控制理论在电气工程中的应用

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摘要：首先，介绍了控制理论在电气工程中的重要地位及这门科学的发展历程。然后，阐述了这门科学在电气工程中的应用。再次，讨论了控制理论的教材与教育现状，提出了一些改进的方法。最后，对控制理论未来的发展进行了合理的分析与展望。

关键词：控制理论电气工程应用教育

1引言

现今，电气工程已经深入工农业、交通、医疗及科学研究等各方面，其发展水平已经成为衡量一个国家科技水平的重要指标。因此，控制理论作为电气工程及其相关专业的关键课程，越来越受到重视。在工业生产中，控制理论指导着电气工程的生产运行。各企业、工厂总是不断的改进控制技术，实现电气工程系统的自动化与智能化运行，确保电气工程系统稳定运行与功能的有效发挥。

2控制理论的发展历程

十九世纪中期麦克斯韦尔给出了控制系统的稳定性条件之后，劳斯和霍尔维茨分别给出了高阶线性系统的稳定性判据。十九世纪末期，李雅普诺夫和维什哥热斯基给出了非线性系统的稳定性判据并用数学理论对其进行了描述。后来，齐格勒和尼科尔斯给出了PID控制器的最优参数整定法。柰奎斯特则提出了频率域稳定性判据，这种方法的优点是只需获取系统的频率响应的实验数据就能对系统模型进行建立和分析。波德在此基础上提出了频域响应的对数坐标描述方法。伊文斯则提出了根轨迹设计法，它建立了系统参数变换与时域性能变化之间的关系。至此，经典控制理论部分已经完整。二十世纪中期，航天航空的发展推动了现代控制理论的发展，一种基于线性代数的控制理论模型的分析方法就此诞生。此后，这门科学衍生出很多的分支，像最优控制、鲁棒控制、自适应控制等。我国的控制理论研究与教育起步较晚，但在老一辈的科学家的奋斗和带动下，迎头赶上。在建国后不久，就在各高校设立了相关的专业。我国两弹一星的成功，也标志了控制理论的小有所成。近些年，随着国家对教育大力度的投入以及由国际环境带动的信息化革命，已经使得控制理论侵入了大部分的工科的专业。目前，对该学科建设比较好的高校有清华大学、浙江大学、上海交通大学、华中科技大学、东北大学等。但是要认识到，相对于美国、德国、日本等发达国家，我国的控制理论还有一些差距。

3控制理论在电气工程中的应用

首先，如何让电气系统中独立的单元相互配合，协调的完成工作就是控制理论及相关技术的职责所在。控制系统主要由计算机，通过软硬件组态对电气工程执行控制和管理。并且，还要根据供电方条件、需求和电气设备的需求和特性进行变电、配电系统的进一步计量、控制的设计。其次，在运行阶段采用的最重要的方法是经典控制理论里的PID控制算。该法简单便捷，但由于现在很多新生产环境条件多变，使得测量和修复数据过程的难度加大，因此出现了基于简单模糊控制器的速度控制、模糊PID控制以及基于自适应和自学习、自组织模糊控制器的速度控制。此外，近些年流行的智能自动化保护技术中提出的分层式综合自动化装置能够适用于不同电压等级电站，这就在很大程度上提高了电力系统的安全水平。最后，电气工程相关设备运行状态的实时监测、故障的分析诊断及应急处理等都已经应用了智能化的控制技术。

4控制理论的教育

国内关于控制理论的书籍可谓不计其数，但质量却良莠不齐。这些教材，虽然对于具体原理、推论的解释足够深刻，但理论性太强，几近没有与生产实际相结合的例子，这就给这门学科与现实应用造成了难以逾越的鸿沟。所以，让人深感这门学科只是高深的数学游戏，在单纯的堆砌公式。要想改变这种现状，在介绍完理论后要适当的引入和生活生产等与日常联系紧密的实例，形象的说明其应用范围。由于实际生产环境并不是理论里假设的理想条件，所以有必要说明这些理论应用时会出现哪些误差，为什么会出现这些问题以及如何修整参数以改善这些问题。在教学方面，很多高校也同样不重视实践教学和理论教学的交叉配合。控制理论是老一辈科学家从具体而实际的工程问题中抽象推演出来的，而今我们却忘却了再把理论应用到现实问题中，使得教学环节严重脱离生产实际。为此，我们首先要改变教学体系，增加以培养学生应用能力为主导的实践环节。在理论教学中，穿插一定的实验、课程设计，提高同学们对硬件设备的操作、电子仪器的使用、电子线路的设计调试等技能。然后，我们要增加生产实习和工程实训的环节，并注重学生的参与。让学生不只是参观，而是在力所能及的地方搭手实干。真实体会设备的制作与组装工艺、运行机理、性能测试、控制信号的测试、故障分析与排除等，体会控制理论在生产中的具体应用。最后，在期末考核上也要给予上述环节一定的分数作为激励学生的手段。

5控制理论的展望

电气工程在近几年不断获得突破式的进展离不开控制理论在该领域的应用，因此让人不禁展望其未来的发展方向。首先，控制理论会使电气工程会从粗犷式发展向高精尖发展快速过渡。例如在电气工业中，普遍使用的PLC将会采用更微小的纳米级处理器，以及固态硬盘等。从体形上看，这套系统将越来越小，甚至达到便携级别。较高端的控制理论也会更多的融合入其发展中，使系统采用更先进的算法以承载更大数量级，更多维的运算。再次，是控制理论与网络技术的融合。电气工程的运行欲更加安全可靠，其数据通信功能的强化是不可或缺的。更科学的网络技术可使故障数据更快的传递至分析设备，以及时调整控制策略。最后，随着AlphaGo在围棋比赛上战胜李世石事件的大热，今后控制理论会带动电气工程向着人工智能的方向发展。这门技术可使机器独立地完成对各领域部件的控制，使电气工程的自动化程度更高。综上，控制理论在电气工程中的应用广泛，具有很好的发展前景。我们要不断提升控制理论的水平，使其更好地服务于社会主义经济发展与社会生活、生产。

参考文献

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[3]章昌南.浅谈我国工业自动化发展状况[J].金属加工：冷加工，2008(19)．

作者：高运 单位：沈阳旭日旺财控制系统有限公司