1、探析控制工程理论及工程应用【摘要】控制工程是应用控制理论及技术，满足和实现现代工业、农业以及其他社会经济等领域日益增长的自动化、智能化需求的重要的工程领域。在工程和科学技术发展过程中，起着非常重要的作用。控制工程是以控制论、信息论、系统论为基础，以工程应用为主要目的工程领域。其应用已遍及工业、农业、交通、环境、军事、生物、医学、经济、金融和社会各个领域。 【关键词】控制工程 概念 应用 一、控制工程的定义及目标 控制工程是处理自动控制系统各种工程实现问题的综合性工程技术。包括对自动控制系统提出要求、进行设计、构造、运行、分析、检验等过程。它是在电气工程和机械工程的基础上发展起来的。控制工程普遍
2、使用频域法和状态空间法。其理论和处理方法涉及许多方面，从线性控制到非线性控制，从单变量控制到多变量控制，从连续控制到采样控制，控制工程从定常控制到随机控制，从一般的反馈控制到自适应控制等。通常，电子计算机是实现大型控制工程的核心。控制工程的应用范围早期主要是工业生产过程和武器系统，后来扩展到企业管理、城市规划、交通管制、生物控制、社会经济的计划和控制等领域。 培养从事设备制造及生产，工程施工，经济社会系统运行中的控制系统设备、控制装置的设计、研发、管理的高级工程技术人才。控制工程领域工程硕士要求掌握现代控制领域的基础理论、方法和技术。具有从事实际控制系统、设备或装置的开发设计能力、工艺设计和实
3、施能力及使用维护等能力。更重要的应具有一定实际工作经验，能解决工程实际中出现实际问题，掌握一门外语，能够顺利阅读本工程领域的科技资料及文献。 二、控制理论与控制工程的产生及发展 控制理论作为对社会发展具有重要影响意义的学科，其产生起源可上溯至十八世纪发生在英国的技术革命中，瓦特在蒸汽机的发明之后，将离心式非锤调速器的相关控制原理应用于蒸汽机转速的控制中，开创出以蒸汽作为原动力的机械化格局，而之后的工程界逐渐的将控制理论应用于调速系统稳定性的研究中，通信技术和信息处理技术的高速发展，使得电气工程师们不断的研究出更为科学全面的控制系统分析方法，实现了控制系统的条件稳定性及开环不稳定性的分析研究，而
4、控制理论的创始人于 1948 年所发表的控制理论的相关著作，就控制理论的相关方法所进行得阐述，推动反馈概念的应用并为控制理论的形成奠定下坚实的基础。 在科技的不断生产发展中，基于控制理论与控制工程的控制技术也在不断的完善，尤其是在计算机技术的不断推动之下，控制理论与控制工程拥有着更深入的发展。就控制理论与控制工程的整体发展历程而言，可大体上划分为三个主要的阶段，其中第一阶段为 20 世纪的 40 至 60 年代，是古典控制理论的形成及发展时期，主要进行单输入及单输出问题的解决，多采用以频率特性、传递函数及根轨迹等作为基础的频域分析法进行系统的研究，而主要进行研究的系统是线性的定长系统，进行非线
5、性系统分析的过程中所选用的相平面法要求变量不能超出两个，该控制理论可实现生产过程中的多种单输入单输出类问题的有效解决。第二个阶段为 20 世纪 60 年代到 70 年代的现代控制理论的形成与发展阶段，该阶段已经步入空间技术时期，控制工程也向性能更高的方向上发展，数字计算机的配合应用，实现了分析设计及实施控制，但时变、多输出多输入及非线性等较为复杂的系统控制内容使古典控制理论呈现出局限性，而最优控制方法在该阶段中提出，使现代控制理论更为完善。第三个阶段是 20 世纪 70 年代到目前为止的大系统控制理论及智能控制理论时期，其中大系统控制理论是控制理论就广度上的扩展，利用控制及信息的相关观点进行大
6、系统其结构方案及总体设计，进行的是分解方法及协调处理的相关基础性技术理论的研究；智能控制理论是控制理论就深度上的扩展，进行人类智能化活动、控制信息传递的规律等的研究，并就仿智能化的工程控制系统及信息处理系统等进行研制。 三、控制工程及工程应用 在进入 21 世纪以来，以计算机技术、通信技术及控制技术为典型代表的 IT 产业的发展及普及中，核心是计算机技术，关键是通信技术，而基础是控制技术，使得控制学科逐渐的发展成为基础性的科学，控制系统与控制工程中的系统结构、系统稳定、反馈调节及智能系统的相关思想及理论，在自然学科下的多种科学领域获取广泛应用的同时，在人文等学科中也有着广泛的应用体现，基于该现
7、象，某些专家甚至指出控制理论与控制工程已不再是单纯的学科，已逐渐的发展成为较为全面和系统的世界观、方法论。控制理论与控制工程所具有的显著特点是，某些基本的概念同时具有普适性及独特性。在控制理论与控制工程的应用中，两个概念是应用的关键及核心，首先是系统概念的应用，在当前社会的发展中系统问题已变得非常重要和突出，尤其是全社会范围内所进行的复杂性系统及复杂性科学课题的研究及应用，这是控制理论在现代科学中应用的必然发展，应用控制理论不仅要进行结构及性质的分析，还要进行系统运行状态的调控；其次是反馈概念的应用，这是控制理论区别于其他的学科及控制理论的应用区别于其他的理论应用的关键，反馈使得控制系统在较大
8、的程度上具备人类智能的诸多特点，可以实现控制系统在实际的应用过程中结构、参数及扰动等因素的不确定性给控制系统造成的影响，例如远距离通讯设备、进行隧道扫描的显微镜等具体的工程设备。 在控制理论与控制公工程的应用中，最优控制是现代化的控制理论非常核心的内容，利用最优控制所进行的研究是在满足相应的约束条件时，就最优控制策略进行寻求，进而取得性能指标的极大值或者是极小值，最终使控制系统在性能指标上可取得最优化效果所必须采用的基本条件及综合方法，即就受控的运动过程或动力学系统，从多个可选择的控制方案中寻求最佳的方案，从而使系统在运动状态由初始状态变为指定的目标状态时可以取得性能指标的最优化。 参考文献： 1马继红，马凯.控制理论与控制工程的发展与应用J.邯郸职业技术学院学报，2008， （4）. 2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）.
