双向四象限控制及应用技术

双向四象限控制及应用技术

一、概述

电力电子电路是指由半导体电力电子器件组成的电路，随着技术进步已发展了多种电力电子电路，按变换功能可分为直流变换电路（DC/DC）、交流变换电路（AC/AC）、整流电路（AC/DC）、逆变电路（DC/AC），按控制方式可分为相控式、频控式、斩控式、组合式，按电能流传方向可单向电路、双向电路，按电隔离能力可分为隔离型与非隔离型，按开关环境可分为电硬开关电路与软开关电路。

所有的电力电子电路均包含功率电路与控制电路两部分，功率电路又称主电路，它依靠功率器件的开关性能和电路结构实现电能变换；控制电路是根据采用的控制策略和工具对控制信号（含主控和反馈等信号）进行必要的加工处理以形成功率器件控制极信号，实现对电能的变换与控制，随着PID（功率集成器件）和PIC（功率集成电路）的发展，这两部份电路无论在制作工艺和电路结构等方面日益紧密相连。

单向电路是指电能只能从电路的输入端向输出端负载输送的电路，如直流变换电路中的单象限电路；相反双向电路的电能则可在电路出入端之间来回流传。如直流变换电路中的多象限电路。若忽略电路内耗，电路出入端的功率平均值应相等。但功率瞬时值并不对应，也即出端功率平均值为正，其瞬时值在某些时区可为负，存储在负载中的能量在该时区中经电路反馈到电源；对于带有源负载的直流变换电路，负载功率瞬时值为负不止是载波周期的某些时区，而是持续一段时间，例如车辆减速制动过程的大部分时间。若电路具有双向功能，则负载多余的能量将经是电路反馈到电源。在该过程中，电路出入端功率平均值皆为负。无论从提高电路性能和节能等方面，双向电路均优于单向电路。随着技术的进步，双向电路的应用日广。

单象限、双象限、四象限控制的特点：1、当变换电路出端电压和电流只维持一种极性时称为单象限电路，若负载为直流电动机，则仅能运行于正转电动状态，构成不可逆调速系统。2、若出端电压或电流平均值极性为可变时称为双象限电路，若负载为直流电动机，则可工作于电动和制动双种状态。3、若变换电路出端电压和电流平均值极性均为可变时称为四象限电路，若负载为直流电动机，则可工作于正、反转电动和制动状态，构成直流可逆调速系统。单象限电路是最基本的电路。而多象限电路是利用不同拓扑的单象限电路复合而成，例如电流双象限电路是利用两个不同的单象限电路复合而成等。

双向四象限技术已成功应用于直流调速系统、有源电力滤波器、UPS、变频率器等领域，利用双向电路的四象限控制实现节能、改善电能质量、复杂控制应用等要求。使产品具有效率高、成本低、体积小、功能强等优点。

二、直流调速系统中的应用

可逆直流调速系统带反抗型负载，其转矩特性如图1所示，反抗性负载转矩是恒转矩负载的一种常见形式，是由摩擦阻力产生的转矩，故又称摩擦转矩，其特点是不管运动方向如何，其转矩与电动机转速恒保持同号，即始终是制动转矩，常见的生产机械中如起动机的行走机构等。

非常严重的问题。为了消除无功和谐波对电网造成的污染，有源电力滤波器(APF)得到了飞速发展，其主电路就是双向四象限运行。其采用的控制方法主要分为三角载波线性控制、滞环比较控制、无差拍控制3种类型。这些方法均存在一定的缺陷，如三角载波的波形畸变，滞环控制开关频率变化以及畸变电流检测的快速

实时响应等。随着微机控制技术的不断发展以及数字信号处理器(DSP)运算速度的不断提高，无差拍控制法，单周控制法及其他快速优化控制法将在APF中得到进一步的应用。

单周控制法作为一种非线性控制法，最早由美国学者Keyue M.Smedley和Slobodan Cuk提出。其基本思想是：控制开关的占空比，使每个周期内开关量的平均值与控制参考信号相等或成一定比例，从而消除稳态和瞬态误差。目前已成功地应用到DC-DC变换、音频开关放大器、功率因素校正和有源电力滤波器等。本文所提出的基于DSP的单周控制有源电力滤波器不仅结构简单可靠，而且具有很好的动态和静态补偿特性及控制器简单的优点。抗电源干扰能力强，鲁棒性好。

1. 单周控制

单周控制原理如图1所示，它由控制器、1个比较器、1个可复位积分器及时钟组成，其中控制器可以采用RS触发器或D触发器。开关K，K1为一对互补的开关，频率为fs=1／Ts。在每一个周期开始，即t=0时，时钟信号到，开关K闭合，K1断开，输出y(t)的波形和输入x(t)的波形相同，积分器由0开始积分。在t=dTs时(其中d为占空比，d=Ton／Ts，根据模拟控制参考vref调制，且

0

从图1中可以看出，输人信号x(t)被开关斩波形成输出信号y(t)，输出信号y(t)的频率和脉宽是与开关函数一致，而输出信号y(t)的包络线与输人信号x(t)一致。占空比D为模拟控制参考信号Vref所调制，从而达到对控制变量平均值进行控制的目的。

2、主电路分析与控制量关系

图2为包括电源电压US、非线性负载、电压源型变换器以及DSP单周控制器构成的单相并联型APF主电路，其中L为输出滤波电感；C为储能电容；RS为电流取样电阻。

如果图2中开关S1，S2，S3和S4采用单周控制器输出的调制脉宽波进行控制，并分别设开关S1，S2在一个时钟控制周期中导通的占空比为d1和d2；相应地开关S3，S4在一个单周期内开通的占空比则分别为(1-d1)和(1-d2)。

APF工作时能量在交流电源和APF直流侧电容之间交换，故变换器应工作在四象限。在电源电压US的正半周，开关S4应该始终开通，同时S2则始终关闭，开关S1，S3由脉宽调制波控制其互补开闭；在电源电压US的负半周，开关S3应该始终开通，同时S4则始终关闭，而S1，S2由脉宽调制波控制其互补开闭。根据单周控制原理，由图2可知，在一个单周期内有下式(1)：

其中Ts为开关周期。由于在一个单时钟周期内，电容电压uc、电源电压us和电感电压uL均可以视为常数，可以被提到积分号外面，因此可得：

式(3)就是主电路中交流电压与变换器直流侧电压的关系。然而，式(3)似乎表明直流电压等于交流电压。实际不然，式(3)所表示的实际上是在一个时钟控制周期内，交流电压与直流电压的关系。

3 控制模型

在APF控制下，从电源角度看，APF与非线性负载并联后构成的总负载应该有单位功率因数，即单周控制APF的控制目标就是使电源的总负载呈电阻性，即电路

应该满足下式：

式(6)即为单相并联型APF的单周控制模型。在式(7)的控制关系成立时，电路中的电压电流关系也必然使式(4)成立，即使电路具有单位功率因数。式(7)中u'c 实际上可以对变换器直流侧电容电压做适当分压并经过比例调节器得到，而Rs 为与电源串联的取样电阻。同时，式(7)的单周控制模型表明：对电容电压的分压值进行积分，积分输出与式(7)右边的Rsis或-Rsis进行比较，根据比较结果来决定是否使积分器复位，即决定开关的占空比。

