先进过程控制技术及应用
基金项目：国家自然科学基金(60174024)和上海市科委科技攻关项目(02JC14008)资助
收稿日期：2004－11－18作者简介：薛耀锋（1977—），男，山东人，博士研究生，主要研究领域为工业过程控制和调度优化。袁景淇（1959—），男，江苏人，教授，博士生导师，现任上海交通大学自动化系副主任，中国微生物学会生化过程模型与控制专业委员会副理事长；已完成或正在进行的研究项目包括教育部优秀年轻教师基金、国家自然科学基金、国家科技攻关、上海市曙光计划、教育部高等学校骨干教师资助计划和中国—比利时政府间科技合作计划项目；已发表研究论文40篇，其中被国际三大检索系统收录的英文论文11篇次；获教育部科技进步三等奖1项、上海市科技进步二等奖、三等奖各1项；现担任《中国抗生素杂志》编委；主要研究领域和方向为生物发酵过程在线效益跟踪、状态预测与调度优化。
文献标识码：A 文章编号：1003－0492(2004)06－0005－05 中图分类号：TP273
先进过程控制技术及应用
Advanced Process Control Technology and Its Applications
（上海交通大学自动化系，上海 200030） 薛耀锋，袁景淇
摘要：结合近年来的应用例子，介绍了先进控制的一些基本方法，如模型预测控制、自适应控制、鲁棒控制、智能控制和软测量技术，并介绍了目前国内外先进控制软件的一些情况。
关键词：先进控制；模型预测控制；自适应控制；鲁棒控制；智能控制；
软测量技术
Abstract: With the application examples in recent years ，ba-sic methods of advanced process control, such as model predic-tive control, adaptive control, robust control, intelligent control and soft sensor technology are addressed. Commercialized APC-software is reviewed.
Key words: advanced process control; model predictive
control; ad aptive contro l; robu st control;intelligent control; soft sensor technology
1 引言
20世纪70年代以来，随着计算机技术的广泛应用，自动控制有了很大的发展，先进过程控制（Advanced Process Control ，APC ）应运而生。先进过程控制（也称先进控制）是具有比常规控制更好控制效果的控制策略的统称，是提高过程
控制质量、解决复杂过程控制问题的理论和技术[1,2]
。先进控制
内容丰富、涵盖面广，包括预测控制、自适应控制、鲁棒控制、智能控制和软测量技术等。
2 先进控制的基本内容
2.1 模型预测控制
模型预测控制是一类产生于20世纪70年代的计算机控制算法。与传统的PI D 控制算法不同，模型预测控制不但利用当前时刻和过去时刻输出测量值与设定值的偏差，而且还利用预测模型来预估过程未来的偏差值，采用滚动优化的方法确定当
前的最优控制作用。模型预测控制的基本步骤是预测模型建模、滚动优化和反馈校正。其代表性的控制算法有动态矩阵控
制（DMC ）、模型算法控制（MAC ）和广义预测控制（GPC ）[3]
。
动态矩阵控制（DMC ）算法是一种基于对象阶跃响应的预测控制算法，它适用于渐近稳定的线性对象。对于弱非线性对象，可在工作点附近作线性化处理后应用DMC 。作为一种有约束的多变量优化控制算法，DMC 在1974年在美国壳牌石油公司得到应用。此后，它被广泛用于炼油[4,5]、石化[6,7]、化工[8-10]、造纸[11]
等领域。
模型算法控制（MAC ，又称为模型预测启发控制MPHC ）诞生于20世纪70年代后期，它是基于对象脉冲响应的一种预测控制算法，适用于渐近稳定的线性对象。M A C 算法以控制变量的变化量（即△ｕ）为输入控制量，在控制算法中包含了数字积分环节，故即使发生模型失配，该算法仍可以实现无稳态偏差控制。MAC （MPHC ）在锅炉、精馏塔等的控制中获得了成功应用 [12-16]。
广义预测控制（G P C ）是在自适应控制的研究中发展起来的一类预测控制算法。G P C 算法基于可控自回归滑动平均模型或可控自回归积分滑动平均模型，采用多步预测优化策略，利用在线辨识和校正机制增强了控制系统的鲁棒性。G P C 算法不仅适用于开环稳定的最小相位系统，而且可用于非最小相位系统、变结构系统和时滞系统。随着广义预测控制算法的推广，它已广泛应用于钢铁、电力、核反应堆等工业领域[17-19]。2.2 自适应控制
自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定性的系统。面对客观上存在的各种不确定因素，自适应控制系统能在对象运行过程中，通过不断地测量系统输入、状态、输出或性能指标，逐渐获得过程内部信息，然后对给定的评价指标和按一定的设计方法作出控制决策（更新控制器的结构、参数或修正控制作用）。自适应控制对模型和扰动的先验知识依赖程度较低。目前比较成熟的自适应控制系统可分为两大类，一类是模型参考自适应控制系统（Model Reference Adaptive System ，
MRAS ）[20]；另一类是自校正调节器控制系统（Self-Tuning Regulator Control System ，STRCS ）[21]。
模型参考自适应控制系统由参考模型、被控对象、反馈
作者：薛耀峰
控制器和调整控制器参数的自适应机构等部分组成，如图1所示。从中可知，这类控制系统包含内外两个环路。内环是由被控对象和控制器组成的普通反馈回路，而控制器的参数则由外环调整。参考模型的输出y m 就是对象输出y 的期望值。自适应机构由系统输出响应y(t )与模型输出响应y m (t )的偏差信号e (t)驱动。
图1 模型参考自适应控制系统结构图
自校正调节器控制系统由被控对象、对象参数估计器、控制器参数计算机构和可调控制器组成，如图2所示。和模型参考自适应控制系统相似，自校正调节器控制系统的内环包括被控制对象和一个普通的线性反馈控制器，控制器的参数由外环调节；但自校正调节器控制系统的外环由一个对象模型参数估计器和一个控制器参数计算机构所组成。参数估计器对被控对象进行在线参数估计；控制器参数计算机构根据对象模型参数估计值，按一定的设计准则获得新的控制器参数，并把这些参数赋给可调参数控制器；后者再根据设定值r 和系统输出y 的偏差确定控制量ｕ，使整个系统达到预期的控制效果[22]。
图2 自校正调节器控制系统结构图
自适应控制技术首先用于飞机的自动驾驶。飞行器的动态特性取决于许多环境参数和结构参数，如动态气压、高度、质量、阻尼板位置等。在不同环境下，这些参数可能在相当大的范围内变化。对这类工作环境复杂、参数幅度变化大的被控对象，自适应控制尽显优越性[23,24]。如今，自适应控制技术的应用几乎遍及所有领域，如机器人研制[25]、导弹制导[26]、磁悬浮列车机械制动系统[27]、卫星天线跟踪指向控制[28]、汽车悬架控制[29]、水泥生料磨机化学成分控制[30]、连铸结晶器液位控制系统[31]和精馏塔控制[32]，等等。2.3 鲁棒控制
实际控制对象一般很难用精确的数学模型描述。鲁棒控制基于被控对象的不确定性和不完全信息建模，再根据该模型设计能够满足期望性能指标的控制器[33-37]。鲁棒控制的基本理论包括H ∞
控制理论和μ理论。 H ∞控制理论就是在H ∞
空间通过某些性能指标的无穷范数优化而获得具有鲁棒性能控制器的一种控制理论。H ∞控制理论为多输入多输出且具有模型摄动的系统提供了一种频域鲁棒控制器设计方法。对于非结构不确定性系统，H ∞鲁棒控制器可以设计得相当精确。μ理论是研究动态不确定性鲁棒控制的
