信息技術(shù)導(dǎo)論課程設(shè)計--自動控制技術(shù)的實際應(yīng)用情況

1、<p>　　2015-2016學(xué)年</p><p>　　信息技術(shù)導(dǎo)論課程設(shè)計報告</p><p>　　自動控制技術(shù)的實際應(yīng)用情況</p><p>　　學(xué) 院：信息科學(xué)技術(shù)學(xué)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(shù)在國防軍事中的應(yīng)用</p><p>　　歷史表明，戰(zhàn)爭能夠促進(jìn)科技的發(fā)展，科技又能改變戰(zhàn)爭的思想與模式，二者關(guān)系緊密，互相促進(jìn)。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(shù)的發(fā)展。冷戰(zhàn)期間，北約與華約兩大軍事集團(tuán)的軍備競賽更是使自動控制技術(shù)的發(fā)展達(dá)到了高潮。與此同時，自動控制技術(shù)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(dǎo)</p><p>　　武器裝備的制導(dǎo)起源于第二次世界大戰(zhàn)。隨著自動控制理論的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論、圖像識別技術(shù)、高速電子計算機(jī)、最優(yōu)控制和自適應(yīng)控制等的發(fā)展，使導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)的飛躍。80年代以來，洲際彈道式導(dǎo)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(dǎo)彈的命中率更高，戰(zhàn)術(shù)巡航導(dǎo)彈的命中精度達(dá)到幾米至十幾米，直接命中率達(dá)到80%以上?，F(xiàn)今，精確制導(dǎo)技術(shù)正朝全

4、導(dǎo)式多彈頭、毫米波制導(dǎo)、激光制導(dǎo)、導(dǎo)航衛(wèi)星定位、全程制導(dǎo)、復(fù)合制導(dǎo)、自適應(yīng)控制、自學(xué)習(xí)控制等高級制導(dǎo)技術(shù)方向發(fā)展。</p><p><b>　　2、軍隊指揮自動化</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的廣泛運用，戰(zhàn)爭中作戰(zhàn)速度加快,作戰(zhàn)范圍擴(kuò)展，戰(zhàn)斗過程更為復(fù)雜多變，這使得傳統(tǒng)的指揮方法無法駕馭部隊?？梢哉f現(xiàn)代戰(zhàn)爭就是信息戰(zhàn)，是兩國科技實力的體現(xiàn)。美軍參聯(lián)會對

5、信息優(yōu)勢的定義為；在信息領(lǐng)域的支配權(quán)達(dá)到能在沒有有效抵抗的條件下進(jìn)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(jī)能力，情報、監(jiān)視和偵察能力，信息戰(zhàn)能力三者結(jié)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(xiàn)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(wù)處理，指揮控制等都實現(xiàn)自動化才能適應(yīng)。而這些都必須以電子計算機(jī)的廣泛使用為基礎(chǔ)，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(jī)與通信網(wǎng)絡(luò)以及其他各種自動化設(shè)

6、備，運用科學(xué)的方法,按照現(xiàn)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。可見，現(xiàn)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(shù)在航空航天中的應(yīng)用</p><p>　　1、航空發(fā)動機(jī)控制技術(shù)發(fā)展與挑戰(zhàn)</p><p>　　從20世紀(jì)40年代的簡單機(jī)械液壓式控制系統(tǒng)開始，航空發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)隨著電子技術(shù)、控制計術(shù)的發(fā)展，先后出現(xiàn)了電子與機(jī)

7、械混合控制系統(tǒng)，以及20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的發(fā)動機(jī)數(shù)字電子控制系統(tǒng)（DEEC，用于普惠的JT9D發(fā)動機(jī)）。20世紀(jì)80年代，為適應(yīng)更高性能發(fā)動機(jī)的要求出現(xiàn)了全權(quán)限數(shù)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(zhuǎn)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(jī)要求相呼應(yīng)的各種創(chuàng)新性工程解決方案也不斷出現(xiàn)，現(xiàn)已發(fā)展到高度綜合的第三代全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)，其主要特征是帶機(jī)載發(fā)