由以上分析及式(7)可得到图3的单相并联型APF单周控制模型。该模型采用2个独立复位积分器分别满足式(7)中2个式子的比较量需要。

三、在变频器中的应用

在上个世纪80年代末，交流变频调速逐渐登上了工业传动调速方式的历史舞台。变频调速在调速范围、调速精度、控制灵活、工作效率、使用方便等方面都有很大的优点，这使变频调速成为最有发展前途的一种交流调速方式。

普通的变频器大都采用二极管整流桥将交流电转化成直流，然后采用IGBT 逆变技术将直流转化成电压频率皆可调整的交流电动机。这种变频器只能工作在电动状态，所以称之为两象限变频器。由于两象限变频器采用二极管整流桥，无法实现能量的双向流动，所以没有办法将电机回馈系统的能量送回电网。在一些电动机要回馈能量的应用中，比如电梯，提升，离心机系统，只能在两象限变频器上增加电阻制动单元。将电动机回馈的能量消耗掉。另外，在一些大功率的应用中，二极管整流桥对电网产生严重的谐波污染。

IGBT功率模块可以实现能量的双向流动，如果采用IGBT做整流桥，用高速度、高运算能力的DSP产生PWM控制脉冲。一方面可以调整输入的功率因数，消除对电网的谐波污染，让变频器真正成为“绿色产品”。另一方面可以将电动机回馈产生的能量反送到电网，达到彻底的节能效果。

吉纳电机自2001年开始进行四象限变频器开发和研制工作。到目前已经形成380V、660V两个系列功率等级的成熟的产品和技术，并广泛应用于煤矿和油田领域。

1、四象限变频器的工作原理

四象限变频器的电路原理图如图1所示。

当电机工作在电动状态的时候，整流控制单元的DSP产生6路高频的PWM 脉冲控制整流侧的6个IGBT的开通和关断。IGBT的开通和关断与输入电抗器共同作用产生了与输入电压相位一致的正弦电流波形，这样就消除了二极管整流桥产生的6K±1谐波。功率因数高达0.99。消除了对电网的谐波污染。

此时能量从电网经由整流回路和逆变回路流向电机，变频器工作在第一、第三象限。输入电压和输入电流的波形如图2所示。

当电动机工作在发电状态的时候，电机产生的能量通过逆变侧的二极管回馈到直流母线，当直流母线电压超过一定的值，整流侧能量回馈控制部分启动，将直流逆变成交流，通过控制逆变电压相位和幅值将能量回馈到电网，达到节能的效果。

此时能量由电机通过逆变侧、整流侧流向电网。变频器工作在二、四象限。输入电抗器的主要功能是电流滤波。回馈电流和电网电压波形如图3所示：

2四象限变频器的系统构成

主回路的构成：预充电电路，输入电抗、智能功率模块，电解电容和输出电抗。各部分的功能列举如下：预充电电路：由交流接触器、功率电阻组成及相应的控制回路。主要功能是系统上电时，完成对直流母线电容的预充电。避免上电时强大的冲击电流烧坏功率模块。输入电抗器：电动状态下起储能作用，形成正弦电流波形。回馈状态下，起滤波作用，滤掉电流波形的高频成分。智能功率模块:整流侧和逆变侧IGBT、隔离驱动、电流检测以及各种保护监测功能。电解电容：储能，滤波。输出电抗：降低输出dv/dt，对电机起到一定的保护作用。

3、整流部分

整流部分主要是实现有源功率因数校正与有源逆变放电这个双向功能，实现四象限工作，系统控制方框图如图4所示。

如图4所示，系统的给定是直流母线电压指令，这个指令与直流母线电压反馈的误差送到电压环的PI调节器。电压环的PI调节与三相输入正弦波的乘积成为三相电流的指令，三相电流指令与各自电流所馈作比较，误差送到电流环的PI调节器。电流环PI调节器的输出可以通过载波调制产生各相IGBT的PWM 控制信号，也可以通过空间矢量的方式产生PWM信号控制IGBT。上述的运算都是通过DSP完成的。

4、四象限变频器的典型应用

四象限变频器的典型应用是具有位势负载特性的场合，倒如掉升机，机车牵引，油田磕头机，离心机等。

以提升机的应用为倒，当提升重物时，四象限变频器拖动电机克服重力做工，电动机处于电动状态。当下放重物时，逆变侧产生励磁电流，重力牵引电机发电，电动机处于发电状态。势能转化为电能通过整流侧回馈的电网，实现节能。

采用带有PWM控制整流器变频器具有四象限运行的功能，能满足各种位势负载的调速要求，可就电机的再生能量转化为电能送回电网，达到最大限度的节能的目的。不仅如此，它还可减少电源的谐波污染，功率因数可接近于1，是一种真正的“绿色”变频器。

四、在不间断电源（UPS）中的应用

UPS在60年代问世以后，经过20多年的发展和应用，技术已趋于成熟和完善，然后在逆变技术和供电系统方面仍有新的发展，法国梅兰日兰公司的GALAXY UPS和德国Pillar公司的静态/旋转型UPS引起了人们的注意。

GALAXY UPS是梅兰日兰公司1992年底推出的单机容量为40~300KVA的UPS产品，可6台并联运行，输出1200KVA。其中三相逆变器采用双极型晶体管

和PWM技术，选用6个桥臂逆变电路（常规电路为3个桥臂），不需要晶体管并联，每两个桥臂构成一相，每相输出电压调节互相独立，其电气性能和可靠性有明显提高，而且带非线性负载能力强。由于削波频率、削波方式和晶体管控制方法采用独特的设计方法，有效地减小了晶体管开关损耗，整机效率在40%~95%额定负载的范围内达到了95%。

Pillar公司的静态/旋转型UPS的供电系统新颖，综合了传统静态UPS和旋转UPS的优点，克服了静态UPS过载能力差和旋转UPS体积大、笨重的缺点。该UPS采用整流器、蓄电池、逆变器和一个旋转变压器（即交流电动机与交流发电机的组合体），平时由旋转变压器向负载供电，可提供2~3倍额定电流的过载能力。逆变器故障时，由于旋转变压器具有惯性可继续发电，故向旁路电源转换过程中对系统输出电压影响很小，保证了真正的不间断供电。

目前实际应用的UPS绝大部分都属于传统静态UPS系统，传统静态UPS系统至今已使用20多年，技术成熟、运行可靠，但在UPS内部需要经过整流、逆变二级变换，故输入谐波电流较大，效率较低。而近年来国外研制的单极变换UPS，已成为UPS系统的一次革命。该单级变换UPS是由四象限逆变器、蓄电池和电感组成的，由市电经电感直接为负载供电。在供电过程中，通过对逆变器输出电压和逆变器相对市电相角的调节，实现对UPS系统输出电压的调节以及对逆变器从电网吸收有功电流的控制，从而保证了UPS系统输出电压的稳定和对蓄电池的充电（注：当电网电压与逆变器电压相等而相角超前于逆变器时，有功功率会从电网经逆变器流入蓄电池，给蓄电池充电）。如市电停电，则由蓄电池放电给逆变器，由逆变器向负载供电。实现UPS的双向流动。单级变换UPS系统效率可达97%，系统取消了整流器，无输入谐波电流，所以对电网和油机的影响小。目前这种UPS产品容量，单相为0.5~10kVA，三相为100~200kVA。UPS系统逆变技术方面。从采用器件到控制方法均在不断更新。逆变器采用的器件有SCR GTO、双极型晶体管、MOSFET、IGBT等，其中双极型晶体管和MOSFET目前应用最多，90年代以来，中小功率的UPS开始采用IGBT。目前实际应用的逆变器大多采用PWM技术，近年来采用零电压转换和零电流转换的LC谐振式逆变器也已研制出来，这是逆变技术的新发展。

