自控原理发展历程

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。

20世纪60年代初期，随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段——现代控制理论。他主要研究具有高性能，高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论，信息论，仿生学为基础的智能控制理论深入。

为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度，压力或飞行航迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。

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。

同时自动控制原理也是现在高校自动化专业的一门主干课程，是学习后续专业课的重要基础，也是自动化专业硕士研究生入学必考的专业课。

该课不仅是自动控制专业的基础理论课，也是其他专业的基础理论课，目前信息科学与工程学院开设本课程的专业有计算机、电子信息、检测技术。

该课程不仅跟踪国际一流大学有关课程内容与体系，而且根据科研与学术的发展不断更新课程内容，从而提高自动化及相关专业的整体学术水平。

该课程是自动控制理论的基础，其主要内容包括：自动控制系统的基本组成和结构、自动控制系统的性能指标，自动控制系统的类型（连续、离散、线性、非线性等）及特点、自动控制系统的分析（时域法、频域法等）和设计方法等。通过本课程的学习，学生可以了解有关自动控制系统的运行机理、控制器参数对系统性能的影响以及自动控制系统的各种分析和设计方法等。

本课程覆盖的基本概念：

系统、反馈、方框图（方块图）、信号流图、传递函数；稳定性、稳定裕量，基本环节、时间常数、阻尼系数，脉冲响应、阶跃响应、动态性能指标、稳态误差，根轨迹，主导极点，频率特性，校正和综合，典型的非线性特性、描述函数、相平面、自持振荡，采样控制、Z变换、脉冲传递函数。

本课程涵盖的基本知识点：

1．简单物理系统的微分方程和传递函数的列写和计算；

2．方框图和信号流图的变换和化简；

3．开环传递函数与闭环传递函数的推导和计算；

4．线性连续系统的动态过程分析；

5．代数稳定判据及其在线性系统中的应用；

6．根轨迹的基本特性及典型系统根轨迹的绘制；

7．用根轨迹分析系统的动态性能和稳定性；

8．波德图和奈奎斯特图的绘制；

9．奈奎斯特稳定判据及应用；

10．用开环频率特性分析系统的主要动态和静态特性；

11．校正的基本原理及设计方法；

12．简单非线性控制系统分析的描述函数分析方法及相平面方法；

13．采样系统的分析及校正的基本方法。2100433B

该产品利用物体下坠的速度差进行自控。产品高挂低用，使用时只需将锦纶吊绳跨过上方坚固钝边的结构物上，将安全钩扣除吊环，将自控器悬挂在使用者上方，把安全绳上的铁钩挂入安全带上的半圆环内，即可使用，正常使用时，安全绳将随人体自由伸缩，不需经常更换悬挂位置。在器内机构的作用下，安全绳一直处于半紧张状态，使使用者轻松自如，无牵无挂地工作。一旦人体失足坠落，安全绳的拉出速度加快，器内控制系统立即自动锁止，使安全绳下坠不超过0.2m，冲击力小于2942N，对人体毫无伤害，负荷一旦解除又能恢复正常工作，工作完毕后安全绳将自动回收到器内，便于携带。

壳体选用铝合金，质轻坚固不老化，以航空钢丝为安全绳，强度高，耐磨损。本器具用材均符合国际规定的材质要求和国标GB6095-2009、GB6096-2009要求。

以上说明，仅供参考

《自控原理及计算机控制实验教程》以沈飞电子公司生产的自动控制原理实验箱为实验平台，介绍了十个自动控制原理实验和十个计算机控制技术实验。自动控制原理部分有：典型环节及其阶跃响应、控制系统瞬态响应、控制系统频率特性、采样系统分析、控制系统稳定性研究、非线性控制系统分析、连续系统串联校正、采样控制系统校正、状态反馈、状态观测器。计算机控制技术部分有：A／D，D／A转换实验、采样保持器、大林算法控制、平滑与数字滤波、积分分离PID控制、解耦控制、最小拍控制系统、电机调速实验、步进电机实验、温度控制实验。实验内容涉及理论广泛，包含：经典控制理论的线性非线性部分及现代控制理论。实验项目类型丰富齐全，提供验证型、设计型和综合型三种类型的实验。同时为了增加实验的扩展性，培养学生的自主创新精神，还提供了函数库，供学生编程控制实验平台进行实验。