结构奇异值理论。μ理论将一个具有回路多点独立的有界范数摄动化为块对角摄动结构，然后给出判断系统鲁棒稳定的充要条件。μ理论不但能有效地、无保守性地判断“最坏情况”下摄动的影响，而且当存在不同表达形式的结构不确定性情况下仍然能够分析控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能问题。
由于鲁棒控制理论处理不确定系统的优越性，已经在航空、航天、航海、化工、冶金等领域得到了应用，如飞机着陆
控制[38]、飞机运动控制[39，40]
、机器人轨迹跟踪[41]、机器人两自
由度柔性关节控制[42]、电力系统非线性自抗扰励磁控制[43]、水
下热动力系统控制[44]、工业过程鲁棒PID 控制器[45，46]，等等。
2.4 智能控制
智能控制是控制理论发展的高级阶段，它是人工智能、运筹学和自动控制三者的交叉。有代表性的智能控制包括专家控制、神经网络控制和模糊逻辑控制等[47-49]。
(1) 专家控制
专家系统是应用人工智能技术，根据某个应用领域的一个或多个人类专家提供的知识和经验进行的推理、判断和决策
[47]
，其一般如图3所示。人机接口、解释机构、数据库、知识
获取、知识库和推理机是专家系统的基本组成部分。其中数据库用于存储有关事实及推理结果；知识库用于存储相关领域专家的专门知识；推理机模拟专家的推理方法和技巧。专家系统通过人机接口与用户交换信息，输入数据和待解问题，输出推理过程和结构等。知识获取的基本任务是把知识输入到知识库中，并负责维持知识的一致性及完整性。推理机首先根据数据库中的有关事实和知识库中的专家知识以一定的推理方法进行推理，并在推理过程中不断更新数据库，直到最后得出结论。解释机构跟踪并记录推理过程，当用户提出询问需要给出解释时，它将根据问题的要求分别做相应的处理，最后把解答用约定的形式通过人机接口输出给用户。
图3 专家系统结构
1980年以后，专家系统应用报道逐渐增多，如抗生素发酵过程专家控制系统[50]，提高了控制精度，降低了生产成本；文献[51]提出了一种工业聚酯装置开停车过程辅助专家控制系统；文献[52]在分析了链条炉工艺特性的基础上提出了一套专家控制系统并得以实施；文献[53]研制了水泥回转窑实时专家控制系统；文献[54]开发了锅炉专家控制系统；文献[55]开发了一种面向现代农业的专家控制平台；文献[56]将专家控制系统应用于石油钻井工程；文献[57]则设计了一套乙烯精馏塔压差实时专家控制系统。
(2) 神经网络控制
神经网络是由大量人工神经元广泛互联而成的网络，人
工神经元则是非线性映射函数。常见的神经网络的有感知器网络、BP 网络、Hopfield 网络、Boltzmann 机、CMAC 神经网络、B 样条神经网络、径向基函数神经网络和模糊神经网络等。
神经网络控制是一种数据驱动的控制方法，适用于那些具有不确定性、非线性且无模型可资利用的控制对象，它具有较强的自适应和学习能力。根据神经网络控制结构的不同，神经网络控制可分为神经网络监督控制、神经网络自适应控制、神经网络内模控制、神经网络预测控制和神经网络自适应评判控制等[47]。
神经网络控制已在很多领域得到应用。Hs u 采用Kohone n
自组织特性映射方法实现了短负荷预测中的负荷类型识别[58]；
文献[59]将递归神经网络用于化工过程多步预测；文献[60]给出了基于神经网络的尼罗河水流量多步预测；文献[61]提出了一种基于神经网络控制的电弧炉系统；Bo nga r ds 等将神经网络预测器和模糊控制器相结合用于污水处理[62]；文献[63]采用并行结构的递归神经网络用于套管式化学反应釜控制。另外，神经网络在机器人运动学控制、动力学控制和路径规划等方面也有广泛的应用[48]。
(3) 模糊控制
模糊控制是基于模糊逻辑，模仿人类控制经验和知识的一种智能控制[64]。模糊控制器主要由模糊化、知识库、模糊推理和解模糊化四部分组成，如图4所示。
图4 模糊控制器的基本框架
模糊化部分的作用是将输入的精确量转换成模糊量。知识库包括了具体应用领域中的知识和要求的控制目标。它通常由数据库和模糊控制规则库两部分组成。数据库主要包括各语言变量的隶属度函数、尺度变换因子以及模糊空间的分级数等。规则库是由用模糊语言变量表示的一系列控制规则组成的。它反映了控制专家的经验和知识。模糊推理是模糊控制器的核心，它模拟人基于模糊概念推理的行为。解模糊化的作用是将模糊推理得到的模糊控制量变换为实际用于控制的精确量。
模糊控制在工业生产和日常生活中应用例子很多，如污水处理[65]、城市单路口交通[66]、立窑水泥煅烧[67]、飞行器的飞行控制[68]、锅炉排管爬壁机器人[69]、汽车防抱制动系统[70]、群控电梯系统[71]、现代高层建筑水位检测和水质监测系统[72]、核反应堆控制系统[73]、内燃机车装置试验系统[74]、地铁列车的驾驶系统[75]和家用电器领域[76]。
(5) 软测量技术
软测量技术往往与先进过程控制相伴。软测量技术是利用可测过程变量、通过各种数学计算和估计方法推断待测过程变量的技术[77]。在数学上，软测量模型就是可测过程变量集合θ到待测过程变量集合y 的映射，即
。根据软测量模型建模方法的不同，软测量技术可分为机
理建模、回归分析、状态估计、模式识别、人工神经网络、模糊数学、过程层析成像、相关分析和现代非线性信息处理技术等子类。可测变量的选择、测量数据预处理、数据库在线更新和模型在线校正是软测量成功的关键。
软测量技术不仅解决了常规检测仪表无法测量的过程变量的在线检测问题，而且响应快、投资少、维护简单。软测量技术的典型应用领域是炼油工业，如石油催化裂化分馏塔的粗汽油干点和轻柴油凝固点的软测量；乙烯装置裂解炉的炉管外壁最高温度、乙烯和丙烯产品收率的软测量；常压塔柴油凝固点、筛料干点和常一线干点的软测量；延迟焦化装置的粗汽油干点和液体产品收率的软测量；丙烯丙烷精馏塔丙烯浓度的软测量，等等[78-81]。此外，软测量技术在输送管道泄漏定位及诊断、钢水温度的测量、纸张水分的测量、生化反应状态估计、发动机火焰点燃过程成像、湍流的小波分析和多相流流型的混沌、分形技术中均得到了良好的应用[82-87]。
3 先进控制软件
表1列举了国外部分先进控制商业化软件。美国的Setpoin t 公司的SMCA （Setpo int Mu ltivariable Co ntrol Architecture ）软件包在石油化工等领域得到了广泛应用[88]。美国的DMC 公司推出了DMC 软件包，它以动态矩阵控制理论为基础，性能优越、品质高[89]。美国的Continental Controls 公司研制的M V C 软件包采用多变量模型预测控制算法，在乙苯等生产过程中得到了良好的应用[90]。美国的DOT P roducts 公司开发了非线性预测控制软件包Polymers NLC ，已在20多家企业得到成功应用，取得了提高企业生产能力10％、压缩开车时间50％的成绩[91]。美国的Pavillion T echnologies 公司推出了Process Perfecter 软件包，以非线性预测控制算法为基础，在水泥、化工和石油等行业得到良好应用[92]。美国著名的Aspen T ech 公司研发了DMC P lus 先进控制包，该软件包包含了工业过程建模、仿真、控制器组态和自动配置优化等功能，运用了多变量预测控制理论，已经在一千多个工程项目中得到成功应用[93]。美国的Honeywell 公司推出了综合先进控制和实时优化理论的TPS 软件包，它包含多变量控制和最优控制等算法，具有面向整个工厂的历史数据存储和信息管理的强大功能。另外Honeywell 公司还研发了多变量约束过程控制软件包R M P C T ，在造纸、冶金和石化等领域得到了应用[94]。法国的Ade r s a 公司开发了先控软件包IDCOM-HIECON ，它面向连续过程的多变量模型预测
表1 国外先进控制软件
公司
软件包名称简介
SetPoint Inc.SMCA 多变量模型预测控制DMC Corp.
