自动控制系统的发展及技术现状概要
分散控制系统介绍概要
分散控制系统介绍概要分散控制系统(Distributed Control System, DCS)是一种广泛应用于工业自动化领域的控制系统。
它是以计算机为核心，通过分布式的控制器和现场设备相互连接，实现对工业过程中各种参数和设备的监控和控制。
DCS的核心思想是将控制系统分布在不同的现场设备中，通过现场设备之间的通信，实现系统的协调和控制。
相比于传统的集中式控制系统，DCS具有以下优势：1.可扩展性：DCS的控制器分布在不同的设备中，可以根据需求添加或移除控制器，实现系统的扩展和升级。
2.高可靠性：由于控制器分布在多个设备中，即使一些设备故障，其他设备仍然可以正常工作，保证了系统的高可靠性。
3.高性能：DCS中的控制器使用先进的计算机技术，具有较高的计算性能和响应速度，能够快速进行复杂的控制计算。
4.分布式控制：DCS将控制功能分布在多个控制器中，实现了分布式控制，提高了系统的灵活性和适应性。
DCS主要由三个组成部分构成，分别是现场设备、控制器和操作工作站。
现场设备包括各种传感器、执行器等，用于获取和控制工业过程中的各种参数和信号。
控制器是DCS的核心部件，它负责接收和处理现场设备发送的信号，进行控制计算，并根据计算结果发送控制指令给现场设备。
操作工作站是DCS的人机界面，操作员通过工作站可以对系统进行监控和控制。
工作站提供了友好的图形界面，显示各种参数和设备状态，并提供操作界面，操作员可以对参数进行调整和设备进行控制。
DCS的工作原理是现场设备将传感器采集到的信号通过数据通信网络传输到控制器，控制器进行控制计算，并根据计算结果发送控制指令给现场设备，现场设备执行控制指令，实现对工业过程的控制。
除了基本的监测和控制功能，DCS还具有一些高级功能，如数据采集和处理、报警和故障诊断、远程监控和控制等。
通过这些功能，DCS可以实现对工业过程的全面监控和控制，并对系统故障进行及时诊断和修复，提高系统的稳定性和可靠性。
自动控制原理课程简介
《自动控制原理》课程简介课程编号：A1620025课程名称：自动控制原理学分/学时：4/64开课学期：第5学期课程类型：专业必修课程课程性质：必修先修课程：《高等数学A(1)》、《高等数学A(2)》、《线性代数》、《电路》、《复变函数与积分变换》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《信号与系统分析》适用专业：自动化考核方式：考试考核形式：大作业、期中测试、实验评估、期末考试等组合形式建议教材：（1）谢克明编著.自动控制原理（第3版）.电子工业出版社,2010年（2）常熟理工学院电气及自动化工程学院自编讲义.自动控制原理实验指导书，校内讲义，2015年内容简介：《自动控制原理》课程是一门研究自动控制系统的基本概念、基本原理和基本分析与设计方法的基础工程课程，本课程主要内容包括自动控制系统建模、自动控制系统分析和自动控制系统设计（校正）三个方面。
通过本课程的教学，让学生掌握分析与综合SISO自动控制系统的经典控制理论与方法，并能初步结合实际，分析和设计控制系统，以及在MATLAB与Simulink支持下对控制系统进行计算机辅助分析和设计。
为今后进一步深入学习和研究其他控制理论与控制系统设计打下坚实的基础。
