控制工程理论及工程应用

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摘要：

随着现代科技和计算机信息技术的不断发展，控制工程理论及其应用方法也日益完善，在国民经济建设和社会生产生活中的作用日益凸显。本文从控制工程理论的产生和发展出发，系统探讨控制工程理论的应用情况。

关键词：控制理论；控制工程；应用

相对论、控制论及量子论诞生于20世纪20年代，被称之为现代科学的重要革命。人们通过这三个理论进一步认识了客观世界，为社会生产和文明进步产生了巨大影响[1]。随着科学技术的进步和发展，控制工程理论在工农业、交通运输业、生物、信息等方面有广泛应用。所以，对控制工程理论及其应用情况进行研究有着重要的现实意义。

1控制理论和控制工程的概述

1.1控制理论的诞生

控制理论是一门实践性和应用性很强的自然学科，其诞生于第一次技术革命，在18世纪中期，瓦特在发明蒸汽机不久，在蒸汽机运转速度的控制工作中应用到离心式飞锤调速器原理，以此开启基于蒸汽动力的机械化技术时代。再此之后，工程研究界逐步将控制理论应用到调速稳定性方面的研究中。伴随通讯、信息处理等技术的发展，电气工程师开始对控制系统进行全面、系统的研究，为控制工程理论的形成和发展奠定了重要基础[2]。

1.2控制理论的发展

控制工程理论主要经历了三个阶段的发展。第一阶段（20世纪40～60年代），也就是古典控制理论阶段。主要是解决单向输入、输出等方面的问题，而此类问题的妥善解决需要应用到的方法有频率特性、函数等，同时大部分探讨的是线性定常系统。第二阶段（20世纪60～70年代），也就是现代控制理论。主要解决较为复杂的问题，需要应用数学计算机的分析和实时性控制，在此过程中，会出现时变、非线性、输出输入不均衡等较为复杂性的问题。第三阶段（20世纪70年代到现在），也就是智能和系统理论控制阶段，一方面智能化控制实际是对控制理论的深入挖掘，对人类的智能行为息和信息传输控制进行研究；而系统理论则是当前计算机系统的设计和结构等理论进行研究。

2控制工程理论的应用分析

2.1作为方法论的应用

进入21世纪以来，应用最为广泛的是3C技术，也就是通信、控制及计算机三项技术，其中计算机技术是核心，通信技术是关键，而控制技术则是基础，因而控制工程理论已然发展为基础性学科。同时，控制工程理论体系中的系统智能、系统结构及系统反馈等理论不但在自然学科各个方面有着广泛应用，而且在人文社会科学中也逐步应用开来。因此，有些专家认为，该理论已然不是单纯性学科，逐步发展为相对系统的世界观和方法论[3]。控制工程理论有其自身的特点，且某些概念具有鲜明的独特性和普适性。控制工程理论在实际应用中，有两个概念是关键。

（1）系统概念。目前，在社会和经济发展中，系统性问题日益凸显，特别是在整个社会中开展的复杂课题研究和系统中的应用，此为控制工程理论在现代科学技术中应用的一个必然趋势。

（2）反馈概念。正是基于此概念，控制工程理论和其他学科理论有所区别。反馈使工程控制系统在很大程度上有着人类智能的某些特点，进而实现该系统在应用过程中的结构、参数等因素进行调整，提升运作效率。

2.2控制工程理论的实践应用

（1）最优化控制，控制工程理论应用中最为核心的内容就是最优化控制，也就是满足既定约束条件下，明确最优的控制策略，以使性能指标的极值化，进而使控制工程系统在性能上获得最佳效果的基础条件和方法，也就是在受控制运动中或动力系统中，从不同方案中选择最理想方案，进而使系统在运作中获得最佳性能和指标。

（2）两种方法的应用，即PDI控制器和Kalman滤波器的应用。此两种方法在诸多工程系统中有广泛应用。系统稳定性和最佳性是线性模型证明。另外，这两种方法可应用到诸多非线性系统中。研究者通过控制工程理论的反馈机制开展的定量研究就是基于这两种方法。

（3）三类系统的应用，在实际生活中，控制工程理论应用最为典型的就是控制水槽的水位，还有电热器的温度调控。此类应用中的控制理论就是应用自动化高度和温度测试仪器等达到预期调控的目标。工程自控系统应用目的在于达成控制目标，主要是由被控制对象和自动化仪表构成的闭环系统。根据结构形式分成开环控制系统、闭环控制系统及复合控制系统，这三个系统根据实际需要有着广泛应用。

3结束语

总之，随着社会经济的发展，及现代科技的进步，控制工程理论的重要性和实用性日益凸显。伴随相关理论的发展和成熟，控制工程理论及方法也日益完善，在工业、农业、运输业等现代化建设和发展中应用开来，同时也逐步渗透到现代高新产业、能源开发和利用中，所以，在新时期，要特别重视它的理论和实践研究，为现代化、信息化、智能化建设给予支持。

参考文献:

[1]王海龙．谈控制理论与控制工程的发展与应用[J]．科技创新导报，2013，14（9）：214~216.

[2]牟铭，李懋蕊．控制理论与控制工程的发展与应用探讨[J]．山东工业技术，2015，10（9）：211~213.

[3]郭雷.关于控制理论发展的某些思考[J].系统科学与数学，2011（9）：314~315.

作者：李冰玉 单位：西南交通大学