控制工程理论与火控技术探究

摘 要：控制工程理论主要包括古典的自动控制理论和结合计算机仿真技术的现代控制理论，其在火控技術上都有着极为广泛的应用。文章通过对其理论探究并结合实际火控设备，对其技术要点展开探讨。

关键词：控制工程理论；火控技术；探究

中图分类号：TG580.23+5文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）21-0040-02

1 控制工程理论分析

1.1 自动控制理论

在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展配电自动化初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制，二战期间为了设计和制造飞机及飞机用自动驾驶仪，火炮定位系统，雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战后，以形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入-单输出，线形定常数系统的分析和设计题。

1.2 现代控制理论

现代控制理论所包含的学科内容十分广泛，主要的方面有：线性系统理论、非线性系统理论、最优控制理论、随机控制理论和适应控制理论。

线性系统理论：它是现代控制理论中最为基本和比较成熟的一个分支，着重于研究线性系统中状态的控制和观测问题，其基本的分析和综合方法是状态空间法。按所采用的数学工具，线性系统理论通常分成为三个学派：基于几何概念和方法的几何理论，代表人物是W.M.旺纳姆；基于抽象代数方法的代数理论，代表人物是R.E.卡尔曼；基于复变量方法的频域理论，代表人物是H.H.罗森布罗克。

非线性系统理论：非线性系统的分析和综合理论尚不完善。研究领域主要还限于系统的运动稳定性、双线性系统的控制和观测问题、非线性反馈问题等。更一般的非线性系统理论还有待建立。从70年代中期以来，由微分几何理论得出的某些方法对分析某些类型的非线性系统提供了有力的理论工具。

最优控制理论：最优控制理论是设计最优控制系统的理论基础，主要研究受控系统在指定性能指标实现最优时的控制规律及其综合方法。在最优控制理论中，用于综合最优控制系统的主要方法有极大值原理和动态规划。最优控制理论的研究范围正在不断扩大，诸如大系统的最优控制、分布参数系统的最优控制等。

2 控制系统概述

2.1 系统结构

控制系统（PCS）有时称为工业控制系统（ICS），是生产线上可以进行监控和数据采集（SCADA）、可编程逻辑控制器（PLC）或分布式控制系统（DCS）的设备，可以收集和传输在制造过程中获得的数据。PCS可以是相对简单的项目，其可以具有接收输入的传感器（通常称为主换能器），处理输入的控制器以及处理输出的接收器。更复杂的PCS设备本身可以是机器人，并执行许多任务。PCS设备可以通过称为制造执行系统（MES）的中间件软件与公司的企业资源规划（ERP）应用程序进行通信。

控制系统主要包括被控过程（或对象）、用于生产过程参数检测的检测与变送仪表、控制器、执行机构、报警、保护和连锁等其他部件。其中，重点在于传感器。0级包含现场设备，例如流量和温度传感器以及最终控制元件，例如控制阀。1级包含工业化输入/输出（I/O）模块及其相关的分布式电子处理器。2级包含监控计算机，其将来自系统上处理器节点的信息整理并提供操作员控制屏幕。3级是生产控制水平，不直接控制过程，而是关注监控目标。4级是生产调度水平。

2.2 运行方式

过程控制可以使用反馈，也可以是开环的。控制也可以是连续的（汽车巡航控制）或引起一系列离散事件，例如草坪喷洒器上的定时器（开/关）或电梯上的控制（逻辑顺序）。温度传感器如果温度低于设定值，则打开热源，并在达到设定点时关闭热源。没有测量设定点和测量温度之间的差异（例如没有误差测量），并且没有调整除了全部或没有添加热量的速率。可编程逻辑控制器或PLC的常用控制装置用于读取一组数字和模拟输入，应用一组逻辑语句，并生成一组模拟和数字输出。例如，如果使用可调节的阀门将液位保持在水箱中，则逻辑声明将将深度设定值下的等效压力与传感器的压力读数相比低于正常低液位，并确定是否需要更多或更少的阀门开度保持水平不变。然后，PLC输出将计算阀位置的增量变化量。更大更复杂的系统可以由分布式控制系统（DCS）或SCADA等过程控制系统控制。

