“985工程”
流程工业综合自动化科技创新平台学术方向建设《项目指南》（第一批）
学术方向：复杂工业过程的智能检测与先进控制装置
责任教授：王福利
流程工业综合自动化科技创新平台
二ΟΟ六年五月二十八日
一、研究方向支持的主要领域
检测与先进控制资助检测技术与自动化装置、先进控制技术及相关交叉学科领域的基础理论和关键技术研究，主要资助以下研究主题：
1）复杂过程建模与优化；
2）连铸生产过程参数专用检测技术；
3）复杂过程故障检测及诊断；
4）多总线系统集成设计理论及应用；
5）过程控制器的评估理论及方法；
6）不确定性时滞系统的鲁棒故障辨识；
7）多智能体控制策略；
8）容错控制技术；
9）气力输送粉体流动参数可视化监控系统；
10）粉尘浓度在线检测技术。
二、研究方向建设的总体目标
1)凝炼检测技术与先进控制学术方向，将其建设成为国际先进、国内领先的学术方向；
2)形成一支以责任教授为核心、以国家自然科学基金获得者为主要学术骨干、以创新
团队为核心的年龄和知识结构合理的基础研究与应用研究相结合的研究队伍；
3)取得一批代表性的具有国际先进水平的科研成果；
4)申请省级自然科学基金、国家自然科学基金等5项以上；
5)在国内一级期刊及国际杂志上发表论文70篇以上，被三大检索收录47篇以上；
6)培养博士研究生18名以上，硕士研究生70名以上。
三、建议课题
课题1：复杂过程建模与控制
1.1、研究目的与意义：
系统建模是控制理论研究的一个重要分支，它是控制系统设计的基础。随着控制过程复杂性的提高，控制理论的应用日益广泛。神经网络领域取得的研究成果，给非线性系统的建模提供了一定的途径。目前，基于神经网络的建模方法尚处于探索阶段，这就需要我们做进更深、更广的研究，以使其逐渐趋于完善。虽然，从理论上来讲，神经网络具有逼进任意非线性函数的能力，但直接将其应用于复杂生产过程的建模还存在许多问题。因此，本课题组针对复杂过程，针对基于神经网络的各种混合建模方法进行深入研究。通过该课题的研究，使得神经网络在复杂系统建模这一方向上达到一定的学术水平，并利用已有的生物发酵实验装置、注塑成型装置对提出的建模方法进行不断的改进和完善，整理出一批有价值的学术论文，在重要的国际、国内学术会议和刊物上发表。研究出适合于复杂系统建模及控制的应用
软件包，并将其推广应用于实际的过程，产生一定的经济效益和社会效益。
随着现代工业技术的进步，工业生产逐步向综合化方向发展，生产规模越来越大，流程日益复杂。为保证生产过程安全平稳、高效低耗、运行于最佳工况，就必须提高生产过程的优化控制水平。所以，研究面向存在非线性、不确定性、大时滞、参数分步性与时变性等内在的复杂机理问题的工业过程建模与优化问题及其相关技术具有重要的理论与现实意义。
预期目标：
1）在国际杂志及重要国际会议上发表论文5篇以上，在国内一级及核心期刊上发表论文5篇以上；
2）发表的论文被三大检索收录5篇以上；
3）申请省部级基金项目1项；
4）培养博士研究生3名以上，硕士研究生6名以上。
1.2、主要研究内容
1)基于先验知识的机理建模技术的研究；
2)基于数据的智能建模技术的研究；
3)机理模型与智能模型相结合的混合建模方法研究；
4)过程模型实时校正方法的研究；
5)基于在线子阶段划分的分阶段过程优化方法的研究；
6)过程优化模型评估机制的研究；
7)在线过程优化算法与实施方法的研究。
1.3研究期限：2005年1月1日至2007年12月31日
1.4拟支持经费：5万元
课题2：连铸生产过程参数专用检测技术的研究
2.1、研究目的与意义：
检测技术是实现工业自动化的重要技术基础，参数的检测精度直接影响优化控制模型的应用效果。当今，工业过程自动化发展的最大阻碍是许多久攻不下的难测工艺参数不能实现在线检测。这些工艺参数靠传统的方法和仪表是无法胜任的，因此检测技术发展趋势已从常规的检测方法和装置的研究转为难测参数的专用检测方法和专用装置的研究开发。
