过程控制系统论文篇1

控制理论虽然起源于英国18世纪的技术革命时期，但是却在二十一世纪被广泛应用。随着社会经济的不断发展，控制理论和控制工程被广泛的应用于相关工程企业当中。在本篇文章里，笔者不仅分析了控制理论和控制工程的发展，还探索了控制理论和控制工程的应用前景。

1控制理论和控制工程的发展

社会经济的不断进步，带动着科学技术的发展。要想让科学技术得到完善和发展，就必须得到控制工程与控制理论的支持。如今，在计算机技术的发展前景下，控制理论和控制工程的发展可分为三个历史发展时期，分别是第一历史发展时期、第二历史发展时期、第三历史发展时期，在下文里，笔者针对控制工程和控制理论这三个历史发展时期进行分析探究。

1.1控制理论和控制工程的第一历史发展时期

控制理论和控制工程的第一历史发展时期在20世纪40年代到20世纪60年代期间，在这第一历史发展时期中，掀起了一阵古典控制理论的热潮，该古典控制理论不仅解决了单输出问题，还解决了单输入问题。该古典控制理论是以传递函数特性分析法和频率特性分析法作为参考依据，对系统层面进行相关研究，控制理论主要研究的系统是线性系统。通过分析非线性系统不难发现，该系统所使用的分析法为相平面法，使用的个数一般不会超过两个，将该控制理论应用于系统的生产当中，可以有效地解决单输出和单输入等问题。

1.2控制工程与控制理论的第二历史发展时期

控制工程与控制理论的第二历史发展时期在20世纪60年代到70年代期间，第二历史发展时期为空间技术的应用发展时期，在这一时期中，计算机技术和控制工程之间相互融合，并且控制工程的性能得到了优化。从而有限地实现了分析设计，除此之外，还促进了多输入、多输出和非线性等系统的完善，使控制模式得到更好的优化，是现代化控制工程与控制理论变得更加完善，更加科学。

1.3控制工程与控制理论的第三历史发展时期

控制理论和控制工程的第三历史发展时期在20世纪70年代到当前，控制工程与控制理论得到了很好的完善，从而逐渐趋向成熟。不管是系统的整体设计，还是系统的结构方案，都显得非常的成熟，并且还能够完成协调处理和分解方法的相关理论性基础研究。智能控制相关理论是基于控制理论的基础上，进行进一步的开拓，让其完成了信息的传递以及控制，使得人们的活动更加便捷。目前，控制理论与及控制工程不仅具备有一个很好的发展前景，还具有一个非常好的应用前景。

2控制工程与控制理论的应用

控制工程与控制理论的应用核心为：以控制最优为前提，充分满足控制理论和控制工程的相应约束条件，并且提出最优的控制方案，在性能指标极值范围内，使控制系统的系统性能做优化。在应用控制工程与控制理论的过程当中，经常会涉及到两大类研究策略，一种是PDI控制器，另外一种是Kalman滤波器；控制理论和控制工程在许多系统的实际应用中，通常都会使用这两种策略。为了能够让控制理论和控制工程在系统中的应用性更为稳定，可以运用线性模型来对其进行分析和证实，上述两种策略还可应用于非线性系统中。据相关研究表明，通过利用控制理论和控制工程，进一步对控制系统进行定量研究，最终实现对控制系统的全面解析。控制工程与控制理论不仅被运用于水槽内部水位控制系统，还被运用在电热器控制系统和温度器控制系统当中，使其实现自动化控制目标，使仪器能够充分发挥自身的作用。根据相关学者的研究表明，控制理论和控制工程的应用，不仅需要对其进行性质层面分析和结构层面分析，还需要对该控制系统的运行状态进行调控。在应用控制理论和控制工程的过程中，还需要重视应用反馈概念，利用反馈概念，最大程度智能化控制系统，使控制系统的系统性能得到提高。充分将控制工程与控制理论和系统融合，这样才能够提高系统运行的安全性和可靠性，才能让系统生产企业的经济效益得到保障。

3结语

在本篇文章中，笔者简单地分析了控制理论和控制工程的各个发展阶段，并且对控制理论和控制工程的应用进行探究。目前，控制理论和控制工程日趋成熟，基于通信技术与计算机技术的基础上，被运用在各种控制系统当中，令控制系统的运行变得更加安全以及可靠。笔者相信，随着控制理论和控制工程相关研究的不断深入，控制理论和控制工程会在相辅相成的基础上获得共同发展，最终起到推动社会经济稳定发展的作用。

参考文献

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于20世纪产生的相对论、量子理论及控制理论被人们认为是三项重要的科学革命，人们借助该三项理论实现着客观世界认识上的飞跃。随着控制理论与控制工程相关的理论研究工作的深入开展，其研究对象及应用领域也发生着重大的变化，就我国的教育部所进行的学科的设置及分类中，将控制理论及控制工程设置为控制科学与工程下的二级学科，学科核心便是控制理论，推动着我国控制理论与控制工程在科学研究领域的发展。

1 控制理论与控制工程的产生及发展

控制理论作为对社会发展具有重要影响意义的学科，其产生起源可上溯至十八世纪发生在英国的技术革命中，瓦特在蒸汽机的发明之后，将离心式非锤调速器的相关控制原理应用于蒸汽机转速的控制中，开创出以蒸汽作为原动力的机械化格局，而之后的工程界逐渐的将控制理论应用于调速系统稳定性的研究中，通信技术和信息处理技术的高速发展，使得电气工程师们不断的研究出更为科学全面的控制系统分析方法，实现了控制系统的条件稳定性及开环不稳定性的分析研究，而控制理论的创始人于1948年所发表的控制理论的相关著作，就控制理论的相关方法所进行得阐述，推动反馈概念的应用并为控制理论的形成奠定下坚实的基础。

在科技的不断生产发展中，基于控制理论与控制工程的控制技术也在不断的完善，尤其是在计算机技术的不断推动之下，控制理论与控制工程拥有着更深入的发展。就控制理论与控制工程的整体发展历程而言，可大体上划分为三个主要的阶段，其中第一阶段为20世纪的40至60年代，是古典控制理论的形成及发展时期，主要进行进行单输入及单输出问题的解决，多采用以频率特性、传递函数及根轨迹等作为基础的频域分析法进行系统的研究，而主要进行研究的系统是线性的定长系统，进行非线性系统分析的过程中所选用的相平面法要求变量不能超出两个，该控制理论可实现生产过程中的多种单输入单输出类问题的有效解决。第二个阶段为20世纪60年代到70年代的现代控制理论的形成与发展阶段，该阶段已经步入空间技术时期，控制工程也向性能更高的方向上发展，数字计算机的配合应用，实现了分析设计及实施控制，但时变、多输出多输入及非线性等较为复杂的系统控制内容使古典控制理论呈现出局限性，而最优控制方法在该阶段中提出，使现代控制理论更为完善。第三个阶段是20世纪70年代到目前为止的大系统控制理论及智能控制理论时期，其中大系统控制理论是控制理论就广度上的扩展，利用控制及信息的相关观点进行大系统其结构方案及总体设计，进行的是分解方法及协调处理的相关基础性技术理论的研究；智能控制理论是控制理论就深度上的扩展，进行人类智能化活动、控制信息传递的规律等的研究，并就仿智能化的工程控制系统及信息处理系统等进行研制。

2 控制理论与控制工程的应用

在进入21世纪以来，以计算机技术、通信技术及控制技术为典型代表的IT产业的发展及普及中，核心是计算机技术，关键是通信技术，而基础是控制技术，使得控制学科逐渐的发展成为基础性的科学，控制系统与控制工程中的系统结构、系统稳定、反馈调节及智能系统的相关思想及理论，在自然学科下的多种科学领域获取广泛应用的同时，在人文等学科中也有着广泛的应用体现，基于该现象，某些专家甚至指出控制理论与控制工程已不再是单纯的学科，已逐渐的发展成为较为全面和系统的世界观、方法论。控制理论与控制工程所具有的显著特点是，某些基本的概念同时具有着普适性及独特性。在控制理论与控制工程的应用中，两个概念是应用的关键及核心，首先是系统概念的应用，在当前社会的发展中系统问题已变得非常重要和突出，尤其是全社会范围内所进行的复杂性系统及复杂性科学课题的研究及应用，这是控制理论在现代科学中应用的必然发展，应用控制理论不仅要进行结构及性质的分析，还要进行系统运行状态的调控；其次是反馈概念的应用，这是控制理论区别于其他的学科及控制理论的应用区别于其他的理论应用的关键，反馈使得控制系统在较大的程度上具备人类智能的诸多特点，可以实现控制系统在实际的应用过程中结构、参数及扰动等因素的不确定性给控制系统造成的影响，例如远距离通讯设备、进行隧道扫描的显微镜等具体的工程设备。

在控制理论与控制公工程的应用中，最优控制是现代化的控制理论非常核心的内容，利用最优控制所进行的研究是在满足相应的约束条件时，就最优控制策略进行寻求，进而取得性能指标的极大值或者是极小值，最终使控制系统在性能指标上可取得最优化效果所必须采用的基本条件及综合方法，即就受控的运动过程或动力学系统，从多个可选择的控制方案中寻求最佳的方案，从而使系统在运动状态由初始状态变为指定的目标状态时可以取得性能指标的最优化。在控制理论与控制工程的应用中，较为典型的两个标志性的研究方法便是PDI控制器及Kalman滤波器，这两个方法已经被成功的广泛应用于较多的实际系统中，但所开展的系统的稳定性及最优性都是就线性模型的证明，实际上这两种方法还可应用于一大类非线性系统的证明，相关的研究人员利用基于控制理论与控制系统的反馈机制所进行的定量研究工作就是围绕着这两种标志性方法。在现实生活中控制理论及控制工程最为典型的应用便是水槽内水位的控制及电加热器中的温度控制，该典型应用中的自动控制是利用自动化的高度及温度测试仪等进行预期的测控目标的实现。自动控制系统是为实现控制目标由被控制对象及自动化的仪表所组成的闭环系统，控制系统按照结构形式可分为开环控制系统、闭环控制系统及复合控制系统，三类不同的系统在具体的需求下都有着广泛的应用。

