自控原理發(fā)展歷程

自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。它的發(fā)展初期，是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動調(diào)節(jié)原理，主要用于工業(yè)控制，二戰(zhàn)期間為了設(shè)計(jì)和制造飛機(jī)及船用自動駕駛儀，火炮定位系統(tǒng)，雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)以及其他基于反饋原理的軍用設(shè)備，進(jìn)一步促進(jìn)并完善了自動控制理論的發(fā)展。到戰(zhàn)后，以形成完整的自動控制理論體系，這就是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論，它主要研究單輸入-單輸出，線形定常數(shù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題。

20世紀(jì)60年代初期，隨著現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)新成果的推出和電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，為適應(yīng)宇航技術(shù)的發(fā)展，自動控制理論跨入了一個新階段——現(xiàn)代控制理論。他主要研究具有高性能，高精度的多變量變參數(shù)的最優(yōu)控制問題，主要采用的方法是以狀態(tài)為基礎(chǔ)的狀態(tài)空間法。目前，自動控制理論還在繼續(xù)發(fā)展，正向以控制論，信息論，仿生學(xué)為基礎(chǔ)的智能控制理論深入。

為了實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)，首先要將被控制對象和控制裝置按照一定的方式連接起來，組成一個有機(jī)的總體，這就是自動控制系統(tǒng)。在自動控制系統(tǒng)中，被控對象的輸出量即被控量是要求嚴(yán)格加以控制的物理量，它可以要求保持為某一恒定值，例如溫度，壓力或飛行航跡等；而控制裝置則是對被控對象施加控制作用的機(jī)構(gòu)的總體，它可以采用不同的原理和方式對被控對象進(jìn)行控制，但最基本的一種是基于反饋控制原理的反饋控制系統(tǒng)。

在反饋控制系統(tǒng)中，控制裝置對被控裝置施加的控制作用，是取自被控量的反饋信息，用來不斷修正被控量和控制量之間的偏差從而實(shí)現(xiàn)對被控量進(jìn)行控制的任務(wù)，這就是反饋控制的原理。

同時自動控制原理也是現(xiàn)在高校自動化專業(yè)的一門主干課程，是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課的重要基礎(chǔ)，也是自動化專業(yè)碩士研究生入學(xué)必考的專業(yè)課。

該課不僅是自動控制專業(yè)的基礎(chǔ)理論課，也是其他專業(yè)的基礎(chǔ)理論課，目前信息科學(xué)與工程學(xué)院開設(shè)本課程的專業(yè)有計(jì)算機(jī)、電子信息、檢測技術(shù)。

該課程不僅跟蹤國際一流大學(xué)有關(guān)課程內(nèi)容與體系，而且根據(jù)科研與學(xué)術(shù)的發(fā)展不斷更新課程內(nèi)容，從而提高自動化及相關(guān)專業(yè)的整體學(xué)術(shù)水平。

該課程是自動控制理論的基礎(chǔ)，其主要內(nèi)容包括：自動控制系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)、自動控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)，自動控制系統(tǒng)的類型（連續(xù)、離散、線性、非線性等）及特點(diǎn)、自動控制系統(tǒng)的分析（時域法、頻域法等）和設(shè)計(jì)方法等。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解有關(guān)自動控制系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理、控制器參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響以及自動控制系統(tǒng)的各種分析和設(shè)計(jì)方法等。

本課程覆蓋的基本概念：

系統(tǒng)、反饋、方框圖（方塊圖）、信號流圖、傳遞函數(shù)；穩(wěn)定性、穩(wěn)定裕量，基本環(huán)節(jié)、時間常數(shù)、阻尼系數(shù)，脈沖響應(yīng)、階躍響應(yīng)、動態(tài)性能指標(biāo)、穩(wěn)態(tài)誤差，根軌跡，主導(dǎo)極點(diǎn)，頻率特性，校正和綜合，典型的非線性特性、描述函數(shù)、相平面、自持振蕩，采樣控制、Z變換、脈沖傳遞函數(shù)。

本課程涵蓋的基本知識點(diǎn)：

1．簡單物理系統(tǒng)的微分方程和傳遞函數(shù)的列寫和計(jì)算；

2．方框圖和信號流圖的變換和化簡；

3．開環(huán)傳遞函數(shù)與閉環(huán)傳遞函數(shù)的推導(dǎo)和計(jì)算；

4．線性連續(xù)系統(tǒng)的動態(tài)過程分析；

5．代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)及其在線性系統(tǒng)中的應(yīng)用；