电网侧直流侧

逆变器

图1 四象限逆变器控制原理

双向四象限逆变器控制的特点：电网侧电流正弦化及单位功率因数，大大节省电能；既能充电又能放电；可以实现恒压、恒流；按时调定充放电功能；一般采用瞬时电流PWM办法。

双向四象限控制技术已广泛应用于有源电力滤波器、变频器、直流可逆调速系统等领域，随着UPS相关DSP数字控制技术的发展，UPS呈现小型化、全数字化、高频化、高效率、智能化的发展趋势，四象限控制技术应用于UPS，必将引起国内UPS行业的一次新的革命，填补国内UPS四象限控制技术的空白。

五、在电池化成装置中的应用

目前锂离子电池已经在移动电子设备中得到了广泛的应用。随着全球范围能源危机的加剧和锂离子电池的技术水平、使用寿命的提高，大容量锂离子电池得到各电池生产厂商的重视，已经有产品作为重要的动力来源应用于电动汽车。电池生产过程中必须要经过电池化成工序，即在生产过程中需要进行多次充放电才能完成整个电池的生产。目前由于技术和成本因素，国内的电池化成绝大部分还在沿用小容量电池的设备，充电设备效率和网侧功率因数较低，放电时采用将电池内部能量通过电阻放电的方式消耗，造成极大的能源浪费。据估算，电池化成消耗的电能费用可占到生产成本的20%~30%，尤其在大容量化的趋势下，能量浪费则更加明显。同时，单体电池化成过程的数据由人工手动完成，不易形成系统化的数据，电池的性能只能粗略估计，不能形成合理的客观评价，对电池的串联成组使用带来潜在的性能和寿命隐患。因此高效的单体锂离子电池化成设备，不仅可以明显减少能源浪费，，而且统筹规划多只单体电池的化成过程，同时形成完善的数据记录统计，便于电池的使用与管理。

电池化成装置中核心的功率处理是充电模块与放电模块，大容量锂离子电池单体电压在3V~4.2V之间，目前单体动力型锂离子电池的容量可到100Ah 以上，充放电电流在30A~40A 之间。充电模块和放电模块如各自单独采用一套电路拓扑，会带来主电路复杂、控制量较多、体积较大、成本较高等问题，如采用双向四象限控制，可以实现充放电模块的一体化，有结构简单，低成本、体积小等优点，一台装置既是一台高输出功率因数的有源逆变放电装置又是一台高输入功率因数的充电装置。

六、在其它产品中的应用

双向四象限控制技术在风能、太阳能并网发电装置中实现蓄电池的充放电的核心功能。

车辆智能控制技术的研究与应用

车辆智能控制技术的研究与应用 车辆1003 20104043 李琳

车辆智能控制技术的研究与应用 自从汽车被发明以来，人类对于驾驶汽车的看法就一直存在分歧，一部分人热衷于让汽车变得越来越好开，强调驾驶乐趣，让你的双手舍不得离开方向盘；然而另一部分人则更热衷于让汽车变得越来越“傻瓜化”，甚至要将驾驶者的双手从方向盘上解放出来……上世纪80年代开始热播的美剧《霹雳游侠》当中的KITT，正是后者思想的集大成者。正在读这篇文章的您也许就曾经被无敌的KITT 所深深吸引吧？当然人类的科技还根本无法达到科幻电视剧当中的效果，KITT 无与伦比的人工智能、让主人公高枕无忧的自动驾驶、车身超级耐打击的能力以及几乎不用加油的动力科技看上去几乎都是天方夜谭。然而随着汽车技术的发展，现实版“KITT”正在向人们走来，近些年来许多厂商都致力于无人自动驾驶技术的研发，宝马在这领域走在时代的前边。 现阶段的技术成果虽然无法实现《霹雳游侠》或者《钢铁侠》里面那样强大的技术，但是让车子短暂脱离驾驶员的控制而自主驾驶，还是已经成功实现了。宝马将一系列最先进的无人驾驶技术设备集成到了一辆看似非常普通的5系轿车里，这些设备能够在高速公路行驶时，接管驾驶员的所有操作，自主进行油门、刹车甚至超车的动作。 车辆自主变线超车 借助布置在车身四周的传感器，它甚至可以发现从辅路匝道进入主干道的车辆，自主采取加减速或者变道的措施，而具体选择那种操作，也是通过计算当时的行驶条件而决定的，也就是说它具备了自主判断交通状况的能力。而这一切，目前都能够在130km/h以下的车速来完成。

其实这些对于驾驶员来说再容易不过的驾驶操作，对于自动驾驶系统来说可是超级复杂的一件事情。车辆不仅需要随时准确侦测出自己处于道路中的哪一条车道上，更要认出车身周边的车辆或者物体。实现这样的感知，不仅需要普通雷达，更需要激光、超声波以及摄像头的辅助。 若要精确做出判断，上述的集中探测装置至少需要两种协同作用。目前这辆能够自主驾驶的宝马5系轿车已经在驾驶员极少干预的前提下，安全行驶了3000英里。这都要归功于全车所有精良的设备。再有一点就是，这项技术的应用普及速度可能远超过你的想象，有消息称该技术在2014年的宝马i3上就会开始搭载，届时你可要分清路上开车的到底是人还是车自己了。然而一向强调给驾驶者带去驾驶乐趣的宝马开发这么一个产品，缺失会让人觉得有些意外，宝马官方给出的解释是，这项技术并不会完全将驾驶者从眼观六路耳听八方中抽离开来，所以不要指望你能在开车上班的路上睡上一觉…… 1 悬架的研究方法 （1）理论研究[1] 悬架系统的理论研究具有前瞻性和探索性，为智能悬架系统的物理实现奠定理论基础。其主要研究内容： a.悬架力学模型理论研究。悬架力学模型是振动理论中的隔振和减振理论的实际应用，通过振动理论的深入研究，全面综合研究悬架的减振和隔振性能、悬挂系统的非线性特性。 未来几年中，动力学、振动与控制领域的下述研究前沿值重视：①高维非

