信息技術導論課程設計--自動控制技術的實際應用情況

1、<p>　　2015-2016學年</p><p>　　信息技術導論課程設計報告</p><p>　　自動控制技術的實際應用情況</p><p>　　學 院：信息科學技術學院</p><p>　　專 業(yè)：電子信息類</p><p><b>　　報告正文</b></p&g

2、t;<p>　　一、自動控制技術在國防軍事中的應用</p><p>　　歷史表明，戰(zhàn)爭能夠促進科技的發(fā)展，科技又能改變戰(zhàn)爭的思想與模式，二者關系緊密，互相促進。第二次世界大戰(zhàn)期間，各國競相開始新式武器的研究，明顯地加快了自動控制技術的發(fā)展。冷戰(zhàn)期間，北約與華約兩大軍事集團的軍備競賽更是使自動控制技術的發(fā)展達到了高潮。與此同時，自動控制技術在國防軍事中得到了大規(guī)模運用。</p><

3、p>　　1、武器裝備精確制導</p><p>　　武器裝備的制導起源于第二次世界大戰(zhàn)。隨著自動控制理論的發(fā)展，現代控制理論、圖像識別技術、高速電子計算機、最優(yōu)控制和自適應控制等的發(fā)展，使導彈的制導系統(tǒng)發(fā)生質的飛躍。80年代以來，洲際彈道式導彈的命中精度已由第一代的2770米提高到第四代的幾十米，飛航式導彈的命中率更高，戰(zhàn)術巡航導彈的命中精度達到幾米至十幾米，直接命中率達到80%以上?，F今，精確制導技術正朝全

4、導式多彈頭、毫米波制導、激光制導、導航衛(wèi)星定位、全程制導、復合制導、自適應控制、自學習控制等高級制導技術方向發(fā)展。</p><p><b>　　2、軍隊指揮自動化</b></p><p>　　隨著現代信息技術的廣泛運用，戰(zhàn)爭中作戰(zhàn)速度加快,作戰(zhàn)范圍擴展，戰(zhàn)斗過程更為復雜多變，這使得傳統(tǒng)的指揮方法無法駕馭部隊。可以說現代戰(zhàn)爭就是信息戰(zhàn)，是兩國科技實力的體現。美軍參聯會對

5、信息優(yōu)勢的定義為；在信息領域的支配權達到能在沒有有效抵抗的條件下進行作戰(zhàn)，為獲得信息優(yōu)勢必須將指揮、控制、通信和計算機能力，情報、監(jiān)視和偵察能力，信息戰(zhàn)能力三者結合，只靠信息戰(zhàn)一種手段還不能完全獲得信息優(yōu)勢。在現代信息戰(zhàn)中，必須從情報的收集、處理開始，直至通信傳輸，態(tài)勢顯示，事務處理，指揮控制等都實現自動化才能適應。而這些都必須以電子計算機的廣泛使用為基礎，所以軍隊指揮自動化是指揮員及其司令部采用電子計算機與通信網絡以及其他各種自動化設

6、備，運用科學的方法,按照現代戰(zhàn)爭的特點與方式,實施對所屬部隊的有效指揮與控制?？梢?，現代戰(zhàn)爭對作戰(zhàn)指揮提出了更高的要求。 </p><p>　　二、自動控制技術在航空航天中的應用</p><p>　　1、航空發(fā)動機控制技術發(fā)展與挑戰(zhàn)</p><p>　　從20世紀40年代的簡單機械液壓式控制系統(tǒng)開始，航空發(fā)動機控制系統(tǒng)隨著電子技術、控制計術的發(fā)展，先后出現了電子與機

7、械混合控制系統(tǒng)，以及20世紀70年代出現的發(fā)動機數字電子控制系統(tǒng)（DEEC，用于普惠的JT9D發(fā)動機）。20世紀80年代，為適應更高性能發(fā)動機的要求出現了全權限數字電子控制系統(tǒng)（FADEC），此時電子器件性能的不斷提高使得這種轉變成為可能。這一趨勢一直在持續(xù)，隨著電子器件性能的不斷提高和電子器件小型化的推動，與高性能發(fā)動機要求相呼應的各種創(chuàng)新性工程解決方案也不斷出現，現已發(fā)展到高度綜合的第三代全權限數字電子控制系統(tǒng)，其主要特征是帶機載發(fā)

