自動(dòng)化控制理論作為一門(mén)交叉學(xué)科，其起源可追溯至19世紀(jì)末20世紀(jì)初。早期的控制理論主要集中在機(jī)械控制領(lǐng)域，例如，風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)、水位控制等。20世紀(jì)40年代后，隨著信息理論、數(shù)學(xué)和工程控制方法的發(fā)展，自動(dòng)化控制理論開(kāi)始逐漸形成并得到應(yīng)用。其基礎(chǔ)概念主要包括負(fù)反饋、穩(wěn)定性、系統(tǒng)性能和控制方案設(shè)計(jì)等方面。

在伺服自動(dòng)控制領(lǐng)域，反饋概念是至關(guān)重要，其使得控制系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性和魯棒性。電氣自動(dòng)化技術(shù)在自動(dòng)化控制過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)有助于提高生產(chǎn)控制質(zhì)量、控制精度和效能等。自動(dòng)化控制理論的應(yīng)用具有鮮明的特點(diǎn)，如具有實(shí)現(xiàn)對(duì)多伺服系統(tǒng)的綜合監(jiān)控，保證監(jiān)控工作實(shí)時(shí)性，保證多伺服系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行等。通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，可以有效地提高工業(yè)生產(chǎn)效率，最大限度地實(shí)現(xiàn)多伺服系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行的目的，進(jìn)而達(dá)到無(wú)人化工作的目的。

電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，避免了惡劣環(huán)境對(duì)工作人員的影響，大幅減輕了工作人員的工作量，有助于提高工業(yè)生產(chǎn)的整體效率。此外，自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和其在多伺服系統(tǒng)控制中的應(yīng)用適應(yīng)性強(qiáng)也很突出。該技術(shù)系統(tǒng)正朝著多樣化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，并與多伺服系統(tǒng)自動(dòng)化控制要求相適應(yīng)，可以最大限度地方便系統(tǒng)的后期調(diào)試。

1 基于自動(dòng)化控制理論的多伺服系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值

1.1 有利于提高生產(chǎn)效率

自動(dòng)化控制理論在多伺服系統(tǒng)中的科學(xué)應(yīng)用，可以大幅提高生產(chǎn)效率，有助于節(jié)約人力資源，達(dá)到高效生產(chǎn)的目的。在高速發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)中，系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)節(jié)越來(lái)越多，伺服系統(tǒng)也隨著變多，在多伺服系統(tǒng)的發(fā)展中，對(duì)自動(dòng)化控制理論應(yīng)用的需求進(jìn)一步提高，在此基礎(chǔ)上，伺服控制的串級(jí)系統(tǒng)和并級(jí)系統(tǒng)日漸成熟。大規(guī)模的總體控制調(diào)動(dòng)使得生產(chǎn)效率提高，生產(chǎn)人員減少，生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)速度大幅提高。這就要求越來(lái)越重視自動(dòng)化控制理論的科學(xué)應(yīng)用。采用自動(dòng)化控制理論對(duì)自動(dòng)化控制過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，可以保證各種多伺服系統(tǒng)自動(dòng)化控制的質(zhì)量，節(jié)約人力資源。

1.2 有利于優(yōu)化生產(chǎn)工藝

自動(dòng)化控制理論在多伺服系統(tǒng)控制過(guò)程中的科學(xué)應(yīng)用是自動(dòng)化學(xué)科發(fā)展的必然因素，其發(fā)展可促進(jìn)多伺服系統(tǒng)控制精度和控制穩(wěn)定性，保證生產(chǎn)活動(dòng)的順利開(kāi)展，最大限度地優(yōu)化生產(chǎn)工藝。同時(shí)，利用自動(dòng)化控制理論有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題，對(duì)故障問(wèn)題及時(shí)處理并組織分析研判，以保證多伺服系統(tǒng)的良好運(yùn)行，最大限度地提高生產(chǎn)水平。

