过程控制系统论文范文1
关键词：自动化专业 计算机控制系统 精品课程
Computer Control System” Excellent Course Construction And It’s Promoting Effect to Teaching Work
Zhang Tao
（North China Institute of Science & Technology， Sanhe， Hebei， 065201）
Abstract： The “computer control system” course has become the university excellent course by construction for several years. The paper summarizes and elaborates the construction content， construction process and construction experience of "computer control system" excellent course. The paper summed up the teaching efforts of the “computer control system” course in automation major. Especially the paper analysis the influence and promotion to the automation major in the course of teaching the “computer control system”. The construction of the “computer control system” excellent course has a certain reference significance and inspiration effect for the construction of similar course.
Key words： Automation Major； Computer Control System； Excellent Course.
0 引言
计算机控制是自动控制理论与计算机技术相结合而产生的一门新兴学科，计算机控制技术是随着计算机技术的发展而发展起来的。
近年来，随着计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、网络与通信技术、微电子技术、CRT显示技术、现场总线智能仪表、软件技术以及自控理论的高速发展，计算机控制的技术水平大大提高，计算机控制系统的应用突飞猛进。
利用计算机控制技术，人们可以对现场的各种设备进行远程监控，完成常规控制技术无法完成的任务，微型计算机控制已经被广泛地应用于军事、农业、工业、航空航天以及日常生活的各个领域。可以说，21世纪是计算机和控制技术获得重大发展的时代，大到载人航天飞船的研制成功，小到日用的家用电器，甚至计算机控制的家庭主妇机器人，到处可见计算机控制系统的应用。
《计算机控制系统》课程是自动化专业学生掌握计算机控制技术的重要专业课程。
华北科技学院自动化（专科）专业成立于1999年，2003年升格为自动化（本科）专业，面向全国招生。经过几年的发展，自动化专业的综合实力逐渐增强，教学质量和办学水平逐年提高。2007年，自动化专业被华北科技学院批准成为首批校级重点与特色专业建设点。2009年，自动化专业被教育部批准成为部级特色专业建设点（编号：TS1Z214）。
本文阐述了《计算机控制系统》精品课程的建设内容和建设过程，说明了《计算机控制系统》精品课程在自动化专业教学中的应用情况，分析了《计算机控制系统》精品课程对自动化专业教学的影响与促进作用。
1 《计算机控制系统》课程的教学内容
1.1 “计算机控制系统”的概念
计算机控制系统（Computer Control System，简称CCS）是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常是指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。与被控对象的联系和部件间的联系，可以是有线方式，如通过电缆的模拟信号或数字信号进行联系；也可以是无线方式，如用红外线、微波、无线电波、光波等进行联系。