6．根軌跡的基本特性及典型系統(tǒng)根軌跡的繪制；

7．用根軌跡分析系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性；

8．波德圖和奈奎斯特圖的繪制；

9．奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)及應(yīng)用；

10．用開環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)的主要動態(tài)和靜態(tài)特性；

11．校正的基本原理及設(shè)計(jì)方法；

12．簡單非線性控制系統(tǒng)分析的描述函數(shù)分析方法及相平面方法；

13．采樣系統(tǒng)的分析及校正的基本方法。2100433B

該產(chǎn)品利用物體下墜的速度差進(jìn)行自控。產(chǎn)品高掛低用，使用時只需將錦綸吊繩跨過上方堅(jiān)固鈍邊的結(jié)構(gòu)物上，將安全鉤扣除吊環(huán)，將自控器懸掛在使用者上方，把安全繩上的鐵鉤掛入安全帶上的半圓環(huán)內(nèi)，即可使用，正常使用時，安全繩將隨人體自由伸縮，不需經(jīng)常更換懸掛位置。在器內(nèi)機(jī)構(gòu)的作用下，安全繩一直處于半緊張狀態(tài)，使使用者輕松自如，無牽無掛地工作。一旦人體失足墜落，安全繩的拉出速度加快，器內(nèi)控制系統(tǒng)立即自動鎖止，使安全繩下墜不超過0.2m，沖擊力小于2942N，對人體毫無傷害，負(fù)荷一旦解除又能恢復(fù)正常工作，工作完畢后安全繩將自動回收到器內(nèi)，便于攜帶。

殼體選用鋁合金，質(zhì)輕堅(jiān)固不老化，以航空鋼絲為安全繩，強(qiáng)度高，耐磨損。本器具用材均符合國際規(guī)定的材質(zhì)要求和國標(biāo)GB6095-2009、GB6096-2009要求。

以上說明，僅供參考

《自控原理及計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)教程》以沈飛電子公司生產(chǎn)的自動控制原理實(shí)驗(yàn)箱為實(shí)驗(yàn)平臺，介紹了十個自動控制原理實(shí)驗(yàn)和十個計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)。自動控制原理部分有：典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)、控制系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)、控制系統(tǒng)頻率特性、采樣系統(tǒng)分析、控制系統(tǒng)穩(wěn)定性研究、非線性控制系統(tǒng)分析、連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正、采樣控制系統(tǒng)校正、狀態(tài)反饋、狀態(tài)觀測器。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)部分有：A／D，D／A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)、采樣保持器、大林算法控制、平滑與數(shù)字濾波、積分分離PID控制、解耦控制、最小拍控制系統(tǒng)、電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)、步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)、溫度控制實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及理論廣泛，包含：經(jīng)典控制理論的線性非線性部分及現(xiàn)代控制理論。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目類型豐富齊全，提供驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型和綜合型三種類型的實(shí)驗(yàn)。同時為了增加實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)展性，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新精神，還提供了函數(shù)庫，供學(xué)生編程控制實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

鍋爐蒸汽干度自控系統(tǒng)施工工法適用范圍

《鍋爐蒸汽干度自控系統(tǒng)施工工法》適用于對蒸汽干度要求較高，需要實(shí)現(xiàn)鍋爐自控要求的場所。

鍋爐蒸汽干度自控系統(tǒng)施工工法工藝原理

《鍋爐蒸汽干度自控系統(tǒng)施工工法》的工藝原理敘述如下：

在鍋爐給水總匯管、鍋爐出口分別安裝電導(dǎo)率儀，采集給水、爐水的電導(dǎo)率，電導(dǎo)率以4～20毫安直流電流信號進(jìn)入PLC的輸入模塊，經(jīng)過PLC內(nèi)部運(yùn)算模塊計(jì)算出蒸汽的干度[X=（b-a）/b×100%，其中X為蒸汽干度、a為給水電導(dǎo)率、b為爐水電導(dǎo)率]。此計(jì)算出的干度值為測量值（過程值），在觸摸屏上設(shè)定的蒸汽干度作為給定值。PLC將測量值和給定值進(jìn)行運(yùn)算，經(jīng)PLC的輸出模塊輸出調(diào)節(jié)信號，在火量相對穩(wěn)定的情況下，對水量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，控制柱塞泵變頻器來調(diào)節(jié)柱寒泵的排量，以達(dá)到恒干度閉環(huán)控制的目的。當(dāng)鍋爐在點(diǎn)爐或運(yùn)行過程中，通過PLC軟件控制主燃閥的打開與關(guān)閉。當(dāng)主燃閥打開時，開始累計(jì)鍋爐產(chǎn)汽量，停爐后停止累計(jì)注汽量。