智能控制理论简述

智能控制理论简述 智能控制（intelligent controls）在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。智能控制是指驱动智能机器自主地实现其目标的过程,即无需人的直接干预就能独立地驱动智能机器实现其目标。其基础是人工智能、控制论、运筹学和信息论等学科的交叉,也就是说它是一门边缘交叉学科。 控制理论发展至今已有100多年的历史，经历了“经典控制理论”和“现代控制理论”的发展阶段，已进入“大系统理论”和“智能控制理论”阶段。智能控制理论的研究和应用是现代控制理论在深度和广度上的拓展。20世纪80年代以来，信息技术、计算技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透，也推动了控制科学与工程研究的不断深入，控制系统向智能控制系统的发展已成为一种趋势。 近20年来,智能控制理论(IntelligentControl Theory)与智能化系统发展十分迅速[1].智能控制理论被誉为最新一代的控制理论,代表性的理论有模糊控制(Fuzzy Control)、神经网络控制(Neural Networks Control)、基因控制即遗传算法(Genetic Aigorithms)、混沌控制[2](Chaotic Control)、小波理论[3](Wavelets Theo-ry)、分层递阶控制、拟人化智能控制、博奕论等.应用智能控制理论解决工程控制系统问题,这样一类系统称为智能化系统。它广泛应用于复杂的工业过程控制[4]、机器人与机械手控制[5]、航天航空控制、交通运输控制等.它尤其对于被控对象模型包含有不确定性、时变、非线性、时滞、耦合等难以控制的因素.采用其它控制理论难以设计出合适与符合要求的系统时,都有可能期望应用智能化理论获得满意的解决。 自从“智能控制”概念的提出到现在,自动控制和人士_智能专家、学者们提出了各种智能控制理论,下面对一些有影响的智能控制理论进行介绍。 （1）递阶智能(Hierarchical IntelligentControl) 阶智能控制是由G.N.Saridis提出的,它是最早的智能控制理论之一。它以早期的学习控制系统为基础,总结人工智能与自适应控制、自学习控制和自组织控制的关系后逐渐形成的。递阶智能控制遵循“精度随智能降低而提高”的原理分级分布。该控制系统由组织级、协调级、执行级组成。在递阶智能控制系统中,

DCS中的先进控制技术

DCS中的先进控制技术 dcs在控制上的最大特点是依靠各种控制、运算模块的灵活组态，可实现多样化的控制策略以满足不同情况下的需要，使得在单元组合仪表实现起来相当繁琐与复杂的命题变得简单。随着企业提出的高柔性、高效益的要求，以经典控制理论为基础的控制方案已经不能适应，以多变量预测控制为代表的先进控制策略的提出和成功应用之后，先进过程控制受到了过程工业界的普遍关注。需要强调的是，广泛应用各种先进控制与优化技术是挖掘并提升DCS综合性能最有效、最直接、也是最具价值的发展方向。 在实际过程控制系统中，基于PID控制技术的系统占80%以上，PID回路运用优劣在实现装置平稳、高效、优质运行中起到举足轻重的作用，各DCS厂商都以此作为抢占市场的有力竞争砝码，开发出各自的PID自整定软件。另外，根据DCS的控制功能，在基本的PID算法基础上，可以开发各种改进算法，以满足实际工业控制现场的各种需要，诸如带死区的PID控制、积分分离的PID控制、微分先行的PID控制、不完全微分的PID控制、具有逻辑选择功能的PID 控制等等。 与传统的PID控制不同，基于非参数模型的预测控制算

法是通过预测模型预估系统的未来输出的状态，采用滚动优化策略计算当前控制器的输出。根据实施方案的不同，有各种算法，例如，内模控制、模型算法控制、动态矩阵控制等。目前，实用预测控制算法已引入DCS，例如IDCOM控制算法软件包已广泛应用于加氢裂化、催化裂化、常压蒸馏、石脑油催化重整等实际工业过程。此外，还有霍尼韦尔公司的HPC，横河公司的PREDICTROL，山武霍尼韦尔公司在TDC-3000LCN系统中开发的基于卡尔曼滤波器的预测控制器等等。这类预测控制器不是单纯把卡尔曼滤波器置于以往预测控制之前进行噪声滤波，而是把卡尔曼滤波器作为最优状态推测器，同时进行最优状态推测和噪声滤波。 先进控制算法还有很多。目前，国内、外许多控制软件公司和DCS厂商都在竞相开发先进控制和优化控制的工程软件包，希望在组态软件中嵌入先进控制和优化控制策略。

电气自动化控制技术及其应用

电气自动化控制技术及其应用 1.电气自动化控制技术简介 电气自动化控制技术是与电子和信息技术紧密结合在一起的一门电气工程应用技术学科，随着电子技术、信息网络、智能控制的飞速发展，使得电气自动化经历了从无到有、从发展到成熟的过程。它主要体现在传感器技术、自动控制技术、电机控制技术以及通信网络等控制技术上，并且通过发展研究，已经成为了现代工业自动化的一个重要的技术手段。过去的电气控制主要是以低电压器件为主，不断形成新的继电为主的新型电气控制系统。近些年来，随着电子行业的不断发展，我国电气控制系统从根本上发生了很大的变化，从最先的继电器的控制系统发展到微处理的自动化控制系统，同时我们也开始利用网络技术把它们结合起来，在一个控制网络系统上体现出来，最终形成一个开放性的网络化的控制系统。 2.电气自动化控制技术的具体应用 2.1在当代建筑行业中的应用 随着我国国民经济的飞速发展，建筑系统势必要引入电气自动化的成分以及智能化建筑，特别是数字电子化科技发展智能化已经成为了当今建筑界的主流方向。为了资源的人力的节省并能达到设备的合理利用于是就有了建筑设备的自动化控制系统。智能化建筑内有大量的通信自动化系统楼宇自动化系统、办公自动化系统、电子设备与布线系统、闭路电视系统、火灾报警及消防联动控制系统以及保安监控系统等及其相应的布线系统。 楼宇自动化控制一般采用的是计算机集散控制。直接数字控制器往往被大部分用作分散控制器，然后运用上位计算机来管理和监控主机屏幕；曲线、动画、数据库、各种专用的控件以及文本和脚本等等都可以作为手段来进行使用；楼宇自动化是一个非常复杂的系统，包括很多的方面，比如通风与空调监控系统、照明监控系统、电力供应

《电机与电气控制技术应用》课程标准

锦州市机电工程学校 《电机与电气控制技术应用》 课程标准

《电机与电气控制技术应用》课程标准 一、课程简介 课程名称：《电机与电气控制技术应用》； 学时：96 授课对象：机电技术应用专业一年级学生； 课程性质：《电机与电气控制技术应用》是中等职业学校机电技术应用专业的一门核心专业课程，特点是理论与实践联系非常紧密，它是中职学生在实践中检验并加深理解所学理论知识，进而牢固掌握专业知识、提高实践动手能力的重要手段和途径。它不仅为《可编程序控制器技术及应用》等后续课程、集中实训和顶岗实习打下基础，而且为相关专业学生考取初、中级维修电工职业资格证书做准备。本课程的教学目的是让学生熟悉三相异步电动机及其电气控制系统的基本控制电路，具有电气控制系统的安装、调试和故障排除的基本能力。本课程的突出特征是理论教学与实际训练并重，要求理论必须与操作密切结合，强调技术应用。内容大致分为三相异步电动机正转、正反转、降压启动和制动等部分。教学应在电气控制实训室中进行，通过对典型工作任务完整工作过程的完成，培养学生的理论能力、实践能力、方法能力与社会能力，并养成良好自觉的职业习惯与素养。 前期课程：计算机应用基础、机械基础、电工技术； 同步课程：电子技术、机械制图； 后续课程：可编程序控制器技术及应用。