3 火控雷达技术的发展

目前数字信号处理和嵌入式技术的发展，为火控雷达技术的发展带来了新的机遇。相对于火控雷达的仿真，数字火控雷达具有良好的性能、特点、易操作性等优点。基于嵌入式处理器和数字信号处理器（DSP）双处理器飞机载导航火控雷达系统的设计，着重于数字飞机载导航火控雷达系统架构，数字信号处理模块的硬件设计和软件算法，为DSP系统提供了整体方案。同时采用消除飞机航向控制中的噪声干扰和信号延迟问题的差分方法。首先，渐近观察者设计没有飞机运动动态参数。然后，证明观察者稳定，给出收敛条件。最后，模拟结果表明，设计的观测者可以抑制飞机信号噪声，提高差分延迟。集中在综合飞机信号系统中的碰撞检测方法（即碰撞风险评估），可以满足复杂飞机操纵中的飞机状态不确定性。采用综合飞机信号系统（IBS）中现代技术解决方案，以提高飞机密集碰撞下的导航安全性，并采用了提前检测潜在碰撞情况的飞机导航工具。在碰撞或接近碰撞的情况下，在两架飞机遇到的情况下，模拟和评估了建议的基于距离的碰撞风险检测和量化方法。电缆将低空雷达信号提供给用户，低空雷达信号作为调制部分，被放置于将低空雷达信号从信号交换分配给用户台的频率带之外的载波信号，在中心站处提供频率转换装置，用于将用户发起的低空雷达信号传输转换为所使用的频带。此外，通过扩展卡尔曼滤波器估计一个飞机相对于另一架飞机的相对导航轨迹，相对航向速度矢量和相对承载矢量。然后，使用各自的速度和相对承载向量来检测和量化飞机之间的碰撞风险。因此，提出的碰撞风险检测和量化方法可以在现代综合飞机信号系统（IBS）中实现，其中可以检测到碰撞前的飞机之间的潜在风险，也是电子导航的重要组成部分。

4 控制理论在火控雷达中的应用

在火控雷達中可以进行大量数据的测量，包括压力、流速、密度、pH、速度、应力、温度和重量。此外，传感器可以检测是否发生了操作，例如瓶子的填充，是否已经达到正确的压力或已达到温度。在生产线上可以找到许多传感器，这些传感器属于许多不同的领域，例如压力传感器、流量计、力传感器和温度传感器。

压力传感器。当燃料通过传感器时，可以机械地触发压力传感器。在其基本形式中，压力传感器显示连接到传感器的拨盘上的读数，但也可以将读数电子传输到MES应用程序。活塞压力传感器，来自生产线上的燃料的压力可以推动压缩弹簧的活塞。弹簧的运动可以指示压力。隔膜受到少量压力的影响，并在表盘上显示。Bourdon管当施加压力时被拉直。它可用于测量压力差。流量计是用于测量液体或气体的线性，非线性，质量或体积流量的仪器。当选择生产线的流量计时，需要了解有关流体的信息，运动速度以及如何记录流量。

差分流量计识别流量，并将其转换为可测量的压差。流量计根据流量的影响测量流量，这可以是由流动移动的简单的转子臂，转子运动越快，流动越快。力传感器力传感器用于测量施加的力和扭矩。这些传感器通常包含应变仪，并可以传达力测量所需的信息。力传感器可以是机械、液压或电气应变仪。弹簧的偏转与所施加的力成正比，因此如果运动显示在刻度上。液压称重传感器，当施加力时，液体压力增大，测量由显示压力的表盘进行。应变计是一个金属圆筒，当施加力时被压缩。可以测量气缸中的收缩导致由施加的电流测量的增加的电阻。

温度传感器将温度转换为另一数量，例如表盘或电压的机械运动。热电偶通常用塑料或玻璃纤维材料彼此绝缘。温度变化会导致液体膨胀或蒸发，因此传感器变得加压，显示在简单的压力表上。当两个金属刚性地连接在一起作为双层带并被加热时，膨胀率的差异导致条弯曲。对于生产线上的传感器，条带被扭成管内长的细线圈。一端固定在管的底部，另一端转动并移动表盘上的指针。

5 结束语

控制工程技术发展迅速，因其易用性、稳定性、快捷性受到广大工程人员和通信人员的欢迎。我国各层次的开发研究人员正不断地改善当前控制工程技术的应用环境，为了充分利用控制工程的价值，在当前社会生活中，各方面应用人员应加强自身的学习与探究，在合理的体系中力求控制工程价值的利用最大化。

参考文献：

[1]王浩.浅谈现代控制技术在电气工程系统中的应用[J].河北企业，2011（07）.

[2]胡世民.液压控制系统在现代工程机械中的应用[J].科技资讯，2006（33）.

[3]吕勇哉.钢锭轧前过程模型化、状态估计及计算机控制策略现代控制工程的一个应用（上）[J].炼油化工自动化，2005（03）.