自动控制原理Automatic Control Theory课程编号：A1620025学分：4学时：64学时（讲课：56学时实验：8 学时实践：0学时）学时：周开课学期：第5学期课程类型：专业必修课程课程性质：必修先修课程：《高等数学A(1)》、《高等数学A(2)》、《线性代数》、《电路》、《复变函数与积分变换》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《信号与系统分析》适用专业：自动化建议教材：（1）谢克明编著.自动控制原理（第3版）.电子工业出版社,2010年（2）常熟理工学院电气及自动化工程学院自编讲义.自动控制原理实验指导书，校内讲义，2015年主要参考书：（1）胡寿松主编.自动控制原理（第5版）.科学出版社.2007年（2）李友善主编.自动控制原理（第3版）.国防工业出版社.2005年（3）富兰克林,鲍威尔主编; 李中华，张雨浓译著.自动控制原理与设计.人民邮电出版社.2007年开课学院：电气与自动化工程学院修订日期：2018年9月一、课程说明《自动控制原理》课程是自动化专业学生学习和掌握自动控制系统的基本概念、基本原理和基本分析与设计方法的基础工程课程，它是自动化专业的一门专业必修课程，在第五学期开设。
利用PLC实现风速调节系统的自动控制概要
利用PLC实现风速调节系统的自动控制概要1. 背景风速调节系统是工业生产过程中常见的控制系统之一。
传统的风速调节系统需要进行手动调节，操作不方便且容易出现误差。
为了提高操作效率和减少误差，本文介绍了一种利用可编程逻辑控制器（PLC）实现风速调节系统的自动控制方案。
2. 方案介绍2.1 PLC控制系统PLC是一种专用的计算机控制系统，广泛应用于工业自动化领域。
它采用可编程方法，通过逻辑、计算和输入输出控制等功能，对各种机械、电气设备进行控制。
在风速调节系统中，PLC可以实现自动监测风速并进行相应的调节。
2.2 风速传感器风速传感器是实现风速监测的重要组成部分。
它通过测量气流的速度来确定当前的风速。
传感器将测量数据传输给PLC控制系统，后者根据设定的阈值来判断是否需要进行风速调节。
2.3 控制逻辑PLC控制系统通过设定的控制逻辑来实现风速调节。
当风速超过设定阈值时，PLC将发送信号给风速调节装置，使其进行相应的调节操作。
一旦风速降至设定范围内，PLC将停止发送调节信号，确保系统稳定运行。
3. 实施步骤3.1 系统设计在设计阶段，需要确定风速传感器、PLC控制系统和风速调节装置之间的连接方式和通信协议。
还需定义风速调节的阈值和范围。
这些参数将用于编写PLC程序，并作为系统实施的基础。
3.2 硬件配置在实施过程中，需要将风速传感器、PLC控制器和风速调节装置进行正确的硬件连接。
确保信号传输顺畅，并进行电气安全检查。
3.3 PLC程序编写根据系统设计和控制逻辑，编写PLC程序。
程序应包括风速传感器的数据获取和信号处理、风速调节装置的操作控制等功能。
还需进行程序测试和调试，确保系统准确、稳定地工作。
3.4 系统测试完成程序编写后，进行系统测试。
测试阶段应检查风速传感器是否准确测量风速、PLC控制系统是否正确地判断和发送调节信号、风速调节装置是否正确响应调节信号等。
4. 结论利用PLC实现风速调节系统的自动控制能够提高操作效率和减少误差。
第十章自动控制原理概要
• 3 双容对象，无滞 后二阶惯性环节
e e ( )
1
t
t
１.对象的特性参数
放大系数K，时间常数T，滞后时间τ （1）放大系数K 放大系数又称传递系数，其数值等于被控变 量新、旧稳定值之差与干扰变化量之比值。对 一阶惯性的对象，放大系数为
f ( ) K 1 m K K1 m m
（三） 对象的特性
• 对象在阶跃信号作用下，输出随时间 变化的过程称为对象的过渡响应（或阶跃 响应）。 • 一般热工对象在阶跃信号m的作用下 的过渡响应归纳为表10－1所示的三种形 式。
• 1 单容对象、无滞 后一阶惯性环节 t
K1m(1 e
T1
)
• 2 单容对象，有滞 后一阶惯性环节
0 1 f (t ) 1 T1 Km ( 1 e )
ΔP
Δe