典型计算机控制系统的组成如图1所示。
1.2 《计算机控制系统》课程内容
《计算机控制系统》课程主要介绍计算机控制系统的发展历程、结构组成、工作原理、设计方法、应用实例等内容。《计算机控制系统》课程主要教学内容包括：
1、计算机控制系统的类型（DCS、FCS、SCC）；
2、数据处理系统（模拟量输入/输出系统、开关量输入/输出系统）；
3、执行机构系统（直流电动机、步进电动机、交流电动机）；
4、数据处理方法（滤波、插值、量程调整、标度变换）；
5、计算机控制算法（PID算法、模糊控制算法、直接数字控制算法）；
6、计算机控制系统设计方法与设计实例等。
1.3 《计算机控制系统》课程性质
《计算机控制系统》课程是自动化专业学生掌握计算机控制技术的重要专业课程，是自动化专业的必修课程和主干课程。《计算机控制系统》精品课程建设也是教育部特色专业――自动化专业建设的重要内容之一。
通过对《计算机控制系统》课程的理论学习和实验验证，使学生建立起计算机控制系统的“系统”概念，从“系统”的全局观点出发，综合运用各种理论知识和技术，构建出硬件精巧、软件完善、技术实用、性价比高、抗干扰强的计算机控制系统，为今后的工作和学习奠定良好的理论基础和技术准备。
2 《计算机控制系统》课程的建设内容
2.1 教学文件建设
教学文件是开展教学工作的指导性文件，教学文件的具体内容包括：
一是制定教学计划。教学计划是明确人才培养规格及教学目标的重要文件，是进行专业建设、组织教学过程、安排教学任务的基本依据。
二是根据教学计划，制定教学大纲。教学大纲是以纲要形式规定一门课程教学内容的文件。包括这门课程的教学目的、任务、教学内容的范围、深度和结构、教学进度以及教学法上的基本要求等。
三是根据教学大纲的要求，编制教学日历。教学日历是教师组织课程教学的具体实施计划表，应明确规定教学进程、授课内容、课外作业、授课方式等内容。图2为《计算机控制系统》课程的教学日历。
2.2 教学内容建设
教学内容是教师生对课程内容、教材内容与教学实际的综合加工，教学内容是教与学相互作用过程中有意传递的主要信息。教学内容建设的主要内容包括：
一是撰写电子教案。电子教案就是授课教师在上课之前，在电脑上撰写的以课时为单位设计的具体教学方案。电子教案有两种类型：WORD教案和PPT教案。WORD教案主要供授课教师使用；PPT教案侧重于课堂教学使用。
二是制作学习辅导材料。为使学生更好地学习理解课程内容，制作了《计算机控制系统》课程的学习辅导材料，包括学习指导、习题解答、复习提要等材料。
2.3 教学录像录制
为更好地呈现课程教学内容，方便学生进行网络学习，录制了《计算机控制系统》课程的教学录像。教学录像的录制工作包括录像教师的组织、录像场地与录像时间的安排、教学内容与教学学时的安排等。
《计算机控制系统》课程的教学录像由7名授课教师完成录制工作，合计32学时，较为全面地反映了《计算机控制系统》课程的教学内容。
2.4 教学网站建设
网络教学是利用计算机和互联网等软硬件环境，依托专业的网络现场教学平台，实现远程互动教学和学习的新的教学模式，是教育信息化和网络化的总体趋势和目标。为此，制作了《计算机控制系统》课程的教学网站，包括精品课程网站和网络课程网站两个部分。
《计算机控制系统》网络课程网站的网址为：http：//。图3为《计算机控制系统》网络课程网站截图。
3 《计算机控制系统》课程的建设成果
3.1 优化教学队伍
通过《计算机控制系统》课程的建设工作，进一步了优化了教学队伍的学历、职称，提高了教师的授课质量和教学水平。目前，《计算机控制系统》课程的教学队伍共有14人组成，其中教授3人，副教授4人，讲师7人；其士（后）3人，硕士8人，学士3人。
3.2 出版配套教材
《计算机控制系统》课程使用的教材为《微型计算机控制技术（第2版）》（潘新民主编，电子工业出版社出版），该教材为普通高等教育“十一五”部级规划教材。
同时，为改善教学内容质量、提高课程建设水平，本课程任课教师特别编写出版了配套教材《自动控制系统实验实践教程》（张涛主编，煤炭工业出版社，2010年8月，ISBN：978-7-5020-3690-4）。
