂监控系统的特点
我国污水处理厂自动化、信息化管理水平相对偏低，大都是依靠手工操作，通过复杂的电控柜监测和控制设备运行，工艺的运行状况直观性很差，对运行人员的经验依赖性较大。
但是随着自动化控制技术在国内的飞速发展，许多污水处理厂采用了PLC进行控制，也取得了较好的效果，现场总线也渐渐在这一行业中得到应用。
目前，国内污水处理的控制水平基本分为三大级别。
第一，手动操作：采用常规分散检侧仪对污水处理工程中的液位、流量、温度、浊度、pH值、溶解氧(DO)、生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、污泥浓度(MLVSS)等性能指标进行离线或在线采集，根据数据得出控制要求，然后根据测量结果去调整设备状态，如阀门的开闭与开度、电机的启停等。这种控制方式由于投资少，主要在一些小型污水处理厂应用。
第二，半自动控制：通过数据采集器等手段采集局部过程量输入控制室，一般在控制室设有工艺模拟显示屏或上位机，在模拟屏或上位机上显示液位、流量、温度、浊度、p}I值、溶解氧(DO)、生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)，污泥浓度(MLVSS)等性能指标，和电机、阀门的运行状态，对处理过程进行监控。操作员可以通过模拟屏或上位机遥控部分设备的启停，而其余的设备控制就需要现场操作员控制。
第三，全自动控制：采用计算机控制技术与多层次的网络结构对污水处理的全过程工序进行无人值守的全自动控制。处理过程控制中各种信号通过相应的变送器送到下位机，一般下位机采用可靠的PLC作为控制单元，运行先进的控制算法，实现现场设备的实时控制。作为上位机的工控机(IPC)采用TCP／IP协议和标准数据库，挂在以太网上，实现信息的集成管理和远程控制。上、下位机之间通过网络传输采集参数和远程控制参数。这种方式是自控技术的发展方向，国内外的大型污水处理厂都在使用。
六、结束语
污水处理的社会意义巨大，应用计算机控制技术实现污水处理工艺的全自动控制，提高污水处理的技术管理水平，合理使用和配置处理设施设备，具有非常现实的意义。
参考文献：
【1】胡政 现场总线及其网络集成舰船科学技术 第25卷 第5期
关键词：精准农业；变量施肥；决策系统；变量控制
中图分类号：F147.2 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20151232011
引言
施肥获取高产是当代农民的一个共识，传统施肥易造成局部平均，由于土壤肥力千差万别，平均施肥易造成不足或过量，不但不能增加产量，反而会造成资源利用不合理、污染环境。长此以往，过量的化肥引起土壤有机质缺失、破坏生态环境及农产品品质下降等问题。西方发达国家针对以上问题，对农业现状进行分析，将施肥方式改由定量投入转为变量投入。从而活化了土壤，节约了资源，修复了环境，提高了品质。变量施肥自动控制技术是实现精准施肥的桥梁，是集农田信息采集、分析决策等技术和农业工程装备技术的优化组合[1]。本文在前人的基础上，概述变量施肥自动控制的概念、发展现状及其技术理论体系，立足当下，展望未来。
1 变量施肥及自动控制技术
1.1 概念
所谓变量施肥，就是以不同的空间单元为基准，根据产量数据和其他多层数据（土壤特性、病虫草害、气候等信息）的叠加分析为依据，建立作物生长模型、作物专家系统，以高产、优产、环保为目的，因地适宜的为作物全面平衡施肥[2]。
1.2 自动控制技术体系
变量施肥自动控制有2种形式，实时控制施肥，根据监测土壤的实时传感器信息，控制并调整肥料的投入数量，或根据实时监测的作物光谱信息分析调节施肥量；处方信息控制施肥，依据决策分析后的电子地图提供处方信息，对大田中肥料的撒施量进行定位调控，这是目前国内外研究最广的方式。处方信息控制施肥是依据GIS获取的处方信息和GPS获取的田间位置信息，由变量控制器搜集处理相关信息，分析后控制相应执行机构进行变量作业[3]。如图1所示
2 国内外研究现状
2.1 国外研究现状
美国大型变量施肥的典型代表是John Deere公司的播种施肥车，拖拉机机头安有AgGPS132接收机、尾翼安有无数个电控无级变速器，工作翼展达25m，驾驶室内有各种仪器，可以通过屏幕监控施肥处方图及施肥机行走路线[4]。
