自动控制系统的发展与前景

院系：机电工程学院

题目：自动控制系统的发展与前景

姓名：王晓鹏

专业：机械设计制造及其自动化

班级：2011级（3+2）2班

学号：201115310244

枣庄学院 机电工程学院

二〇一二年七月

摘要：

自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。

关键词：自动控制 发展过程 未来前景

目录

1、自动控制系统简介与基本原理———————————————4

2、自动控制理论的发展历程 —————————————————4

1、1 经典控制理论———————————————————————4

1、2 现代控制理论———————————————————————5

1、3 智能控制理论———————————————————————5

3、自动控制系统的未来发展前景 ——————————————5

3、1 智能化 —————————————————————————5

3、2 网络化 —————————————————————————6

3、3 全集成自动化———————————————————————6

4、参考文献 —————————————————————————6

正文：

1、自动控制系统简介与基本原理

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自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。基础的结论是由诺伯特·维纳，鲁道夫·卡尔曼提出的。

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船用自动驾驶仪，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问题。

在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。

2、自动控制理论的发展历程

自动控制是指应用自动化仪器仪表或自动控制装置代替人自动地对仪器设备或工业生产过程进行控制，使之达到预期的状态或性能指标

1、经典控制理论

自动控制理论是与人类社会发展密切联系的一门学科，是自动控制科学的核心自从19世纪Maxwell对具有调速器的蒸汽发动机系统进行线性常微分方程描述及稳定性分析以

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来，经过20世纪初Nyquist，Bode，Harris，Evans，Wienner，Nichols等人的杰出贡献，终于形成了经典反馈控制理论基础，并于50年代趋于成熟。

特点是以传递函数为数学工具，采用频域方法，主要研究单输入单输出线性定常控制系统的分析与设计，但它存在着一定的局限性，即对多输入多输出系统不宜用经典控制理论解决，特别是对非线性时变系统更是无能为力。

2、现代控制理论

随着20世纪40年代中期计算机的出现及其应用领域的不断扩展，促进了自动控制理论朝着更为复杂也更为严密的方向发展，特别是在Kalman提出的可控性和可观测性概念以及提出的极大值理论的基础上，在20世纪5060年代开始出现了以状态空间分析(应用线性代数)为基础的现代控制理论。

现代控制理论本质上是一种时域法，其研究内容非常广泛，主要包括三个基本内容：多变量线性系统理论最优控制理论以及最优估计与系统辨识理论现代控制理论从理论上解决了系统的可控性可观测性稳定性以及许多复杂系统的控制问题。

3、智能控制理论

随着现代科学技术的迅速发展，生产系统的规模越来越大，形成了复杂的大系统，导致了控制对象控制器以及控制任务和目的的日益复杂化，从而导致现代控制理论的成果很少在实际中得到应用经典控制理论现代控制理论在应用中遇到了不少难题，影响了它们的实际应用，其主要原因有三：

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1)精确的数学模型难以获得此类控制系统的设计和分析都是建立在精确的数学模型的基础上的，而实际系统由于存在不确定性不完全性模糊性时变性非线性等因素，一般很难获得精确的数学模型；

2)假设过于苛刻研究这些系统时，人们必须提出一些比较苛刻的假设，而这些假设在应用中往往与实际不符；

3)控制系统过于复杂为了提高控制性能，整个控制系统变得极为复杂，这不仅增加了设备投资，也降低了系统的可靠性

第三代控制理论即智能控制理论就是在这样的背景下提出来的，它是人工智能和自动控制交叉的产物，是当今自动控制科学的出路之一。

3、自动控制系统的未来发展前景

现代化工厂向规模集约化方向发展时，生产工艺对控制系统的可靠性、运算能力、扩展能力、开放性、操作及监控水平等方面提出了越来越高的要求。传统的DCS系统已经不能满足现代工业自动化控制的设计标准和要求。随着工业自动化控制理论、计算机技术和现代通信技术的迅速发展，自动控制系统的未来发展方向将向智能化、网络化、全集成自动化等方向发展，具体表现在以下几个方面：