3.3 提高教研水平
在开展《计算机控制系统》课程的建设工作的同时，任课教师积极研究教育教学方法，发表多篇研究论文。如关于如何建立良好和谐的师生关系，请参考作者的相关论文《大学和谐师生关系的构建策略研究》（华中师范大学学报（人文社会科学版），2007年专辑）。再如如何看待多媒体教学的作用，请参考作者的相关论文《大学中采用多媒体技术对教学的影响》（华北科技学院学报，Vol.4，2007年）。
3.4 建成精品课程
经过多位任课教师的共同努力，《计算机控制系统》课程的教学质量得到明显提高，提高了学生的积极性，受到学生的热情欢迎。同时，《计算机控制系统》课程得到了安徽工业大学、华北科技学院、防灾科技学院等高校专家的一致肯定。
2011年9月，《计算机控制系统》课程被批准成为华北科技学院精品课程。图4为精品课程建设完成者证书。
4 《计算机控制系统》课程的应用效果
4.1 深化理论教学
《计算机控制系统》课程中的部分理论内容较为复杂，可以借助多种教学手段深化学生对复杂理论的理解。如模糊控制理论较为抽象，利用Matlab仿真软件对模糊控制器进行仿真设计、仿真应用，使学生直观地观察到抽象复杂理论的工作原理、工作过程和应用方法，进一步深化了理论知识的教学程度。
4.2 强化实验教学
实验教学环节是检验学生对理论教学知识能否理解和运用的重要标志之一，强化实验教学效果，才能使学生高质量地完成实验学习任务。如图5为直流电机调速系统实验，就是教师在上课前利用直流电机实验装置和KeilC、Proteus等软件预做实验，并制作成实验视频在实验课堂中播放，使学生快速地掌握了实验要领，提高了学生的实验学习效果。
4.3 提高学生实践能力
在自动化专业的《人才培养计划》中规定：在实践教学环节（如设计，实习）要涉及计算机控制系统的内容。因而，在学生学习《计算机控制系统》课程之后，先后进行了“控制系统课设计”、“PLC控制系统实训项目”、“单片机控制系统实训项目”等实践教学环节。
通过这些实践教学环节，不但加强了学生对计算机控制系统相关内容的理解，而且也培养了学生运用计算机控制系统相关知识解决实际问题的能力。
4.4 促进学生科技创新
通过学习《计算机控制系统》课程，自动化专业学生的实践动手能力得到改善，科技创新的积极性不断提高，科技创新的能力不断加强。
经过自动化专业相关部门和教师的共同努力，自动化专业学生的培养情况良好，积极进行科技创新活动，取得多项科技创新成果。仅在2011年，获得全国大学生电子设计大赛全国二等奖2项；飞思卡尔杯智能车竞赛全国一等奖1项，全国二等奖2项；全国挑战杯大赛河北省二等奖1项。图6为学生在学习《计算机控制系统》课程之后制作的科技创新作品（智能寻迹小车）。
5 总结与建议
2011年9月，《计算机控制系统》课程被批准成为华北科技学院校级精品课程。
经过授课教师的努力建设，《计算机控制系统》课程的教学质量稳步提高，教学效果成绩明显。《计算机控制系统》课程建设工作具有以下特点：
（1）在完成人才培养方案所规定教学目标的前提下，进行教学内容改革、教学方法改革和教学手段改革，不断提高和强化教学效果。
（2）课程建设内容更加丰富饱满，特别是建设和完善《计算机控制系统》课程的教学网站，充分利用网络平台开展教学工作，取得良好的教学效果。
（3）通过精品课程建设工作，编写出版了相关配套教材，撰写发表了教学改革论文，更新优化了教师教学理念，改善提高了教师队伍结构。
（4）在完善理论教学与实验教学的基础上，重视《计算机控制系统》课程内容的实践应用。一是通过开展课程设计、实习训练等实践环节，强化实践基础能力培养、提高学生的实践动手能力；二是通过开展科技创新活动，激发学生的科技创新潜力、提高科技创新能力、取得科技创新成果。
《计算机控制系统》课程已经建设成为校级精品课程，取得了一系列的良好教学效果。但与省级、部级精品课程的要求相比，仍有一定的差距和不足，还需要进一步改革、充实、提高、完善，需要不断提高课程建设水平，以不断满足人才培养的需求。
参考文献
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关键词：信息技术；电梯控制；应用；模糊控制理论；系统开发
1 电梯控制系统的发展与信息技术应用的基础
1.1 常规控制系统