3 结语

控制理论及控制工程随着理论及支撑技术的不断完善，逐渐的由工农业及交通运输等较为传统的产业，向生物、信息、通讯、管理等较为新颖的产业中延伸，也必将在社会的发展中获取更广泛的应用。

参考文献

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可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller, PLC)具有可靠性高、抗干扰能力强、功能丰富等强大技术优势，已经成为目前自动化领域的主流控制系统。然而，从目前的应用情况来看，PLC还大都只是承担最基本的控制功能，如顺序控制、数据采集和PID反馈控制。各个PLC厂家也在其产品中设计了PID模块。虽然PID算法控制有很高的稳定性，但对于一些复杂控制系统，PID控制很难满足控制要求，这也使PLC的发展面临着一种挑战。随着越来越多的PLC产品与IEC1131-3标准兼容，PLC控制系统越来越开放，将先进控制算法嵌入PLC常规控制系统成为可能。本课题从工业控制实际应用角度出发，对PLC的控制功能进行深入的研究和探讨，以提高和扩展PLC控制器的应用水平和应用范围。本课题：PLC先进控制策略的研究与应用，其目的是通过研究使一些先进控制算法在PLC及组态系统上得以实现，并开发相应的应用程序，经过验证后最终应用到工业过程控制中去。

在PLC组态系统中实现先进控制算法，包括预测控制算法和模糊逻辑控制算法，形成具有人工智能的控制模块及网络系统，能大大提高系统的控制水平，改善控制质量。从经济角度来看，目前PLC生产商的一些产品具备先进控制模块，如模糊模块。但它们的价格十分昂贵，且封闭性较强，不适合我国中小型企业的工业改造。因此开发较为通用的先进算法实现技术，对于我国中小型企业的工业改造具有很大的意义，既可降低生产成本，又可提高经济效益。

模糊控制与预测控制是智能控制中技术较为成熟的分支，因此，研制和开发出适合工业环境的实时先进控制开发工具，实现模糊控制、预测控制嵌入PLC,与常规控制集成运行，让先进控制从教授、专家手中走出来，实现先进控制的工程化、实用化、转化为社会生产力，对缩短控制系统开发周期，加快先进控制技术的广泛应用，提高我国的工业自动化水平有着重大的意义。

2、论文综述/研究基础。

在过程工业界，从40年代开始，采用PID控制规律的单输入单输出简单反馈控制回路己成为过程控制的核心系统。目前，PID控制仍广泛应用，即便是在大量采用DCS控制的最现代的工业生产过程中，这类回路仍占总回路80%-90%.这是因为PID控制算法是对人的简单而有效操作的总结和模仿，足以维护一般过程的平稳操作与运行，而且这类算法简单且应用历史悠久，工业界比较熟悉且容易接受。

然而，单回路PID控制并不能适用于所有的过程和不同的要求[4}0 50年代开始，逐渐发展了串级、比值、前馈、均匀和Smith预估控制等复杂控制系统，即当时的先进控制系统，在很大程度上满足了单变量控制系统的一些特殊的控制要求。在工业生产过程中，仍有10%-20%的控制问题采用上述控制策略无法奏效，所涉及的被控过程往往具有强藕合性、不确定性、非线性、信息不完全性和大纯滞后等特性，并存在着苛刻的约束条件，更重要的是它们大多数是生产过程的核心部分，直接关系到产品的质量、生产率和成本等有关指标。随着过程工业日益走向大型化、连续化，对工业生产过程控制的品质提出了更高的要求，控制与经济效益的矛盾日趋尖锐，迫切需要一类合适的先进控制策略。自50年代末发展起来的以状态空间方法为主体的现代控制理论，为过程控制带来了状态反馈、输出反馈、解疆控制、自适应控制等一系列多变量控制系统设计方法}s}.上述多变量控制策略有其自身的不足之处，工业过程的复杂性使得建立其正确的数学模型比较困难。同时，计算机技术的持续发展使得计算机控制在工业生产过程中得到了广泛的应用，强大的计算能力可以用来求解过去认为是无法求解的问题，这一切都孕育着过程控制领域的新突破。

整个80年代，出现了许多约束模型预测控制的工程化软件包。通过在模型识别、优化算法、控制结构分析、参数整定和有关稳定性和鲁棒性研究等一系列工作，基于模型控制的理论体系己基本形成，并成为目前过程控制应用最成功，也最有前途的先进控制策略。近年来，人工智能技术有了长足的长进并在许多科学与工程领域中取得了较广泛的应用。就过程控制而言，专家系统、神经网络、模糊系统是最有潜力的三种工具。专家系统可望在过程故障诊断、监督控制、检测仪表和控制回路有效性检验中获得成功应用。神经网络则可以为复杂的非线性过程的建模提供有效的方法，进而可用于过程软测量和控制系统的设计上。模糊系统不仅是行之有效的模糊控制理论基础，而且有望成为表达确定性和不确定性两类混合并提炼这些经验使之成为知识进而改进以后的控制，也将是先进控制的重要内容。

由于先进控制受控制算法的复杂性和计算机硬件两方面因素的影响，早期的先进控制算法通常是在PC机和UNIX机上实施的。随着DCS功能的不断增强，更多的先进控制策略可以与基本控制回路一起在DCS控制站上实现。国外发达国家几乎所有企业都采用了DCS系统或其它智能化设备来实现对生产过程的控制，并在此基础上通过实施先进控制与优化较大的提升了系统的性能。可以说，高性能控制系统，尤其是DCS系统的普及为先进控制的应用提供了强有力的硬件和软件平台。国外从70年代末就开始了先进控制技术商品化软件的开发及应用，并在DCS的基础上实现先进控制和优化。如爱默生公司的DeltaV和Honeywell公司的TDC3000,其先进控制软件RMPGT和RPID等在现场的实际应用都集中在自己的DCS系统上。传统的PLC由于不支持浮点运算以及先进控制所必须的精确的时间，因此，除了模糊逻辑控制外，其他的先进控制并没有在PLG平台上实现。然而，在过程工业中大多系统使用先进灵活的PLC控制系统，因此1996年Barnes提出了一种基于PC-PLC通讯的混合方式，通过控制网络实现计算机与PLG的通讯，从而实现先进控制。

3、参考文献。

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4、论文提纲。

第一章前言

1. I论文研究的目的和意义

1. 2论文研究的主要内容及工作简述

1. 3国内外文献综述

I. 3. 1先进控制的发展及现状

1 .3 . 2 PLC在工业控制领域的应用

1.3 . 3 PLC基本控制方法

1. 3. 4 PLC模糊控制器

I. 3. 5 PLC预测控制算法

第二章SIMATIC S7-300 PLC及STEP7系统

2.1 SIMATIC 57-300 PLC系统

2.1.1 S7-300 PLC

2.1.2 S7-300 PLC控制系统

2.2 STEP7系统

2.2.1 STEP7功能及结构

2.2.2组态环境及编程语言

2.2.3基本控制算法的实现二

第三章PLC模糊控制器的研究与实现

3.1模糊控制算法与系统

3.1.1模糊控制理论

3.1.2模糊控制系统

3.1.2.1模糊控制器的组成

3.1.2.2模糊控制算法

3.1.2.3模糊控制器的结构

3.2 PLC模糊控制器设计

3.2.1 PLC模糊控制器结构

3.2.2模糊控制器离线部分设计

3.2.2.1模糊控制器离线部分算法设计内容

3.2.2.2基于MATLAB模糊逻辑工具箱的设计

3.2.3 STEP7实现模糊控制器设计

3.2.3.1模糊算法流程图

3.2.3.2模糊算法的功能块

3.2.4 PLC模糊控制器的仿真验证

3.2.4.1仿真系统的建立

3.2.4.2仿真结果验证

第四章PLC预测控制器的研究与实现

4.1广义预测控制算法

4.1.1单值广义预测控制

4.1.2单值广义预测控制律计算

4.2 PLC单值广义预测控制器的设计与实现

4.2.1单值广义预测算法的实现步骤

4.2.2单值广义预测控制器的设计

4.3单值广义预测控制器的仿真验证

4.3.1仿真模型的建立

4.3.2仿真结果分析比较

第五章基于PLC的空调性能检测实验室计算机控制系统

5.1工艺流程与控制方案

5.1.1工艺过程简述

5.1.2控制要求

5.1.3控制方案设计

5.2控制系统结构及配置

5.3监控系统组态设计

5.4 57-300 PLC控制系统设计

5.4.1硬件系统组态

5.4.2 PLC控制程序设计

5、论文的理论依据、研究方法、研究内容。

目前，PLC的应用十分广泛，涉及到过程控制的方方面面。但在控制策略上，它依然沿用传统的PID控制。许多PLC开发商把PID算法做成模块，固化在PLC中。

但从长远角度看，对于一些复杂的控制系统，PID很难满足控制要求，这就需要把先进的控制算法嵌入到PLC的设计中。本课题以此为主要研究内容。

工业过程的复杂性以及对于控制日益提高的要求，各种先进控制算法越来越多地深入到控制领域，但由于PLC的编程目前还限于低级语言(如梯形图)，所以，给在PLC上实现先进控制算法带来了困难。SIEMENS在PLC的编程系统STEP7中提供了比较丰富的功能模块，因此，本课题首先是通过对控制算法的研究与改进和对STEP?功能的开发，使先进控制策略在S7-300 PLC上得以较好的实现。本论文重点研究基于PLC的模糊控制器的实现，这一领域目前研究的比较多，因此在总结前人研究方法的基础上，设计出一个基于PLC的通用的模糊控制器，并使其固化在STEP7软件中。此外，对于PLC预测控制虽已有一些研究，但都仅限于理论方面，尚未给出PLC上实现的实例。本课题也想在此方面有所创新，开发出基于PLC的预测控制实现技术。

本论文第一章简要介绍了课题的来源背景、主要内容、目的意义以及国外相关工作的研究状况等。

第二章介绍了SIMATIC S7-300 PLC的主要特点，系统组成及控制系统的配置与实现，同时介绍了STEP?软件的功能及结构，组态环境，以及一些基本算法的实现方法。

第三章重点阐述了模糊控制的基本理论、模糊控制算法、模糊控制器的结构及设计方法。提出了基于PLC的模糊控制器的实现方法，即采用MATLAB离线设计，PLC在线查询的方式。给出了STEP?实现模糊算法的流程图及部分程序。