日本研制出适用水稻的施肥系统。该系统小巧轻便，该机自带GPS，驾驶室内有监视器，可以查询作业处方图，基于GIS信息，机具前进速度，通过监视器查询储存在地图中相应的处方来控制排肥 [2]。
德国AMAZONE公司基于植物叶片反射原理，利用高光谱氮营养诊断，研制出了一款变量施肥机，通过安装在拖拉机头部的高光谱测量仪，实时测得作物冠层的NDVI值，通过作物追肥模型计算出氮素的追肥量，经中央处理器处理成数字脉冲信号，通过执行机构实现精准变量施肥[4]。
俄罗斯全俄农机化研究所研制的变量施肥机，利用电磁铁和共振片原理，通过控制安装在施肥口电磁铁的电磁频率，产生不同的震动，来控制施肥口的开启和闭合，施肥量从而得到自动控制[2]。
2.2 国内研究现状
近年来，变量施肥技术在国内兴起一股学习潮流，高校和科研院率先取得一些成果。汪懋华作为学科领军人，较早地进行了该方面的研究。
国家农业工程研究中心在田间进行了小麦精准施肥；选取2个完全不同处理的地块，拖拉机上装有AgGPS170，执行机构选用电控液压马达，于2003年研制出了《精准变量悬耕施肥机》，并获得发明专利[3]。
吉林大学张书慧等制造了由GPS，单片机、施肥决策卡及播种施肥机等4部分组成的系统，该系统以AT89C52为中心，拖拉机速度不同，施肥量不同，施肥量可以读取决策卡获得。单片机依据决策卡及拖拉机速度，输出不同信号给排肥轴，从而变化出不同的排肥量。
黑龙江八一农垦大学 [4]基于PID算法，利用差分GPS定位、GIS确定不同单元的施肥量，结合农、机、电3种优势，加入PID算，实现了三者一体化。黑龙江友谊农场引进美国CASE公司先进设备，示范D-GPS纠偏差分站，区域自主进行，取得了一定的成功。
河北农业大学邵利敏、王秀[5]等基于PLC原理，实现了变量施肥控制系统的设计与试验，采用无损光电检查技术，通过归一化植被差异指数测量仪实时获取归一化植被差异指数，依据该值的大小，传送给中央处理器，处理器依据模糊控制算法，结合施肥机具行进速度，输出PWM信号给电磁阀，控制施肥口不同的施肥量。
张睿等于2012年设计了一种变量施肥抛撒机，其原理基于配方图，变量效果较好，均匀性强，在拖拉机速度较慢时，误差较小[6]。
郎春玲等于2013年主要研究深施型液态施肥机，调节误差极低，精度平均可达 98%，该系统设计合理，使用极其方便[6]。
3 机械及控制技术存在的问题
由于我国变量施肥技术处于起步阶段，没有被大范围使用。针对不同农作物，没有对应的装备。现如今存在如下问题：
实时控制施肥处于研究阶段，瓶颈在于传感器的研发与电子技术的应用。遥感技术成本高，不利于推广。
机械部件存在许多问题，机械设备不先进，或操作不友好，需要自主研发更本土化的设备。
自动变量施肥变量比较单一，需要向多变量或自动施肥的方向发展。
专家决策分析系统更新速率慢，需求数据多且不易测得，模拟的结果与实际存在较大误差。
变量农机具较发达国家起步晚，差距巨大。常用仪器接口不兼容，没有统一标准，不能共享数据，人工维护成本高。
4 应用展望
变量施肥作为一种新兴的技术，在国外发达国家已初具规模，但在当代中国，尚处于试验阶段，应该深入研究，大力推广，尤其是系统集成和应用。研究出基于微机控制的精量施肥控制系统、供肥系统和分肥限量系统；快速研发出功能健全的施肥控制系统；能准确快速地检测农田养分含量是我们的当务要事。同时研发施肥设备，降低生产成本，方便易用，并且能为农民所掌握，且最终能大面积得到推广。一定要学习借鉴国外的先进经验，结合我国土壤墒情，加强跨区域、品种的联合作业机的研究力度。从而实现资源更好的有效、高效利用，实现农业的健康持续发展。
参考文献
[1] 曲柱宝，田耘.变量施肥的实现过程及其发展前景[J].中国农机化，2005（4）：50-52.
[2] 张涛，赵洁.变量施肥技术的研究进展[J].农机化研究，2010（7）：233-236.
[3] 孙成. 变量施肥机控制系统的研究[D]. 吉林：吉林农业大学，2008.
[4] 赵登峰，张立新，吴金林.变量施肥研究现状及在新疆棉花上的应用展望[J].农机化研究，2012（04）：213-219.
[5] 牛晓颖.精准农业变量施肥技术及其实施系统的研究[D].河北：河北农业大学，2005.