由于科技的高度发展和国内经济的起飞及人口向城市集中，因而使城市的建筑物普遍朝高楼大厦发展，电梯即是在这种情况下的时代产物，可以提供人们上下高楼的便利性。电梯的控制方式普遍采用下列三种控制方式：继电器控制方式、可编程控制器（PLC）控制方式、微处理机的单晶片控制方式。上述三种控制方式中，继电器控制系统具有发生故障率高、可靠性差、接线复杂、通用性差等缺点。1983 年微处理晶片数字式逻辑系统控制器导入电梯使用，此后正式成为电梯控制的主要发展方向，致使电梯的电气控制方式进入了一个新的发展时期。可编程控制器控制系统及微处理机的单晶片控制系统具有控制系统体积减小、节能、可靠性提高，尤其是对群控、通讯等复杂电梯控制功能更具优越性。可编程控制器（PLC）的程序编辑采用易学易懂的梯形图语言，且具有控制灵活方便、可重复使用、程序记忆体与外部输出容量可弹性扩充、抗干扰能力强、运行稳定可靠、能与电脑连线操作等特点。
1.2 信息技术应用的基础
电梯控制系统大部分都是借助电脑的软硬件结构，并搭配各式各样的感应器及预先所规划的复杂的各式操作程序，结合成所谓的人工智能。精准的监控及引导各部电梯的动作，是以模糊逻辑方法为基础。模糊理论是根据不明确的信号，通过近似推理的过程，且经过运算而得到明确的结论，类似人头脑中“过程模糊，结果明确”的思维特征。使用模糊逻辑数学分析统计法，能快速的找出任何时刻最适合的运行模式。
文章主要以小型电梯控制系统为例，结合PLC控制技术的特点，提出了一套结合模糊逻辑理论，将推理、判断、决策、控制等的知识思考行为，转化成为知识库及规则库储存于电脑中，再经由模糊理论法（fuzzy theory）以数值计算方法完成推论，实现于此电梯控制系统的视窗化的设计与应用。文章主要是针对电梯等待时间及搭乘时间做一完整分析，并利用可编程控制器（PLC）为控制核心，视窗化图控采用Delta 图控软件Delta Screen Editor，在电脑上直接对电梯做监控引导，再经由电脑与可编程控制器的通讯连线实现完成。本系统是一种机电整合的教材，是电机、电脑与控制工程的融合，所得成果可在机电整合或科学教育中使用。
2 模糊控制的理论应用与系统开发
2.1 模糊控制的理论应用
模糊控制主要是在直觉和人工经验的基础上，建立所需的知识库，并可看成一组决策法则，根据输入值满足系统条件（归属函数）的程度，给予一个特定值，称作grade（归属度），其范围为0～1。若完全属于系统条件时，其值为1；完全不属于系统条件时，其值为0，是传统的集合；其他属于系统条件中间的，依其所属程度给予0 和1 之间的任意值，这是属于模糊集合。模糊逻辑（fuzzy logic）设计方法主要可以分为四个部分：即模糊化界面（Fuzzification Interface）、知识库（Knowledge）、模糊推论机构（Fuzzy Inference）与解模糊化界面（Defuzzification Interface）。其中，知识库又可分为资料库（Data Base）及规则库（Rule Base）。模糊控制是以语言化控制规则为主体，为了将输入的明确值与语言化的控制规则结合，必须将输入值做模糊化处理以便对应到资料库里语言变量的论域中，再配合规则库及推论机构推导出结果。因结果仍然是模糊值，所以必须再做解模糊化工作，其输出才是明确值。文章中借助每个楼层的传感器作为取样输入，再通过步进电机的驱动模组作为输出控制。该电梯控制系统的每个模糊集合均有语性值代表其模糊含意。利用编辑软件Delta WPLSot程序化于可编程控制器系统的内部，以达成系统的闭回路控制。
2.2 系统架构
系统的硬件架构是由可编程控制器、步进电机及驱动器、传感器等所组成。系统在可编程控制器内部所完成实现的内容，可先定义误差量（E）与误差偏差量（ΔE）两轴，误差量是由软件设定的参考距离与回授距离的差值。误差偏差量的计算是目前误差En减去前一次的误差量En-1，当程序连续执行下，循环一次的时间步距Δt很短时，可视为一个误差偏差量ΔE，或称之为误差微分量ΔE/Δt。