最后建立一个过程仿真系统，对PLC模糊控制器进行仿真验证。

第四章介绍了预测控制的基本理论，重点阐述了广义预测控制算法，并结合PLC的特点，提出了基于PLC的单值广义预测控制器的设计方法，给出了STEP7实现单值广义预测算法的步骤与流程图。最后建立一个二阶大滞后的对象模型，构成仿真控制系统，与PID控制进行比较分析，验证PLC预测控制器的有效性。

第五章是作者在研究生期间参加的某空调性能检测实验室基于PLC实现的计算机控制系统，从系统控制方案的设计、系统配置和硬件构成、监控系统的设计等几个方面分别进行了详细的论述。

第六章结论与体会，总结自己在课题研究和项目研究的过程中的一些体会和心得，分析了工作中的不足，提出了以后工作的注意事项，改进方法。

6、研究条件和可能存在的问题。

I.尽快建立样板工程，把己经取得的研究成果应用到工程实际过程中，通过实践检验，发现问题以便不断改进和提高。

2. PLC预测控制器目前只应用了简单的单值广义预测算法，有其自身的局限性，如控制精度不高。目前，应用较为成熟的是MPC算法，因此可以把PLC-MPC控制器作为今后研究的一个重点。

3.对于PLC模糊控制器的改进，主要是在算法上，为了提高控制效果，单纯的模糊算法是不足的，改进型模糊算法如模糊PID可以改善控制器性能，因此可以开发PLC模糊PID控制器。

4.进一步挖掘STEP?软件的功能，开发过程对象仿真模块，给出基于PLC建立仿真系统的方法和步骤，为工业实阮应用缩短调试时间，保证系统的可靠性。

7、预期的结果。

1.通过对先进控制各种算法的分析比较，对先进控制理论有了进一步认识，从中学到了不少解决问题的方法，理解了传统控制方法与先进控制方法的区别。

2.基于PLC实现先进控制与基于PC实现先进控制相比较，最重要的一个优势在于PLC实现先进控制不需要通讯协议，而基于PC实现先进控制，在系统设计和运行之前必须正确的配置PC与PLC之间的通讯协议，因此可以降低系统得开发时间。其次，在系统运行时，在下位机上完成先进控制算法比在上位机完成更具有实时性。在可靠性方面，由于基于PC实现先进控制，现场的数据和信号要经过通讯传给上位机，这难免会出现数据的丢失和信号的误差，从而使系统的控制精度下降，而基于PLC实现先进控制避免了这类现象的发生。

3.西门子57-300 PLC功能强、处理速度快、模块化结构易于扩展，被广泛的应用于自动化控制系统中;其相应开发软件STEP7采用模块化编程方法，提供多种编程语言，丰富的功能模块，能实现较为复杂的功能和算法。因此二者结合 起来，为先进控制的设计与开发提供了很好的软硬件平台。

4. PLC模糊控制器采用MTALAB离线设计和PLC在线查表的方法，把复杂的模糊推理过程交给计算机离线完成，得到模糊控制量查询表供PLC在线调用。此方法将复杂琐碎的模糊控制系统的开发工作变得简单明了，大大缩短了开发周期，同时也提高的PLC控制的实时性，是目前被广泛采用且效果良好的PLC模糊控制器的设计方法。

5. PLC单值广义预测控制器采用简单实用的单值广义预测控制算法，它需要调整参数少、在线计算时间短，可适用于PLC类控制采样周期较短的快速动态过程系统。仿真结果表明：PLC单值广义预测控制器保持了预测控制的性能，控制效果较PID控制有很大改善，同时具有计算量小，响应迅速的优点。

8、论文写作进度安排。

20XX.05-20XX.06 开论文会议

20XX.06-20XX.07 确定论文题目

20XX.07-20XX.02 提交开题报告初稿

过程控制系统论文篇4

控制工程是处理自动控制系统各种工程实现问题的综合性工程技术。包括对自动控制系统提出要求、进行设计、构造、运行、分析、检验等过程。它是在电气工程和机械工程的基础上发展起来的。控制工程普遍使用频域法和状态空间法。其理论和处理方法涉及许多方面，从线性控制到非线性控制，从单变量控制到多变量控制，从连续控制到采样控制，控制工程从定常控制到随机控制，从一般的反馈控制到自适应控制等。通常，电子计算机是实现大型控制工程的核心。控制工程的应用范围早期主要是工业生产过程和武器系统，后来扩展到企业管理、城市规划、交通管制、生物控制、社会经济的计划和控制等领域。

培养从事设备制造及生产，工程施工，经济社会系统运行中的控制系统设备、控制装置的设计、研发、管理的高级工程技术人才。控制工程领域工程硕士要求掌握现代控制领域的基础理论、方法和技术。具有从事实际控制系统、设备或装置的开发设计能力、工艺设计和实施能力及使用维护等能力。更重要的应具有一定实际工作经验，能解决工程实际中出现实际问题，掌握一门外语，能够顺利阅读本工程领域的科技资料及文献。

二、控制理论与控制工程的产生及发展

控制理论作为对社会发展具有重要影响意义的学科，其产生起源可上溯至十八世纪发生在英国的技术革命中，瓦特在蒸汽机的发明之后，将离心式非锤调速器的相关控制原理应用于蒸汽机转速的控制中，开创出以蒸汽作为原动力的机械化格局，而之后的工程界逐渐的将控制理论应用于调速系统稳定性的研究中，通信技术和信息处理技术的高速发展，使得电气工程师们不断的研究出更为科学全面的控制系统分析方法，实现了控制系统的条件稳定性及开环不稳定性的分析研究，而控制理论的创始人于1948年所发表的控制理论的相关著作，就控制理论的相关方法所进行得阐述，推动反馈概念的应用并为控制理论的形成奠定下坚实的基础。

在科技的不断生产发展中，基于控制理论与控制工程的控制技术也在不断的完善，尤其是在计算机技术的不断推动之下，控制理论与控制工程拥有着更深入的发展。就控制理论与控制工程的整体发展历程而言，可大体上划分为三个主要的阶段，其中第一阶段为20世纪的40至60年代，是古典控制理论的形成及发展时期，主要进行单输入及单输出问题的解决，多采用以频率特性、传递函数及根轨迹等作为基础的频域分析法进行系统的研究，而主要进行研究的系统是线性的定长系统，进行非线性系统分析的过程中所选用的相平面法要求变量不能超出两个，该控制理论可实现生产过程中的多种单输入单输出类问题的有效解决。第二个阶段为20世纪60年代到70年代的现代控制理论的形成与发展阶段，该阶段已经步入空间技术时期，控制工程也向性能更高的方向上发展，数字计算机的配合应用，实现了分析设计及实施控制，但时变、多输出多输入及非线性等较为复杂的系统控制内容使古典控制理论呈现出局限性，而最优控制方法在该阶段中提出，使现代控制理论更为完善。第三个阶段是20世纪70年代到目前为止的大系统控制理论及智能控制理论时期，其中大系统控制理论是控制理论就广度上的扩展，利用控制及信息的相关观点进行大系统其结构方案及总体设计，进行的是分解方法及协调处理的相关基础性技术理论的研究；智能控制理论是控制理论就深度上的扩展，进行人类智能化活动、控制信息传递的规律等的研究，并就仿智能化的工程控制系统及信息处理系统等进行研制。

三、控制工程及工程应用

在进入21世纪以来，以计算机技术、通信技术及控制技术为典型代表的IT产业的发展及普及中，核心是计算机技术，关键是通信技术，而基础是控制技术，使得控制学科逐渐的发展成为基础性的科学，控制系统与控制工程中的系统结构、系统稳定、反馈调节及智能系统的相关思想及理论，在自然学科下的多种科学领域获取广泛应用的同时，在人文等学科中也有着广泛的应用体现，基于该现象，某些专家甚至指出控制理论与控制工程已不再是单纯的学科，已逐渐的发展成为较为全面和系统的世界观、方法论。控制理论与控制工程所具有的显著特点是，某些基本的概念同时具有普适性及独特性。在控制理论与控制工程的应用中，两个概念是应用的关键及核心，首先是系统概念的应用，在当前社会的发展中系统问题已变得非常重要和突出，尤其是全社会范围内所进行的复杂性系统及复杂性科学课题的研究及应用，这是控制理论在现代科学中应用的必然发展，应用控制理论不仅要进行结构及性质的分析，还要进行系统运行状态的调控；其次是反馈概念的应用，这是控制理论区别于其他的学科及控制理论的应用区别于其他的理论应用的关键，反馈使得控制系统在较大的程度上具备人类智能的诸多特点，可以实现控制系统在实际的应用过程中结构、参数及扰动等因素的不确定性给控制系统造成的影响，例如远距离通讯设备、进行隧道扫描的显微镜等具体的工程设备。

在控制理论与控制公工程的应用中，最优控制是现代化的控制理论非常核心的内容，利用最优控制所进行的研究是在满足相应的约束条件时，就最优控制策略进行寻求，进而取得性能指标的极大值或者是极小值，最终使控制系统在性能指标上可取得最优化效果所必须采用的基本条件及综合方法，即就受控的运动过程或动力学系统，从多个可选择的控制方案中寻求最佳的方案，从而使系统在运动状态由初始状态变为指定的目标状态时可以取得性能指标的最优化。

过程控制系统论文篇5

“线性系统理论”是控制科学与工程专业、机电类专业以及其他研究生专业的一门非常重要的专业课程。在控制系统理论的研究领域中，线性系统是研究的主要对象，而在此基础上形成的线性系统理论是现代控制理论中最基本、最重要也最成熟的一个分支，所涉及的内容包括生产过程控制、信息处理、通信系统、网络系统等多个方面。线性系统理论所涉及的概念、方法、原理和结论对于系统和控制理论的许多学科分支，如最优控制、随机控制、非线性控制、系统辨识、信号处理、故障检测和滤波等都具有十分重要的作用[1]，[2]。作为控制工程与控制科学方向研究生从事科研的一门基础课程，开设“线性系统理论”课程的目的就是培养其运用所学到的专业基础知识，包括控制理论，机电课程，电子技术等，以解决实际问题[3]，[4]。该课程的开设，不仅可以帮助他们开展科研工作，还对他们今后从事本专业工作奠定了很好的基础。