8、動機(jī)診斷系統(tǒng)并實現(xiàn)熱管理。</p><p>　　發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)可以看做是發(fā)動機(jī)的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，基于飛行指令和發(fā)動機(jī)控制計劃，完成發(fā)動機(jī)燃油供給、葉片及噴口位置調(diào)節(jié)等控制功能。未來航空發(fā)動機(jī)技術(shù)將呈現(xiàn)加速發(fā)展態(tài)勢，航空發(fā)動機(jī)將向高性能、高可靠性、更寬使用范圍、多任務(wù)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(jī)發(fā)展需要，未來控制系統(tǒng)技術(shù)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(hù)性的方向發(fā)展，同時跨越推進(jìn)控制范疇，與飛控、預(yù)測健康管理系統(tǒng)緊密結(jié)合，共同實現(xiàn)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(jī)綜合管理系統(tǒng)。</p><p>　　未來發(fā)動機(jī)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(jī)載發(fā)動機(jī)模型、先進(jìn)的控制邏輯和設(shè)計方法，將控制系統(tǒng)與其他機(jī)載系統(tǒng)相綜合，獲得更好的系統(tǒng)性能和控制品質(zhì)。</p&

10、gt;<p>　　2、自動控制技術(shù)在無人飛行器中的應(yīng)用</p><p>　　自動化在飛機(jī)駕駛中的應(yīng)用是在人飛上藍(lán)天后，又一個重大的科技進(jìn)步。無人駕駛飛機(jī)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(jī)。由于他是高科技技術(shù)的集中載體，其主要應(yīng)用于現(xiàn)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(jī)在偵察監(jiān)視、干擾敵方雷達(dá)通信系統(tǒng)和引導(dǎo)己方進(jìn)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(jī)卓越表現(xiàn)的激勵，國內(nèi)對無人機(jī)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(chǎn)無人機(jī)產(chǎn)品已成功走出國門。西安愛生技術(shù)集團(tuán)的ASN 系列無人機(jī)、航天科技十一院的“彩虹”無人機(jī)、中航工業(yè)成飛集團(tuán)的“翼龍”無人機(jī)等已先后簽訂出口訂單。</p><p>　　無人機(jī)系統(tǒng)工作流程：</p><p>　　(1)開始界面：快捷實現(xiàn)任務(wù)的規(guī)劃，進(jìn)入任務(wù)監(jiān)控界面，實現(xiàn)

12、航拍任務(wù)的快速自動歸檔，各功能劃分開來，實現(xiàn)軟件運行的專一而穩(wěn)定。</p><p>　　(2)航前檢查：為保證任務(wù)的安全進(jìn)行，起飛前結(jié)合飛行控制軟件進(jìn)行自動檢測，確保飛機(jī)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(wù)規(guī)劃：在區(qū)域空照、導(dǎo)航、混合三種模式下進(jìn)行飛行任務(wù)的規(guī)劃。</p><p>　　(4)航

13、飛監(jiān)控：實時掌握飛機(jī)的姿態(tài)、方位、空速、位置、電池電壓、即時風(fēng)速風(fēng)向、任務(wù)時間等重要狀態(tài)，便于操作人員實時判斷任務(wù)的可執(zhí)行性，進(jìn)一步保證任務(wù)的安全。</p><p>　　(5)影像拼接：航拍任務(wù)完成后，導(dǎo)航航拍影像進(jìn)行研究區(qū)域的影像拼接。</p><p>　　三、自動控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中的應(yīng)用</p><p>　　1、自動控制技術(shù)在園林節(jié)水灌溉中的應(yīng)用</