8、動機診斷系統(tǒng)并實現熱管理。</p><p>　　發(fā)動機控制系統(tǒng)可以看做是發(fā)動機的大腦和神經系統(tǒng)，基于飛行指令和發(fā)動機控制計劃，完成發(fā)動機燃油供給、葉片及噴口位置調節(jié)等控制功能。未來航空發(fā)動機技術將呈現加速發(fā)展態(tài)勢，航空發(fā)動機將向高性能、高可靠性、更寬使用范圍、多任務能力和低油耗、低成本、低污染、低噪聲的方向發(fā)展，為不斷滿足發(fā)動機發(fā)展需要，未來控制系統(tǒng)技術發(fā)展將向提高功能性能、降低重量和成本、耐惡劣環(huán)境、提高可靠性

9、和維護性的方向發(fā)展，同時跨越推進控制范疇，與飛控、預測健康管理系統(tǒng)緊密結合，共同實現在推力、配電管理以及熱系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)等方面的發(fā)動機綜合管理系統(tǒng)。</p><p>　　未來發(fā)動機控制系統(tǒng)將向主動控制、智能控制、分布控制及減輕重量和降低成本、提高可靠性和耐惡劣環(huán)境能力的方向發(fā)展，采用機載發(fā)動機模型、先進的控制邏輯和設計方法，將控制系統(tǒng)與其他機載系統(tǒng)相綜合，獲得更好的系統(tǒng)性能和控制品質。</p&

10、gt;<p>　　2、自動控制技術在無人飛行器中的應用</p><p>　　自動化在飛機駕駛中的應用是在人飛上藍天后，又一個重大的科技進步。無人駕駛飛機是一種以無線電遙控或由自身程序控制為主的不載人飛機。由于他是高科技技術的集中載體，其主要應用于現代戰(zhàn)爭。在1982年發(fā)生的貝卡谷地之戰(zhàn)和1991年爆發(fā)的海灣戰(zhàn)爭中，無人機在偵察監(jiān)視、干擾敵方雷達通信系統(tǒng)和引導己方進攻武器等方面，都發(fā)揮了極其重要的作用

11、。近幾年，受需求拉動和幾次局部戰(zhàn)爭中無人機卓越表現的激勵，國內對無人機的研發(fā)空前重視，行業(yè)爆發(fā)出前所未有的發(fā)展速度。國產無人機產品已成功走出國門。西安愛生技術集團的ASN 系列無人機、航天科技十一院的“彩虹”無人機、中航工業(yè)成飛集團的“翼龍”無人機等已先后簽訂出口訂單。</p><p>　　無人機系統(tǒng)工作流程：</p><p>　　(1)開始界面：快捷實現任務的規(guī)劃，進入任務監(jiān)控界面，實現

12、航拍任務的快速自動歸檔，各功能劃分開來，實現軟件運行的專一而穩(wěn)定。</p><p>　　(2)航前檢查：為保證任務的安全進行，起飛前結合飛行控制軟件進行自動檢測，確保飛機的GPS、羅盤、空速管及其俯仰翻滾等狀態(tài)良好，避免在航拍中危險情況的發(fā)生。</p><p>　　(3)飛行任務規(guī)劃：在區(qū)域空照、導航、混合三種模式下進行飛行任務的規(guī)劃。</p><p>　　(4)航

13、飛監(jiān)控：實時掌握飛機的姿態(tài)、方位、空速、位置、電池電壓、即時風速風向、任務時間等重要狀態(tài)，便于操作人員實時判斷任務的可執(zhí)行性，進一步保證任務的安全。</p><p>　　(5)影像拼接：航拍任務完成后，導航航拍影像進行研究區(qū)域的影像拼接。</p><p>　　三、自動控制技術在農業(yè)生產生活中的應用</p><p>　　1、自動控制技術在園林節(jié)水灌溉中的應用</