1.3 有利于全面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功率

自動(dòng)化控制理論在多伺服系統(tǒng)自動(dòng)控制中的科學(xué)運(yùn)用，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的全面監(jiān)控。計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展為自動(dòng)化控制理論的進(jìn)步提供了強(qiáng)大推動(dòng)力。通過(guò)科學(xué)應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)，能夠有效地提升自動(dòng)化控制的水平，具有顯著的積極意義。在具體應(yīng)用中，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)多伺服系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，從而確保參數(shù)控制的精準(zhǔn)性。此外，自動(dòng)化控制理論能夠?qū)Ω鱾€(gè)系統(tǒng)的閥門(mén)進(jìn)行有效控制，將來(lái)自各部門(mén)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，并實(shí)時(shí)反饋至軟件系統(tǒng)中，使得用戶(hù)可以隨時(shí)隨地查閱所需數(shù)據(jù)，這對(duì)于管理工作高效、順暢的展開(kāi)具有積極的促進(jìn)作用。

2 基于自動(dòng)化控制理論的多伺服系統(tǒng)功率分散設(shè)計(jì)

基于自動(dòng)化控制理論的多伺服系統(tǒng)功率分散設(shè)計(jì)是低功率工況下穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，在這種特殊模式下，功率水平相對(duì)較低，系統(tǒng)面臨中雙缸同步行為變化、控制精度要求提高以及安全性等方面的挑戰(zhàn)。多伺服系統(tǒng)功率分散設(shè)計(jì)需要綜合考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵方面。

（1）動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。低功率運(yùn)行模式下，系統(tǒng)對(duì)于中子動(dòng)力學(xué)變化的響應(yīng)速度要求更高。為了保持反應(yīng)堆的穩(wěn)定性，多伺服系統(tǒng)應(yīng)采用先進(jìn)的控制算法，如模型預(yù)測(cè)控制（MPC）等，以確保多伺服系統(tǒng)能夠快速而準(zhǔn)確地調(diào)整反應(yīng)堆功率。

（2）魯棒性。由于低功率狀態(tài)下的反應(yīng)堆對(duì)外部擾動(dòng)更為敏感，多伺服系統(tǒng)需要具備良好的魯棒性，即在面對(duì)不確定性和變化時(shí)，系統(tǒng)能夠仍然保持穩(wěn)定。采用先進(jìn)的控制算法和魯棒控制技術(shù)，可以提高多伺服系統(tǒng)對(duì)于不確定因素的適應(yīng)能力。

（3）控制精度。低功率運(yùn)行模式下，系統(tǒng)對(duì)于功率控制的精度要求更高，多伺服系統(tǒng)應(yīng)該結(jié)合先進(jìn)的傳感器技術(shù)和精確的測(cè)量設(shè)備，確保對(duì)反應(yīng)堆功率的測(cè)量和控制具有足夠的精度。

（4）系統(tǒng)硬件可靠性。在設(shè)計(jì)多伺服系統(tǒng)時(shí)，需要考慮系統(tǒng)硬件的可靠性，系統(tǒng)中的傳感器、執(zhí)行器和控制單元等組件都需要具備高可靠性，以防止硬件故障對(duì)系統(tǒng)性能的不利影響。

（5）應(yīng)急控制策略?？紤]到安全性的重要性，多伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)包括應(yīng)急控制策略，在低功率運(yùn)行模式下可能發(fā)生的突發(fā)事件中，多伺服系統(tǒng)應(yīng)能夠迅速采取措施，確保反應(yīng)堆安全停機(jī)或轉(zhuǎn)入安全狀態(tài)。