二、课程设计思路 （一）课程基本理念： 1.突出学生为主体，注重学生的能力培养 本课程在教学过程中，注重学生从事本专业工作所需的基本理论、基本方法和基本技能的学习，教学中注意激发学生的学习兴趣，在启发、提示下引导学生自主学习，提高学生的思维能力和实践技能，增强他们理论联系实际的能力，培养学生的自学能力，使他们在走上工作岗位后实现可持续发展。培养学生作为准职业人的良好职业习惯与素养。 2.改变传统教学方式，培养学生实践动手能力 本课程在教学过程中要打破传统的知识体系架构，重新建立以工作任务为引领的、任务驱动为导向的能力体系架构。通过对典型工作任务完整工作过程的完成，培养学生自主资讯、归纳总结、实践操作的能力，使学生学会如何在一个团队的工作中通过沟通与交流，形成工作方案并具体实施，以团队合作的方式完成项目工作的能力与经验。 3.尊重个体差异，看到学生进步，注重过程评价 本课程在教学过程中，倡导学生自主分析、积极思考，鼓励多元思维方式并将其表达出来，尊重个体差异。在教学评价过程中，多看到学生个体的进步，而不要对学生的要求搞“一刀切”，只要学生有进步，哪怕还较其他同学差些，但相对自己有了进步，教师就应及时鼓励，给予表扬，并在过程评价中予以体现，注重培养和激发学生的学习积极性和自信心。评价要遵循有利于促进学生的知识与技能掌握为原则，并能促进学生健康人格的发展。 （二）课程设计思路

电气控制技术与应用-习题与解答(五)

习题与解答（五） 一、填空题 1．刀开关安装时，手柄要向上装，不得倒装或平装，否则手柄可能因动下落而引起误合闸，造成人身和设备安全事故。接线时，电源线接在上端，下端接用电器，这样拉闸后刀片与电源隔离，用电器件不带电，保证安全。 2．按钮用来短时间接通或断开小电流，常用于控制电路，绿色表示起动，红色表示停止。 3．熔断器用于短路保护，热继电器用于过载保护，它们都是利用电流的热效应来工作的。 4．低压断路器又称空气开关或自动开关，它是既能通断电路，又能进行短路、过载、失压、欠压保护。 5．交流接触器主要由电磁系统、触头系统、灭弧系统组成。 6．电流继电器的线圈应串联在电路中，绕组较短粗，电压继电器的线圈应并联在电路中，绕组较细长。 7.控制原理图一般分为电源电路、控制电路、主电路、信号电路及照明电路绘制。原理图中各触头位置都应按电路未通电或电器未动作时的常态位置画出。 8.需要在不同的场所对电动机进行控制，可在控制电路中并联几个启动按钮和串联几个停止按钮。 9. SQ是位置开关的文字符号，自动空气开关的文字符号是QF ，中间继电器的文字符号是KA。 10. “JR16-20/3D”是表示热继电器，“20”表示额定电流为20A ，“3”表示三相式热继电器，“D”表示具有差动断相保护机构。它可以用来对三角形接法的电动机进行有效的保护。 二、判断题 1.在自动空气开关中，起短路保护的是电磁脱扣器。（√） 2采用了自动空气开关，可以对电动机实行无熔丝保护。（√） 3根据触头的延时特点不同，时间继电器可分为通电延时型和断电延时类两种。（√） 4.速度继电器是用来反映转速变化的继电器。（√） 5．过电流继电器在电路电流正常时，其铁心处于未吸合状态。（√）

智能控制技术现状与发展

摘要：在此我综述智能控制技术的现状及发展,首先简述智能控制的性能特点及主要方法;然后介绍智能控制在各行各业中的应用现状;接着论述智能控制的发展。智能控制技术的主要方法，介绍了智能控制在各行各业中的应用。随着信息技术的发展，许多新方法和技术进入工程化、产品化阶段，这对自动控制技术提出犷新的挑战，促进了智能理论在控制技术中的应用，以解决用传统的方法难以解决的复杂系统的控制问题。 关键词：智能控制应用自动化 浅谈智能控制技术现状及发展 在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。对许多复杂的系统，难以建立有效的数学模型和用常规的控制理论去进行定量计算和分析，而必须采用定量方法与定性方法相结合的控制方式。定量方法与定性方法相结合的目的是，要由机器用类似于人的智慧和经验来引导求解过程。因此，在研究和设计智能系统时，主要注意力不放在数学公式的表达、计算和处理方面，而是放在对任务和现实模型的描述、符号和环境的识别以及知识库和推理机的开发上，即智能控制的关键问题不是设计常规控制器，而是研制智能机器的模型。此外，智能控制的核心在高层控制，即组织控制。高层控制是对实际环境或过程进行组织、决策和规划，以实现问题求解。为了完成这些任务，需要采用符号信息处理、启发式程序设计、知识表示、自动推理和决策等有关技术。这些问题求解过程与人脑的思维过程有一定的相似性，即具有一定程度的“智能”。 一、智能控制的性能特点及主要方法 1.1根据智能控制的基本控制对象的开放性，复杂性，不确定性的特点，一个理想的智能控制系统具有如下性能： （1）系统对一个未知环境提供的信息进行识别、记忆、学习，并利用 积累的经验进一步改善自身性能的能力，即在经历某种变化后，变化后的

过程装备控制技术及应用习题参考答案

过程装备控制技术 及应用习题及参考答案 第一章控制系统的基本概念 1?什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？ 答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含： ①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。 2. 自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。 自动控制系统常用的术语有： 被控变量y――被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度； 给定值（或设定值）y s――对应于生产过程中被控变量的期望值； 测量值y m 由检测原件得到的被控变量的实际值； 操纵变量（或控制变量）m――受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号； 干扰f――引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e） 被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m - y s 控制信号u――控制器将偏差按一定规律计算得到的量。 3. 什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？ 答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图