“线性系统理论”课程在国内许多控制学科的研究生专业都有开设，无论在教学内容、教学方法和手段、学生实践等方面都各有所长，有许多值得我们学习，也为我们进行教学提供了参考依据。安徽大学电气工程与自动化学院，现设有控制理论与控制工程，检测技术与自动化转置以及模式识别和智能系统等硕士研究生专业。自开展“线性系统理论”课程以来，一直得到学生们的支持。实际上，很多院校“线性系统理论”教学都会存在或多或少的问题，主要有：1.1忽视了实验教学环节，理论课程远远多于实践课程，导致理论与实践脱节；1.2教学内容相对简单，实验课时非常少，导致学生做科研时，不能学以致用。研究生教育作为我国教育结构中最高层次的教育，肩负着为现代化建设培养高素质、高层次人才的重任。研究生的教育主要包含课程学习和学位论文研究两个重要阶段，其实就是学和做两个层面。所以，我们在对研究生学习能力、创新精神的培养同时，也必须对他们的课程学习阶段予以同等重视。因此，我们在教学过程中，需要结合线性系统理论课程的特点，有意识、有目的、针对性地把系统控制理论中的研究方法贯穿于教学中。

本文拟从理论教学和实践教学两个方面，有针对性地对线性系统理论的教学工作进行课程教改探讨，以增强教学的效果。以期对研究生进行学习、研究问题方法的培养和熏陶。并加强实践教学，提高学生理论和实际操作的能力，更好地为研究生的科研工作服务。

2.理论教学的改革分析

2.1形成完整的理论教学体系。

实际上，“线性系统理论”可以看成本科课程“自动控制原理”、“现代控制理论”和“控制系统仿真”等课程的延伸。那么，怎么样将这些本科课程进行整合，并结合各个具体研究生专业，有机地处理好各课程之间的关系，是亟待解决问题。因此，在进行本课程教学时，需要结合不同专业，加入能反映或联系学科的新思想、新概念和新成果，构建并完善由经典控制理论与线性系统理论基础为主组成的控制理论课程体系，为相应的研究生研究专业和方向服务。同时，要避免与本科课程的重复，增设相关研究方向的内容、完善课程体系，以适应了学科发展需要，更有利于研究生人才的培养。以下分别从课程研究方法和教学方法两个方面进行阐述。

2.1.1课程研究方法分析。

线性系统理论着重于研究线性系统状态的运动规律和改变这种运动规律的可能性和方法，以建立和揭示系统结构、参数、行为和性能间的确定和定量的关系，即研究系统的分析和综合问题。由于线性系统的数学模型主要包括时间域模型和频率域模型，所以综合线性系统的发展过程（主要包括经典线性理论和现代线性理论两个过程），主要的研究方法包括状态空间法、几何理论法、代数理论法和多变量频域法四个方面。

状态空间法是线性系统理论形成最早和影响最广泛的一个分支，分析的对象是系统的状态方程和输出方程，属于时间域方法，主要的数学基础是线性代数和矩阵理论。几何理论法就是将对线性系统的研究转化为状态空间中的几何问题，并采用几何语言对系统进行描述，分析和综合，其数学工具是以几何形式表述的线性代数。代数理论法即采用抽象代数工具表征和研究线性系统，该方法起源于卡尔曼，并在模论方法的影响下，形成了相应的线性系统代数理论。而多变量频域法，其实质是以状态空间为基础，采用频率域的系统描述和计算方法，分析和综合线性时不变系统，主要包括简单的频率域方法和多项式矩阵方法。相比较状态空间法而言，多变量频域法物理直观性强，便于综合和调整。

2.1.2教学方法。

从线性系统理论和研究方法可知，其研究基础以线性代数和微分方程为主要数学工具，并以状态空间法为基础来分析与设计控制系统，内容比较抽象，涉及的研究方法很多。因为，为突出问题的背景和增强说服力，我们在教学过程中增加工程实际系统范例，并通过对实际系统的讲解给出抽象的定义，使得抽象的理论概念与实际系统相结合。这样，可以让学生在学习理论知识的同时，做到理论与实践相结合，适应专业发展需要。我们的课程教学团队在授课过程中，将倒立摆、双容水箱、机械手和电力系统等复杂的控制系统作为例子始终贯串在整个教学过程中，并在各个章节的教学中加以深化。采用机理建模方法建立这些复杂系统的数学模型，并通过线性化分析方法建立系统的状态控制表达式，并根据各个章节的教学内容分析研究，主要包括判别能控性和能观测性；判别系统的稳定性；设计出状态反馈控制器和观测器，进行极点配置分析；设计镇定控制器和二次型优化控制器，进行优化控制等等。通过各个章节循序渐进的学习，以达到理论和实际的结合。不仅有助于将实际系统贯彻到理论学习中，也有助于学生对抽象理论知识的理解和学习，得到了学生的普遍欢迎。

3.实践教学的改革分析

3.1多媒体教学和仿真实验工具结合。

我们的课程教学团队在授课过程中，主要结合多媒体技术、板书推导和教师讲解三个方面进行教学。很多画图和表格可以通过使用多媒体课件来展示，这样既减少板书量，又增加了教师课堂讲解的时间，提高了课堂教学效率。对一些重要的公式推导和理论证明，通过板书书写，可以让学生跟着老师的思路，加强学习。而且，我们可以利用多媒体技术在课堂上借助Matlab/Simulink[5]、VRML、CACSD和CAI等仿真平台，适当地插入有仿真工具编程实现一个实际系统的数学模型的表示、能控性能观性和稳定性分析，以及状态反馈实现极点控制等。其实通过这些仿真工具的课堂教学引入，不仅可以很方便地求解高阶系统的状态转移阵、特征值和特征向量等，还可以借助仿真教学辅助方式，使学生从实际的程序分析和图形描述中更形象地理解和掌握现代控制理论分析系统的方法，从而激发他们的学习兴趣。很多学生表示，通过多媒体技术、板书推导和教师讲解三个方面的教学，并结合实验仿真的动态演示，极大地激发了他们的学习热情和兴趣。

3.2网络资源学习和数据库资源利用。

为了学生更好地消化和吸收课堂内容，我们的课程教学团队拟建立相应的教学网站，学生通过教学网站获取学习资料，包括课程课件，教学教案，习题答案和实验指导等，还可能通过网络工具和教师进行在线交流和讨论。通过这种网上学习和交流，可以进一步巩固学习，加大学习空间。同时，作为研究生，必须会使用数据库资源进行科研学习。对此，我们通过课程论文写作环节的训练，使得学生掌握了利用网络电子资源，如中国知网、万方数据库、Springer、Elsevier、IEEE/IEE和ISI等数据库进行检索文献的方法。虽然加大了本课程学习的难度，但是为攻读学位期间顺利发表核心期刊论文奠定了基础，受到了学生的一致好评。

3.3教学实验和教学实践。

根据课程的安排，我们课程教学团队的教学实验主要包括基础性实验和设计性实验。其中，基础性实验主要是通过Matlab/Simulink等仿真平台的应用，研究线性系统的动力学分析，系统的能控制和能观测性分析、稳定性分析、极点配置和观测器设计等。综合性研究性实验包括直线倒立摆的控制实验。对于设计性实验，让学生自己提出实验方案，并选择合适的控制方法，自己动手设计实验程序，并进行实验结果测试验证，主要包括直线倒立摆的控制，双容水箱的控制和机械手臂的运动轨迹优化设计等。

在加强学生基本工程实践能力培养的同时，鼓励学生走出课堂，到专业实验室、校企共建实验实习基地和校外工厂的自动化生产线参观学习，了解所从事专业的特点，明确科学研究生产实践与所学课程的关系，开阔视野，提高学习兴趣，并增强学习意识。

4.结语

本文针对线性控制理论课程的特点，并结合我们的教学团队，提出了本课程在理论教学和实践教学中的一些改革举措，并通过本校的实际情况进行了分析说明。从目前的情况而言，不少学生反映效果很好。课程教改是一个需要不断完善的过程，永无止境。我们需要在教学过程中，不断地加快教学改革，改进教学方法，提高教学质量，为国家培养更多的优秀的研究生人才。

参考文献：

[1]刘晓云，徐红兵.线性系统理论课程创造性教学初探[J].高等教育研究，1999，15（4）：73-75.

[2]祝晓才，张明，辛华.“线性系统理论”实践教学的改革[J].实验室研究与探索，2011，30（8）：130-134.

[3]齐晓慧，王敬.线性系统理论教学与研究生科学方法论培养[J].科教文汇，2009，2：44.

过程控制系统论文篇6

一、“知识-模型”说

控制论认识论的基本观点是知识即模型。一个系统有知识就是该系统建构了被感知的外部环境的模型。因为现实世界很复杂，要想认识和控制它，人们必须对它抽象，建立关于它的模型，一系列的模型就构成了对世界的知识。

这种观点最早出现在早期黑箱理论中。维纳和另一个控制论奠基者艾什比的著作中都有这方面的论述。艾什比《控制论导论》第六章讨论的就是黑箱问题。黑箱理论中的“黑箱”就是认知客体，所谓黑即不为人了解或认识。认识黑箱就是建构它的模型，在不影响黑箱原有结构的情况下，向黑箱输入物质、能量或信息，从而得到相应的输出。根据输入和输出的对比能得到黑箱的若干可能结构，建立关于黑箱的模型。随着输入输出的增多，黑箱的理性模型也逐渐完善，从相对简单的、高度抽象的模型发展为比较复杂的、更加具体化的模型[1]。

知识即模型这个观点在1970年代以来的控制论专家中得到更进一步地贯彻，他们对控制过程的动态分析以模型为基础。控制论研究对象包括两个系统，控制者系统和被控制系统，或者建模系统和被建模系统，前者在认识论意义上即认知主体，后者也被称为环境、外界、世界等等。它们之间会有相互作用，大量信息从环境流到控制系统，控制系统采取的行动作用于环境，构成一个反馈环。控制过程中的认识大致是这样的:系统观察或感知那些对它的最优状态发生影响的外界变量，感知过程就是系统对外界建立模型的过程，感知生成了对外部状况的内部表现。这种新的控制论的模型具有下面一些特点:

第一、模型是用来预测世界的工具。主体控制外界的过程中模型起着十分重要的作用。模型不是对环境静态的、机械的反映，而是动态的建构。由于模型要比它反映的环境简单，这样它的运行要比它反映的环境领先一步，因而主体即控制者系统能做出预见。系统可以在干扰还没有对它造成破坏之前，提前做出补偿行动。

第二、同样的外界环境，模型可以有很多，不存在实在的“绝对真实”的模型。建立模型是从世界到模型之间的一种对应，对应好像是世界中的客体和它们在模型中的表现之间客观一致。实际并非如此，否则的话主体能动性就没有了任何地位。认识论上的机械反映论把真实的知识视为不依赖观察者和外部实在的完美反映。但控制论的认识论本质上跟它是不同的，具体表现为两个方面:1.它不承认认识的目的是发现外部的客观世界。2.系统对外界的认识是有目的的认识，它只是感知对自己目标的潜在干扰的前兆。它的主体性很明显，不关心也无法获知客观存在于外在世界的东西。

二、“认知-建构”说

如果知识是模型，那么认知过程就是一个建立模型的过程。控制论的认识论本质上是一种建构主义的认识论。根据建构主义认识论，认识并非是主体对客体实在的简单的、被动的反映(镜面式反映)，而是一个主动的建构活动，这就是说，所有的知识都是主体建构出来，在这一点上它是与机械反映论的认识论直接相对立的。它的另一特点就是在建构的过程中主体已有的认知结构发挥了特别重要的作用，此处它仍区别于机械反映论。建构主义认识论反对心灵白板说。主体能够对知识建构逻辑上要求主体在认识之前有一套“建构的工具”，心灵因而不是一块白板而是具有某种构成。

康德认识论差不多是最早的建构主义认识论。在康德那里，这样的一套“建构工具”就是他所谓的“我们固有的知识能力”。他认为这是先天的东西，认识过程就是主体把先天形式加诸感性材料的过程。控制论认识论中也不难发现这样的建构工具。在1970年代美国控制论专家鲍威斯的感知控制论里我们很容易能找到这种建构工具，它就是控制系统的基准信号。基准信号和下面要提到的感知信号、偏差信号一样都是神经信号，是在神经细胞中传输的电脉冲，但是它占着支配地位。基准信号相当于控制系统行动的目的。

感知控制论研究对象是人体这个控制系统。控制的基本进程是这样的:人通过传感器得到外界信息，此即感知过程。感知是有选择的，由基准信号来指导，主体只是对它的环境的某些特定方面进行反应。传感器模拟变量的状态产生了感知信号，在系统内部感知信号与基准信号相比较，比较结果输出为偏差信号;偏差信号使得系统产生行动即输出，实现控制。感知信号如果没有相应的基准信号指导，就是盲目的、杂乱的，不会得到理解，也不会有相应的行动。真正的控制过程不会有那样的情况，它必需有基准信号，基准信号规定感知信号的种类、大小，进而决定了控制过程。控制过程就是基准信号对感知的约束过程。正常运作的控制系统里感知信号和基准信号一致，所以我们说控制系统通过基准信号建构了它的外部世界模型，它对外部世界的控制实际上是对模型的控制。

感知信号与基准信号一致可以是感知信号向基准信号靠拢，我们还可以设想基准信号趋向于感知信号。后一种情况即基准信号的变动由上一层的控制系统来决定。高层的基准信号总要比低层的基准信号稳定，最高层的基准信号就不是个体所能变更的了，它来自于基因，是亿万年就生物进化的结果。鲍威斯的神经系统各个认知的模型就是康德的“范畴”，它是康德意义上的先天形式。

三、控制论认识论中的目的

认识是主体对环境的有目的建构。控制论对目的的全新解释改变了之前学者对目的的不公正的态度，同时也丰富了建构主义认识论。

近代科学具有机械论的特征，把目的看作是非科学的东西，从而把它排除在研究范围之外。尤其是活力论所说的目的性把合理的目的论声誉败坏之后，正统的科学家很少涉足目的论领域。活力论者断言，生命过程中的明显的目的性现象是无法用物理或化学的方式加以说明的，因而只能归因于神秘的活力、灵魂、生命力之类的东西。在生物学史上最有名的活力论者是杜里舒(HansDriesch)，他的最重要论据是海胆胚胎的早期发育实验。这个实验表明个体发育具有明显的目标取向和等结果性。无论用一个完整的卵，或半个卵还是两个卵合并的卵作原料，最终结果相等:都是一个完整的海胆个体。于是杜里舒断言，这个生命过程的目的性只能归因于超自然的活力。

这样占主导地位的近代科学家在反对神秘的超自然的活力论时，连同一切合理形式的目的论也统统一起抛弃掉了。弗兰克(L.Frank)等人在1948年的一次控制论会议上对此作了很好的说明:“目的性行为和目的论的概念长期以来与神秘的、自我完善的、自动寻觅的能力或终极原因联系在一起，通常具有超人或超自然的起源。进展到事实的研究，科学思想不得不拒绝关于目的的那些信条和目的论的那些概念，而赞成一种严格机械决定的自然观。”[2]

现代系统科学的兴起，从科学的角度给予目的概念以新的解释，把“目的”带到科学的殿堂。贝塔朗菲把目的性问题看作一般系统论的最基本问题之一来加以讨论。他所谓的等终极性(果决性)就是目的性。贝塔朗菲认为，作为绝大多数无生命系统的基本对立标志的目的性，首先就是与系统的开放性相联系的，开放系统才有异因同果或等终极性。“对开放系统行为的研究导致自然哲学上具有深远意义的结果:在生命事件中尤为明显的目标追求性的等终极形式，是从作为一个开放系统的有机体的特性中必然地合乎规律地得出的，而人们曾把目标追求看作只有活力论才能得到解释的生命本质。”[3]

维纳等人对目的性行为的研究得出一个重要的结论，人的随意活动中的一个极端重要的因素就是控制工程师们所谓的反馈作用。就是说，从结构上看，技术系统与生物系统都具有反馈回路，表现在功能上则是它们都具有自动调节与控制的功能。说得更具体一些，由于负反馈使得一个控制过程得以趋近其目标值(目的)，因此，“一切有目的的行为都可以看作需要负反馈的行为。”[4]这就是说，行为、目的以及控制都是以系统的反馈为基础的。他们还写道:“目的性行为成了受负反馈控制的行为的同义语，它由于充分限制了内涵而得到了精确的含义。按照这个作为限制的定义，目的论与决定论不是对立的。”[5]

所以我们可以说控制系统的认知都是有目的的行为，因为它们无一例外的都是反馈行为。鲍威斯的认知系统是一个典型的控制论认知系统，我们可以明显地从中看到这个反馈环的存在。控制论认知系统是一个闭合的环路，其中描述的系统是一个闭环系统，系统的输出端与输入端存在反馈，系统的输出能够影响输入，使得系统的基准信号能够和输入信号一致，系统的目的得以实现。

四、结语

控制论在认识论上给予主体极大的自主空间，并从反馈的角度给目的性以解释。这使认知主体能动性有了一个更牢靠的科学基础。控制论的建构主义认识论给我们提供一种新的视野，即使我们不能从中完全把握复杂世界，它仍不失为理解复杂世界的一种途径。

参考文献

[1]庞元正，李建华.《系统论控制论信息论经典文献选编》北京:求实出版社1989年版，第294页

[2]贝塔朗菲《一般系统论》，林康义、魏宏森译，北京:清华大学出版社1987版，第14页

过程控制系统论文篇7

matlab是矩阵实验室(matrix laboratory)的简称,是美国mathworks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括matlab和simulink两大部分。matlab作为现代数学计算和计算机模拟仿真的应用软件,将高性能的数值计算可视化,提供了大量的内置函数．从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域,已经成为工科学生一门必备的数学工具。本文将机械工程控制的数学建模问题通过matlab来实现,将传统的问题通过现代化的工具实现,以显示matlab在机械控制工程中处理问题的快捷性与优越性。

2 机电控制课程特点

机械控制工程基础是一门多学科交叉的基础课程,机电控制工程基础的基本问题是:建立系统的数学模型;系统分析计算;综合校正确定控制规律。本课程的基本任务,是使学生获得机电控制系统的基本理论,掌握系统的基本分析方法和计算方法。为设计机电控制系统及后继课程的学习和进一步研究学习控制理论打下一定的基础。本课程中应用的数学较多,在控制理论书籍中使用了大量的数学,使得大多数机械类学生学习控制工程感到抽象和困难,对学习这些理论的目的性缺乏认识,影响了学习兴趣,学习效果欠佳。为帮助学生更好地理解基本概念,掌握基本理论和基本方法,将matlab先进控制软件工具以及教改和教学研究成果及学科最新发展引入教学,使学生加深对经典控制理论的理解。仿真实验内容丰富灵活,弥补了传统实验的不足。学生可不受实验室的限制,只要有计算机,何时何地就能进行。从应用情况看,基于matlab的自动控制原理仿真起到了很好的辅助教学的作用,能把抽象的理论知识与可视的图形结合起来,深化理论知识。

3 运用matlab实现系统分析范例

matlab作为一种高性数值能计算软件,其系统控制工具箱主要处理以传递函数为主要特征的经典控制和以状态空间为主要特征的现代控制中的问题。该工具箱对控制系统的建模、分析和设计提供了一个完整的解决方案,是matlab最有力和最基本的工具箱之一。其功能包括系统建模、系统分析、系统设计。在工程控制中有很重要的影响。而早期的控制系统分析过程复杂而耗时,如想得到一个系统的冲激响应曲线,首先需要编写一个求解微分方程的子程序,然后将已经获得的系统模型输入计算机,通过计算机的运算获得冲激响应的响应数据,然后再编写一个绘图程序,将数据绘制成可供工程分析的响应曲线。所以matlab控制系统工具箱和simulink辅助环境的出

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现,给控制系统分析带来了福音,只需要几个命令就可实现复杂的人工工作,如图1所示的伯德图与奈奎斯特图的绘制。 论文联盟