DMC 动态矩阵控制
Continental Controls MVC
多变量模型预测控制DOT Products Polymers NLC 非线性模型预测控制AspenTech DMC Plus 动态矩阵控制
Honeywell
TPS 工厂一体化先进控制RMPCT
多变量约束过程控制Adersa
IDCOM-HIECON 多变量模型预测控制
Predictive Control Ltd.CONNOISSEUR 自适应控制、最优控制Pavillion Technologies
Process Perfecter
非线性模型预测控制
控制[96]。英国的P r e d i c t i v e C o n t r o l公司的软件包
CONNOISSEUR具有过程建模、控制器设计和数据分析等功
能，包含自适应控制和基于约束的最优控制等算法，在水泥、
化工、采矿、食品、冶金和石化等方面广泛应用[97]。
国内科研院校在国家“863”、“九?五”和“973”等课题
的资助下，先后开发了一系列先进控制软件，并且不断趋于完
善，部分国产先进控制软件见表2。浙江大学先进控制研究所
推出了A P C系列先进控制软件包，包括工厂的决策与调度软件
包APC-DecSched、多变量预测控制软件包APC-Hiecon和预测
函数控制软件包APC-PFC等。浙江大学的APC系列先进控制
软件包已实现商业化，在国内数百套大型工业过程装置上得到
应用，控制品质高[97]。中国科学技术大学工业自动化研究所开
发了At Loop软件包和ACMP先进控制工作站平台。其中At Loop
软件包实现了PI D控制器参数自整定功能，成功应用于化工、
石化等大型企业的工业装置中，取得了很好的效果[98]。上海交
通大学过程控制研究所为主的研究机构在国家“九?五”攻关
项目中自主开发了多变量约束控制（Multivariable Constrained
Control，MCC）软件包并得到应用[99，100]。
表2 部分国产先进控制软件产品
科研单位软件包名称简介
浙江大学APC－DecSched工厂决策与调度
APC－Hiecon多变量预测控制
APC－PFC预测函数控制
中国科技大学AtLoop PID控制器参数自整定
ACMP先进控制工作站平台
上海交通大学MCC多变量约束控制
4 结语
本文概述了先进控制技术的基本内容，阐述了模型预测
控制、自适应控制、鲁棒控制、智能控制和软测量技术等理论
的基本原理及在相关领域中的应用，并评述了当前国内外在先
进控制软件开发和应用方面的情况。随着人工智能理论的突破
性发展和控制理论和其它学科的交叉渗透，先进控制技术将会
得到更深层次的发展，为企业带来更显著的经济效益。
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自主访问控制综述
自主访问控制综述 摘要：访问控制是安全操作系统必备的功能之一，它的作用主要是决定谁能够访问系统，能访问系统的何种资源以及如何使用这些资源。而自主访问控制（Discretionary Access Control, DAC）则是最早的访问控制策略之一，至今已发展出多种改进的访问控制策略。本文首先从一般访问控制技术入手，介绍访问控制的基本要素和模型，以及自主访问控制的主要过程；然后介绍了包括传统DAC 策略在内的多种自主访问控制策略；接下来列举了四种自主访问控制的实现技术和他们的优劣之处；最后对自主访问控制的现状进行总结并简略介绍其发展趋势。 1自主访问控制基本概念 访问控制是指控制系统中主体（例如进程）对客体（例如文件目录等）的访问（例如读、写和执行等）。自主访问控制中主体对客体的访问权限是由客体的属主决定的，也就是说系统允许主体（客体的拥有者）可以按照自己的意愿去制定谁以何种访问模式去访问该客体。 1.1访问控制基本要素 访问控制由最基本的三要素组成： ●主体（Subject）：可以对其他实体施加动作的主动实体，如用户、进程、 I/O设备等。 ●客体（Object）：接受其他实体访问的被动实体，如文件、共享内存、管 道等。 ●控制策略（Control Strategy）：主体对客体的操作行为集和约束条件集， 如访问矩阵、访问控制表等。 1.2访问控制基本模型 自从1969年，B. W. Lampson通过形式化表示方法运用主体、客体和访问矩阵(Access Matrix)的思想第一次对访问控制问题进行了抽象，经过多年的扩充和改造，现在已有多种访问控制模型及其变种。本文介绍的是访问控制研究中的两个基本理论模型：一是引用监控器，这是安全操作系统的基本模型，进而介绍了访问控制在安全操作系统中的地位及其与其他安全技术的关系；二是访问矩阵，这是访问控制技术最基本的抽象模型。
DCS中的先进控制技术
DCS中的先进控制技术 dcs在控制上的最大特点是依靠各种控制、运算模块的灵活组态，可实现多样化的控制策略以满足不同情况下的需要，使得在单元组合仪表实现起来相当繁琐与复杂的命题变得简单。随着企业提出的高柔性、高效益的要求，以经典控制理论为基础的控制方案已经不能适应，以多变量预测控制为代表的先进控制策略的提出和成功应用之后，先进过程控制受到了过程工业界的普遍关注。需要强调的是，广泛应用各种先进控制与优化技术是挖掘并提升DCS综合性能最有效、最直接、也是最具价值的发展方向。 在实际过程控制系统中，基于PID控制技术的系统占80%以上，PID回路运用优劣在实现装置平稳、高效、优质运行中起到举足轻重的作用，各DCS厂商都以此作为抢占市场的有力竞争砝码，开发出各自的PID自整定软件。另外，根据DCS的控制功能，在基本的PID算法基础上，可以开发各种改进算法，以满足实际工业控制现场的各种需要，诸如带死区的PID控制、积分分离的PID控制、微分先行的PID控制、不完全微分的PID控制、具有逻辑选择功能的PID 控制等等。 与传统的PID控制不同，基于非参数模型的预测控制算
法是通过预测模型预估系统的未来输出的状态，采用滚动优化策略计算当前控制器的输出。根据实施方案的不同，有各种算法，例如，内模控制、模型算法控制、动态矩阵控制等。目前，实用预测控制算法已引入DCS，例如IDCOM控制算法软件包已广泛应用于加氢裂化、催化裂化、常压蒸馏、石脑油催化重整等实际工业过程。此外，还有霍尼韦尔公司的HPC，横河公司的PREDICTROL，山武霍尼韦尔公司在TDC-3000LCN系统中开发的基于卡尔曼滤波器的预测控制器等等。这类预测控制器不是单纯把卡尔曼滤波器置于以往预测控制之前进行噪声滤波，而是把卡尔曼滤波器作为最优状态推测器，同时进行最优状态推测和噪声滤波。 先进控制算法还有很多。目前，国内、外许多控制软件公司和DCS厂商都在竞相开发先进控制和优化控制的工程软件包，希望在组态软件中嵌入先进控制和优化控制策略。
先进制造技术知识点总结
概述第一章先进制造技术的特点：先进性、广泛性、实用性、集成性、系统性、动态性。1、先进制造技术分为三个技术群：主体技术群、支撑技术群、制造技术环境。2、主体技术：面向制造的设计技术群（1）产品、工艺设计、 3 （2）快速成形技术（3）并行工程 制造工艺技术群：（1）材料生产工艺（2）加工工艺（3）连接与装配 （4）测试和检测（5）环保技术（6）维修技术（7）其他 支撑技术：（1）信息技术（2）标准和框架（3）机床和工具技术 （4）传感器和控制技术 4、先进制造技术研究的四大领域： （1）现代设计技术 （2）先进制造工艺技术 （3）制造自动化技术 （4）系统管理技术 4、美国的先进制造技术发展概况P10 美国先进制造技术发展概况：美国政府在20 世纪90 年代初提出了一系列制造业的振兴计划，其中包括“先进制造技术计划”和“制造技术中心计划”。
先进制造技术计划 美国的发展目标： 1、为美国人创造更过高技术、高工资的就业机会，促进美国经济增长。 不断提高能源效益，减少污染，创造更加清洁的环境。、2． 3、使美国的私人制造业在世界市场上更具有竞争力，保持美国的竞争地位。 4、使教育系统对每位学生进行更有挑战性的教育。 5、鼓励科技界把确保国家安全以及提高全民生活质量作为核心目标 三个重点领域的研究： 1、成为下一代的“智能”制造系统 2、为产品、工艺过程和整个企业的设计提供集成的工具 3、基础设施建设 第二章柔性制造系统（FMS）技术 1、柔性制造系统（FMS）的特点： （1）主要特点：柔性和自动化 （2）设备利用率高，占地面积小 （3）减少直接劳动工人数 （4）产品质量高而稳定