（1）可编程控制器。系统所使用的控制器是利用三菱公司的产品。该系列PLC在电脑通讯的模式中，其交信资料的类型分别为读取PLC元件及交信资料的交信型式和写入PLC元件及交信资料的交信型式。（1）步进电机及驱动器。系统所使用的步进电机及驱动器可完成实现输出距离，提供搭乘者更短的搭乘时间及更精准的楼层距离定位。步进电机的结构不论是PM式、VR式或复合式步进电机，其定子均设计为齿轮状，这是因为步进电机是以脉波信号依照顺序使定子激磁，以数字电压输入来控制其转速及转动方向。就电机驱动原理而言，将其脉波激磁信号依序传送至A相、A+相、B相、B+相则转子向右移动（正转），相反的若将顺序颠倒则转子向左移动（反转）。（1）传感器。系统所使用的传感器可完成实现取样输入信号，提供给可编程控制器的输入端，进入控制器内部做运算处理。
2.3 实验研究结果
在实验研究中，各个实际楼层相互距离各为14.4cm，加入Fuzzy 控制时，可测得的距离分别为14.3cm、14.2cm、14.3cm，未加入Fuzzy 控制时，可测得的距离分别为13.8cm、14.0cm、13.9cm，可知经由模糊理论控制可实现精准的楼层距离定位。就楼层搭乘时间而言，加入Fuzzy控制时，可测得的搭乘时间分别为18.6sec、18.7sec、18.6sec，未加入Fuzzy控制时，可测得的搭乘时间分别为19.1sec、19.2sec、19.1sec，可知经由模糊理论控制可实现缩短的搭乘时间。进而，操作者可通过Delta图控软件进行视窗化控制。视窗中的按键，可对电梯控制系统进行模糊逻辑控制设定、楼层控制、楼层距离显示、搭乘时间显示等进行自动化设计。
3 结束语
文章利用可编程控制器实现模糊理论（Fuzzy Logic），提供搭乘者更短的搭乘时间及楼层距离定位更精准。系统在硬件部分，自行设计及组装小型电梯的实验模型进行实验，软件部分则通过图控方式制作人机界面应用程序建构出视窗化电梯控制系统，最后由实验结果验证所发展的软硬件的可行性。并且比较了有模糊理论及无模糊理论的应用，经由实验数据结果，得知前者展现了较好的效能。所研制的经验可作为机电整合的教学教材，达成理论与实践结合的教学目标。
参考文献
过程控制系统论文范文3
关键词：机电一体化；智能控制；微电子；自动化技术
中图分类号：TP：文献标识码：A：文章编号：1673-9671-(2012)022-0105-01
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。
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过程控制系统论文范文4
1、我国自动化控制的研究现状
长久以来，对电厂有关机组控制工作中，使用的主要控制方式就是PID，但是PID控制器在实际工作的过程中，各类参数整定途径不同，有些方式需要进行理论计算，有些方式则需要依靠经验来进行，加上很多常规PID控制难以收到到良好的控制效果，这就需要工作人员不断的分析控制技术。就现阶段来看，我国关于智能控制的研究还相对较少，这种智能控制方式也是业界的一个新型研究范畴，智能控制技术的发展可以为电厂热工自动化提供完善的理论指导，该种控制技术经过了神经网络专家、模糊专家的深刻，证实是一种理想的控制策略。
2、智能控制技术的主要方式
2.1 模糊控制方式
模糊控制方式源自于1965年Zadeh教授的模糊集理论，在1974年，英国教授Mamdani成功的将模糊集理论应用在蒸汽机以及锅炉的控制工作中，随后的多年来，该种控制方式呈现出一种良好的发展态势，也得到了十分广泛的应用。该种理论基于人的思维模式发展而来。有关的研究调查显示，模糊控制方式可以对数学模型对象进行精准的控制，模糊控制理论是以模糊语言、模糊数学知识来表示模糊规则的理论，并使用计算机技术控制闭环结构的控制系统。模糊控制方式具有几个特点，即其控制系统的设计需要操作数据与人员的控制经验，并不需要数学模型，因此，具有很好的鲁棒性，能够解决传统PID难以解决的时变性、非线性以及时滞性，整个推理过程使用不精确推理的形式，能够模仿人的思维，因此，可以处理十分复杂的系统。
2.2 专家控制方式
专家控制方式即将专家控制技术与理论的整合，在运行过程中，对专家的智能进行模仿，这样即可实现系统控制，其主体主要包括推理机构与知识库，通过对知识的组织与调动，按照既定的策略对规则进行推理的过程。专家控制方式具有灵活性高、空置率灵活的形式，能够适应各种环境的变化。根据控制系统的复杂程度，专家控制方式包括专家式控制器与专家控制系统两种方式，这两种方法均具有完善的结构系统、知识处理功能以及可靠功能，也得到了广泛的应用。