14、p><p>　　當(dāng)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(shè)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(shè)備不斷被綠地維護(hù)單位,因此,園林節(jié)水灌溉自動控制技術(shù)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(shù)方面起步較早，實踐到目前為止，他們已經(jīng)成功地將先進(jìn)的計算機(jī)和控制技術(shù)以及電子技術(shù)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(shù)

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(yù)先編制好的控制程序以及根據(jù)作物統(tǒng)計需水量設(shè)定的。人的主要作用在于對程序的控制以及設(shè)備的維護(hù)。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(jù)預(yù)先編制的程

16、序，而</p><p>　　不是根據(jù)作物和土壤水分及氣象狀況的反饋信息來控制的。按結(jié)構(gòu)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(shù)在園林節(jié)水灌溉中的應(yīng)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(lián)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(xiàn)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(guān)的灌溉程序輸人好

18、，控制器就可以據(jù)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(shù)，從小到大可控制一到數(shù)百個電磁閥不等。</p><p>　　電磁閥相當(dāng)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(yīng)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(jié)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?shù)模煽刂破鬏敵鲭妷?，再?jīng)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(biāo)，所以在使用時，要注意保證該指

20、標(biāo)電壓小于經(jīng)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(shù)的結(jié)合</p><p>　　將人工智能技術(shù)（包括專家系統(tǒng)、模糊邏輯系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）應(yīng)用于節(jié)水灌溉具有非常廣闊的發(fā)展前景，用此技術(shù)來建模，可以使灌溉控制器在及時、準(zhǔn)確地對環(huán)境參數(shù)進(jìn)行預(yù)測的同時，將這些參數(shù)控制在適合作物生長的范圍內(nèi)。其中，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這兩種人工智能技術(shù)在灌

21、溉控制器中應(yīng)用的較多，模糊控制是根據(jù)人的手動經(jīng)驗或?qū)＜业闹R來設(shè)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(yù)報站估算出作物可能的蒸騰量，然后將這兩類信息進(jìn)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(jī)構(gòu)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)來控制電磁閥動作；如果對模糊控制得出的結(jié)果不滿意，還可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來對模糊規(guī)則決策

22、進(jìn)行優(yōu)化控制。</p><p>　　四、自動控制技術(shù)在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用</p><p>　　以給水排水中的自控為例：</p><p>　　隨著我國經(jīng)濟(jì)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(jìn)而污水的排放量日益增大,其中污水對水體的污染日趨嚴(yán)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(dāng)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(yuǎn)程控制、數(shù)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(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點，恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機(jī)無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變

24、化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，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(nèi)置的各種功能對合理設(shè)計變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)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(diào)速供水設(shè)備。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑、穩(wěn)定。同時，為了保證水壓反饋信號值的準(zhǔn)確、不失值，可對該信號設(shè)置濾波時間常數(shù)，同時還可

25、對反饋信號進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡單、方便,在滿足工藝要求的情況下應(yīng)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(dá)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(jìn)水泵房、細(xì)格柵、沉砂池、反應(yīng)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(jìn)行，基本上應(yīng)根據(jù)不同的工作步驟采用相應(yīng)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(shè)定正常范圍比較，來適當(dāng)采取相應(yīng)的開停機(jī)來處理。在污水曝氣過程中，系統(tǒng)控制的

27、運行參數(shù)是曝氣池混合液的溶解氧DO值，控制變量是鼓入曝氣池內(nèi)的空氣量Q，對于池中對設(shè)定值的偏差，系統(tǒng)調(diào)節(jié)各個進(jìn)風(fēng)管上的電動蝶閥開度，保證曝氣的正常。</p><p>　　自動控制技術(shù)由初始理論到現(xiàn)如今在實際應(yīng)用中的不斷成熟與壯大發(fā)展，僅僅經(jīng)歷了一二百年的時間，但它卻長遠(yuǎn)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(jī)技術(shù)、微電子集成技術(shù)等相關(guān)行業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，自動控制技術(shù)更成為了日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的必