先进控制技术在DCS系统中的应用

先进控制技术在DCS系统中的应用 发表时间：2018-05-28T10:09:34.313Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：邵才俊 [导读] 摘要：DCS在其性质上属于一种分布式控制系统，在具体的使用过程中可以发挥出一定的集散控制作用，在系统当中主要是集合了计算机技术、控制技术、通讯技术以及网络技术等。 (江苏国信协联能源有限公司江苏无锡 214203) 摘要：DCS在其性质上属于一种分布式控制系统，在具体的使用过程中可以发挥出一定的集散控制作用，在系统当中主要是集合了计算机技术、控制技术、通讯技术以及网络技术等。技术人员在对层面进行控制的过程中需要采取分散控制的方式来进行，另外，在对生产装置进行管理的过程中需要进行集中管理。在DCS系统中，要想使系统可以实现一定的数字控制功能，技术人员需要对系统的规模进行不断扩大，同时在使用功能方面也需要不断增加，这样才能使DCS系统在实际的使用过程中可以发挥出更有意义的使用价值。 关键词：先进控制技术；DCS系统；应用 1先进控制技术的意义 目前，我国加强了对DCS系统的管理工作，并为DCS系统在未来的发展提供了良好的发展前景。通过对先进控制技术的不断优化和完善，可以使企业在生产的过程中获得更多的经济效益，从而使企业在激烈的市场竞争中实现更加长远的发展。随着现代控制理论的发展以及人工智能的广泛应用，为先进控制技术的发展起到了良好的促进作用。先进控制技术在使用的过程中，主要是应用了数学原理，然后在计算机技术运行的基础上实现相应的控制工作。先进控制技术与一般的PID技术相比存在着一定的差异，先进控制技术在使用的过程中可以获得比较大的经济效益，同时具备非常完善的控制措施，可以为最终参数的准确性提供良的保障。而其他技术在应用的过程中可能会面临一些突发性的事件，因为工业系统在整体上不具备稳定性，很多问题没有办法进行准确的预测。因此，一般的控制技术在使用的过程中还无法实现对工业系统问题的有效处理，而采用先进控制技术就可以对整个工业系统实现合理有效的控制。 2先进控制技术的发展现状 当一个施工单位或者是生产企业采用PID控制技术对系统进行处理的过程中，主要是融合了经典理论的前提条件下来进行的。PID控制技术目前在很多行业中有着非常广泛的使用和推广，而在现代化的工业生产过程中DCS系统有着非常广泛的使用，大部分工业系统的稳定运行以及合理性的操作可以采用PID技术进行控制和维护，这种方式在操作的过程中比较简单，并且也很容易被行业认可和接收。随着我国科学技术的不断发展，控制技术在其机构以及作用上有了很大的改进和完善，并在应用规模上也在逐渐的扩大。在我国的工业系统进行生产的过程中，一般情况下会出现很多化学以及生物反应，在反应的过程中可以对物质以及能量进行有效的传递和转换，工业生产在整体上呈现了一定的复杂性，其中会涉及到很多方面的内容和知识，并且其中还存在着很多不确定性因素，信息的不完善以及非线性特征等，正是因为存在这些问题导致先进控制技术在工业化发展中受到了非常严重的阻碍，同时这也是目前工业生产所面临的核心问题，这会对产品的质量以及生产效率造成非常严重的影响。面对这种现象，工业生产应该逐渐面向大型或者是连续性的方向不断发展，通过对技术方面的有效完善，可以对生产过程中存在的整体性问题以及实时性问题进行合理有效的解决。也就是说，为了使DCS系统的协调性可以实现有效的提升，同时对工业生产过程中进行不断的优化，这就需要采用先进控制技术，从而才能对生产过程中出现的复杂性问题进行有效的解决。 3先进控制技术在DCS控制系统中的应用 3.1自适应控制 就自适应控制技术而言，它在DCS控制系统中的应用主要包含以下几种形式。第一，自校正调节器控制系统。该系统的组成要素主要包含可调控制器、对象参数估计器、控制器参数计算系统以及控制对象。在实际控制过程中，该系统可以借助对象参数估计器，将处于运行状态的控制对象当前参数估计出来，并将其传输至控制器参数计算模块中。该模块得出计算结果之后，会根据结果调整控制对象的参数。当控制对象运行一段时间后，如果调整参数并不适用，整个参数计算流程将再次循环，从而得出新的参数计算结果，然后由可调控制器记录并用于控制对象中。该系统的自动校正功能有效保证了最终控制决策的有效性。第二，模型参考自适应控制系统。该系统由反馈控制器、参考模型以及调整控制器等部分组成。其中，参考模型是影响该系统控制质量的主要因素。 3.2智能控制 典型的智能控制主要包含神经网络和专家系统等。就神经网络而言，它的应用优势主要包含鲁棒性强、可以自动学习、可实现大规模并行处理等。为了优化DCS控制系统的性能，可以将CMAC神经网络应用在DCS控制系统中，以优化DCS控制系统的主蒸汽温度控制功能。具体原理：协调器利用预先设定值及企业中控制对象（主蒸汽温度）的实际输出参数，计算符合企业生产需求的控制对象最佳期望输出参数；得出具体计算结果后，由CMAC网络响应进行检测，若产生响应反应，则表明该数值合理，此时可以利用这一参数对控制对象的当前参数进行调节。事实上，CMAC神经网络在DCS控制系统中的应用也有可能产生错误的控制决策。但是，这种先进控制技术可以利用自身的自主学习功能检测控制决策的合理性。当发现参数不符合要求后，会再次将参数带入循环重新计算，最终获得符合企业生产需求的参数处理结果。 就专家系统而言，它的推理控制决策功能是通过各个领域的专家经验产生的。专家系统的控制决策原理：数据库负责储存事实和相应的推理结果；而知识库通过知识获取操作从相关领域的专家身上获得相应的知识和经验（获取环节具有实时性，因此知识库与领域专家在知识维度上的一致性相对较好）。用户提出问题后，专家系统中的推理机会从知识库、数据库中调取相应信息，判断该问题是否已经存在。如果知识库和数据库中都不存在该问题，则推理机会借助相关经验和推理结果，对该问题的可能结果进行推理，并将最终推理结果反馈给用户。对于DCS控制系统而言，专家系统的应用可以显著改善问题解决能力。运行状态下，DCS控制系统识别出企业的某个部分或生产环节出现异常问题时，专家系统能够快速发挥作用，为DCS控制系统提供相应的推断结果，以此保证DCS控制系统的正常运行。 3.3预测控制 预测控制对DCS控制系统性能的优化可以通过多变量系统的动态矩阵控制来实现。作用原理：根据企业中的控制对象，构建出相应的动态矩阵；当控制对象出现变化时，具体的变动信息会被反应在动态矩阵中，由动态矩阵进行校正。除了检测功能之外，动态矩阵还可以结合预测模型对控制对象可能出现的变化作出预测，进而保证控制决策与控制对象之间的契合性。对于DCS控制系统而言，预测控制的应

电气控制技术与应用-习题与解答(六)

习题与解答（六） 一、填空题 1.用热继电器对电动机进行保护，其整定电流值应由电动机的额定电流来确定。热继电器可以用来防止电动机因过载而损坏，不能用来对电动机进行失压保护。 2.可以用中间继电器来扩大控制回路的数目。中间继电器是把一个输入信号变成多个输出信号的继电器。 3.中间继电器的结构与原理和接触器相同，故也称为接触器式继电器。其各对触头允许通过的电流是相同的，额定电流一般为 5 A。 4.电流继电器的吸引线圈应串联在主电路中。欠电流继电器在主电路通过正常工作电流时，动铁心已经被吸合，当主电路的电流低于其整定电流时，动铁心才被释放。 5.电动机的正反转控制电路，其实就是正转控制与反转控制电路的组合。但在任何时候只允许其中一组电路工作，因此必须进行互锁，以防止电源短路。 6.“JR16-20/3D”是表示热继电器，“20”表示额定电流为20A ，“3”表示三相式热继电器，“D”表示具有差动断相保护机构。它可以用来对三角形接法的电动机进行有效的保护。 7.闸刀开关一般来说应垂直装于控制板上，不能倒装。接线时，进出线不能反接，否则在更换熔丝时会发生触电事故。 8.SQ是位置开关的文字符号，自动空气开关的文字符号是QF ，中间继电器的文字符号是KA。 9.时间继电器按延时方式可分为通电延时型与断电延时型两种。 10.电气控制原理图一般分为电源电路、控制电路、主电路、信号电路及照明电路绘制。原理图中各触头位置都应按电路未通电或电器未动作时的常态位置画出。 二、判断题 1.只要流经热继电器的电流超过其整定电流值，热继电器会立即动作。（×） 2.不能采用二相结构的热继电器对三角形接法的电动机进行有效的断相保护。（√） 3.中间继电器触头数目多，并且没有主、辅触头之分。（√） 4.自动空气开关适用于频繁启动和停止电动机。（×） 5.在自动空气开关中，起短路保护的是电磁脱扣器。（√） 三、简答题