连铸生产过程的自动控制一直是国际难题，其主要原因是在连铸现场高温、高湿度、低能见度的恶劣环境下，许多关键工艺参数的准确在线检测仍未解决，如：钢水温度的连续测量、连铸二冷区铸坯表面温度的检测、铸坯表面的换热系数的检测等。开发这些参数专用检测技术迫在眉睫。本项目正是以上述这些参数的检测作为主要研究内容，集中力量攻克这些难题。
我国连铸坯年产量约2.6亿吨，在钢铁工业乃至国民经济中都占有重要地位。连铸生产过程参数检测关键技术的解决，必将带动连铸生产过程的综合控制与管理总体水平的提高，
并产生重大的经济和社会效益。
预期目标
1）拟在国际杂志及重要国际会议上发表论文5篇以上，在国内一级及核心期刊上发表
论文5篇以上；发表的论文被三大检索收录8篇以上；
2）申请省级自然科学基金，国家自然科学基金等1项以上；
3）培养博士研究生3名以上，硕士研究生10名以上。
2.2、主要研究内容
1)钢水连续测温技术研究及装置改造；
2)铸坯表面温度的检测技术研究及装置研制；
3)连铸二冷区喷雾冷却特性检测技术研究；
4)连铸生产过程图像检测技术研究（大包下渣检测，棒材计数等）；
5)铸坯质量检测技术研究；
6)连铸过程系统建模优化与系统仿真。
2.3研究期限：2005年1月1日至2007年12月31日
2.4拟支持经费：10万元
课题3：复杂工业过程监测与故障诊断研究
3.1、研究目的与意义
随着控制技术的发展与应用，为了提高控制系统的维修性和安全性，人们迫切需要建立一个监控系统，监视控制系统的运行状态，实时检测出系统发生的故障，并对故障原因、故障频率和故障的危害程度进行分析、判断，得出结论，采取必要的措施，防止系统灾难性事故的发生。这就需要研究和应用控制系统的故障诊断理论。
与发达工业化国家比较而言，我国流程工业监测与故障诊断应用现状不容乐观。目前，大中型流程企业的过程基础自动化程度相对较高，DCS和数字化工业测控系统被广泛使用，但当前较为普遍的情况是：一方面，过程固有的多变量、多工序、反应复杂、工序运行时间不确定等多种原因，难以在很短的研发周期内，依靠有限的资金投入，建立精确可靠的机理模型或基于知识推理的专家模型。因此，基于机理模型或知识模型的过程监测与故障诊断方法很难适用于复杂工业过程。另一方面，大量的在线仪表采集的过程数据没有发挥应有作用，相应的数据处理手段十分落后和不完善，出现了“数据采集能力大大增强，有用信息的获取却很少”的矛盾，过程监测与故障诊断基本还处于“粗放经营”的状态，令人忧愁。
因此，研究探讨基于大量过程数据的工业过程监测与故障诊断不仅具有重要的理论意义而且具有重大的应用价值。项目的实施能够建立起一套完整的基于数据的，以多元统计理论为基础的建模、监测、故障诊断与质量监控体系，提升我国工业过程的检测与自动控制水平，提高我校检测技术与自动化装置学科的知名度和影响力。
预期目标
1）申请到国家自然科学基金和省部级自然科学基金1～2项；
2）在国内外杂志或会议上发表学术论文10篇以上，其中6篇被SCI检索，10篇被EI 检索；出版专著1部。
3）在人才培养方面，计划培养博士2名，研究生3名。
3.2、主要研究内容
1)搜集并分析几个典型的工业过程生产数据，建立过程数据预处理（滤波、去噪、增
强、校正等）、压缩和重构算法的统一框架，实现高性能的实时数据处理技术。
2)研究基于多元统计理论的PCA/PLS、MPCA/MPLS等过程建模、监测、故障诊断算法。
具体内容是当前热点问题，包括动态PCA/PLS，非线性PCA/PLS，针对间歇工业过程的MPCA/MPLS，2DPCA等。
3)研究小波变换、神经网络、支持向量机、粗糙集、灰色建模理论与多元统计方法结
合的混合建模理论和方法，实现过程监测和故障诊断，并能够对过程中难以在线检
测的关键变量预报。