先进过程控制及其应用期末课程总结论文
先进控制技术及其应用 随着工业生产过程控制系统日趋复杂化和大型化，以及对生产过程的产品质量、生产效率、安全性等的控制要求越来越严格，常规的PID控制已经很难解决这些具有多变量、强非线性、高耦合性、时变和大时滞等特性的复杂生产过程的控制问题[]。 自上世纪50年代逐渐发展起来的先进控制技术解决了常规PID控制效果不佳或无法控制的复杂工业过程的控制问题。它的设计思想是以多变量预估为核心，采用过程模型预测未来时刻的输出，用实际对象输出与模型预测输出的差值来修正过程模型，从而把若干个控制变量控制在期望的工控点上，使系统达到最佳运行状态。目前先进控制技术不但在理论上不断创新，在实际生产中也取得了令人瞩目的成就。下面就软测量技术、内模控制和预测控制做简要阐述。 1.软测量技术 在生产过程中，为了确保生产装置安全、高效的运行，需要对与系统的稳定及产品质量密切相关的重要过程变量进行实时控制。然而在许多生产过程中，出于技术或经济上的原因，存在着很多无法通过传感器测量的变量，如石油产品中的组分、聚合反应中分子量和熔融指数、化学反应器反应物浓度以及结晶过程中晶体粒直径等。 在实际生产过程中，为了对这类变了进行实施监控，通常运用两种方法： 1).质量指标控制方法：对与质量变量相关的其他可测的变量进行控制，以达到间接控制质量的目的，但是控制精度很难保证。 2).直接测量法：利用在线分析仪表直接测量所需要的参数并对其进行控制。缺点是在线仪表价格昂贵，维护成本高，测量延迟大，从而使得调节品质不理想。 软测量的提出正是为了解决上述矛盾。 软测量技术的理论根源是20世纪70年代Brosilow提出的推断控制，其基本思想是采集过程中比较容易测量的辅助变量(也称二次变量)，通过构造推断器来估计并克服扰动和测量噪声对主导过程主导变量的影响。因此，推断估计器的设计是设计整个控制系统的关键。 软测量器的设计主要包括以下几个方面： 1)机理分析和辅助变量的选择。 首先是明确软测量的任务，确定主导变量。在此基础上深入了解和熟悉软测量对象及有关装置的工艺流程，通过分析确定辅助变量。 2)数据采集和预处理 采集被估计变量和原始辅助变量的历史数据包含了工业对象的大量相关信息，因此数据采集越多越好。但是为了保证软测量精度和数据的正确性以及可靠性，采集的数据必须进行处理，包括显著误差检测和数据协调，及时剔除无效的数据。 3)软测量建模 软测量模型是建立是软测量技术的核心。软测量建模的方法多种多样，一般可分为：机理建模、回归分析、状态估计、模式识别、人工神经网络、模糊数学和现代非线性系统信息处理技术等。 此外还有混合模型，如图1所示的软测量模型就是结合了BP网络、RBF网络和部分最小二乘法建立的混合模型[5]。 4)软测量模型的在线校正 图1 软测量模型
自动化在日常生活中的应用与展望
自动化在日常生活中的应用与展望 一、摘要：本文简要介绍自动化技术的基本概念、发展、应用和未来展望。随着信息技术的发展，特别是网络技术的发展，正在改变着人类若干世纪以来形成的信息传递及生活方式，是现代人们的生活得到了很大的便利。而且我相信，随着我们勤劳智慧的地球人的不断努力和奋斗，自动化控制技术在不久的将来将会得到更加广泛的应用。 二、关键词：自动化控制技术概念现代应用未来发展 三、内容： 1、概念：所谓自动化（Automation），是指机器或装置在无人干预的情况下，按规定的程序或指令自动的进行操作或运行。广义地讲，自动化还包括模拟或在现人的智力活动。自动化主要是人造系统的问题，如工厂中的机床、飞行器的飞行姿态控制等。而相比之下自动控制的概念就要广泛一些，它不仅设计人造系统问题，还涉及社会的方方面面，如环境的控制、人口的控制、经济的控制。以上是对自动化及自动化控制技术的简单认识。 2、应用：自动化技术的发展历史，大致可以划分为自动化技术的形成、局部自动化和综合自动化三个时期。 1788年英国机械师J.瓦特发明离心式调速器（又称飞球调速器），代表着自动化技术的形成时期。第二次世界大战时期的经典控制理论对战后发展局部自动化起了重要的促进作用。而20世纪50年代末空间技术迅速发展，迫切需要解决多变量系统的最优控制问题，于是综合自动化技术应运而生。 现在自动化技术应用于很多方面，例如，机械加工、采矿冶炼、交通系统、军事技术、航空航天、农业生产、环境保护、科学研究、办公服务等领域。其中汽车工业的工厂自动化控制，采用一贯作业的生产方式，借着整条生产线的分工装配，没几分钟即可生产一部汽车。纺织工业的工厂自动化控制，亦采用一贯作业的生产方，没几分钟即可高速生产一批布料。塑料工业的工厂自动化控制，亦采用一贯作业的生产方式，产出塑料原料后，在经过射出成型机器，产出各种所料模型。机械制造的工厂自动化控制，通过柔性制造系统，是一台机器能生产符合要求的不同的零件，由数控机床、材料和工具自动运输设备产品，自动检测等实验设备真正实现“无人工厂”。 不仅在机械生产中，自动控制系统还大量出现在飞行器和交通设备的控制上，如导弹、航天飞机、火车等。由于技术的发展，如今飞行器的速度已远远不能靠人类的大脑反应来控制，这就需要自动控制系统。 在工业上，计算机集成制造系统使自动化无人工厂成为现实。 自动化正在与其它学科相互交融，朝着更多的应用领域延伸，例如：经济控制论的形成直接推动了国民经济的发展；人口控制论的研究，为计划生育工作决策起到很大作用；环境系统工程已经成为世界性的大课题，人类为了生存与发展，必须采取各种措施来改变环境，自动化理论与技术在这方面大有作为；另外在国际关系领域、军事领域以及社会治安综合治理等领域，均离不开自动化学科的介入及其研究成果的应用。 3、展望：自动化技术发展日新月异，特别是随着现代计算机技术的发展，自动化及自动化控制技术有了更广阔的前景。例如，在交通方面，现在汽车的普及速度之快，已经接近了平民化，它不再是一种奢侈的享受，但是由此而引发的
过程装备控制技术及应用习题参考答案
过程装备控制技术 及应用习题及参考答案 第一章控制系统的基本概念 1?什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？ 答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含： ①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。 2. 自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。 自动控制系统常用的术语有： 被控变量y――被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度； 给定值（或设定值）y s――对应于生产过程中被控变量的期望值； 测量值y m 由检测原件得到的被控变量的实际值； 操纵变量（或控制变量）m――受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号； 干扰f――引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e） 被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m - y s 控制信号u――控制器将偏差按一定规律计算得到的量。 3. 什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？ 答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图
通用运动控制技术现状、发展及其应用