例10-1：一个温度控制器的全量程为0～50℃， 室温的给定值为 20℃，要求室温达到 21℃ 时阀关 , 降到 19℃时阀全开 , 求此时该温控 器的比例带应调整到多少？ • 解:控制器输出0～100%的信号时，阀门从 全关到全开。 P P e 2C
一、被控对象的特性 自动控制系统能否正常工作并获得预期的 效果,不仅决定于控制器，而且在很大程度上 是由对象的特性所决定的。 (一) 对象的容量与容量系数 • 对象所储存的物料量或能量称为对象的容量。 • 对象的容量系数：是指当被控变量改变一个单 位时，对象容量的变化量。 V • 水槽容量系数为： C
h
• 空调房间容量系数为：
H C a
•
对象的容量系数愈大，同样干扰作用 下，当平衡状态被破坏时，被控变量离开 给定值的偏差愈小，因而自动控制系统容 易保持平衡状态，这对控制有利，但一旦 偏差很大，自动控制系统很难将被控变量 调回到给定值。可见，对象的容量系数表 示了对象惯性的大小，容量系数越大，对 象惯性越大。
(完整word版)国内外智能家居发展现状概要
国内外智能家居发显现状侯海涛 (沈阳“0200跟着经济的发展 .社会信息化的程度不停提高 ,智能家居的观点逐渐走进了人们的生活。
1外国智能家居的发展状况自从世界上第 l 幢智能建筑 1984 年在美国出现后 ,美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各样智能家居的方案。
智能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有宽泛的应用。
新加坡模式的家庭智能化系统包含三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接人、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接人和系统软件配置等。
那么 ,什么是智能化家居 ?几年前一些经济比较发达的国家提出了“智能住所”的观点 ,住所智能化是智能家居的先导 ,智能家居是住所智能化的核心。
那么达到一个什么样的标准才能够称之为智能化家庭呢 ?智能化家庭与智能大厦观点与定义同样 .到现在尚没有获得一致的认可。
美国电子工业协会于 1988 年编制了第 1 个合用于家庭住所的电气设计标准 , 即《家庭自动化系统与通信标准》 ,也有称之为家庭总线系标准 (HBs;我国也从 1997 年初开始拟订《小康住所电气设计 (标准导则》 (议论稿。
在《导则》中规定了小康住所小区电气设计整体上应知足以下要求 :高度的安全 I 生,舒坦的生活环境 , 便利的通讯方式 ,综合的信息服务 ,家庭智能化系统。
同时也对小康住所与小区建设在安全防备、家庭设备自动化和通信与网络配置等方面提出了三级设计标准.即:第一级为“理想目标”,第二级为“普及目标”,第三级为“最低目标”。
智能家居最后目的是让家庭更舒坦 ,更方便 , 更安全 ,更切合环保。
跟着人类花费需乞降住所智能化的不停发展 ,今日的智能家居系统将拥有更为丰富的内容 ,系统配置也愈来愈复杂。
智能家居包括网络接入系统、防盗报警系统、消防报警系统、电视对讲门禁区系统、煤气泄漏探测系统、远程抄表 (水表、电表、煤气表系统、紧迫求援系统、鳓螺寺匀 2D 舛年第 5 期 92 远程医疗诊疗及护理系统、室内电器自动控制管理及开发系统、集中供冷热系统、网上购物系统、语音与传真 (电子邮件服务系统、网上教育系统、股票操作系统、视频点播、付费电视系统、有线电视系统等等 .各样新鲜的名词渐渐成为智能家居中的构成部分。
浅析机电一体化技术的现状和发展趋势
体 化 技 术 的 发 展 动 向和 由此 可 能 带 来 的 影 响 。 多大 专 院校 、 究 机 构 及 一 些 大 许 研 中 型 企 业 对 这 一 技 术 的 发 展 及 应 用 做 了 大 量 的 工作 ． 取 得Байду номын сангаас了一 定 成 果 ． 与 日 也 但 本 等 先进 国家 相 比仍 有 相 当差距 。 四 、 电 一 体 化 的 发展 趋 势 机
