自动控制
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自動化控制（automation control ），廣義來說，通常是指不需藉著人力親自操作機器或機構，而能利用動物以外的其他裝置元件或能源，來達成人類所期盼執行的工作。更狹義地說即是以生化、機電、電腦、通訊、水利、蒸汽等科學知識與應用工具，進行設計來代替人力或減輕人力或簡化人類工作程序的機構機制，皆可稱之。 自动控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。 自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。 基础的结论是由诺伯特·维纳，鲁道夫·卡尔曼提出的。 举例：室内温度的调节 室内温度的调节是一个简明易懂的例子。目的是把室内温度保持在一个定值θ，尽管开窗等因素使得室内热量散发出室外（干扰d）。为了达到这个目的，加热必须被适当的影响。通过阀门的调节，温度就会保持恒定。除此之外，在人们有感觉之前，暖器热水的温度也会受外界温度的干扰。其余的例子还有三油桶系统。
[编辑] 总览目标和任务 自动控制的目的是有目标的改变系统行为，使之达到预想的特性。这些特性可能是各种各样的，如：
根据不同的目标，决定控制器是需要不同的方法的。自动控制的任务已经超出了控制的范畴之外。常见的有：
为了解决这些问题，数学中的系统理论是必需的。这些方法有可分为，控制器，补偿器，和检测装置的设计，以及控制环节及整个系统的分析。 与其他学科的关系 自動化控制系統的研究，幾乎涵蓋所有應用科學知識與技術的結合，領域範圍及牽涉的科學知識與應用工具相當廣泛，作为交叉学科，自动控制与其他很多学科有关联，尤其是数学和信息学，在制造，医药，交通，机器人，以及经济学，社会学中的应用也都非常广泛。飞机和船舶中的自动驾驶，汽车中的防抱死和速度控制器也都是典型的应用。 控制和操控的区别 自动控制中一般的研究对象是控制回路。它由控制路程和控制器组成。 右边的结构显示了输出y对输入u的反馈。只有存在对误差和反馈，控制才能实现。德意志工业标准对控制的定义如下： “控制是一个不断进行的控制值与主导值比较，然后反过来影响主导值的过程。” [编辑] 历史自动控制有着一段引人入胜的历史。 最初的控制器在公元前300年的古希腊就被发明了出来。来自埃及的古希腊工程师科泰西比奥斯的水钟就是通过浮子控制的。 比赞兹在公元前250年发明了油灯，通过浮子来控制油面的高度。 第一个带有反馈的控制系统来自于水面高度控制。 第一个带有反馈的温度控制器是荷兰人德雷贝尔发明的。 来自法国的帕潘在1681年第一个发明了蒸汽锅炉的压力调节装置。
从1868年起，自动控制被许多新的发明推动着不断前进。但是，人们如果想要提高控制的精准性，就必须发展出自动控制领域一套完整的理论。这方面最早的数学理论是由麦克斯韦提出的，他为离心力控制器用微分方程构造了一个模型。 直到二战，自动控制系统的理论和实践在美国，西欧和在俄国，东欧沿着不同的方向发展。在西方，系统一般都在频域描述，问题都用伯德，尼奎斯特和布莱克的方法解决，而前苏联的数学家和工程师们一般在时域用微分方程解决问题。 自动控制技术的重大突破发生在二战时期，因为制造武器装备，必须处理复杂的系统。雷达，无人驾驶和自动瞄准系统只是几个带有反馈系统的例子。对新的控制系统的需求导致了新的数学方法的改善，从而控制技术有了自己的一套准则。 80年代，由于电子技术的出现，控制技术有了新的动因。工程师们可以更快更好地进行计算，高度复杂和精准的控制系统成为可能。 [编辑] 自動控制的基礎-數學控制系統的研究非常需要依賴應用數學的使用，在理論分析過程中，數學扮演了一個相當重要的角色。實際上在自動控制系統在發展過程中，必須先作理論的分析與研究，然後才作最後的設計，如此才能夠獲得合理的預期及可靠的結果。因此，在學習自動控制系統之前，必須需要具備相當的數學基礎，方能獲得學習上的突破。在控制系統的研究中，所需具備的數學基礎包括有微分方程式、線性代數、拉式轉換、複變數理論、z 轉換等等。另一方面，由過去的單輸入單輸出(SISO)簡單系統，發展至多輸入多輸出(MIMO)複雜系統，因此，現代控制的發展則需要更精深的數學基礎，除了上述的數學外，現代控制理論是建立在矩陣理論、集合理論等等的高等數學基礎。 [编辑] 物理系統的數學模型在控制系統的分析與設計中，建立模型是首要的步驟。模型可以是一個物理模型，也可以是一個數學模型，或是一個圖示模型。通常一般只有在工程實務系統中才可能使用物理模型，例如，風動實驗室中的縮小比率之汽車或飛機模型均屬於靜態物理模型，而飛行模擬實驗室中的六自由度飛行模擬器則屬於動態物理模型。至於數學模型或是圖示模型則是建立於系統的理論基礎上，以方便系統的分析與設計。 [编辑] 控制环路标准控制环路 控制环路结构的扩展 [编辑] 系统模型和模型构造线性和非线性系统 线性模型的形式 线性常微分方程是时域内的基础的连续模型。通过引入一些变量，我们可以得到状态空间模型（只含有一阶求导），状态空间模型描述了系统的所有动力学特性，包括其内部无法测得，而且也不是输出值的量。 对开始的常微分方程和状态空间模型进行拉普拉斯变换，我们可以得到传递函数。这是一个频域内的表述，只给出了输出和输入的关系，但没有描述系统内部的量。通过拉普拉斯变换，我们有了处理系统的一般方法，这比解微分方程要容易。在自动控制中传递函数通常用 G(s)表示。在多值系统中它是一个矩阵。