3 基于自動(dòng)化控制理論的多伺服系統(tǒng)控制策略

3.1 加強(qiáng)傳感技術(shù)的應(yīng)用

傳感技術(shù)在多伺服系統(tǒng)自動(dòng)控制中的應(yīng)用已取得了顯著的進(jìn)展，并為生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性、效率和質(zhì)量帶來(lái)了顯著的提升。然而，這一領(lǐng)域也面臨著一系列挑戰(zhàn)，包括安全性、故障診斷和維護(hù)、數(shù)據(jù)安全和隱私、技術(shù)更新和維護(hù)、人員技能、成本與回報(bào)以及集成和互操作性等。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，企業(yè)需制訂綜合的戰(zhàn)略計(jì)劃，包括投資員工培訓(xùn)、定期維護(hù)和更新技術(shù)、加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)、考慮長(zhǎng)期投資回報(bào)等方面。此外，政府和行業(yè)組織通過(guò)制訂相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)，可促進(jìn)傳感技術(shù)在多伺服系統(tǒng)自動(dòng)控制中的可持續(xù)發(fā)展?？傊?，傳感技術(shù)為多伺服系統(tǒng)自動(dòng)控制帶來(lái)了巨大的機(jī)遇，但也需要克服一系列挑戰(zhàn)。只有充分認(rèn)識(shí)并應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，才能確保傳感技術(shù)在多伺服系統(tǒng)中持續(xù)發(fā)揮其重要作用。

傳感技術(shù)根據(jù)其所測(cè)量的物理量不同，可分為多種類(lèi)型。常見(jiàn)的傳感器包括位移傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、光學(xué)傳感器、加速度傳感器等。每種傳感器都基于特定的物理原理工作。例如，位移傳感器通常利用電阻、電感或光學(xué)原理來(lái)測(cè)量物體的位置或位移；壓力傳感器則利用壓阻效應(yīng)或壓電效應(yīng)來(lái)感知介質(zhì)的壓力變化；光學(xué)傳感器則利用光電效應(yīng)來(lái)測(cè)量光的強(qiáng)度或頻率。傳感器原理多樣，但均遵循著將感知到的物理量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的基本原則。現(xiàn)代化的生產(chǎn)工藝需要高度自動(dòng)化和智能化的生產(chǎn)設(shè)備，而這些設(shè)備離不開(kāi)精密的傳感器，以便及時(shí)獲取環(huán)境信息。

除了在多伺服系統(tǒng)的控制方面發(fā)揮著重要作用，傳感技術(shù)還提供了豐富的技術(shù)支持，通過(guò)傳感器獲取的生產(chǎn)設(shè)備信息，可被用于數(shù)據(jù)分析、預(yù)測(cè)和優(yōu)化，從而幫助多伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。傳感技術(shù)的應(yīng)用還促進(jìn)了大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域的發(fā)展，為多伺服系統(tǒng)決策提供了更科學(xué)、更準(zhǔn)確的依據(jù)。

3.2 抱閘控制架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于自動(dòng)化控制理論的多伺服系統(tǒng)采用一主多從的方式，且系統(tǒng)需要在部分非嚴(yán)重性故障時(shí)剔除故障驅(qū)動(dòng)器繼續(xù)運(yùn)行，因此抱閘不能作為單獨(dú)控制的功能，應(yīng)當(dāng)以主機(jī)作為抱閘的主控單元?；谠撉疤岬姆桨冈O(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足任意時(shí)刻抱閘控制電路工作正常，抱閘控制信號(hào)ARM工作正常，且抱閘邏輯應(yīng)由主機(jī)控制，在發(fā)送的數(shù)據(jù)中對(duì)抱閘控制進(jìn)行輸出。抱閘控制時(shí)由于需要先將是能打開(kāi)，再開(kāi)抱閘，該過(guò)程延時(shí)控制由主機(jī)主導(dǎo)完成，最終輸出由主機(jī)將開(kāi)閘信號(hào)送出分發(fā)至各個(gè)從機(jī)。主從通信交互的速率較高，抱閘解開(kāi)響應(yīng)時(shí)間通常在幾十到幾百毫秒以上，因此通信導(dǎo)致的信號(hào)延時(shí)可以忽略不記。抱閘狀態(tài)由所有驅(qū)動(dòng)器共同向總線(xiàn)發(fā)送，各驅(qū)動(dòng)器均能獲得任意驅(qū)動(dòng)器的抱閘狀態(tài)，其控制架構(gòu)如圖1所示。