化 就是 重 要 应 用 。这 里所 说 的 “ 能 化 ” 智
机 电 一 体 化 发 展 至 今 也 已成 为一 门 有 着 自身 体 系 的 新 型 学 科 ．随 着 科 学 技 术 的 不 断 发展 。 将 被 赋 予 新 的 内容 。 还 但
械 技 术 与 电子 技 术 的结 合 还 不 可 能 广 泛 和 深 入 发 展 ． 已经 开 发 的产 品也 无 法 大 量推广。 ２ 世 纪７—８ 年代 为第二 阶段 ． Ｏ ０ Ｏ 可 称 为 蓬 勃 发 展 阶 段 。 一 时期 ， 算 机 技 这 计
军 用 技 术 ， 后 转 为 民用 ， 战 后 经 济 的 战 对 恢 复 起 了积 极 的作 用 。那 时研 制 和 开 发 从 总 体 上 看 还 处 于 自发状 态 。 由 于 当 时
电子 技 术 的 发 展 尚 未 达 到 一 定 水 平 ． 机
设 计 及 软 件 结 合 起 来 所 构 成 的系 统 的总
究 。将 促 使 机 电一 体 化 进 一 步 建 立 完 整
的 基 础 和 逐 渐 形 成 完整 的科 学 体 系 。
的迅 速 发 展 及 其 向机 械 工 业 的渗 透所 形 成 的机 电一 体 化 ，使 机 械 工 业 的 技 术 结
浅析机电一体化技术的现状和发展趋势
拼凑 。这是机 电一体化 与机械 加 电气 所形成 的机 械
电气 化 ，在 概 念 上 的根 本 区别 。
立 柱 、横 梁 、 滑 座 、工 作 台 、 主 轴 箱 、 进 给 刀 架 、
滑移齿 轮 的变速移 动 ，完成工作 台的 自动加 紧和松
刀架及 自动换 刀装置 等机 械部件 。它是数 控机床 自
动 完 成 各 种切 削加 工 的机 械 部 分 。
（ ）数 控机 床 的辅 助 装 置 四
开 ，工件 、刀具 定 位表 面 的 自动 吹屑 等 辅助 功能 。 排屑装 置 的作 用是将切 屑从加 工 区排 出 ，迅速有 效
地排 除切屑是保 证数控 机床高效 率地 自动进行加 工
的必 要 措 施 。 回 转 工 作 台 和 分 度 头 能 按 照 数 控 装 置
综 上 所 述 ，学 习数 控 技 术 的 前 提 是 必 须 掌 握 机
置等 。气动 和液压装 置是应 用气 动和液压 系统 ，使
机 床 自动 换 刀 所 需 的动 作 ，实 现 运 动 部 件 的 制 动 和
械制 图 、机械零 件 、机械 原理 、金属工 艺及 钳工等
基 础 知 识 。否 则 数 控 加 工 就无 从 谈 起 。
目标 和 优 化 组 织 目标 ，合 理 配 置 与 布 局 各 功 能 单 元 ，
机 电一体 化的发展大体可 以分为 ３ 阶段 ： 个
２ 世纪 ６ ０ ０年代 以前 为第 一 阶段 ，这 一 阶段 称 为 初 级 阶 段 。 在 这 一 时 期 ，人 们 自觉 不 自觉 地 利 用 电
人 的感 官 与 头 脑 的延 伸 。具 有 智 能 化 的 特 征 ，是 机 电一 体 化 与机 械 电气 化 在 功 能 上 的 本质 Ｉ Ｎ 。 Ｘ，
自动控制原理课程教学大纲
《自动控制原理》课程教学大纲Principles of Automatic Control System课程编号：2000081适用专业：电气工程与自动化学时数：40 学分数：2.5执笔者：邱瑞昌王艳编写日期：2002.5一、课程的性质与目的概要：随着生产和科学技术的发展，自动控制技术在国民经济和国防建设中所起的作用越来越大。