作者:蒋仕龙吴宏吕恕龚小云（固高科技（深圳）有限公司深圳518057 ）摘要：运动控制技术的发展是制造自动化前进的旋律，是推动新的产业革命的关键技术。运动控制器已经从以单片机或微处理器作为核心的运动控制器和以专用芯片（ASIC）作为核心处理器的运动控制器，发展到了基于PC 总线的以DSP 和FPGA 作为核心处理器的开放式运动控制器。运动控制技术也由面向传统的数控加工行业专用运动控制技术而发展为具有开放结构、能结合具体应用要求而快速重组的先进运动控制技术。基于网络的开放式结构和嵌入式结构的通用运动控制器逐步成为自动化控制领域里的主导产品之一。高速、高精度始终是运动控制技术追求的目标。充分利用DSP 的计算能力，进行复杂的运动规划、高速实时多轴插补、误差补偿和更复杂的运动学、动力学计算，使得运动控制精度更高、速度更快、运动更加平稳；充分利用DSP 和FPGA 技术，使系统的结构更加开放，根据用户的应用要求进行客制化的重组，设计出个性化的运动控制器将成为市场应用的两大方向。关键词：运动控制技术，运动控制器，点位控制，连续轨迹控制，同步控制 1 通用运动控制技术的发展现状运动控制起源于早期的伺服控制(Servomechanism)。简单地说，运动控制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。早期的运动控制技术主要是伴随着数控（CNC）技术、机器人技术（Robotics）和工厂自动化技术的发展而发展的。早期的运动控制器实际上是可以独立运行的专用的控制器，往往无需另外的处理器和操作系统支持，可以独立完成运动控制功能、工艺技术要求的其他功能和人机交互功能。这类控制器可以成为独立运行（Stand-alone）的运动控制器。这类控制器主要针对专门的数控机械和其他自动化设备而设计，往往已根据应用行业的工艺要求设计了相关的功能，用户只需要按照其协议要求编写应用加工代码文件，利用RS232或者DNC 方式传输到控制器，控制器即可完成相关的动作。这类控制器往往不能离开其特定的工艺要求而跨行业应用，控制器的开放性仅仅依赖于控制器的加工代码协议，用户不能根据应用要求而重组自己的运动控制系统。通用运动控制器的发展成为市场的必然需求。由国家组织的开放式运动控制系统的研究始于1987 年，美国空军在美国政府资助下发表了著名的“NGC（下一代控制器）研究计划”，该计划首先提出了开放体系结构控制器的概念，这个计划的重要内容之一便是提出了“开放系统体系结构标准规格(OSACA)”。自1996年开始，美国几个大的科研机构对NGC 计划分别发表了相应的研究内容[3]，如在美国海军支持下，美国国际标准研究院提出了“EMC（增强型机床控制器）”；由美国通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司提出和研制了“O MAC（开放式、模块化体系结构控制器）”，其目的是用更开放、更加模块化的控制结构使制造系统更加具有柔性、更加敏捷。该计划启动后不久便公布了一个名为“OMAC APT”的规范，并促成了一系列相关研究项目的运行。通用运动控制技术作为自动化技术的一个重要分支，在20 世纪90 年代，国际上发达国家，例如美国进入快速发展的阶段。由于有强劲市场需求的推动，通用运动控制技术发展迅速，应用广泛。近年来，随着通用运动控制技术的不断进步和完善，通用运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品，已经被越来越多的产业领域接受，并且它已经达到一个引人瞩目的市场规模。根据ARC 近期的一份研究，世界通用运动控制（General MotionControl GMC）市场已超过40 亿美元，并且有望在未来5 年内综合增长率达到6.3％。目前，通用运动控制器从结构上主要分为如下三大类：⑴基于计算机标准总线的运动控制器，它是把具有开放体系结构，独立于计算机的运动控制器与计算机相结合构成。这种运动控制器大都采用DSP 或微机芯片作为CPU，可完成运动规划、高速实时插补、伺服滤波控制和伺服驱动、外部I/O 之间的标准化通用接口功能，它开放的函数库可供用户根据不同的需求，在DOS 或WINDOWS 等平台下自行开发应用软件，组成各种控制系统。如美国Deltatau 公司的PMAC 多轴运动控制器和固高科技（深圳）有限公司的GT 系列运动控制器产品等。目前这种运动控制器是市场上的主流产品。⑵Soft 型开放式运动控制器，它提供给用户最大的灵活性，它的运动控制软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O 之间的标准化通用接口。就像计算机中可以安装各种品牌的声
先进控制技术在DCS系统中的应用
先进控制技术在DCS系统中的应用 发表时间：2018-05-28T10:09:34.313Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：邵才俊 [导读] 摘要：DCS在其性质上属于一种分布式控制系统，在具体的使用过程中可以发挥出一定的集散控制作用，在系统当中主要是集合了计算机技术、控制技术、通讯技术以及网络技术等。 (江苏国信协联能源有限公司江苏无锡 214203) 摘要：DCS在其性质上属于一种分布式控制系统，在具体的使用过程中可以发挥出一定的集散控制作用，在系统当中主要是集合了计算机技术、控制技术、通讯技术以及网络技术等。技术人员在对层面进行控制的过程中需要采取分散控制的方式来进行，另外，在对生产装置进行管理的过程中需要进行集中管理。在DCS系统中，要想使系统可以实现一定的数字控制功能，技术人员需要对系统的规模进行不断扩大，同时在使用功能方面也需要不断增加，这样才能使DCS系统在实际的使用过程中可以发挥出更有意义的使用价值。 关键词：先进控制技术；DCS系统；应用 1先进控制技术的意义 目前，我国加强了对DCS系统的管理工作，并为DCS系统在未来的发展提供了良好的发展前景。通过对先进控制技术的不断优化和完善，可以使企业在生产的过程中获得更多的经济效益，从而使企业在激烈的市场竞争中实现更加长远的发展。随着现代控制理论的发展以及人工智能的广泛应用，为先进控制技术的发展起到了良好的促进作用。先进控制技术在使用的过程中，主要是应用了数学原理，然后在计算机技术运行的基础上实现相应的控制工作。先进控制技术与一般的PID技术相比存在着一定的差异，先进控制技术在使用的过程中可以获得比较大的经济效益，同时具备非常完善的控制措施，可以为最终参数的准确性提供良的保障。而其他技术在应用的过程中可能会面临一些突发性的事件，因为工业系统在整体上不具备稳定性，很多问题没有办法进行准确的预测。因此，一般的控制技术在使用的过程中还无法实现对工业系统问题的有效处理，而采用先进控制技术就可以对整个工业系统实现合理有效的控制。 2先进控制技术的发展现状 当一个施工单位或者是生产企业采用PID控制技术对系统进行处理的过程中，主要是融合了经典理论的前提条件下来进行的。PID控制技术目前在很多行业中有着非常广泛的使用和推广，而在现代化的工业生产过程中DCS系统有着非常广泛的使用，大部分工业系统的稳定运行以及合理性的操作可以采用PID技术进行控制和维护，这种方式在操作的过程中比较简单，并且也很容易被行业认可和接收。随着我国科学技术的不断发展，控制技术在其机构以及作用上有了很大的改进和完善，并在应用规模上也在逐渐的扩大。在我国的工业系统进行生产的过程中，一般情况下会出现很多化学以及生物反应，在反应的过程中可以对物质以及能量进行有效的传递和转换，工业生产在整体上呈现了一定的复杂性，其中会涉及到很多方面的内容和知识，并且其中还存在着很多不确定性因素，信息的不完善以及非线性特征等，正是因为存在这些问题导致先进控制技术在工业化发展中受到了非常严重的阻碍，同时这也是目前工业生产所面临的核心问题，这会对产品的质量以及生产效率造成非常严重的影响。面对这种现象，工业生产应该逐渐面向大型或者是连续性的方向不断发展，通过对技术方面的有效完善，可以对生产过程中存在的整体性问题以及实时性问题进行合理有效的解决。也就是说，为了使DCS系统的协调性可以实现有效的提升，同时对工业生产过程中进行不断的优化，这就需要采用先进控制技术，从而才能对生产过程中出现的复杂性问题进行有效的解决。 3先进控制技术在DCS控制系统中的应用 3.1自适应控制 就自适应控制技术而言，它在DCS控制系统中的应用主要包含以下几种形式。第一，自校正调节器控制系统。该系统的组成要素主要包含可调控制器、对象参数估计器、控制器参数计算系统以及控制对象。在实际控制过程中，该系统可以借助对象参数估计器，将处于运行状态的控制对象当前参数估计出来，并将其传输至控制器参数计算模块中。该模块得出计算结果之后，会根据结果调整控制对象的参数。