14、p><p>　　當前水資源缺乏和景觀背景下的土地成本提高灌溉用水、城市園林建設節(jié)水灌溉系統(tǒng)一般、節(jié)水灌溉、節(jié)水潛力的自動控制設備不斷被綠地維護單位,因此,園林節(jié)水灌溉自動控制技術開始普及和推廣。以色列、美國、加拿大等國家在節(jié)水灌溉技術方面起步較早，實踐到目前為止，他們已經成功地將先進的計算機和控制技術以及電子技術運用到了節(jié)水灌溉系統(tǒng)中，并且擁有較高的智能化程度和控制精度，操作可靠便捷，我國也加快了逐步引用自動控制技術

15、的步伐。</p><p>　　1）自動節(jié)水控制系統(tǒng)的常用類型</p><p>　　全自動的節(jié)水灌溉系統(tǒng)是指在灌溉過程中無需人的直接參與，其輪灌程序和長時間的封閉灌溉程序的控制，包括對作物需水量的控制，都是通過預先編制好的控制程序以及根據作物統(tǒng)計需水量設定的。人的主要作用在于對程序的控制以及設備的維護。在半自動化灌溉系統(tǒng)中，田間沒有安裝傳感器，灌水時間、灌水量和灌溉周期等均是根據預先編制的程

16、序，而</p><p>　　不是根據作物和土壤水分及氣象狀況的反饋信息來控制的。按結構形式的不同，自動控制系統(tǒng)又分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)兩種。如果自動控制系統(tǒng)中具有反饋信號，就稱為閉環(huán)系統(tǒng)，否則就叫做開環(huán)系統(tǒng)。自動控制技術在園林節(jié)水灌溉中的應用。</p><p>　　2）自動控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)的主要組成</p><p>　　控制系統(tǒng)和灌溉系統(tǒng)是自動控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)的兩大

17、組成部分，它與一般的節(jié)水灌溉系統(tǒng)既有區(qū)別又有聯系，在灌概系統(tǒng)的組成上是差不多相同的，主要區(qū)別體現在控制系統(tǒng)上。自動控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)的控制系統(tǒng)分為開環(huán)自動控制系統(tǒng)、閉環(huán)自動控制系統(tǒng)兩種，它們的主要組成部分都有控制器、電磁閥、傳感器和電線等，下面筆者就這幾方面簡單介紹一下。</p><p>　　控制器（或中央控制器）是自動控制系統(tǒng)中最主要的部件，只要事先將灌溉開始的時間、灌溉延續(xù)的時間和灌水周期等有關的灌溉程序輸人好

18、，控制器就可以據此來控制電磁閥是開啟還是閉合。另外，控制器還可以按照容盆的大小來決定可控制的電磁閥個數，從小到大可控制一到數百個電磁閥不等。</p><p>　　電磁閥相當于決定出水還是留水的水閥門，在自動灌溉系統(tǒng)中，常用的電磁閥是隔膜式電磁閥，一般采用“電控水動”的工作方式，即通過電信號來控制電磁閥，但依靠水壓力來開啟或者閉合它，所以在這里要求電磁閥所承受的水壓力一定要比它開啟或者閉合所要求的最小工作水壓要大。

19、同時要注意的是，灌溉系統(tǒng)中不能使用瞬時啟閉的電磁閥（瞬時啟閉的電磁閥一般應用于噴泉系統(tǒng)等類似的需要瞬時爆發(fā)、營造景觀的場合），而且要求電磁閥最好是半自動化半手動結合，這樣萬一自動控制失效，還可以手動操作保證灌溉。</p><p>　　控制器與電磁閥之間的電信號則是通過普通地埋電線傳輸的，由控制器輸出電壓，再經過電線損耗后送至電磁閥。由于不論哪一種類型的電磁閥都有允許工作的最低電壓指標，所以在使用時，要注意保證該指

20、標電壓小于經電線損耗過的電壓值，這樣電磁閥上的電磁頭才能繼續(xù)工作、打開電磁閥。</p><p>　　3）與其他技術的結合</p><p>　　將人工智能技術（包括專家系統(tǒng)、模糊邏輯系統(tǒng)、神經網絡等）應用于節(jié)水灌溉具有非常廣闊的發(fā)展前景，用此技術來建模，可以使灌溉控制器在及時、準確地對環(huán)境參數進行預測的同時，將這些參數控制在適合作物生長的范圍內。其中，模糊控制、神經網絡這兩種人工智能技術在灌