3、智能控制在电厂热工自动化的应用
电厂热工自动化是减轻劳动强度、改善劳动条件、保证设备安全的技术措施，智能控制在电厂热工自动化的应用已经成为研究的热点问题之一。
3.1 单元机组负荷控制
单元机组负荷控制系统是一种具备时变性、非线性以及不确定性的多变量系统，难以建立精确的数学模型，采取传统的控制系统很难收受到既定的效果。有关专家学者针对该种情况设置了以机跟炉与以炉跟机为基础的负荷控制系统，效果显示，这两种系统有着良好的控制品质以及自适应能力。
3.2 过热汽温控制
过热汽温是电厂锅炉在运行过程中的运行质量评价标准之一，就目前来看，一般使用改变减温水量的控制方式，这种控制方式在实际的应用过程中表现出较大的时滞性与惯性，在科技水平的发展下，人们也将智能控制系统引进汽温控制过程中，很好的改善了控制系统的品质与适应性。有关的文献显示，将神经网络模糊控制系统引入过热汽温控制过程中，即时在大范围变负荷运行的过程中，整个系统依然能够保持良好的运行态势与运行性能，也可以很好的解决电厂过热汽温控制对象的不稳定性与延迟性。
3.3 中储式制粉系统的控制
中储式制粉系统的控制难点包括磨负荷信号测量的复杂性、参数之间的耦合性、数学模型的复杂性等等，有关的专家针对这一特征，使用模糊语言规则，总结好运行经验，使用预测模糊控制与分级模糊控制相结合的方式，在电厂磨球机中进行了应用，运行效果显示，使用预测模糊控制与分级模糊控制相结合的方式，可以很好的提升磨机运行的安全性与稳定性，也很好的解决了磨机运行过程中的大时滞的耦合问题，提升了电厂的经济效益与社会效益。
3.4 给水加药的控制
电厂锅炉给水加药一般为加氨与联氨，加氨目的是为了提升给水PH值与凝结水PH值，并减少酸性物质对水系统产生的腐蚀。加联氨的目的是为了去除水中的氧与二氧化碳，防止锅炉中铁垢与铜垢的生成。影响给水加药的因素很多，水处理工况、锅炉蒸发量都会对其产生一定的影响，因此，传统的PID往往难以实现目标调节效果。使用变频模糊加药系统可以很好的克服人工加药系统中存在的不足，也可以很好的提升给水的质量，具有动态响应快、鲁棒性强的优点，取得了良好的经济效益。
4、结语
可以说，智能控制系统可以很好的解决传统系统不确定性、复杂性以及高度非线性的不足之处，智能控制系统在电厂热工自动化中的应用已经取得了良好的效益，在未来，也有着良好的应用前景，相信随着基础理论的发展与应用方法的成熟，智能控制系统将会得到更加完善的发展，电厂热工自动化水平也会得到不断的提升。
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过程控制系统论文范文5
摘要：无模型自适应控制方法是一种在设计控制器的过程中不需要建立被控系统数学模型的新型控制方法。无模型自适应控制在很多地方是优于传统控制方法的，它的控制过程既不基于被控系统的数学模型也不基于特定的数学规则，而是基于一组实时的在线辨识回来的控制信息，用无模型自适应控制方法设计的控制器具备先进控制器的特征，具有很强的结构自适应和参数自适应。因此，本文对无模型控制方法进行研究探讨，以期推进自动控制理论的发展。
关键词：无模型;自动控制;方法
一、无模型控制思想的产生背景
随着科学技术的快速发展，自动控制理论必将在民用的工业和军事技术产业当中得到了广泛的应用和发展。大型化的工业生产机器和微型化的民用产品是控制科学技术发展的两大趋势，本论文的主要研究内容是针对大型化、复杂化的滞后非线性系统的智能控制。随着各个产业对节能环保的要求越来越高，在化工、炼油、电力、冶金等大型复杂的生产过程中先进的控制系统的使用显得尤为重要。而诸如此类的生产过程都是典型的非线性滞后系统，这些系统具有控制对象不确定性、多个变量、较大的滞后性和强耦合性等共同特点，所以通过获取系统的精确数学模型而进行控制的方法是困难的，即便被控系统数学模型可以建立起来，而一些未建模的动态特性也是不可避免的。这是现代控制理论的不足之处，即在很大程度上依赖于受控系统数学模型结构，如不能建立数学模型那么也就不能进行控制了。在以后的研究中主要集中于对被控对象的建模、自适应控制、系统辨识、鲁棒控制等方向，试图打破传统控制思想的局限，试着针对工业生产过程的特点，力求寻找对数学模型要求不高、辨识计算方便、控制效果好的控制理论和方法。总的来说如果想要解决这个问题，就需要从另外一个角度思索，寻找不同于以往的研究方向，尽量避免过分依赖被控对象数学模型。无模型自适应控制（Model Free Adaptive Control，MFAC）就是为了解决这个现代控制理论的本质问题而产生和发展起来的一种先进的控制理论和方法。无模型自适应控制（MFAC）的实质就是一种在设计控制器的时候不需建立数学模型的自适应控制方法，即控制器的设计过程只使用被控系统的 I/O 数据，控制器中不含有被控对象数学模型的任何信息的控制理论与方法。