422通信作為全雙工差分多點(diǎn)串口通信，其優(yōu)點(diǎn)是和SPI一樣能突破1Mbps的速度限制，同時(shí)收發(fā)異步，支持最多10節(jié)點(diǎn)的總線(xiàn)，且串口線(xiàn)長(zhǎng)1km時(shí)依然能有10Mbps的傳輸速度，其傳輸方式采用差分信號(hào)能濾除耦合到兩條線(xiàn)上的信號(hào)，差分信號(hào)的開(kāi)關(guān)變換是由兩個(gè)信號(hào)的開(kāi)關(guān)變化較差產(chǎn)生，時(shí)序定位精確。驅(qū)動(dòng)器間通信采用422方式，一方面突破了CAN的速度限制，一方面突破了由于時(shí)鐘滯后導(dǎo)致的SPI數(shù)據(jù)錯(cuò)位問(wèn)題。但由于采用的422芯片為串口模式，無(wú)法切換串口管腳方向。422通信總線(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖2所示，TX1只能作為發(fā)送，RX1只能作為接收。

如圖2所示，在發(fā)送總線(xiàn)上主機(jī)永遠(yuǎn)為發(fā)送數(shù)據(jù)，從機(jī)永遠(yuǎn)為接收數(shù)據(jù)，同樣的在接收總線(xiàn)上，主機(jī)永遠(yuǎn)為接收數(shù)據(jù)，從機(jī)永遠(yuǎn)為發(fā)送數(shù)據(jù)。如1號(hào)為主機(jī)時(shí)其不斷向發(fā)送總線(xiàn)上發(fā)送力矩同步信息、主機(jī)狀態(tài)、抱閘控制、使能控制等信息，而接收總線(xiàn)不斷接收從機(jī)發(fā)送的速度反饋、電流反饋、系統(tǒng)狀態(tài)、以及系統(tǒng)故障。發(fā)送總線(xiàn)和接收總線(xiàn)互不干擾，同時(shí)由主機(jī)廣播決定如何反饋當(dāng)前信息，避免總線(xiàn)錯(cuò)誤采用該機(jī)制時(shí)需要對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到通過(guò)軟件切換的功能。422通信電路調(diào)整如圖3所示。當(dāng)RE為高時(shí)，U1的RE為高，U2的RE為低，此時(shí)串口1有效，TX1數(shù)據(jù)由U1的TXDE發(fā)送至發(fā)送總線(xiàn)。U2的RE經(jīng)非門(mén)后變?yōu)榈?，RO接收有效，DE變?yōu)楦咦?，接收總線(xiàn)數(shù)據(jù)由接收總線(xiàn)經(jīng)U2的RO發(fā)送至RX1。如需改變總線(xiàn)可以通過(guò)軟件更改RE的電頻，改變串口發(fā)送由串口1至串口2發(fā)送，即可完成切換。

4 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)化控制理論適用于多伺服系統(tǒng)功率分散及其控制的應(yīng)用領(lǐng)域，可進(jìn)行具有復(fù)雜性控制器設(shè)備的相關(guān)操作，從而精簡(jiǎn)控制器邏輯結(jié)構(gòu)。此外，自動(dòng)化控制理論能夠快速增強(qiáng)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的能力，盡可能降低成本，改進(jìn)升級(jí)多伺服系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。同時(shí)，在多伺服系統(tǒng)功率分散及其控制過(guò)程中，自動(dòng)化控制理論還能減少系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的工作負(fù)荷，大幅提升多伺服系統(tǒng)自動(dòng)化控制的效率。

多伺服系統(tǒng)給工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了極大的便利。隨著多伺服系統(tǒng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，相關(guān)技術(shù)人員必須面對(duì)其在發(fā)展過(guò)程中遇到的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，提高專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，為多伺服系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展提供支持。