信息技术导论课程设计报告

2015-2016学年

信息技术导论课程设计报告自动控制技术的实际应用情况

学院：信息科学技术学院

专业：电子信息类

班级：六班

学号：20151681310162

姓名：邱祥风

报告正文

一、自动控制技术在国防军事中的应用

历史表明，战争能够促进科技的发展，科技又能改变战争的思想与模式，二者关系紧密，互相促进。第二次世界大战期间，各国竞相开始新式武器的研究，明显地加快了自动控制技术的发展。冷战期间，北约与华约两大军事集团的军备竞赛更是使自动控制技术的发展达到了高潮。与此同时，自动控制技术在国防军事中得到了大规模运用。

1、武器装备精确制导

武器装备的制导起源于第二次世界大战。随着自动控制理论的发展，现代控制理论、图像识别技术、高速电子计算机、最优控制和自适应控制等的发展，使导弹的制导系统发生质的飞跃。80年代以来，洲际弹道式导弹的命中精度已由第一代的2770米提高到第四代的几十米，飞航式导弹的命中率更高，战术巡航导弹的命中精度达到几米至十几米，直接命中率达到80%以上。现今，精确制导技术正朝全导式多弹头、毫米波制导、激光制导、导航卫星定位、全程制导、复合制导、自适应控制、自学习控制等高级制导技术方向发展。

2、军队指挥自动化

随着现代信息技术的广泛运用，战争中作战速度加快,作战范围扩展，战斗过程更为复杂多变，这使得传统的指挥方法无法驾驭部队。可以说现代战争就是信息战，是两国科技实力的体现。

美军参联会对信息优势的定义为；在信息领域的支配权达到能在没有有效抵抗的条件下进行作战，为获得信息优势必须将指挥、控制、通信和计算机能力，情报、监视和侦察能力，信息战能力三者结合，只靠信息战一种手段还不能完全获得信息优势。在现代信息战中，必须从情报的收集、处理开始，直至通信传输，态势显示，事务处理，指挥控制等都实现自动化才能适应。而这些都必须以电子计算机的广泛使用为基础，所以军队指挥自动化是指挥员及其司令部采用电子计算机与通信网络以及其他各种自动化设备，运用科学的方法,按照现代战争的特点与方式,实施对所属部队的有效指挥与控制。可见，现代战争对作战指挥提出了更高的要求。

二、自动控制技术在航空航天中的应用

1、航空发动机控制技术发展与挑战

从20世纪40年代的简单机械液压式控制系统开始，航空发动机控制系统随着电子技术、控制计术的发展，先后出现了电子与机械混合控制系统，以及20世纪70年代出现的发动机数字电子控制系统（DEEC，用于普惠的JT9D发动机）。20世纪80年代，为适应更高性能发动机的要求出现了全权限数字电子控制系统（FADEC），此时电子器件性能的不断提高使得这种转变成为可能。这一趋势一直在持续，随着电子器件性能的不断提高和电子器件小型化的推动，与高性能发动机要求相呼应的各种创新性工程解决方案也不断出现，现已发展到高度综合的第

三代全权限数字电子控制系统，其主要特征是带机载发动机诊断系统并实现热管理。

发动机控制系统可以看做是发动机的大脑和神经系统，基于飞行指令和发动机控制计划，完成发动机燃油供给、叶片及喷口位置调节等控制功能。未来航空发动机技术将呈现加速发展态势，航空发动机将向高性能、高可靠性、更宽使用范围、多任务能力和低油耗、低成本、低污染、低噪声的方向发展，为不断满足发动机发展需要，未来控制系统技术发展将向提高功能性能、降低重量和成本、耐恶劣环境、提高可靠性和维护性的方向发展，同时跨越推进控制范畴，与飞控、预测健康管理系统紧密结合，共同实现在推力、配电管理以及热系统、环境系统、状态监视系统等方面的发动机综合管理系统。

未来发动机控制系统将向主动控制、智能控制、分布控制及减轻重量和降低成本、提高可靠性和耐恶劣环境能力的方向发展，采用机载发动机模型、先进的控制逻辑和设计方法，将控制系统与其他机载系统相综合，获得更好的系统性能和控制品质。