二、无模型控制方法的发展现状
无模型控制理论既包含经典控制理论和现代控制理论的优点，又在很大程度上突破了这些理论局限性，创新性的提出来一个全新的控制方法。自从提出以后就受到国内外许多专家和学者的广泛关注。在我国，早期的研究方向是围绕与无模型控制律基本形式有关的问题，这方面的问题最先由韩志刚教授在 1994 年的文献中正式提出的，随后其在文献中又提出了一系列基于功能组合途径上的一种 MFAC 控制方法和应用实例，此处所说的功能组合的意思是指控制律的推导不建立在被控系统的数学模型上，而是根据被控系统对控制律的控制功能的要求进行组合并且优化系统设计，其重点研究的内容不是被控系统的本身，而是从控制器出发的。经过验证基于功能组合途径之上的 MFAC 虽然控制效果比较理想，但是有一个缺点就是控制律算法欠缺数学解析过程，很多的参数需要现场测定，这个缺点使得 MFAC 的控制方法在实际的使用过程困难重重。文献从被控对象本身出发，详细的阐述了各种非线性系统动态线性化方法的 MFAC 控制方法，推导得出了一般非线性系统的几种线性化的方法，其中有紧格式线性化、偏格式线性化以及全格式线性化等方法，利用这些线性化方法得出的 MFAC 控制器在处理一些复杂的、大延时、快速时变系统的时候更具有优势。
经过国内外专家学者的多年研究实践，无模型控制技术取得了很好的成绩，已经成功使用在炼油、轻工、电力、化工、焦碳、造纸、化肥等行业。美国通控集团公司也开发出了一系列的 MFAC 产品，包括：CyboconMFA 控制软件，Cybocon CE 通用先进控制器以及 Cybocon HS 高速自适应控制软件等等。在国内的一些化工和电力等行业虽然已经部分有使用 MFAC 控制技术的例子，但是在普及性上还远远不及国外的水平，在产业化规模化的道路上还有很大的空间。
三、无模型控制方法的优势分析
无模型自适应控制（Model Free Adaptive Control, MFAC）实质是在设计控制器的时候不使用受控对象数学模型的任何信息，是一种基于受控对象 I/O 信息的一种新型控制理论与方法。
无模型自适应控制器设计途径是一种非经典的途径，其最为主要的特点就是系统建模与在线反馈控制一体进行，突破传统 PID 的概念以及控制器设计的束缚，引进了功能组合设计方法。可以概括为无模型控制器在设计的时候不需要针对某个特定的被控系统进行控制器设计，也无需对控制器的所需参数进行复杂的整定，且还具有一定的系统稳定性分析来保证系统的闭环稳定。
无模型自适应控制器所具备的一些优点是现在正在应用的其他控制器所无法替代的。许多控制中的难点问题，无模型控制器几乎都可以实现稳定的闭环控制。在算法运算过程中加大算法的集成度能够简化泛模型系统，包括无模型控制算法的所有功能，对大时滞、强干扰、强耦合、时变、非线性都可以达到很好的控制性能。
基于无模型的自适应控制算法不但具备传统 PID 和现代控制理论的优点，还有一个明显的优势就是在不需要被控系统的数学模型的情况下，还能够使被控系统达到闭环稳定状态，是一种控制效果非常好、算法实现简单的新型控制方法。在炼油、轻工、化工、焦碳、造纸、化肥、电力等领域的应用收到令人非常满意的控制效果。
参考文献
[1] 胡寿松，自动控制原理(第四版)，北京：科学出版社，2001
过程控制系统论文范文6
关键词：课程改革；教学体系；教学方法
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）18-0054-02
“热工控制系统”是电厂热能动力工程专业培养工程科技人员的一门重要课程。为了满足电力教育的要求，适应电力工业的发展和科技进步，针对“热工控制系统”课程教学中存在的问题，对该课程进行了系统的建设和改革，力求取得更好的教学效果。