4 实践课程教学改革的实施

为了突出重点,突破难点,在课程教学中尽量运用matlab进行范例解析,形象地向学生展现机械控制工程中生硬晦涩的数学内容。为了让学生加强对教学重点的掌握和难点的理解,实现教学目标,由浅入深分阶段实施实践教学。

首先是范例分析阶段:由任课教师提供典型范例,进行深入细致的讲解,并针对不同知识点设计课程作业,深入浅出的帮助学生完成从理论到实践的过渡,使学生掌握最基本的专业技能和基本理论。

过程控制系统论文篇8

随着微电子技术以及超大规模集成电路的快速发展，现代计算机技术和自动化技术等影响人们生活、工作等各个方面，尤其是在机电一体化产业领域，目前机电一体化产业已经广泛应用到各种工业和生产过程，并且对控制的效果要求也越来越高。现代许多的工业生产过程或者生产对象具有多层次、时变性、非线性、交叉性、多因素等不确定性，很难建立精确的数学模型，即使是对一些复杂的控制对象导出了数学模型，但是由于该数学模型过于复杂，也很难实现有效地控制，不利于人们使用。

智能控制的诞生和高速发展，恰好为解决以上各种问题提供了合适的方法和技术。目前，越来越多的智能控制在机电一体化系统的工作过程中得到了应用，智能控制在机电一体化系统中的发展研究也越来越受到关注。本文鉴于笔者的个人经验，详细的介绍了目前智能控制在机电一体化系统中的应用研究。

1智能控制简介

随着控制理论的发展，智能控制针对传统控制理论的缺陷而提出，是控制理论发展的高级阶段，其与传统控制理论不同，可以解决复杂多样的控制人物，适合用于基于精确数学模型的传统控制方法不能解决的复杂系统的控制过程。

智能控制理论是多学科交叉形成的，其包含控制理论、计算机科学、运筹学和人工智能等多个学科，智能控制理论具有非常先进的组织功能，具有较强的学习功能和适应功能。目前，随着智能控制理论发展形成的智能控制理论主要包括以下几种：模糊控制、专家控制、神经网络控制、分级递阶智能控制和集成智能控制。人们将其有机结合或者组织在一起而构成了以下几种智能控制方法：组合控制方法，既是将智能控制和传统控制有机组合，形成的智能控制方法；混沌控制；小波理论；进化计算和遗传算法等几种。

智能化是是现代机电一体化系统发展的一个长久趋势，在一定的程度上，智能控制系统的好坏，在很大的程度上影响了决定了机电一体化系统的优劣。目前，智能控制系统已经在机电一体化系统中得到了广泛的应用，诸如模糊系统、专家系统、神经网络学习系统。

2智能控制应用于机电一体化系统研究

2.1机械制造中的智能控制

现代的先进制造系统需通过依赖一些不够精确和完备的数据解决某些无法预测或者难以预测的情况。而人工智能技术成为了这个难题的有效解决方法，与此同时，智能控制也在机械制造行业广泛的应用起来。在机械制造中，智能控制分别利用传感融合技术、模糊数学神经网络、模糊关系及模糊集合的鲁棒性、神经网络并行处理信息之能力及学习功能等来进行信息预处理和信息的综合、对制造的过程进行动态的环境建模、将模糊信息集成至闭环所控制的外环进而决策选取机构进行控制动作的选择以及通过在线识别来处理一些残缺信息。

2.2电力电子学研究领域中的智能控制

变压器、发电机、电动机等一些电力系统的电机电器设备，其设计、生产、运行以及控制过程相当的复杂。国内外的电气工作者通过将智能控制技术引入到电气设备的故障控制及诊断、优化设计中，而取得了良好的效果。采用遗传算法这种先进的优化算法进行对电器设备设计的优化，可有效缩短计算时间，显著的节约成本，同时提高产品设计的质量和效率。其中在电气设备故障诊断中应用的智能控制技术为神经网络以及模糊逻辑专家系统。智能控制应用于电流控制技术在电力电子学的应用领域中具有代表性，智能控制技术应用的方向之一为研究的新

热点。

2.3工业过程中的智能控制

工业过程中的智能控制主要包括局限级与全局级两个方面。局限级研究的热点为智能控制器，同时还包括专家控制器和神经元网络控制器等，它所指的是将智能引入工艺过程中某一单元来进行控制器的设计。局限级智能控制在参数整定，在线自适应调整方面优势明显，而且可控制某些非线性的复杂对象。全局级智能控制用于整个操作工艺，控制过程的故障诊断，规划过程操作处理异常等，主要是针对一整个生产过程的自化。

2.4智能控制应用研究展望

在机电一体化系统中，智能控制技术的使用是很晚的，其不同于传统控制技术，是一门新兴的学科，随着智能控制相关领域的研究，智能控制无论是在理论上还是在应用上，都取得了不少成果。但是，智能控制处理的问题都比较复杂，具有很强的不确定性，因此，在前人研究的基础上，智能控制还有许多方面需要提高，总体来讲，智能控制需要在以下两个方面加强研究和实践。

1）理论研究。必须加强智能控制理论研究，以便寻求更新的理论框架，智能控制理论的应用前景是非常广泛和有潜力的，但是理论研究却大大滞后，使得智能控制系统在稳定性、鲁棒性和可靠性方面都有待

提高。

2）扩宽实际应用范围。随着机电一体化系统的大规模应用，提高实时的控制能力非常紧迫，目前，智能控制已经被人们广泛地应用于工业、农业和军事等多个领域，解决了传荣控制理论无法解决的大量问题，其生命力和发展前景都是无法估量的，因此，必须寻求突破，拓宽智能控制理论的实际应用范围，为工业生产和人们生活提供更好的

帮助。

3结束语

总而言之，随着人工智能、模糊数学和神经网络等技术的发展，智能控制将成为机电一体化系统的关键支撑，必将为人们的生活，工业生产以及社会的进步提供更多的帮助。这也将是机电一体化技术在21世纪乃至未来的发展主流趋势。

参考文献

[1]黎青宏.浅谈机电一体化的发展及趋势[J].商业文化(学术版),2008,08.

[2]高世杰.浅析机电一体化技术的现状和发展趋势[J].科协论坛(下半月),2007,08.

过程控制系统论文篇9

一、存在问题

《过程装备控制技术及应用》是过控专业本科生在大学物理、控制工程基础等课程之后所修的一门专业课，教材选用、张早校主编的部级规划教材（第二版），内容涵盖仪表、电路、自动控制等多方面的知识。在授课过程中，主要发现有如下一些特点和问题：一是本课程涉及到检测、控制装置、简单和复杂过程控制系统、计算机控制系统等内容，内容多且繁杂，学生普遍反映该课程内容抽象、不连贯、不容易掌握。二是在课程安排上，过控专业学生在第三学年学习《过控制过程基础》课程，第四学年学习本课程，本希望通过控制工程的学习为专业课提供帮助，但从目前的反馈信息看，多数学生认为两门课程的知识点联系少，不能有效把理论知识用到专业课的学习中。三是本课程内容涉及面广，知识点多，许多理论知识不直观，内容抽象，学生难以将理论与实际过程相结合，教师在传统教学过程中，课程教学效果不佳。

二、教学探讨

针对这些问题，在教学过程中本人进行了三个方面的尝试和探索。

首先，根据《过程装备控制技术及应用》教材内容和知识点多、容量大的特点，本人结合目前化工和过控专业现状，精心选择授课内容，把相关内容进行调整，按控制类型为主线、目前生产中常用仪器及新的知识点为补充，以授课和讲座形式安排课程内容的讲解，通过精心组织教学内容、达到突出教学重点的目的。

其次，过程装备控制技术及应用是一门实践性极强的专业课，涉及很多经验性内容，学生不易理解，加之专业教师往往强调实践而忽略与前期理论课程的联系，易造成理论课和专业课的脱节。如能在教学中有意识地强化理论知识应用，搭建与实际联系的桥梁，不仅有助于本课程的学习，更能提高学生对新旧课程的学习兴趣。

此外，控制系统有许多概念抽象，且多涉及动态过程的探讨，如教学过程中借用相关自动控制系统仿真技术或相关软件，能直接对系统被控变量的变化过程进行直观显示，验证相关经验知识，将有助学生对实际过程和控制系统的理解和掌握。

三、教学实践

基于上述理念，对《过程装备控制技术及应用》课程部分内容进行了教学实践。如在讲授单回路控制系统时，调节器的调节规律是一个重要知识点，传统教学往往采用PID定义、定性描述调节器参数对控制过程影响、以及工程整定等授课形式，学生不容易掌握。我们在进行教学时（以比例控制P为例），首先对Bode图进行了回顾，给出比例控制器控制规律的定义和传递函数，为：

G■=■=K■ （1）

其频率特性、对数幅频特性和对数相频特性为：

Gc（jω）=KP （2）

Lc（ω）=201gKP；φc（ω）=0； （3）

然后探讨被控对象特性，如两个惯性环节构成的零型系统的传递函数为■，则其幅频和相频特性曲线见图1中未校正曲线线。由该被控对象构成的单回路控制系统经比例控制器校正后，系统频率特性曲线见图中已校正曲线。

可以看出，校正后（Kp>1），系统的性能变化为：

（1）开环增益加大，稳态误差减小，即改善了系统的稳态性能。

（2）幅值穿越频率ωc增大，过渡过程时间ts缩短，即改善了系统的快速性。

（3）稳定裕量减小甚至可能为负值，即系统稳定性变差。

在Bode图分析基础上，提出控制器比例度的概念以及比例度对控制系统过度过程的影响。同时，为了验证Bode图和经验对控制过程影响的分析，还可以利用热工仿真软件或Matlab软件，对上述课程知识点进行软件仿真验证，见图2。通过仿真，学生能直观地看出参数变化对系统的影响，得出控制规律，验证经验结论。

可以看出通过Bode图能清晰阐述PID控制规律对被控对象性能的影响，借助仿真技术可以使学生直观了解控制规律及其参数对控制过程的影响，从而提高授课效果和学习效率。通过上述实践，构建了理论与实践的桥梁，并辅以相应的仿真验证，更有利于学生新旧知识的衔接，提高学生学习热情，调动学习积极性。