2、自动控制技术在无人飞行器中的应用

自动化在飞机驾驶中的应用是在人飞上蓝天后，又一个重大的科技进步。无人驾驶飞机是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机。由于他是高科技技术的集中载体，其主要应用于现代战争。在1982年发生的贝卡谷地之战和1991年爆发的海湾战争中，无人机在侦察监视、干扰敌方雷达通信系统和引导己方进攻武器等方面，都发挥了极其重要的作用。近几年，受需求拉动和几次局部战争中无人机卓越表现的激励，国内对无人机的研发空前重视，行业爆发出前所未有的发展速度。国产无人机产品已成功走出国门。西安爱生技术集团的ASN 系列无人机、航天科技十一院的“彩虹”无人机、中航工业成飞集团的“翼龙”无人机等已先后签订出口订单。

无人机系统工作流程：

(1)开始界面：快捷实现任务的规划，进入任务监控界面，实现航拍任务的快速自动归档，各功能划分开来，实现软件运行的专一而稳定。

(2)航前检查：为保证任务的安全进行，起飞前结合飞行控制软件进行自动检测，确保

飞机的GPS、罗盘、空速管及其俯仰翻滚等状态良好，避免在航拍中危险情况的发生。

(3)飞行任务规划：在区域空照、导航、混合三种模式下进行飞行任务的规划。

(4)航飞监控：实时掌握飞机的姿态、方位、空速、位置、电池电压、即时风速风向、

任务时间等重要状态，便于操作人员实时判断任务的可执行性，进一步保证任务的安全。

(5)影像拼接：航拍任务完成后，导航航拍影像进行研究区域的影像拼接。

三、自动控制技术在农业生产生活中的应用

1、自动控制技术在园林节水灌溉中的应用

当前水资源缺乏和景观背景下的土地成本提高灌溉用水、城市园林建设节水灌溉系统一般、节水灌溉、节水潜力的自动控制设备不断被绿地维护单位,因此,园林节水灌溉自动控制技术开始普及和推广。以色列、美国、加拿大等国家在节水灌溉技术方面起步较早，实践到目前为止，他们已经成功地将先进的计算机和控制技术以及电子技术运用到了节水灌溉系统中，并且拥有较高的智能化程度和控制精度，操作可靠便捷，我国也加快了逐步引用自动控制技术的步伐。

1）自动节水控制系统的常用类型

全自动的节水灌溉系统是指在灌溉过程中无需人的直接参与，其轮灌程序和长时间的封闭灌溉程序的控制，包括对作物需水量的控制，都是通过预先编制好的控制程序以及根据作物统计需水量设定的。人的主要作用在于对程序的控制以及设备的维护。在半自动化灌溉系统中，田间没有安装传感器，灌水时间、灌水量和灌溉周期等均是根据预先编制的程序，而

不是根据作物和土壤水分及气象状况的反馈信息来控制的。按结构形式的不同，自动控制系统又分为开环系统和闭环系统两种。如果自动控制系统中具有反馈信号，就称为闭环系统，否则就叫做开环系统。自动控制技术在园林节水灌溉中的应用。

2）自动控制节水灌溉系统的主要组成

控制系统和灌溉系统是自动控制节水灌溉系统的两大组成部分，它与一般的节水灌溉系统既有区别又有联系，在灌概系统的组成上是差不多相同的，主要区别体现在控制系统上。自动控制节水灌溉系统的控制系统分为开环自动控制系统、闭环自动控制系统两种，它们的主要组成部分都有控制器、电磁阀、传感器和电线等，下面笔者就这几方面简单介绍一下。

控制器（或中央控制器）是自动控制系统中最主要的部件，只要事先将灌溉开始的时间、灌溉延续的时间和灌水周期等有关的灌溉程序输人好，控制器就可以据此来控制电磁阀是开启还是闭合。另外，控制器还可以按照容盆的大小来决定可控制的电磁阀个数，从小到大可控制一到数百个电磁阀不等。