当控制对象运行一段时间后，如果调整参数并不适用，整个参数计算流程将再次循环，从而得出新的参数计算结果，然后由可调控制器记录并用于控制对象中。该系统的自动校正功能有效保证了最终控制决策的有效性。第二，模型参考自适应控制系统。该系统由反馈控制器、参考模型以及调整控制器等部分组成。其中，参考模型是影响该系统控制质量的主要因素。 3.2智能控制 典型的智能控制主要包含神经网络和专家系统等。就神经网络而言，它的应用优势主要包含鲁棒性强、可以自动学习、可实现大规模并行处理等。为了优化DCS控制系统的性能，可以将CMAC神经网络应用在DCS控制系统中，以优化DCS控制系统的主蒸汽温度控制功能。具体原理：协调器利用预先设定值及企业中控制对象（主蒸汽温度）的实际输出参数，计算符合企业生产需求的控制对象最佳期望输出参数；得出具体计算结果后，由CMAC网络响应进行检测，若产生响应反应，则表明该数值合理，此时可以利用这一参数对控制对象的当前参数进行调节。事实上，CMAC神经网络在DCS控制系统中的应用也有可能产生错误的控制决策。但是，这种先进控制技术可以利用自身的自主学习功能检测控制决策的合理性。当发现参数不符合要求后，会再次将参数带入循环重新计算，最终获得符合企业生产需求的参数处理结果。 就专家系统而言，它的推理控制决策功能是通过各个领域的专家经验产生的。专家系统的控制决策原理：数据库负责储存事实和相应的推理结果；而知识库通过知识获取操作从相关领域的专家身上获得相应的知识和经验（获取环节具有实时性，因此知识库与领域专家在知识维度上的一致性相对较好）。用户提出问题后，专家系统中的推理机会从知识库、数据库中调取相应信息，判断该问题是否已经存在。如果知识库和数据库中都不存在该问题，则推理机会借助相关经验和推理结果，对该问题的可能结果进行推理，并将最终推理结果反馈给用户。对于DCS控制系统而言，专家系统的应用可以显著改善问题解决能力。运行状态下，DCS控制系统识别出企业的某个部分或生产环节出现异常问题时，专家系统能够快速发挥作用，为DCS控制系统提供相应的推断结果，以此保证DCS控制系统的正常运行。 3.3预测控制 预测控制对DCS控制系统性能的优化可以通过多变量系统的动态矩阵控制来实现。作用原理：根据企业中的控制对象，构建出相应的动态矩阵；当控制对象出现变化时，具体的变动信息会被反应在动态矩阵中，由动态矩阵进行校正。除了检测功能之外，动态矩阵还可以结合预测模型对控制对象可能出现的变化作出预测，进而保证控制决策与控制对象之间的契合性。对于DCS控制系统而言，预测控制的应
先进制造技术论文
先进制造技术论文 学院：xxx 班级：xxx 姓名：xxx 学号：xxx 目录 概述 3 一、先进的工程设计技术 3 二、先进制造工艺技术 3 三、制造自动化技术（又可说成计算机控制自动化技术） 4 四、先进生产管理技术、制造哲理与生产模式 5 五、发展7 主要参考文献9 概述 摘要：随着我国制造业的的不断发展，先进制造技术得到越来越广泛的应用。介绍了先进制造技术和先进制造模式的内容和发展情况，从两种角度解释其结构特征和关系，并从各种不同角度展望先进制造技术和先进生产模式的发展前景及其趋势特征。 先进制造技术AMT(Advanced Manufacturing Tecnology)是在传统制造的基础上，不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理技术等方面的成果，将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称，也是取得理想技术经济效益的制造技术的总称。 当前的金融危机也许还会催生新的先进制造制造技术，特别在生产管理技术方面。先进制造技术不是一般单指加工过程的工艺方法，而是横跨多个学科、包含了从产品设计、加工制造、到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域，并逐步融合与集成。 可基本归纳为以下五个方面： 先进的工程设计技术 先进制造工艺技术 制造自动化技术 先进生产管理技术、制造哲理与生产模式 发展。 一、先进的工程设计技术 先进的工程设计技术包括众多的现代设计理论与方法。包括CAD、CAE、CAPP、CAT、PDM、模块化设计、DFX、优化设计、三次设计与健壮设计、创新设计、反向工程、协同产品商务、虚拟现实技术、虚拟样机技术、并行工程等。 （1）产品（投放市场的产品和制造产品的工艺装备（夹具、刀具、量检具等））设计现代化。以CAD为基础（造型，工程分析计算、自动绘图并提供产品数字化信息等），全面应用先进的设计方法和理念。如虚拟设计、优化设计、模块化设计、有限元分析，动态设计、人机工程设计、美学设计、绿色设计等等；
过程装备与来控制技术及应用复习资料概要
1. 什么是被控对象的控制通道?什么是干扰通道? 答:对一个被控对象来说,输入量是扰动量和操纵变量,而输出是被控变量。由对象的输入变量至输出变量的信号联系称为通道。操纵变量至被控变量的信号联系称为控制通道;扰动量至被控变量的信号联系称为扰动通道 2. 被控对象的特性是由生产工艺过程和工艺设备决定的,在控制系统的设计中是无法改变的。 3. 被控对象数学描述推导依据的:物料平衡和力学平衡. 4. 传感器的主要组成部分:敏感元件、转换元件、测量电路与其他辅助部件组成. 5. 力平衡式压差变送器主要组成部分:测量部分、放大器和反馈部分。 6,. 温度变送器类型:直流毫伏、电阻体温度和热电偶温度变送器. 7.试分析四线制变送器与两线制变送器与电源的连接方式并画出示意图。 答:电动变送器输出信号与电源的连接方式有两种:四线制和两线制,四线制中, 供电电源通过两根导线接入,另两根导线与负载电阻R2相连,输出0~10mA DC 信号。这种连线方式中,同变送器连接的导线共有4根,成为四线制,如图(a所示。如图b中所示,同变送器连接的导线只有两根,同时传送变送器所需的电源电压和4~20mA DC输出电流,称为两线制。 8.何为基型调节器?它具有哪些主要特点? 答:基型调节器是一种具有PID运算功能,并能对被调参数,给定值及阀门位置进行显示的调节器。 特点:①采用了高增益、高阻抗线性集成电路组件,提高万仪表的精度,稳定性和可靠性,降低了能耗。
②有软、硬两种手动操作方式,软手动与自动之间由于有保持状态而使调节器输出能够长期保持,因而在互相切换时具有双向无平衡无抗扰特性,提高了操作性能。 ③采用集成电路便于各种功能的扩展。 ④采用标准信号制,接受1-5V DC测量信号,输出4~20mA DC信号,由于空气受点不是从零点开始的,故容易识别断电、断线等故障 ⑤能与计算机联用。 9.什么是自动控制系统的方框图?它与工艺流程图有什么不同? 答:自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线(带有箭头的线段、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分,方块内填入表示其自身特性的数学表达式;方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系,以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号,表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接,借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程,即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。10.在自动控制系统中,什么是干扰作用?什么是控制作用?两者有什么关系?答:干扰作用是由干扰因素施加于被控对象并引起被控变量偏离给定值的作用;控制作用是由控制器或执行器作用于被控对象,通过改变操纵变量克服干扰作用,使被控变量保持在给定值,两者的相同之处在于都是施加于被控对象的作用,不同之处在于干扰作用是使被控变量偏离给定值,而控制作用是使被控变量接近给定值。 11.什么是自动控制系统的过度过程?在阶跃干扰作用下有哪几种基本形式? 其中哪些能满足自动控制的要求,哪些不能,为什么?