过程控制系统论文篇10

前言

近年来转子振动主动控制得到了广泛的研究，控制理论中的许多方法都应用到转子振动主动控制中，并取得了很多成果。实际转子系统的完整数学描述往往很复杂，阶次较高，作为被控对象的模型转子系统与实际转子系统总是存在着误差，同时转子系统的结构参数如质量、刚度等也存在着不确定性。由于误差的存在往往会降低控制系统的性能，有时还会破坏控制系统的稳定性。因此转子系统振动主动控制器应具有稳定鲁棒性及鲁棒性能[1]。

1.鲁棒控制的基本思想

鲁棒控制器设计问题，就是根据给定的标称模型∑0和不确定性集合∑的某一描述，基于鲁棒性分析得到的结果来设计一个控制器C，使得（∑0，∑）和C构成的系统都满足期望的要求。

2.H∞控制理论

所谓H∞控制，就是用H∞范数作为目标函数的最优或次优控制。通过对鲁棒控制理论的了解可知，许多鲁棒稳定或鲁棒性能准则均可以用适当的传递函数的H∞范数约束条件来描述。因此，对于线性系统来讲，许多鲁棒控制系统的设计问题，都可以转化为求使得闭环系统满足期望的H∞范数条件的控制器的问题[3]。

3.2转子系统鲁棒控制计算机仿真

利用本章所讲述的控制器设计方法，结合算例，分析控制方案，并利用MATLAB编程计算该单盘转子系统的状态方程和控制器状态方程。在左支承处增设可控锥形挤压油膜阻尼器，利用可控挤压油膜阻尼器轴承产生的非线性油膜力主动逼近线性转子系统的H∞控制力，从而实现用可控挤压油膜阻尼器轴承主动控制转子系统振动的目标。本文应用Simulink建立转子系统标准H∞控制仿真模型。

本文以H∞次优控制器的状态方程为依据建立的控制器仿真模型。对该系统结构参数存在扰动的情况下，引入内部反馈环的概念，进行扩阶后，形成新的结构参数不确定系统的状态方程。输入w 即为施加在m2上的不平衡力与传感器噪声之和。通过对质点m1振动幅度的期望值与输出的观测值y进行比较，重新进入反馈系统。以此使m1振动幅值最终达到期望值constant。

4结论

本文利用 控制理论对刚度参数扰动的转子支撑系统进行次优控制器设计。并结合MATLAB软件中的Simulink工具箱对本文设计的控制器进行仿真。并对本文所采用的单盘转子模型进行了鲁棒 控制仿真。模拟单盘转子在不平衡力的作用下，通过临界转速时的振动控制情况。在对受控前后的输出信号图像的比较后发现，受控后输出信号幅值比受控前的输出信号幅值小很多。

参考文献

[1]顾家柳. 转子系统振动主动控制的目的及对策.振动与冲击， 1993， 2： 1～ 7

[2]梅生伟，申铁龙，刘康志编著.现代鲁棒控制理论与应用.清华大学出版社.2003，9：61～64

过程控制系统论文篇11

一、引言

《自动控制原理》是一门既抽象又具有很强实践性的课程，但是实际上在工业界可以看到诸多从事控制的工程师并非出于自动控制科班出身，即使有自动控制原理基础的工程师他们也几乎很少用到经典控制理论。这一方面是因为PID控制毋需系统模型就可以获得较好的控制品质，另一方面是因为《自动控制原理》的教程中只讲到了在获得传递函数的情况下如何综合控制器，而对传递函数的获取且是很少提及（除了较为浅显地谈及到如何在波德图基础上进行系统辨识）[1，2]。许多硕士研究生在给出一个传递函数的情况下可以进行各种控制算法（如模糊、神经、预测等诸多高级控制技术），但一涉及到如何针对真实系统进行控制器设计，他们就会放弃各种算法转而求助于PID，甚至有些还只会开环控制。这迫使控制理论教学需要被经一步创新。

当前控制理论的研究新成果层出不穷，工业先进控制技术，如自适应控制、预测控制、鲁棒控制、智能控制，最优控制得到了飞速的发展，但工业界对控制理论的应用且一直滞后不前。原因可能有以下三点。

1.过去由于受限于模拟电路去实现控制规律，因此控制算法不宜过于复杂，这导致诸多复杂但优秀的控制算法因难以实现而只能成为理论家们的欣赏品。这种固有的观点一直被放大，但如今数字控制技术发展迅猛，一些DSP处理器的单次浮点运算已经快于0.01微妙，许多高级控制算法的实现基本上不存在物理瓶颈。

2.自动控制系统的设计过程通常对设计团队有许多要求，从大的方面它至少包括：传感器和执行器选择、系统建模或辨识、控制器设计仿真、控制器软硬件实现。经典《自动控制原理》课程只包含整个过程的20%不到的知识点和工作量，而且往往整个过程需要一个团队而不是个体，这在很多中小型企业中是难以做到的。如果回顾当前软硬件技术的发展，这些原本需要团队完成的工作完全可以让个人胜任。目前先进的控制软件包（Matlab中的控制工具箱）、硬件平台以及相关代码自动生成技术（如dSPACE，MotorTron，ETAS，XPC-Target），已经越来越多在汽车工业界被广泛使用，但同样这些技术和产品也适合其他工业控制器的研发。

3.控制理论教学的创新需要继续发展，教材内容和工程实践存在一定的差距。

要克服上述三点必须从自动控制的基础教学抓起，在现存的《自动控制原理》教材中引入合理的新章节或新实验使得学生在控制器设计的所有环节得到相关训练，从而能够让他们在以后的工程实践中借助于相关控制器设计方法而获得较好的系统控制品质，而不是凭借“万能的PID”进行包罗万象的控制器设计，或依然停留在开环控制阶段

二、《自动控制原理》中包含的新内容

作为一门专业基础课，《自动控制原理》的学习不仅仅是为了考试或停留在理论的欣赏，而更多是受惠于以后的工程实践。但是目前《自动控制原理》过多强调系统分析和系统综合，对系统辨识和控制器设计过程缺少相关知识点的介绍。为此本文针对一般控制对象，从知识点上对控制器设计过程的教学进行了探讨。由于控制器综合的基础是控制对象模型，因此系统模型的获取是十分重要的，但同时很多时候系统模型是难以通过机理的方式建立，即使建立也会有很多参数待辨识；另一方面，工业过程大多较为复杂，机理难以分析，因此机理建模往往被束之高阁。通过输入―输出信息进行系统辨识是一种相对普适的方法，它毋需过多的机理分析，也不需要深厚建模功底，而且又能描述大多数系统过程。实际系统总是非线性的，如何用一个线性模型去逼近实际系统是一个复杂的数学问题，很多教材从理论上解释了如何对微分方程线性化[1，2]。缺少从输入-输出的角度去描述非线性系统线性化，其实这更具有工程实践意义，同时也是容易被接受的。下面就从平衡点线性化和M序列系统辨识两方面来解释模型线性化和模型获取，同时给出了实际系统的控制器拓扑结构。这样就可以让学生对模型获取和控制器设计以及实现过程有了一个整体了解。

（一）平衡点线性化

实际系统都是非线性系统，而且工作点也并非处在零点这个位置，这里不妨设实际系统为非时变且可以被描述为：x=f（x，u）y=h（x，u） （1）

过程控制系统论文篇12

近几年随着我国综合国力的逐渐提升，国家信息化技术水平也逐渐提升，其中电气自动化被广泛应用于各个领域之中。电气自动化又称为电气工程及其自动化，是高新技术产业中一个重要的组成部分。控制系统主要是指由控制主体和控制客体所构成的一种具有自身实现目标和功能的管理系统。电气自动化工程控制系统是利用电气自动化技术实现系统工程的控制，从而应用于人们的日常生活和生产中。

1 电气自动化工程控制系统相关理论研究

1.1 分布式控制系统理论

分布式控制系统主要是在现代系统建设的基础上根据我国社会发展的现状对其进行综合性分析和处理，从而实现当前我国电气自动化技术领域的长期发展。近几年随着我国信息技术的逐渐发展，现代电气自动化工程控制系统的发展中分布式控制系统在整个电气自动化工程控制系统中占有重要的位置。通过从不同的角度对其进行综合性分析能够发现，我国电气自动化工程控制系统中分布式控制系统的理论分析具有可靠性和实时性的特征。这两个特征的产生，充分地展示出我国电气自动工程控制系统的应用作用。

1.2 信息集成化理论

信息集成化理论主要是指电气自动化工程控制系统在其应用过程中需要依靠信息集成化理论才能够实现电气自动化工程控制。随着我国现代技术手段的不断发展，在不同领域中展示出不同的技术手段，其中信息集成化理论则被充分地应用于电气自动化工程控制系统中。在进行电气自动化工程控制系统的过程中需要对相关信息内容等进行集中管理，从而实现我国信息电气自动化工程控制系统的集成化管理。由此不难看出，我国电气自动化工程控制系统中应用信息集成化理论，实现了现代生产和生活的系统化。

1.3 集中监控控制系统理论

集中监控控制系统理论主要是指在电气自动工程系统控制中对其信息内容等进行监控，实时地对信息进行收集，从而实现对其整个系统的调控和管理。电气自动化工程控制系统的监控方式应用中主要呈现在其监控处理器中。监控人员对整个系统的运行进行监控处理，实现主机空间数据的转换，及时地在各个通路信息中传递信息功能，是实现高端信息技术手段的一种方式。通过应用集中监控控制系统理论能够实现当前我国社会发展的趋势，从而针对性地完善我国电气工程控制系统。

2 电气自动化工程控制系统的现状

2.1 电气自动化工程控制系统监控方式

电气自动化工程控制系统监控的方式主要是指在进行电气自动化工程控制系统监控的过程中采用监控系统对其进行集中操作。目前，我国电气自动化工程控制系统监控方式主要分为集中监控和远程监控两种方式。其中集中监控主要是指在将各种信息控制集中在一个处理器上对其进行操作，从而实现整个机器系统处理。在诸多集中监控处理过程中一般采用隔离刀闸和断路器联锁设备控制系统进行集中控制系统管理。其中远程监控方式主要是利用计算机网络技术对其进行远程操控，与传统的集中监控方式相比较，具有安装简单、费用低、可靠性高的特点。但是，在使用场合上具有一定的限制，更加适用于小型的电气自动化工程控制系统。