3、1 智能化

在自动化的初期阶段，系统比较简单，控制规律也不复杂，采用我们前面介绍的常规控制方法就能完成任务。然而，随着社会和科学技术的不断进步，各种生产过程的自动化、

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现代军事装备的控制以及航海、航空、航天事业的迅速发展，都对控制系统的快速性和准确性提出了愈来愈高的要求。对于各种规摸庞大、结构复杂的大系统，仅仅采用常规的控制措施是无法完成综合自动化的。不过人们发现，如果把人的智能和自动化技术结合起来，却能收到令人满意的效果。

关于智能控制，目前尚无统一的定义。有一种观点认为智能控制是自动控制、运筹学和人工智能三个主要学科相互结合和渗透的产物，这种观点包含了两层含义，一方面它指出了智能控制产生的背景和条件，即人工智能理论和技术的发展及其向控制领域的渗透，以及运筹学中的定量优化方法逐渐和系统控制理论相结合，这样就在理论和实践两方面开辟了新的发展途径，提供了新的思想和方法，为智能控制的发展奠定了坚实的基础。

这种观点的另一层含义是说明了智能控制的内涵，即智能控制就是应用人工智能理论和技术以及运筹学方法，与控制理论相结合，在变化的环境下，仿效人类智能，实现对系统的有效控制。这里所说的环境指的是广义的受控对象或生产过程及其外界条件。

智能控制是当前正在迅速发展的一个领域，各种形式的智能控制系统、智能控制器相继开发问世。

3、2网络化

随着互连网技术以及现代通信技术的发展，未来的企业为了适应经济全球化的发展需要，多将通过以太网接口，建立基于WINDOWSNT或WINDOWS 2000构成的企业级局域网，控制系统与管理层和现场仪表级的数据交换日益增加，控制系统的计算机与财务、销售和管理层的计算机实现连网，实现数据的共享，极大地提高企业的管理水平。连网系统结构如企业局域网系统示意图。企业管理级各网络间可以采用标准以太网相互连接。管理

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级的各通讯网络可以采用多种网络拓扑结构(总线型、星型、环型)，其中星型拓扑结构以高可靠性、结构简单、建网容易、节点故障容易排除等优点被大量采用。车间级计算机网络采用工业以太网相互连接。工业以太网在物理层上采用高防护等级的通讯线缆或光纤传输，适用于可能遭受严重电磁干扰，液体浸蚀，高度污染和机械冲击的工业环境。现场级总线采用国际标准总线PROFIBUS总线。

3、3全集成自动化

自动化技术的不断发展和计算机技术的飞速进步，自动化控制的概念也发生着巨大的变化。在传统的自动化解决方案中，自动化控制实际上是由各种独立的、分离的技术和不同厂家的产品搭配起来的。比如一个大型工厂经常是由过程控制系统、可编程控制器、监控计算机、各种现场控制仪表和人机界面产品共同进行控制的。为了把这些产品组合在一起，需要采用各种类型和不同厂商的接口软件和硬件来连接、配置和调试。全集成自动化思想就是用一种系统或者一个自动化平台完成原来由多种系统搭配起来才能完成的所有功能。应用这种解决方案，可以大大简化系统的结构，减少大量接口部件。应用全集成自动化可以克服上位机和工业控制器之间、连续控制和逻辑控制之间、集中与分散之间的界限。同时，全集成自动化解决方案还可以为所有的自动化提供统一的技万方数据术环境，这主要包括统一的数据管理、统一的通信和统一的组态和编程软件。基于这种环境，各种各样不同的技术可以在一个用户接口下，集成在一个有全局数据库的总体系统中。工程技术人员可以在一个平台下对所有应用进行组态和编程。由于应用一个组态平台，工程变得简单，培训费用也大大降低。

参考文献：

1吴怀宇．自己动手建立企业局域网．清华大学出版社，2000

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2王锦标．现场总线和现场控制系统．华工自动化及仪表，1997，24(2)：3～8

3王时煦等．建筑物防雷设计．北京：中国建筑工业出版社．1985

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