导向传递函数Gw(s)来自于输出通过测量器(Gm(s)) 对控制器的反馈。
若我们考察小频率时的Gw(s)，这时存在控制差。如果Gw(s = 0) = 1 ，则控制差e为零。 非线性模型的形式 模型构造 [编辑] 环路效果的分析稳定性 标称值序 动态传递表现 [编辑] 控制器的确定研究调节控制器 线性控制设计 时间连续性控制 数字控制 非线性控制设计 其他控制概念 [编辑] 控制的实现生产当中使用的控制器 研发当中的快速样品 [编辑] 应用和举例一般控制问题 技术应用 自然生物应用 在生物界，控制回路随处可见，比如
社会学中的例子
[编辑] 工廠自動化控制(Factory control automation)
汽車工業的工廠自動化控制，採用一貫作業的生產方式，藉著整條生產線的分工裝配，每幾分鐘即可生產一部汽車。 紡織工業的工廠自動化控制，亦採用一貫作業的生產方式，每幾分鐘即可高速生產一批布料。 塑膠工業的工廠自動化控制，亦採用一貫作業的生產方式，產出塑膠原料後，在經過射出成型機器，產出各種塑膠模型。 電子工業的工廠自動化控制，亦採用一貫作業的生產方式，產出各式各樣的消費電子產品，如電視機、伴唱機、照相機等。 晶片製造工業的工廠自動化控制，亦採用一貫作業的生產方式，經過研磨、曝光、顯影、蝕刻、切割、封裝等技術，產出一顆顆的功能式晶片，以供應電子工業。 電機工業的工廠自動化控制，亦採用一貫作業的生產方式，產出各式各樣的電機設備產品，如變壓器、馬達、不斷電設備、發電機組等。 機械工業的工廠自動化控制，亦採用一貫作業的生產方式，產出各式各樣的機器設備產品，如車床、洗床、堆土機等。 製藥工業的工廠自動化控制，亦採用一貫作業的生產方式，產出各式各樣的藥品，提供治療所需等。 農業工業的工廠自動化控制，亦採用一貫作業的生產方式，產出各式各樣的花卉或盆栽，如蝴蝶蘭的育種栽培等。 [编辑] 設計自動化控制(Design control automation)設計自動化控制，即利用電腦軟體技術及應用，將所需設計的資料，轉成控制程序或生產流程，而且以簡單的圖或語言，來表示或執行製造過程的自動化控制的運作。 [编辑] 實驗室自動化控制（Laboratory control automation）實驗室自動化控制，即利用自動化設備與電腦軟體技術及應用，或可程式控制器等設備，結合溫度、濕度、壓力、流量等感測器，將實驗室的控制程序或生產流程，及所需實驗結果的資料，轉成簡單的圖或語言，來表示或執行實驗室的自動化控制作。 [编辑] 檢測自動化控制(Detection control automation)檢測自動化控制，即利用自動化的檢測設備與電腦軟體技術及程式應用，結合溫度、濕度、壓力、流量等感測器設備，能自動地檢測樣品，並將檢測的物理量的資料，轉成簡單的圖或語言，來表示檢測結果。 [编辑] 辦公室自動化控制(Office control automation)辦公室自動化控制，即利用軟體程式技術及應用，將辦公室的文書資料或文書檔案，做有效率的管理，並結合傳真機、電話機、[[複印 機]]、電腦等迅速地處理文書資料或文書檔案，以提供承辦人或決策主管參考。 [编辑] 家庭自動化控制(Home control automation)家庭自動化控制，即利用自動化的設備與電腦軟體技術及程式應用，結合家庭用設備，如電視機、電鍋、冷氣機、電冰箱、瓦斯開關、警報系統、保全系統、監視系統等設備，以提高家庭舒適度與居家安全。 [编辑] 服務自動化控制(Service control automation)服務自動化控制，即利用自動化的設備與電腦軟體技術及程式應用，結合各式各樣的自動化設備或感測器，監測、紀錄、轉接、通知、執行運作等，以供顧客或使用者，能快速處理相關作業或快速處理所遭遇的問題。諸如銀行轉帳自動化服務、旅館訂房自動化服務、飛機、客運、火車訂票自動化服務等。 以上這七大類自動化控制的範疇，及其相關產品與設備，佔目前社會經濟產值相當比重，對國家社會經濟影響很大，非常值得我們深思研究與發展應用。 [编辑] 參考文獻
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