4)基于上述方法，提出质量的闭环控制算法，包括预测控制、迭代学习控制等，并研
究统计模型下算法的稳定性，鲁棒性问题。
5)展开上述方法的实际应用研究，主要是发酵过程、注塑生产过程、加热炉及电炉炼
钢过程，形成相应的软件包，推向企业服务。
3.3研究期限：2005年1月1日至2007年12月31日
3.4拟支持经费：5万元
课题4：多总线系统集成设计理论及应用研究
4.1、研究目的与意义：
目前在各大型企业的生产过程控制系统中，多以三层（或两层）网络结构为主，即设备网、控制网和信息网。由于所连接的设备、要求传输速度的不同，常采用多种总线的集成，这就要求实现各种总线间的无缝集成，并实现多种总线的互操作。目前我国还没有自主知识产权的现场总线，而对引进国外的多总线系统及其集成，也未能从理论上理解其设计思想、设计依据。为了发展我国的具有自主知识产权的总线标准，赶超世界的先进技术，必须深入现场总线基础理论和多种总线集成技术的研究，这不仅是网络环境下先进控制技术的难点和热点问题，也是打破外国的技术垄断的重要过程，具有极大的经济效益和社会效益。
预期目标
1）在本领域国内外重要杂志及会议上发表10篇论文（三大检索5篇）；
2）申请国家或省部自然科学基金1项；
3）培养研究生10名（其中博士1名、硕士9名）。
4.2、主要研究内容
1)多种总线的选择、多种总线间集成和相互转换的理论与实现；
2)面向设备和面向信息的互操作性研究；
3)根据运动控制的需要，在提高总线实时性的同时，进行建模与仿真分析；
4)对总线系统进行稳定性和鲁棒性分析。
4.3研究期限：2005年1月1日至2007年12月31日
4.4拟支持经费：5万元
课题5：不确定时滞系统的鲁棒故障辨识
5.1、研究目的与意义：
故障诊断是提高动态系统安全性、可靠性的一种极为重要的途径。在各类工业系统中，时滞现象是极其普遍的，时滞的存在使得系统的分析和综合变得更加复杂和困难，同时时滞的存在也往往是系统不稳定和系统性能变差的根源，因而深入研究时滞系统的故障诊断技术，不但具有重要的理论意义，而且也具有巨大的实际应用价值。
预期目标
1)在国内外杂志上发表论文8篇;
2)申请国家自然科学基金。
5.2、主要研究内容
1)研究不确定时滞系统有限时域内及无限时域内的鲁棒去卷积故障辨识；
2)不确定时滞系统故障信号（传感器故障、执行器故障）的鲁棒H∞故障辨识；
3)不确定时滞系统系统内部参数故障的辨识；
4)不确定时滞系统系统一般非线性时滞系统的故障辨识。
5)仿真和实验研究
5.3研究期限：2005年1月1日至2007年12月31日
5.4拟支持经费：5万元
课题6：过程控制器评估理论与方法的研究
6.1、研究目的与意义：
在先进过程控制的实践中，人们注意到过程控制器或者在工程实施初期可以很好地满足预定的设计要求、获得良好的性能，但在运行一段时间之后，其控制性能会逐渐变差；或者由于设计上的原因，过程控制器一直不能达到所期望的优化指标，因此可能最终导致先进控制系统不能正常运行而被淘汰。控制性能变坏的直接后果是企业不能从实施先进控制中获得应有的回报，进而会丧失使用先进控制软件的信心。为了解决这一问题，一方面，控制理论研究者着重提出并研究了自适应控制、鲁棒控制等一些新型算法;另一方面，从对控制系统
的可维护性角度出发，提出了对控制系统性能进行实时监测和评估，及时发现控制器性能是
否正在变差，分析并分离出性能变坏的原因，进行及时维护。
预期目标
1)在国际杂志及重要会议上发表学术论文3篇以上，国内核心期刊及重要会议上发表论文3篇以上,被SCI、EI、ISTP检索3篇以上;
2)申请省级自然基金1项;
3)培养硕士研究生名6名以上。
6.2、主要研究内容
1)建立以生产指标为目标的复杂工业过程过程控制器评估指标基准。性能指标是无量
纲的，而且度量标准不是随意的，应该可以和当前的一些广泛应用的度量标准相比
较。