锅炉蒸汽干度自控系统施工工法适用范围

《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》适用于对蒸汽干度要求较高，需要实现锅炉自控要求的场所。

锅炉蒸汽干度自控系统施工工法工艺原理

《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》的工艺原理叙述如下：

在锅炉给水总汇管、锅炉出口分别安装电导率仪，采集给水、炉水的电导率，电导率以4～20毫安直流电流信号进入PLC的输入模块，经过PLC内部运算模块计算出蒸汽的干度[X=（b-a）/b×100%，其中X为蒸汽干度、a为给水电导率、b为炉水电导率]。此计算出的干度值为测量值（过程值），在触摸屏上设定的蒸汽干度作为给定值。PLC将测量值和给定值进行运算，经PLC的输出模块输出调节信号，在火量相对稳定的情况下，对水量进行适当调节，控制柱塞泵变频器来调节柱寒泵的排量，以达到恒干度闭环控制的目的。当锅炉在点炉或运行过程中，通过PLC软件控制主燃阀的打开与关闭。当主燃阀打开时，开始累计锅炉产汽量，停炉后停止累计注汽量。

锅炉蒸汽干度自控系统施工工法施工工艺

• 工艺流程

《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》的施工工艺流程见图1。

• 操作要点

《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》的操作要点如下：

一、施工顺序

每台锅炉安装一台PLC，一台触摸屏。PLC采集安装在锅炉上的各种仪表信号和执行机构的反馈信号，各种信号在PLC内部进行转换、计算、判断、存储、控制等。PLC内的数据可通过触摸屏进行显示和控制操作，实现各种实时曲线、报警、温度、压力等的显示；对锅炉的点火、运行、蒸汽干度、烟气含氧量进行全自动监控。

二、锅炉干度自控的PLC程序设计思路

干度值计算的有效性：干度测量的准确性对整个干度自控系统的性能至关重要，若由于变送器或取样器的原因造成测量出错，那么控制结果将出错。因此电导率的信号进入PLC进行计算时，必须同时满足下列条件：

1）给水电导率>1。

2）炉水电导率>给水电导率，否则计算结果将是负值，其次若炉水电导率为零，则PLC计算结果将溢出，造成PLC故障，使整个锅炉控制系统瘫痪。

3）在锅炉点火成功并进入调火状态后。

4）否则不进行计算，此时在触摸屏和上位机上显示干度值为0。

三、程序设计原理（图2）

油田注汽锅炉的干度系统是大滞后系统，即当给水量或其他工况发生变化后，锅炉出口干度的变化要在数10小时后。因此用传统的PID算法是无法完成此控制任务的，需用特殊的算法解决。另在程序设计中还增加了溢出中断，防止由于计算结果出错，造成PLC死机，（即PLC故障），一旦出现错误立即中断、并返回主程序运行，不影响锅炉正常运行。

1）蒸汽干度的设定值、干度上限报警值、干度下限报警值的设定和修改都是在触摸屏上完成的，但进行这些操作必须输入正确的口令字才能进行。

2）当干度自动控制系统有故障时，不能自动调节蒸汽干度，需人为干预来调节柱塞泵的排量，可在触摸屏及上位机上均可手动调节柱塞泵变频器的频率，从而使蒸汽干度控制在合理的范围内。

3）燃料压力基本稳定后，30分钟（时间可调）内达到设定值（一般为80%），控制精度1%。

4）蒸汽干度高、低报警信号不作为超限停炉信号，但有声、光报警提示。锅炉控制柜、触摸屏、上位机都同时以声、光方式报警。通过操作触摸屏、上位机可消除声音报警，光报警不能人为消除，只能报警故障消除后才能自动复位。

5）锅炉的点炉、运行及停炉由PLC实行全过程自动控制，无需人工手动/自动切换。

四、蒸汽干度在触摸屏上的监视和控制

触摸屏上显示设定干度、测量干度的动态值和百分数；测量干度的实时趋势曲线；并配有手动、自动转换操作按钮，当干度自动控制单元有故障时使用，按返回按钮后返回到主画面。

参考资料：