一、“热工控制系统”课程教学中存在的主要问题
国内“热工控制系统”的教学改革已进行了多年，但仍有许多问题未能从根本上解决，主要表现在：
一是“热工控制系统”课程的教学体系比较陈旧，现有的教学内容与科技进步脱节，实际工程应用当中所需的热工知识体系不完整。比如：“热工控制系统”课程现有的控制理论往往只介绍经典控制，而现在电厂热工控制系统当中所采用的模糊控制、自适应控制等新兴的控制技术都没有在课程中作相应的介绍，造成学生进入工作单位后对实际的控制系统不能很好的理解和掌握。
二是教学过程没有层次，未能充分体现和有效实施因材施教；课堂讲授过细，照本宣科，平铺直叙，没有给学生留出独立思考和分析问题的空间；在教学过程中，除了课本内容，没有对学生进行相应的科学研究的训练，学生科学思维方式和研究问题的能力没有得到充分的锻炼，未能最大限度地开发学生的智能。
三是“热工控制系统”的教学手段单一、实验设备比较落后，功能不齐全，多媒体教学的作用未能得到充分发挥，学生对学习“热工控制系统”的兴趣淡漠等等。这些问题严重地阻碍了“热工控制系统”教学质量的提高，使其在较低的层面上运作和徘徊，教学水平和效益自然比较低。
二、“热工控制系统”课程教学改革的探索与实践
1.教育思想观念的改革
“热工控制系统”课程的教学改革首先应当从更新教育思想观念入手。尊重和弘扬学生的主体意识，充分调动学生的积极性，培养具有科学素养和创新能力的人才应当是“热工控制系统”课程所倡导的新兴教育观念。因此，“热工控制系统”课程的教学体系、教学方法应当力求充分发挥学生的主观能动性和积极性，使他们学会学习、主动学习。从以“教为主导”向“学为主导”转变。在教学过程中应当进行分层次教学，对不同程度的学生分别对待：着重鼓励、帮助、督促基础较差的学生，加强启发引导，不断提高他们的学习兴趣和能力；对一些对“热工控制系统”课程兴趣比较浓厚、基础理论知识又比较扎实的学生，鼓励支持他们积极参与教师的科研项目，从中得到锻炼，使他们逐渐掌握从事科研工作的思路、方法，培养他们科学分析实际问题的能力，也给他们充分发挥自身能力的机会。
2.教学体系和内容的改革[1]
改革“热工控制系统”的教学体系和内容，注重理论方法、技术手段与工程实践相结合，使之内容较为新颖、齐全，体系较为完善。将教学体系分为基础理论和控制技术两部分。在基础理论中，除了介绍经典控制理论之外，将自适应控制、推理控制、预测控制、模糊控制等近年来新兴的控制理论和技术知识引入教学内容中，加强经典控制理论和新兴控制思想的相互渗透，使学生不仅认识到经典控制理论的历史贡献，而且能体会到新兴控制思想在今天科技进步中的地位和作用。对于控制技术这部分内容，在介绍单元机组负荷、燃烧、给水、汽温等控制系统的过程中，针对现代大型机组非线性、时变性、耦合性和不确定性等特征，常规控制方案往往难以取得满意控制品质的问题，将新兴控制策略、控制方法在工业生产系统中成功应用的经典范例加入教学内容中，使学生在“热工控制系统”课程学习的过程中更贴近实际问题，从而开阔学生的视野。
3.教学方法的改革
“热工控制系统”课程的教学方法改变以前教师唱“独角戏”的枯燥教授方式。采用学生讨论、教师启发等新颖的教学方法。教师的主要精力集中在对基本概念、基本思想、基本计算方法的讲授上。在学生掌握了这些基本理论之后，其他内容引导学生来完成。在组织教学时，对内容的难易程度、教学要求的目标高低和教师的指导程度进行必要的区分，比如：教学内容按照“了解内容”、“理解内容”和“掌握内容”对学生提出目标要求；对于了解的内容，教师在提出明确的教学要求后让学生自学，学生通过看课本、上网或到图书馆查找资料在课前提前消化、巩固和掌握，上课时由学生介绍所了解的内容，教师进行补充、总结。这样既锻炼了学生的自学能力，又强化了学生自己获取知识的意识。而对于“理解内容”和“掌握内容”、难度比较小的部分，教师只介绍相关基本理论，具体应用采用学生讨论等方式由学生独立完成；难度比较大的部分，教师在介绍基本理论之后，采用启发、引导的方式带领学生进行应用方面的练习，并布置相关的作业由学生独立完成。这种教学方式能够引导学生在学习中有一种“爬楼梯”的感受，激励学生向高一层看。同时加大了教学内容的跨度和信息量，提高了教学效率。