21、溉控制器中應用的較多，模糊控制是根據人的手動經驗或專家的知識來設計的，因此能夠模擬人的推理能力，而不需要被控對象的精確模型；在此類系統(tǒng)中，一般用土壤濕度傳感器來測量土壤的水分含量，再通過自動天氣預報站估算出作物可能的蒸騰量，然后將這兩類信息進行模糊化處理，輸入到模糊控制器中，最后按照模糊規(guī)則決策得出模糊輸出，并將此輸出精確化之后傳送給執(zhí)行機構，由執(zhí)行機構來控制電磁閥動作；如果對模糊控制得出的結果不滿意，還可以利用神經網絡來對模糊規(guī)則決策

22、進行優(yōu)化控制。</p><p>　　四、自動控制技術在生產過程中的應用</p><p>　　以給水排水中的自控為例：</p><p>　　隨著我國經濟發(fā)展的不斷加速,無論工業(yè)用水，還是居民用水量越來越大，進而污水的排放量日益增大,其中污水對水體的污染日趨嚴重,國家政府不斷加大治理污水的力度,提高水體的再利用價值。為了滿足人們生活工作的用水需求，給水排水方面的工作量是

23、相當艱巨的，于是各種大型的自來水廠和污水處理廠紛紛建成,而且在規(guī)模加大的同時，對自動化要求越來越高遠程控制、數字化、智能化的控制方式提高了給水排水系統(tǒng)的可靠性,保證了各種用水的效果。</p><p><b>　　在正常供水方面：</b></p><p>　　變頻調速恒壓供水設備以其節(jié)能、安全、高品質的供水質量等優(yōu)點，恒壓供水調速系統(tǒng)實現水泵電機無級調速，依據用水量的變

24、化自動調節(jié)系統(tǒng)的運行參數，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，充分利用變頻器內置的各種功能對合理設計變頻調速恒壓供水設備，降低成本，保證產品質量等方面有著非常重要的意義。</p><p>　　變頻恒壓供水控制系統(tǒng)我就介紹一下新型變頻調速供水設備。由于變頻器內部自帶的PID調節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調節(jié)十分平滑、穩(wěn)定。同時，為了保證水壓反饋信號值的準確、不失值，可對該信號設置濾波時間常數，同時還可

25、對反饋信號進行換算，使系統(tǒng)的調試非常簡單、方便,在滿足工藝要求的情況下應優(yōu)先采用。在其工作過程中，1臺泵供水不足時，該泵倒為工頻運行，變頻柜啟動第2 臺泵，若流量還不夠，第2臺泵倒為工頻運行，變頻柜再啟動第3臺泵。若用水量減少，按啟泵順序依次停止工頻泵，直到最后1臺泵變頻恒壓達到一定時才可以停止工作。</p><p><b>　　對于污水處理方面：</b></p><p&

26、gt;　　污水的處理流程主要有粗格柵、進水泵房、細格柵、沉砂池、反應池、二沉池、過濾池等過程，同時還有一些消毒、污泥處理等步驟，其在整個污水處理流程中，為了更有效地進行，基本上應根據不同的工作步驟采用相應的自控系統(tǒng)來管理。</p><p>　　在格柵中，污染物的堵塞將會使格柵前后的水位增加，這就可以采用雙探頭超聲波液位計來測量該水位，并與設定正常范圍比較，來適當采取相應的開停機來處理。在污水曝氣過程中，系統(tǒng)控制的

27、運行參數是曝氣池混合液的溶解氧DO值，控制變量是鼓入曝氣池內的空氣量Q，對于池中對設定值的偏差，系統(tǒng)調節(jié)各個進風管上的電動蝶閥開度，保證曝氣的正常。</p><p>　　自動控制技術由初始理論到現如今在實際應用中的不斷成熟與壯大發(fā)展，僅僅經歷了一二百年的時間，但它卻長遠地影響了我們生活的方方面面，特別是隨著近20年來計算機技術、微電子集成技術等相關行業(yè)技術的快速發(fā)展，自動控制技術更成為了日常生活和工農業(yè)生產中的必