2.2 电气自动化工程控制系统的控制方式

根据当前我国电气自动化控制系统的控制方式进行分类，发现主要分为两种方式：第一种是集散控制系统，主要是将控制、计算机、显示、通讯等技术手段相结合的方式，对各行各业的化工制作流程进行控制。根据集散控制系统理论可以将其分为集散控制、集中控制、分级控制、组态控制等方式，在控制过程中存在可靠性高、开放性、灵活性、协调性、控制功能齐全等特点。因此，适用于各行各业的发展中；第二种是指可编制控制系统。可编制控制系统主要是指利用机械控制的原理对数字量进行控制的一种控制方式，也是电气自动化工程控制系统的主要控制方式。其工作原理主要是采用可编程的存储器，对其内部存储和执行功能等进行逻辑运算、顺序操作、定时、计数等计数指令的编程，从而通过数字模拟的形式运用于工作过程中。该种电气自动化工程控制系统的控制方式主要具有设计简单、安装方便、可调式、维护方便等特点。

2.3 电气自动化工程控制系统语言规范方式

电气自动化工程控制系统语言规范方式根据当前我国电气自动化工程控制系统进行合理的分类，可以将其分为Windows NT和IE两种语言规范形式。将电气自动化工程控制系统语言规范方式与计算机系统语言规范方式相结合，能够更好地实现电气自动化工程控制系统语言，从而实现人机语言的灵活转变，将其应用范围和实用性进行提升，应用于生产和生活中。此外，通过使用Windows NT和IE两种语言后能够更好地实现人类对电气自动化工程控制系统的维护，从而对其技术操作系统进行完善和改进。

3 电气自动化工程控制系统的发展趋势

3.1 技术创新化

随着我国技术创新和科技创新理念的逐渐发展，未来我国电气自动化工程控制系统也将沿着技术创新的方向不断进行发展和完善。面对当前我国各领域中技术创新的发展环境，在电气自动化工程领域中也逐渐在创建这种氛围，开始不断对其控制系统的操作和完善等进行技术创新。在不断追求发展产品的同时，也正在不断对其创新技术本身进行发展，以期通过技术创新化使我国电气自动化工程控制系统的技术发展到世界先进水平。因此，在其技术创新化发展过程中我国政府也应该不断为其创造环境，提供发展空间，促进其技术创新发展，为国家提供科研力量。

3.2 系统统一化

统一化电气自动工程控制系统的发展是未来我国电气自动化控制系统发展的必然趋势，其存在运行周期短、维护安全、开机可调式等优势，因此，在未来电气自动化工程系统发展的过程中必将实现系统统一化管理。在电气自动化工程控制系统的完善过程中还可以正确地对其运行系统进行独立设置，从而更好地满足客户需求，实现我国电气自动化工程控制系统统一化，在其未来工作过程中建立更广阔的计算机监管和现场施工管理体系，从而实现我国电气自动化工程控制系统运行的统一化，保证数据信息交流之间的顺畅。

3.3 系统标准化

未来我国电气自动化工程控制系统在发展过程中为实现缩短电气自动化工作时间，降低操作成本，必将对其接口进行处理和完善，从而实现电气自动控制工程系统运行时间最短化、成本最低化。因此，在其发展过程中建立电气自动化控制系统的标准化接口将成为我国电气自动化工程控制系统发展的趋势之一。在其发展过程中电气自动化工程控制系统可以利用计算机Windows 7系统对其进行完善，从而实现办公室自动化控制和管理系统的应用，使不同系统之间的中介为统一的Windows系统，实现整个电气自动化工程控制系统节后的标准化，为其操作和数据交换提供有效的基础保障。

3.4 市场产业化

随着我国经济的不断发展和全球经济一体化环境的建立，我国电气自动化工程行业在其领域发展过程中为适应当前竞争激烈的市场环境，必须对其产业内部进行优化，逐渐转变传统科研型产业结构，向市场产业转变，从而实现我国电气自动化工程产业的发展，带动其技术创新。因此，未来在电气自动化工程控制产业发展过程中逐渐提升产业内部装备自主创新，实现企业长期研究和发展，也必将是我国电气自动化工程控制系统发展的趋势，最终实现资源合理化配置。

3.5 生产安全化

生产安全化发展是我国自改革开放之初实现现代产业发展中一直强调的问题，也是我国和产业链及企业结构发展的必然趋势。未来我国电气自动化工程控制系统在其建设和完善过程中必须坚持这一战略方针，对其进行集中处理和完善，从而实现了我国社会主义安全建设。未来我国电气自动控制系统在对其生产安全化进行完善的过程中可以从如下三方面进行完善：第一，完善系统硬件安全化。通过对系统控制的硬件系统进行安全化处理，实现安全防护；第二，完善系统监控信息安全化。通过计算机安全处理对其进行操作信息安全化完善；第三，完善领域发展危险级别。从多角度对电气自动化产品和工程安全进行完善。

4 结语

电气自动化工程控制系统的建设实现了我国生产和生活的系统化、专业化。通过本文对其现状和未来发展趋势的研究，将现论技术与实践应用相融合，在其未来发展过程中会更加趋向于技术创新化、系统统一化、系统标准化、市场产业化和生产安全化五方面发展。电气自动化工程系统控制的产生能够实现我国现代信息技术的长期发展，提高我国的综合国力，促进我国社会主义的长期建设。

参考文献

[1] 朱一凡.电气自动化工程控制系统的现状及其发展趋

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[2] 崔铁星.探析电气自动化工程控制系统的现状及其发

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[4] 杨玮琰.电气自动化工程控制系统的现状及其发展趋

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过程控制系统论文篇13

相对论、控制论及量子论诞生于20世纪20年代，被称之为现代科学的重要革命。人们通过这三个理论进一步认识了客观世界，为社会生产和文明进步产生了巨大影响[1]。随着科学技术的进步和发展，控制工程理论在工农业、交通运输业、生物、信息等方面有广泛应用。所以，对控制工程理论及其应用情况进行研究有着重要的现实意义。

1控制理论和控制工程的概述

1.1控制理论的诞生

控制理论是一门实践性和应用性很强的自然学科，其诞生于第一次技术革命，在18世纪中期，瓦特在发明蒸汽机不久，在蒸汽机运转速度的控制工作中应用到离心式飞锤调速器原理，以此开启基于蒸汽动力的机械化技术时代。再此之后，工程研究界逐步将控制理论应用到调速稳定性方面的研究中。伴随通讯、信息处理等技术的发展，电气工程师开始对控制系统进行全面、系统的研究，为控制工程理论的形成和发展奠定了重要基础[2]。

1.2控制理论的发展

控制工程理论主要经历了三个阶段的发展。第一阶段（20世纪40～60年代），也就是古典控制理论阶段。主要是解决单向输入、输出等方面的问题，而此类问题的妥善解决需要应用到的方法有频率特性、函数等，同时大部分探讨的是线性定常系统。第二阶段（20世纪60～70年代），也就是现代控制理论。主要解决较为复杂的问题，需要应用数学计算机的分析和实时性控制，在此过程中，会出现时变、非线性、输出输入不均衡等较为复杂性的问题。第三阶段（20世纪70年代到现在），也就是智能和系统理论控制阶段，一方面智能化控制实际是对控制理论的深入挖掘，对人类的智能行为息和信息传输控制进行研究；而系统理论则是当前计算机系统的设计和结构等理论进行研究。

2控制工程理论的应用分析

2.1作为方法论的应用

进入21世纪以来，应用最为广泛的是3C技术，也就是通信、控制及计算机三项技术，其中计算机技术是核心，通信技术是关键，而控制技术则是基础，因而控制工程理论已然发展为基础性学科。同时，控制工程理论体系中的系统智能、系统结构及系统反馈等理论不但在自然学科各个方面有着广泛应用，而且在人文社会科学中也逐步应用开来。因此，有些专家认为，该理论已然不是单纯性学科，逐步发展为相对系统的世界观和方法论[3]。控制工程理论有其自身的特点，且某些概念具有鲜明的独特性和普适性。控制工程理论在实际应用中，有两个概念是关键。

（1）系统概念。目前，在社会和经济发展中，系统性问题日益凸显，特别是在整个社会中开展的复杂课题研究和系统中的应用，此为控制工程理论在现代科学技术中应用的一个必然趋势。

（2）反馈概念。正是基于此概念，控制工程理论和其他学科理论有所区别。反馈使工程控制系统在很大程度上有着人类智能的某些特点，进而实现该系统在应用过程中的结构、参数等因素进行调整，提升运作效率。

2.2控制工程理论的实践应用

（1）最优化控制，控制工程理论应用中最为核心的内容就是最优化控制，也就是满足既定约束条件下，明确最优的控制策略，以使性能指标的极值化，进而使控制工程系统在性能上获得最佳效果的基础条件和方法，也就是在受控制运动中或动力系统中，从不同方案中选择最理想方案，进而使系统在运作中获得最佳性能和指标。

（2）两种方法的应用，即PDI控制器和Kalman滤波器的应用。此两种方法在诸多工程系统中有广泛应用。系统稳定性和最佳性是线性模型证明。另外，这两种方法可应用到诸多非线性系统中。研究者通过控制工程理论的反馈机制开展的定量研究就是基于这两种方法。

（3）三类系统的应用，在实际生活中，控制工程理论应用最为典型的就是控制水槽的水位，还有电热器的温度调控。此类应用中的控制理论就是应用自动化高度和温度测试仪器等达到预期调控的目标。工程自控系统应用目的在于达成控制目标，主要是由被控制对象和自动化仪表构成的闭环系统。根据结构形式分成开环控制系统、闭环控制系统及复合控制系统，这三个系统根据实际需要有着广泛应用。

3结束语

总之，随着社会经济的发展，及现代科技的进步，控制工程理论的重要性和实用性日益凸显。伴随相关理论的发展和成熟，控制工程理论及方法也日益完善，在工业、农业、运输业等现代化建设和发展中应用开来，同时也逐步渗透到现代高新产业、能源开发和利用中，所以，在新时期，要特别重视它的理论和实践研究，为现代化、信息化、智能化建设给予支持。

参考文献:

[1]王海龙．谈控制理论与控制工程的发展与应用[J]．科技创新导报，2013，14（9）：214~216.