自动控制技术的应用不仅使生产过程实现了自动化，极大的提高了劳动生产率和产品质量，改善了劳动条件，并且在人类探索新能源，发展空间技术和改善人民物质生活都起着极为重要的作用课程性质：自动控制原理是电气工程与自动化专业的技术基础课（专业基础平台课），是必修课，是以原理为主的理论性课程；主要讲述自动控制原理与控制系统设计、实验等内容。
根据自动控制技术发展的不同阶段，自动控制原来可分为古典控制理论和现代控制理论两大部分。
古典控制理论的主要内容是以传递函数为基础，研究单输入单输出一类自动控制系统的分析和设计问题。
这些理论研究较早，现在已经比较成熟。
并且在工程实践中得到了广泛的应用。
现代控制论是60年代在古典控制论的基础上，随着科学技术的发展和工程实践的需要而迅速发展起来的。
其内容主要以状态空间法为基础，研究多输入多输出、变参数、非线性、高精度、高效能等控制系统的分析与设计问题。
最优控制、最佳滤波、系统辩识、自适应控制等理论都是这一领域研究的主要课题。
特别是近年来由于电子计算机技术和现代应用数学研究的迅速发展，使现代控制理论又在研究庞大的系统工程的大系统理论和模仿人类智能活动的智能控制、生物控制、模糊控制等方面有了重大进展。
主要目的：培养学生1．掌握经典控制论中，线性定常连续、单输入单输出闭环控制系统的工作原理、分析和综合，掌握反馈控制原理的应用以及分析和设计的一般规律，使其具有分析和设计自动控制系统的初步能力，使学生对系统的认识上升到更高的层次。
2．了解控制系统中常用的检测装置，常用执行机构的工作原理，数学模型的建立过程，以及自控原理、经典控制论在当今的发展状况。
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自动控制理论的早期发展过程
英国物理学家麦克斯韦，在1868年发表 了《论调速器》的文章，总结了无静差 调速器的理论，对控制系统进行了最初 的数字描述 俄国机械学家И﹒А﹒维什涅格拉茨基 1876年发表《论调节器的一般理论》的 文章﹐进一步总结了调节器的理论。 1877年英国数学家劳斯（E.J.Routh）提 出了著名的劳斯稳定判据 1895年德国数学家A.胡尔维茨提出著名 的胡尔维茨稳定判据
初步设计 ① 系统方案选择 ② 系统结构的确定 ③ 主要设备和装置的选择 ④ 性能价格比评价
系统设计流程图
设计任务书
设计任务书是控制系统设计、评价的主要 依据，在设计任务书中要明确： ① 工艺流程或被控对象特征 ② 主要工艺参数及指标要求 ③ 系统运行环境 ④ 特殊工艺要求 ⑤ 系统设计目标
详细设计
根据初步设计所确定的系统方案和系统构， 系统的软硬件系统进行具体详细的设计。 ① 系统功能块划分 ② 硬件设计 ③ 各功能块软件设计 ④ 辅助系统设计 ⑤ 系统离线调试与评价
第一章 绪论
本章主要内容
自动控制系统的发展及技术现状(技术和理论)
自动控制系统设计的基本知识
1.1.1
自动控制系统的发展及技术现状
发展过程
自动控制技术的发展经历了机械自动化 机械、电气自动化的过程
古 代
中国，埃及和巴比伦等 汉朝 张衡 三国 公元1090年 苏颂 古埃及 希腊 自动计时漏壶 浑天仪和地动仪 指南车 水运仪象台 自动开启装置、自动洒圣 水的铜祭司、投币式圣水 箱、青铜小鸟
现场调试 资料归档设计任务书 ① 工艺流程或对象特征 ② 重要工艺参数及指标要求 ③ 系统运行环境 ④ 特殊工艺要求 ⑤ 系统设计目标
详细设计 ① 系统功能块划分 ② 硬件设计 ③ 各功能块软件设计 ④ 辅助系统设计 ⑤ 系统离线调试与评价
现场安装调试 ① 系统现场安装 ② 现场调试 ③ 在线测试 ④ 系统最终评价 资料归档 ① 设计图纸整理 ② 评价结果整理 ③ 编写使用说明书 ④ 设计完成确认书
1.1.3
控制理论的形成