先进控制技术及应用
先进控制技术及应用 1．前言 工业生产的过程是复杂的，建立起来的模型也是不完善的。即使是理论非常复杂的现代控制理论，其效果也往往不尽人意，甚至在一些方面还不及传统的PID控制。20世纪70年代，人们除了加强对生产过程的建模、系统辨识、自适应控制等方面的研究外，开始打破传统的控制思想，试图面向工业开发出一种对各种模型要求低、在线计算方便、控制综合效果好的新型算法。在这样的背景下，预测控制的一种，也就是动态矩阵控制（DMC）首先在法国的工业控制中得到应用。因此预测控制不是某种统一理论的产物，而是在工业实践中逐渐发展起来的。预测控制中比较常见的三种算法是模型算法控制（MAC），动态矩阵控制（DMC）以及广义预测控制。本篇分别采用动态矩阵控制（DMC）、模型算法控制（MAC）进行仿真，算法稳定在消除稳态余差方面非常有效。 2、控制系统设计方案 2.1 动态矩阵控制（DMC）方案设计图 动态矩阵控制是基于系统阶跃响应模型的算法，隶属于预测控制的范畴。它的原理结构图如下图2-1所示： 图2-1 动态矩阵控制原理结构图 2.2 模型算法控制（MAC）方案设计图 模型算法控制（MAC）由称模型预测启发控制（MPHC），与MAC相同也适用于渐进
稳定的线性对象，但其设计前提不是对象的阶跃响应而是其脉冲响应。它的原理结构图如下图2-2所示： 图2-2 模型算法控制原理结构图 3、模型建立 3.1被控对象模型及其稳定性分析 被控对象模型为 （1） 化成s 域，g （s ）=0.2713/（s+0.9），很显然，这个系统是渐进稳定的系统。因此该对象 适用于DMC 算法和MAC 算法。 3.2 MAC 算法仿真 3.2.1 预测模型 该被控对象是一个渐近稳定的对象，预测模型表示为： )()1()(?)(?1j k j k u z g j k y m ++-+=+-ε， j=1, 2, 3,……,P . （2） 这一模型可用来预测对象在未来时刻的输出值，其中y 的下标m 表示模型，也称为内 部模型。（2）式也可写成矩阵形式为： )1()()1(?-+=+k FU k GU k Y m 4 1 11 8351.012713.0)(-----=z z z z G
访问控制模型综述
访问控制模型研究综述 沈海波1,2,洪帆1 (1.华中科技大学计算机学院,湖北武汉430074; 2.湖北教育学院计算机科学系,湖北武汉430205) 摘要:访问控制是一种重要的信息安全技术。为了提高效益和增强竞争力,许多现代企业采用了此技术来保障其信息管理系统的安全。对传统的访问控制模型、基于角色的访问控制模型、基于任务和工作流的访问控制模型、基于任务和角色的访问控制模型等几种主流模型进行了比较详尽地论述和比较,并简介了有望成为下一代访问控制模型的UCON模型。 关键词:角色;任务;访问控制;工作流 中图法分类号:TP309 文献标识码: A 文章编号:1001-3695(2005)06-0009-03 Su rvey of Resea rch on Access Con tr ol M odel S HE N Hai-bo1,2,HONG Fa n1 (1.C ollege of Computer,H uazhong Univer sity of Science&Technology,W uhan H ubei430074,China;2.Dept.of C omputer Science,H ubei College of Education,Wuhan H ubei430205,China) Abst ract:Access control is an im port ant inform a tion s ecurity t echnolog y.T o enha nce benefit s and increa se com petitive pow er,m a ny m odern enterprises hav e used this t echnology t o secure their inform ation m ana ge s yst em s.In t his paper,s ev eral m a in acces s cont rol m odels,such as tra dit iona l access control m odels,role-bas ed acces s cont rol m odels,ta sk-ba sed acces s control m odels,t as k-role-based access cont rol m odels,a nd s o on,are discus sed a nd com pa red in deta il.In addit ion,we introduce a new m odel called U CON,w hich m ay be a prom ising m odel for the nex t generation of a ccess control. Key words:Role;Ta sk;Access Cont rol;Workflow 访问控制是通过某种途径显式地准许或限制主体对客体访问能力及范围的一种方法。它是针对越权使用系统资源的防御措施,通过限制对关键资源的访问,防止非法用户的侵入或因为合法用户的不慎操作而造成的破坏,从而保证系统资源受控地、合法地使用。访问控制的目的在于限制系统内用户的行为和操作,包括用户能做什么和系统程序根据用户的行为应该做什么两个方面。 访问控制的核心是授权策略。授权策略是用于确定一个主体是否能对客体拥有访问能力的一套规则。在统一的授权策略下,得到授权的用户就是合法用户,否则就是非法用户。访问控制模型定义了主体、客体、访问是如何表示和操作的,它决定了授权策略的表达能力和灵活性。 若以授权策略来划分,访问控制模型可分为:传统的访问控制模型、基于角色的访问控制(RBAC)模型、基于任务和工作流的访问控制(TBAC)模型、基于任务和角色的访问控制(T-RBAC)模型等。 1 传统的访问控制模型 传统的访问控制一般被分为两类[1]:自主访问控制DAC (Discret iona ry Acces s Control)和强制访问控制MAC(Mandat ory Acces s C ontrol)。 自主访问控制DAC是在确认主体身份以及它们所属组的基础上对访问进行限制的一种方法。自主访问的含义是指访问许可的主体能够向其他主体转让访问权。在基于DAC的系统中,主体的拥有者负责设置访问权限。而作为许多操作系统的副作用,一个或多个特权用户也可以改变主体的控制权限。自主访问控制的一个最大问题是主体的权限太大,无意间就可能泄露信息,而且不能防备特洛伊木马的攻击。访问控制表(ACL)是DAC中常用的一种安全机制,系统安全管理员通过维护AC L来控制用户访问有关数据。ACL的优点在于它的表述直观、易于理解,而且比较容易查出对某一特定资源拥有访问权限的所有用户,有效地实施授权管理。但当用户数量多、管理数据量大时,AC L就会很庞大。当组织内的人员发生变化、工作职能发生变化时,AC L的维护就变得非常困难。另外,对分布式网络系统,DAC不利于实现统一的全局访问控制。 强制访问控制MAC是一种强加给访问主体(即系统强制主体服从访问控制策略)的一种访问方式,它利用上读/下写来保证数据的完整性,利用下读/上写来保证数据的保密性。MAC主要用于多层次安全级别的军事系统中,它通过梯度安全标签实现信息的单向流通,可以有效地阻止特洛伊木马的泄露;其缺陷主要在于实现工作量较大,管理不便,不够灵活,而且它过重强调保密性,对系统连续工作能力、授权的可管理性方面考虑不足。 2基于角色的访问控制模型RBAC 为了克服标准矩阵模型中将访问权直接分配给主体,引起管理困难的缺陷,在访问控制中引进了聚合体(Agg rega tion)概念,如组、角色等。在RBAC(Role-Ba sed Access C ontrol)模型[2]中,就引进了“角色”概念。所谓角色,就是一个或一群用户在组织内可执行的操作的集合。角色意味着用户在组织内的责 ? 9 ? 第6期沈海波等:访问控制模型研究综述 收稿日期:2004-04-17;修返日期:2004-06-28
我国的先进制造技术研究现状及发展趋势