鍋爐蒸汽干度自控系統(tǒng)施工工法施工工藝

• 工藝流程

《鍋爐蒸汽干度自控系統(tǒng)施工工法》的施工工藝流程見圖1。

• 操作要點(diǎn)

《鍋爐蒸汽干度自控系統(tǒng)施工工法》的操作要點(diǎn)如下：

一、施工順序

每臺鍋爐安裝一臺PLC，一臺觸摸屏。PLC采集安裝在鍋爐上的各種儀表信號和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反饋信號，各種信號在PLC內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)換、計(jì)算、判斷、存儲、控制等。PLC內(nèi)的數(shù)據(jù)可通過觸摸屏進(jìn)行顯示和控制操作，實(shí)現(xiàn)各種實(shí)時曲線、報(bào)警、溫度、壓力等的顯示；對鍋爐的點(diǎn)火、運(yùn)行、蒸汽干度、煙氣含氧量進(jìn)行全自動監(jiān)控。

二、鍋爐干度自控的PLC程序設(shè)計(jì)思路

干度值計(jì)算的有效性：干度測量的準(zhǔn)確性對整個干度自控系統(tǒng)的性能至關(guān)重要，若由于變送器或取樣器的原因造成測量出錯，那么控制結(jié)果將出錯。因此電導(dǎo)率的信號進(jìn)入PLC進(jìn)行計(jì)算時，必須同時滿足下列條件：

1）給水電導(dǎo)率>1。

2）爐水電導(dǎo)率>給水電導(dǎo)率，否則計(jì)算結(jié)果將是負(fù)值，其次若爐水電導(dǎo)率為零，則PLC計(jì)算結(jié)果將溢出，造成PLC故障，使整個鍋爐控制系統(tǒng)癱瘓。

3）在鍋爐點(diǎn)火成功并進(jìn)入調(diào)火狀態(tài)后。

4）否則不進(jìn)行計(jì)算，此時在觸摸屏和上位機(jī)上顯示干度值為0。

三、程序設(shè)計(jì)原理（圖2）

油田注汽鍋爐的干度系統(tǒng)是大滯后系統(tǒng)，即當(dāng)給水量或其他工況發(fā)生變化后，鍋爐出口干度的變化要在數(shù)10小時后。因此用傳統(tǒng)的PID算法是無法完成此控制任務(wù)的，需用特殊的算法解決。另在程序設(shè)計(jì)中還增加了溢出中斷，防止由于計(jì)算結(jié)果出錯，造成PLC死機(jī)，（即PLC故障），一旦出現(xiàn)錯誤立即中斷、并返回主程序運(yùn)行，不影響鍋爐正常運(yùn)行。

1）蒸汽干度的設(shè)定值、干度上限報(bào)警值、干度下限報(bào)警值的設(shè)定和修改都是在觸摸屏上完成的，但進(jìn)行這些操作必須輸入正確的口令字才能進(jìn)行。

2）當(dāng)干度自動控制系統(tǒng)有故障時，不能自動調(diào)節(jié)蒸汽干度，需人為干預(yù)來調(diào)節(jié)柱塞泵的排量，可在觸摸屏及上位機(jī)上均可手動調(diào)節(jié)柱塞泵變頻器的頻率，從而使蒸汽干度控制在合理的范圍內(nèi)。

3）燃料壓力基本穩(wěn)定后，30分鐘（時間可調(diào)）內(nèi)達(dá)到設(shè)定值（一般為80%），控制精度1%。

4）蒸汽干度高、低報(bào)警信號不作為超限停爐信號，但有聲、光報(bào)警提示。鍋爐控制柜、觸摸屏、上位機(jī)都同時以聲、光方式報(bào)警。通過操作觸摸屏、上位機(jī)可消除聲音報(bào)警，光報(bào)警不能人為消除，只能報(bào)警故障消除后才能自動復(fù)位。

5）鍋爐的點(diǎn)爐、運(yùn)行及停爐由PLC實(shí)行全過程自動控制，無需人工手動/自動切換。

四、蒸汽干度在觸摸屏上的監(jiān)視和控制

觸摸屏上顯示設(shè)定干度、測量干度的動態(tài)值和百分?jǐn)?shù)；測量干度的實(shí)時趨勢曲線；并配有手動、自動轉(zhuǎn)換操作按鈕，當(dāng)干度自動控制單元有故障時使用，按返回按鈕后返回到主畫面。

參考資料：