自动化技术的实际应用划分为自动化技术形 成、局部自动化和综合自动化三个阶段 自动化技术形成时期为 18 世纪末 ~20 世纪 30 年代 局部自动化时期是在 20 世纪 40~50 年代 ，期 间形成了经典控制理论 20 世纪 50 年代之后，是综合自动化阶段，出 现了各种复杂的控制系统，如：多环控制、 多变量控制、分级控制、集散控制系统等。
初步设计
根据系统设计任务书，以及市场可入手的设备、装 置以及设计者自身所掌握的技术，对可能满足设计 任务书的各类系统及其特征进行分析后，选择有限 条件下的最合理方案，并进行有限实验评价，以便 于确定系统的最终结构
① 系统方案选择 ② 系统结构的确定 ③ 主要设备和装置的选择 ④ 性能价格比评价
钟壶滴漏
指南车
17~19世纪
1642年法国物理学家 帕斯卡 1657年荷兰机械师 1745年英国机械师 1765年俄国 惠更斯 E.李 波尔祖诺夫 加法器 钟表 风磨 水位调节器 离心式节速器 电磁调速器 反馈调节器
1788年英国科学家 瓦特 1854年俄国 康斯坦丁诺夫
1868年法国工程师 法尔科
程序控制、逻辑控制和自动机的思想同时得到了发展 1833年英国数学家C.巴贝奇在设计分析机时首先提出 程序控制的概念 1936年英国数学家图灵提出著名的图灵机﹐成为现代 数字电子计算机的雏形。图灵机定义可计算函数类﹐ 建立了算法理论和自动机理论。 1938年美国电气工程师香农和日本数学家中岛﹐以及 1941年苏联科学家В﹒И﹒舍斯塔科夫﹐分别独立地 建立了逻辑自动机理论﹐用仅有两种工作状态的继电 器组成了逻辑自动机﹐实现了逻辑控制
惠更斯发明的钟表
1.1.2
自动控制理论的早期发展
自动控制理论是自动控制系统工程设计的基础
自动控制装置的优点：改进生产技术，提高生产效率 17~18世纪是自动化技术的逐渐形成时期
18世纪之后是自动化技术的发展时期，期间数学描述
和理论分析起到了至关重要的作用 。
自动调节器的稳定性问题、蒸汽机的剧烈振荡问题、
1.2
自动控制系统设计的基本知识
设计的主要任务和解决的问题
方案设计：具有符合要求的静态和动态特性
1.2.1
主要 任务
工程设计：在方案设计正确的基础上进行 ， 进行实际系统的选型
参数整定：P、I、D参数整定
安全性是指在生产过程中，要 保证人员的安全、设备的安全、 安全性 以及生态平衡和环境卫生的安 全。 越限报警、联锁保护、视频监视、
自动控制理论的早期发展过程
1892年俄国数学家李雅普诺夫发表了 《论运动稳定性的一般问题》的专著 。 以数学语言形式给运动稳定性的概念下 了严格的定义﹐给出了判别系统稳定的 两种方法
李雅普诺夫第一法
李雅普诺夫第二法
自动控制理论的早期发展过程
1925年英国电气工程师O.亥维赛把拉普拉斯 变换应用到求解电网络的问题上﹐提出了运 算微积分，求得瞬态过程 利用拉普拉斯变换描述线性定常系统或线性 元件的输入输出关系，就得到了传递函数 在传递函数基础上，发展了频率响应法 1927年美国贝尔电话实验室在解决电子管放 大器失真问题时，电气工程师H.S.布莱克从 电信号的角度引入了反馈的概念
远程监控、安全栅等
解决的问题
稳定性
稳定性主要指系统的抗干扰能 力，在出现各种可预见的干扰 的情况下，系统都要保留一定 的稳定裕度
经济性是指节省投资、提高产 品产量质量、节能降耗、提高 经济效益和社会效益等
经济性
控制精度和响应速度
1.2.2
自动控制系统的工程设计流程
设计任务书
初步设计
详细设计
自动控制理论的早期发展过程
1932年美国电信工程师奈奎斯特提出著名 的奈奎斯特稳定判据﹐可以直接根据系统 的传递函数来画出奈奎斯特图，判定反馈 系统的稳定性 1938年苏联电气工程师A.B.米哈伊洛夫应 用频率法来研究自动控制系统的稳定性﹐ 提出著名的米哈伊洛夫稳定判据
自动控制理论的早期发展带动了其 它领域的发展