中国先进制造技术的发展趋势 随着科学技术的进步以及新的管理思想、管理模式和生产模式的引进，近年来，先进制造技术在机械加工领域中的应用越来越广泛，越来越深入。机械制造技术是研究产品设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃至回收再生的整个过程的工程学科,是以提高质量、效益、竞争力为目标,包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。改革开放以来，随着科学技术的飞速发展和市场竞争日益激烈，越来越多的制造企业开始将大量的人力、财力和物力投入到先进的制造技术和先进的制造模式的研究和实施策略之中，我国制造科学技术有日新月异的变化和发展，但与先进的国家相比仍有一定差距，为了迎接新的挑战，必须认清制造技术的发展趋势，缩短与先进国家的差距，使我国的产品上质量、上效率、上品种和上水平，以增强市场竞争力，因此，对制造技术及制造模式的研究和实施是摆在我们面前刻不容缓的重要任务，以实现我国机械制造业跨入世界先进行列。 一先进制造技术概述 （1）先进制造技术的体系结构及分类 先进制造技术是系统的工程技术，可以划分为三个层次和四个大类。 三个层次：一是优质、高效、低耗、清洁的基础制造技术。这一层次的技术是先进制造技术的核心，主要由生产中大量采用的铸造、锻压、焊接、热处理、表面保护、机械加工等基础工艺优化而成。二是新型的制造单元技术。这是制造技术与高技术结合而成的崭新制造技术。如制造业自动化单元技术、极限加工技术、质量与可靠性技术、新材料成型与加工技术、激光与高密度能源加工技术、清洁生产技术等。三是先进制造的集成技术。这是运用信息技术和系统管理技术，对上述两个层次进行技术集成的结果，系统驾驭生产过程中的物质流、能量流和信息流。如成组技术（CT）、系统集成技术（SIT）、独立制造岛（AMI）、计算机集成制造系统（CIMS）等。 四个大类：一是现代设计技术，是根据产品功能要求，应用现代技术和科学知识，制定方案并使方案付诸实施的技术。它是门多学科、多专业相互交叉的综合性很强的基础技术。现代设计技术主要包括：现代设计方法，设计自动化技术，工业设计技术等；二是先进制造工艺技术，主要包括精密和超精密加工技术、精密成型技术、特种加工技术、表而改性、制模和涂层技术；三是制造自动化技术，其中包括数控技术、工业机器人技术、柔性制造技术、计算机集成制造技术、传感技术、自动检测及信号识别技术和过程设备工况监测与控制技术等；四是系统管理技术，包括工程管理、质量管理、管理信息系统等，以及现代制造模式（如精益生产、CIMS、敏捷制造、智能制造等）、集成化的管理技术、企业组织结构与虚拟公司等生产组织方法。 （2）先进制造技术的特点 先进性：作为先进技术的基础——制造技术，必须是经过优化的先进工艺。因此，先进制造技术的核心和基础必须是优质、高效、低耗、清洁的工艺。它从传统工艺发展起来，并与新技术实现了局部或系统集成。 通用性：先进制造技术不是单独分割在制造过程的某一环节，它覆盖了产品设计、生产设备、加工制造、维修服务、甚至回收再生的整个过程。 系统性：随着微电子、信息技术的引入，先进制造技术能驾驭信息生成、采集、传递、反馈、调整的信息流动过程。先进制造技术能驾驭生产过程的物质流、能源流和信息流的系统工程。 集成性：先进制造技术由于专业、学科间的不断渗透、交叉、融合，界限逐渐淡化甚至
自动控制技术现状及发展趋势
自动控制技术现状及发展趋势 发表时间：2017-11-03T16:38:49.533Z 来源：《电力设备》2017年第18期作者：孔德磊[导读] 摘要：自动控制技术是一项综合性技术，目前被广泛地应用于企业生产及人们的日常生活中，极大地提高了企业的生产效率及人们的生活质量。本文通过对目前我国自动控制技术的现状及其发展进行了详细的分析，从而指出自动控制技术正在向智能化、网络化、微型化以及集成化等方面发展，自动控制技术是现代化生产的基础，是提高生产效率的关键。 （河南理工大学河南焦作 454000）摘要：自动控制技术是一项综合性技术，目前被广泛地应用于企业生产及人们的日常生活中，极大地提高了企业的生产效率及人们的生活质量。本文通过对目前我国自动控制技术的现状及其发展进行了详细的分析，从而指出自动控制技术正在向智能化、网络化、微型化以及集成化等方面发展，自动控制技术是现代化生产的基础，是提高生产效率的关键。关键词：自动控制技术；现状；发展趋势一、目前我国自动控制技术的现状分析就目前我国在自动控制领域的实际情况来看，虽然自动控制技术得到了长足的发展以及比较广泛地实际应用，但是这与国外发达国家的自动控制技术水平及应用程度还有很大的差距。我国想要提高自动控制技术的水平，就必须加大投资与科研的力度，对新型的生产线要科学合理地对其进行自动化的设计及未来发展的预设，要特别注重自动化信息流的作用，从而提升我国自动控制水平及应用，进而提高我国企业的国际竞争力。从目前我国自动控制技术在应用领域中的作用来看，主要是为提高设备的运行效率。根据我国发展的具体情况，研制开发自动控制技术，从而避免研制自动控制技术的盲目性。但是，还是存在自动控制技术在研发过程中缺乏宏观层面上的明确指导，在投入实际生产中所获得的经济效益比较低的现象，在我国自主研发的自动化设备上还存在精确度比较差、可靠性比较低以及实用性比较差的现象。随着手工制造业在国家经济建设中逐渐丧失了优势地位，自动化生产在社会生产中日益显示出其生产操作简单、产品质量高及生产效率高等特点，成为企业生产中的主要模式。在我国自动控制技术的发展也是非常不平衡的，大部分生产领域的自动化程度还非常低，例如，玩具、服装等。 我国想要提高自动控制水平并不是很容易，这即需要对新的自动控制技术的研发，也要对原有企业的生产设备进行自动化改造，这样不但能够提高生产效率而且还能起到降低成本的作用。可以通过数控技术等自动控制技术改造原有机械设备，提高传统机械设备的自动化程度，从而提高设备的使用率和生产率。在机床上通过控制技术的改造，充分发挥计算计技术的优势，实现设备及生产线的自动化的改造，从而提高生产效率。 二、我国自动控制技术的发展趋势分析（一）智能化自动控制技术的发展自动控制技术水平的发展是现代化生产不断推进的动力和基础力量，在自动化生产的开始阶段，控制系统比较简单，控制规律也很简单，因此，采用常规的控制方法就可以完成作业。智能化是自动化控制技术发展的更高水平，智能化主要表现在控制的功能多样化和用途多样化，智能化是未来制造业发展的方向。随着科学技术的不断进步，现代化生产的发展方向逐步向人工智能与自动控制技术相结合应用的趋势。人工智能理论向自动控制技术领域的渗透，不但理论上而且在实践上都是新的发展途径，为智能化的自动控制技术，提供了新的思想和方法。人工智能与自动控制技术相结合，能够根据生产过程中的变化情况，对系统采取更为有效的控制。在目前许多生产领域都采用了智能化控制技术应用于生产系统中，智能化控制技术的水平和应用程度关系到企业现代化生产自动化水平及程度的高低。（二）网络化、微型化自动控制技术的发展从自动控制技术的发展历程来看，在比较长的时期内，自动控制技术都是在工业生产领域内进行的。自动控制技术为工业生产所需的各种机械设备，提供了可靠性及性能都非常高的控制设备。在科学技术快速发展的当下，各领域之间都不是独立发展进行的，而是相互借鉴促进甚至结合发展成为新的发展领域。自动控制技术的发展当然也离不开对其他领域的借鉴与冲击，其中来自工业PC的影响最为严重。网络化及微型化是将来自动控制技术发展的必然趋势，在自动控制技术系统发展的初期，其形态非常的大而且价格又非常的高。自动控制技术未来发展的方向必然也离不开网络化，网络技术在现代化生产中具有重要的作用。尤其是对生产过程中信息数据的传递以及分析起到了关键作用，对自动控制系统发现安全问题采取合理的处理措施，预防故障的发生等都起到行之有效的作用。随科学技术的不断进步，发展到现在它与以前相比已经改变了很多，正在向微型化发展而且在价格上也在逐步的下降。随着自动控制系统的控制软件的进一步的完善和发展，未来能够安装控制系统软件的市场份额将会逐步呈上涨趋势。（三）综合化自动控制技术的发展在现代化自动控制技术领域中已经建立模糊控制、智能控制及专家系统等控制技术的发展方向，这些方向自动控制技术的主要特点就是综合性。这些特殊方向性的控制系统都是以自动控制技术理论为基础，从而对整个设备或流程进行综合控制。其中涉及的理论知识比较多，不在是单一的自动控制技术知识，还包括电子技术、计算机技术、机械技术等等。自动控制技术要想得到快速的发展，从而适应并促进社会的进步，就必须把自动控制技术与相关技术相结合进而发展成为一个新的方向，这样才能够给自动控制技术领域注入新鲜养分与活力，才能提高自动控制技术的可靠性、精确性与高效性。不断发展各项自动控制技术，例如，各种控制系统、专用计算机等自动控制技术的基础技术，不断引进多个领域的新知识、新理论及新技术。对原有的自动控制技术进行不断地改进与发展，这就需要大量的新理论、新方法以及新技术对其进行补充，更需要高水平的专业人才对其进行研究与开发。随着自动控制技术的不断发展，对普通工人以及经验与技能的要求会越来越低，而对知识的要求会越来越高，相关工作人员必须具备较高的知识层次才能更好地完成自动控制技术的相关工作。当自动控制设备发展到非常高的水平后，会因为技术及管理上的原因，使得产品的废品率比较高。造成这种现象的主要原因不是设备的问题而是工作人员素质的问题，所以要大力培养适合自动控制设备工作的新型技术人才，这需要相关人员必须掌握各种与自动控制设备的新方法、新原料以及操作方法等。在自动控制技术领域只有拥有了大量的专业技术人才或相关技术的综合型人才，才能够实现对自动控制技术的有力推广，从而提高我国自动控制技术的水平。参考文献：