电磁阀相当于决定出水还是留水的水阀门，在自动灌溉系统中，常用的电磁阀是隔膜式电磁阀，一般采用“电控水动”的工作方式，即通过电信号来控制电磁阀，但依靠水压力来开启或者闭合它，所以在这里要求电磁阀所承受的水压力一定要比它开启或者闭合所要求的最小工作水压要大。同时要注意的是，灌溉系统中不能使用瞬时启闭的电磁阀（瞬时启闭的电磁阀一般应用于喷泉系统等类似的需要瞬时爆发、营造景观的场合），而且要求电磁阀最好是半自动化半手动结合，这样万一自动控制失效，还可以手动操作保证灌溉。

控制器与电磁阀之间的电信号则是通过普通地埋电线传输的，由控制器输出电压，再经过电线损耗后送至电磁阀。由于不论哪一种类型的电磁阀都有允许工作的最低电压指标，所以在使用时，要注意保证该指标电压小于经电线损耗过的电压值，这样电磁阀上的电磁头才能继续工作、打开电磁阀。

3）与其他技术的结合

将人工智能技术（包括专家系统、模糊逻辑系统、神经网络等）应用于节水灌溉具有非常广阔的发展前景，用此技术来建模，可以使灌溉控制器在及时、准确地对环境参数进行预测的同时，将这些参数控制在适合作物生长的范围内。其中，模糊控制、神经网络这两种人工智能技术在灌溉控制器中应用的较多，模糊控制是根据人的手动经验或专家的知识来设计的，因此能够模拟人的推理能力，而不需要被控对象的精确模型；在此类系统中，一般用土壤湿度传感器来测量土壤的水分含量，再通过自动天气预报站估算出作物可能的蒸腾量，然后将这两类信息进行模糊化处理，输入到模糊控制器中，最后按照模糊规则决策得出模糊输出，并将此输出精确化之后传送给执行机构，由执行机构来控制电磁阀动作；如果对模糊控制得出的结果不满意，还可以利用神经网络来对模糊规则决策进行优化控制。

四、自动控制技术在生产过程中的应用

以给水排水中的自控为例：

随着我国经济发展的不断加速,无论工业用水，还是居民用水量越来越大，进而污水的排放量日益增大,其中污水对水体的污染日趋严重,国家政府不断加大治理污水的力度,提高水体的再利用价值。为了满足人们生活工作的用水需求，给水排水方面的工作量是相当艰巨的，于是各种大型的自来水厂和污水处理厂纷纷建成,而且在规模加大的同时，对自动化要求越来越高远程控制、数字化、智能化的控制方式提高了给水排水系统的可靠性,保证了各种用水的效果。在正常供水方面：

变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，充分利用变频器内置的各种功能对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。

变频恒压供水控制系统我就介绍一下新型变频调速供水设备。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑、稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便,在满足工艺要求的情况下应优先采用。在其工作过程中，1台泵供水不足时，该泵倒为工频运行，变频柜启动第2 台泵，若流量还不够，第2台泵倒为工频运行，变频柜再启动第3台泵。若用水量减少，按启泵顺序依次停止工频泵，直到最后1台泵变频恒压达到一定时才可以停止工作。

对于污水处理方面：

污水的处理流程主要有粗格栅、进水泵房、细格栅、沉砂池、反应池、二沉池、过滤池等过程，同时还有一些消毒、污泥处理等步骤，其在整个污水处理流程中，为了更有效地进行，基本上应根据不同的工作步骤采用相应的自控系统来管理。

在格栅中，污染物的堵塞将会使格栅前后的水位增加，这就可以采用双探头超声波液位计来测量该水位，并与设定正常范围比较，来适当采取相应的开停机来处理。在污水曝气过程中，系统控制的运行参数是曝气池混合液的溶解氧DO值，控制变量是鼓入曝气池内的空气量Q，对于池中对设定值的偏差，系统调节各个进风管上的电动蝶阀开度，保证曝气的正常。

自动控制技术由初始理论到现如今在实际应用中的不断成熟与壮大发展，仅仅经历了一二百年的时间，但它却长远地影响了我们生活的方方面面，特别是随着近20年来计算机技术、微电子集成技术等相关行业技术的快速发展，自动控制技术更成为了日常生活和工农业生产中的必不可少的一项关键核心技术。伴随着信息技术的快速发展，自动化应用在深度和广度上也不断拓展，新概念、新技术、不断涌现，给自动化的发展提供了前所未有的机遇。可以预见，在不远的将来，自动化技术将会给我们的生产生活带来更多意想不到的变化。