过程装备与来控制技术及应用复习资料概要

1. 什么是被控对象的控制通道?什么是干扰通道? 答:对一个被控对象来说,输入量是扰动量和操纵变量,而输出是被控变量。由对象的输入变量至输出变量的信号联系称为通道。操纵变量至被控变量的信号联系称为控制通道;扰动量至被控变量的信号联系称为扰动通道 2. 被控对象的特性是由生产工艺过程和工艺设备决定的,在控制系统的设计中是无法改变的。 3. 被控对象数学描述推导依据的:物料平衡和力学平衡. 4. 传感器的主要组成部分:敏感元件、转换元件、测量电路与其他辅助部件组成. 5. 力平衡式压差变送器主要组成部分:测量部分、放大器和反馈部分。 6,. 温度变送器类型:直流毫伏、电阻体温度和热电偶温度变送器. 7.试分析四线制变送器与两线制变送器与电源的连接方式并画出示意图。 答:电动变送器输出信号与电源的连接方式有两种:四线制和两线制,四线制中, 供电电源通过两根导线接入,另两根导线与负载电阻R2相连,输出0~10mA DC 信号。这种连线方式中,同变送器连接的导线共有4根,成为四线制,如图(a所示。如图b中所示,同变送器连接的导线只有两根,同时传送变送器所需的电源电压和4~20mA DC输出电流,称为两线制。 8.何为基型调节器?它具有哪些主要特点? 答:基型调节器是一种具有PID运算功能,并能对被调参数,给定值及阀门位置进行显示的调节器。 特点:①采用了高增益、高阻抗线性集成电路组件,提高万仪表的精度,稳定性和可靠性,降低了能耗。

②有软、硬两种手动操作方式,软手动与自动之间由于有保持状态而使调节器输出能够长期保持,因而在互相切换时具有双向无平衡无抗扰特性,提高了操作性能。 ③采用集成电路便于各种功能的扩展。 ④采用标准信号制,接受1-5V DC测量信号,输出4~20mA DC信号,由于空气受点不是从零点开始的,故容易识别断电、断线等故障 ⑤能与计算机联用。 9.什么是自动控制系统的方框图?它与工艺流程图有什么不同? 答:自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线(带有箭头的线段、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分,方块内填入表示其自身特性的数学表达式;方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系,以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号,表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接,借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程,即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。10.在自动控制系统中,什么是干扰作用?什么是控制作用?两者有什么关系?答:干扰作用是由干扰因素施加于被控对象并引起被控变量偏离给定值的作用;控制作用是由控制器或执行器作用于被控对象,通过改变操纵变量克服干扰作用,使被控变量保持在给定值,两者的相同之处在于都是施加于被控对象的作用,不同之处在于干扰作用是使被控变量偏离给定值,而控制作用是使被控变量接近给定值。 11.什么是自动控制系统的过度过程?在阶跃干扰作用下有哪几种基本形式? 其中哪些能满足自动控制的要求,哪些不能,为什么?

自动控制现代控制与智能控制的关系

自动控制、现代控制与智能控制的关系 一、基本区别 控制理论发展至今已有100多年的历史，经历了“经典控制理论”和“现代控制理论”的发展阶段，已进入“大系统理论”和“智能控制理论”阶段。智能控制理论的研究和应用是现代控制理论在深度和广度上的拓展。20世纪80年代以来，信息技术、计算技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透，也推动了控制科学与工程研究的不断深入，控制系统向智能控制系统的发展已成为一种趋势。 自动控制理论中建立在频率响应法和根轨迹法基础上的一个分支。经典控制理论的研究对象是单输入、单输出的自动控制系统，特别是线性定常系统。经典控制理论的特点是以输入输出特性（主要是传递函数）为系统数学模型，采用频率响应法和根轨迹法这些图解分析方法，分析系统性能和设计控制装置。经典控制理论的数学基础是拉普拉斯变换，占主导地位的分析和综合方法是频率域方法。建立在状态空间法基础上的一种控制理论，是自动控制理论的一个主要组成部分。 在现代控制理论中，对控制系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是时间域方法。现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多，包括线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统，单变量系统和多变量系统。它所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上进行。现代控制理论还为设计和构造具有指定的性能指标的最优控制系统提供了可能性。 智能控制（intelligent controls）在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。 二、华山论剑：自动控制的机遇与挑战 传统控制理论在应用中面临的难题包括：(1)传统控制系统的设计与分析是建立在已知系统精确数学模型的基础上，而实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等，一般无法获得精确的数学模型；(2)研究这类系统时，必须提出并遵循一些比较苛刻的假设，而这些假设在应用中往往与实际不相吻合；(3)对于某些复杂的和包含不确定性的对象，根本无法用传统数学模型来表示，即无法解决建模问题；(4)为了提高性能，传统控制系统可能变得很复杂，从而增加了设备的初始投资和维修费用，降低了系统的可靠性。 为了讨论和研究自动控制面临的挑战，早在1986年9月，美国国家科学基金会(NSF)及电气与电子工程师学会(1EEE)的控制系统学会在加利福尼亚州桑克拉拉大学(University of Santa Clare)联合组织了一次名为“对控制的挑战”的专题报告会。有50多位知名的自动控制专家出席了这一会议。他们讨论和确认了每个挑战。根据与会自动控制专家的集体意见，他们发表了《对控制的挑战——集体的观点》，洋洋数万言，简直成为这一挑战的宣言书。 到底为什么自动控制会面临这一挑战，还面临哪些挑战，以及在哪些研究领域存在挑战呢? 在自动控制发展的现阶段，存在一些至关重要的挑战是基于下列原因的：(1)科学技术

电气控制技术论文

The application of electrical control technology in the industrial production --------电气控制技术在工业上产中的应用 姓名：韩冲 学号： 班级：机械2094 授课教师：周力 2012年5月 目录 前言 (1) 摘要 (2) 第一章PLC的简介 1.1 PLC的发展 (3) 1.2PLC与电气控制相结合的优点 (3) 1.3 PLC与电气控制的特例解析 (4) 第二章三相异步电动机基础 2.1 三相异步电动机的结构 (5) 2.2 三相异步电动机的工作原理 (6) 2.3 三相异步电动机的几个工作过程的分析 (7) 第三章PLC基础 3.1 PLC的定义 (10) 3.2 PLC与继电器控制的区别 (10) 3.3 PLC的工作原理 (10) 3.4 PLC的应用分类 (11) 第四章三相异步电动机的PLC控制 4.1 三相异步电动机的正反转控制 (12) 4.2 两台电动机顺序起动联锁控制 (13) 4.3三相异步电动机使用PLC控制优点 (15) 结束语 (16) 参考文献 (17) 前言 电气控制技术是一门多学科交叉的技术,是实现工业生产自动化的重要技术手段。随着科学技术的不断发展,特别是计算机和网络技术的应用,以及新型控制策略的出现,使电气控制系统从控制结构到控制理念均发生了根本的变化。系统介绍先进科学技术的成果在工业生产中的应用以及电气控制系统的发展方向。电气控制技术是随着科学技术的不断发展、

生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的.从最早的手动控制发展到自动控制,从简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从有接触的硬接线继电器控制系统发展到以计算机为中心的软件控制系统。现代电气控制技术综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果。 本论文主要讲述PLC和三相异步电动机的综合应用。三相异步电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域,在这些应用领域中,三相异步电动机常常运行在恶劣的环境下,导致产生过流,短路,断相,绝故,对缘老化等事故，应用于大型工业设备重要场合的高压电动机,大功率电动机来说,一旦发生故障所造成的损失无法估量。在生产过程中,科学研究和其它产业领域中,电气控制技术应用十分广泛,在机械设备的控制中,电气控制也比其它的控制方法使用的更为普遍。 本系统的控制是采用PLC的编程语言----梯形语言,梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能，使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令，并采用数字式，模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。 长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用，它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业，企业对自动化的需要。进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术的迅猛发展，极大地推动了PLC的发展，使得PLC的功能日益增强，目前，在先进国家中，PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业，企业。由于PLC 综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平，它不但可以很容易的完成逻辑，顺序，定时，计数，数字运算，数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动化控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息，网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛的运用于众多行业。 摘要 PLC在三相异步电动机控制中的应用，与传统的继电器控制相比具有速度快，可靠性高，灵活性强，功能完善等优点。长期以来，PLC始终处于自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用，它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。本文设计了2个三相异步电动机的PLC控制电路，分别是三相异步电动机的正反转控制和两台电动机顺序起动联锁控制，与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点，可作为高校学生学习PLC的控制技术的参考，也可作为工业电机的自动控制电路。 关键词 PLC; 三相异步电动机; Abstract PLC in the three-phase asynchronous machine control`s application compares with the traditional black –white control, has the control speed to be quick, the main battlefield, has provided the very reliable control application for various automation control device it can provide safe reliable and the quite perfect solution for the automated control application, suits in the current industrial enterprise to the automated need. This paper designs a three-phase asynchronous motor, 2 of PLC control circuit, which is of positive &negative three-phase asynchronous motor control and two motor starting interlocks control, and the sequence of traditional relay control, control speed, high reliability and flexibility, as college students' learning PLC control technology, but also can be used as reference for the automatic control of

智能控制技术及其发展趋势

智能控制技术及其发展趋势 智能控制（intelligent controls）在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。对许多复杂的系统，难以建立有效的数学模型和用常规的控制理论去进行定量计算和分析，而必须采用定量方法与定性方法相结合的控制方式。定量方法与定性方法相结合的目的是，要由机器用类似于人的智慧和经验来引导求解过程。因此，在研究和设计智能系统时，主要注意力不放在数学公式的表达、计算和处理方面，而是放在对任务和现实模型的描述、符号和环境的识别以及知识库和推理机的开发上，即智能控制的关键问题不是设计常规控制器，而是研制智能机器的模型。此外，智能控制的核心在高层控制，即组织控制。高层控制是对实际环境或过程进行组织、决策和规划，以实现问题求解。为了完成这些任务，需要采用符号信息处理、启发式程序设计、知识表示、自动推理和决策等有关技术。这些问题求解过程与人脑的思维过程有一定的相似性，即具有一定程度的“智能”。 随着人工智能和计算机技术的发展，已经有可能把自动控制和人工智能以及系统科学中一些有关学科分支（如系统工程、系统学、运筹学、信息论）结合起来，建立一种适用于复杂系统的控制理论和技术。智能控制正是在这种条件下产生的。它是自动控制技术的最新发展阶段，也是用计算机模拟人类智能进行控制的研究领域。1965年，傅京孙首先提出把人工智能的启发式推理规则用于学习控制系统。1985年，在美国首次召开了智能控制学术讨论会。1987年又在美国召开了智能控制的首届国际学术会议，标志着智能控制作为一个新的学科分支得到承认。智能控制具有交叉学科和定量与定性相结合的分析方法和特点。 一个系统如果具有感知环境、不断获得信息以减小不确定性和计划、产生以及执行控制行为的能力,即称为智能控制系统。智能控制技术是在向人脑学习的过程中不断发展起来的,人脑是一个超级智能控制系统,具有实时推理、决策、学习和记忆等功能,能适应各种复杂的控制环境。 智能控制与传统的或常规的控制有密切的关系,不是相互排斥的。常规控制往往包含在智能控制之中,智能控制也利用常规控制的方法来解决“低级”的控制问题,力图扩充常规控制方法并建立一系列新的理论与方法来解决更具有挑战性的复杂控制问题。

过程装备控制技术及应用习题及参考答案.

第一章控制系统的基本概念 1.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？ 答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含： ①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。 2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。 自动控制系统常用的术语有： 被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度； 给定值（或设定值）y s——对应于生产过程中被控变量的期望值； 测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值； 操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号； 干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素； 偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m - y s 控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。 3.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？ 答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。 4.在自动控制系统中，什么是干扰作用？什么是控制作用？两者有什么关系？

先进控制技术及应用

先进控制技术及应用 1．前言 工业生产的过程是复杂的，建立起来的模型也是不完善的。即使是理论非常复杂的现代控制理论，其效果也往往不尽人意，甚至在一些方面还不及传统的PID控制。20世纪70年代，人们除了加强对生产过程的建模、系统辨识、自适应控制等方面的研究外，开始打破传统的控制思想，试图面向工业开发出一种对各种模型要求低、在线计算方便、控制综合效果好的新型算法。在这样的背景下，预测控制的一种，也就是动态矩阵控制（DMC）首先在法国的工业控制中得到应用。因此预测控制不是某种统一理论的产物，而是在工业实践中逐渐发展起来的。预测控制中比较常见的三种算法是模型算法控制（MAC），动态矩阵控制（DMC）以及广义预测控制。本篇分别采用动态矩阵控制（DMC）、模型算法控制（MAC）进行仿真，算法稳定在消除稳态余差方面非常有效。 2、控制系统设计方案 2.1 动态矩阵控制（DMC）方案设计图 动态矩阵控制是基于系统阶跃响应模型的算法，隶属于预测控制的范畴。它的原理结构图如下图2-1所示： 图2-1 动态矩阵控制原理结构图 2.2 模型算法控制（MAC）方案设计图 模型算法控制（MAC）由称模型预测启发控制（MPHC），与MAC相同也适用于渐进

稳定的线性对象，但其设计前提不是对象的阶跃响应而是其脉冲响应。它的原理结构图如下图2-2所示： 图2-2 模型算法控制原理结构图 3、模型建立 3.1被控对象模型及其稳定性分析 被控对象模型为 （1） 化成s 域，g （s ）=0.2713/（s+0.9），很显然，这个系统是渐进稳定的系统。因此该对象 适用于DMC 算法和MAC 算法。 3.2 MAC 算法仿真 3.2.1 预测模型 该被控对象是一个渐近稳定的对象，预测模型表示为： )()1()(?)(?1j k j k u z g j k y m ++-+=+-ε， j=1, 2, 3,……,P . （2） 这一模型可用来预测对象在未来时刻的输出值，其中y 的下标m 表示模型，也称为内 部模型。（2）式也可写成矩阵形式为： )1()()1(?-+=+k FU k GU k Y m 4 1 11 8351.012713.0)(-----=z z z z G