2)研究过程控制器性能下降的评估理论与方法。该评估方法应能分析出过程过程控制
器性能下降的不同情况，如是由于控制器设计不完善引起的控制性能下降，还是由
于过程工况变化引起的控制性能下降；进一步分析出性能下降的原因，如分析出是
由于过程控制器参数还是过程控制器结构上的原因。
3)根据上述评估结果，对过程控制器进行分析和修正，或者改进过程控制器的学习算
法，或者改变过程控制器的结构，并对修正后的过程控制器重新进行性能评估。
4)结合具体的优化控制过程，如发酵过程控制，对上述理论进行仿真研究。
6.3研究期限：2005年1月1日至2007年12月31日
6.4拟支持经费：5万元
课题7：多智能体控制策略的基础研究
7.1、研究目的与意义：
以带钢轧制为代表的复杂工业流程，随着模型的增多，控制策略的复杂，对控制系统的集成和协作提出了更高的要求。多智能体理论对于复杂系统、复杂问题的强大表现力及其开放性、智能化的特性，无疑使它成为指导和支持现代化工业过程控制系统的最佳理论选择。带钢轧制流程每一个控制子系统都可归属为一个智能体，采用多智能体方法，可以建立轧制流程的的广义集成模型，对轧制流程进行分布式智能控制，实现生产的高度自动化和智能化。
预期目标
1)在国际杂志上发表学术论文1-2篇（SCI），国内核心杂志2-4篇，国际会议2-3篇, EI、SCI检索3-5篇;
2)申请国家自然基金1项;
3)协助培养硕士研究生2-3名。
7.2、主要研究内容
本项目结合当今国内冶金工业的实际情况，以带钢轧制生产流程为背景，研究基于现场
总线及工业网络的分布式控制理论，并引入多智能体理论体系，按照多智能体理论对控制系统按功能、任务和知识进行划分，研究智能体系统模型结构、协调控制机制以及现场总线分布式环境下多智能体控制方法的实现。主要研究内容包括：
1)基于多智能体的系统设计方法
2)轧制流程中多个单智能体系统的建立
3)多智能体控制的模型结构和协调机制
4)多智能体控制仿真平台的构建
5)多智能体控制的仿真和优化
7.3研究期限：2005年1月1日至2007年12月31日
7.4拟支持经费：5万元
课题8：基于模糊神经网络的复杂过程的智能故障调节
8.1、研究目的与意义
随着工业过程越来越趋向于大型化和复杂化，以及大规模高水平的综合自动化系统的出现，对控制质量的要求日趋突出。这类过程一旦发生事故就可能造成人员和财产的巨大损失。当今国际国内生化竞争越来越激烈，对生物发酵过程要求越来越复杂，对其可靠性，准确性的要求也越来越高，这使得控制过程出现故障的可能性增大。传感器、执行机构或系统故障都可能彻底的改变系统行为，导致系统性能下降，甚至不稳定。因此，故障调节对保证现代复杂过程的稳定性，避免灾难性事故的发生是极其必要的。
到目前为止，大部分文献都是将故障检测和诊断与容错控制分开进行研究的，只有少量的论文是研究故障调节的；而且故障调节后只保证系统的稳定性，对系统的整体性能未做出评价。只有对容错控制器做出评价，才能通过改进控制器，系统具有较理想的性能。故障检测和容错控制可以结合起来，使用在线学习的方法。该方法的主要思想是使用非线性模型技术如神经网络，在动态情况下，监控系统的任何不正常行为。可以使用多模型的方法进行故障调节设计。可以基于自适应观测器，给出了一类非线性系统的故障调节算法。
由此可见，故障调节作为目前还没有深入研究的课题，可提高系统在故障下的恢复能力和生存能力，因而具有深入的研究价值和广泛的应用前景。
预期目标：
1）在国际杂志上发表学术论文1-2篇（SCI），国内核心杂志2-4篇，国际会议2-3篇,
三大检索收录3-5篇；
2）申请国家自然基金1项；
3）培养硕士研究生3名以上，协助培养博士研究生2名以上。
8.2、主要研究内容
以生物发酵过程为背景，研究具有不确定性和干扰的非线性系统的故障调节的理论、方法与技术.主要包括:
1)重构控制过渡过程中系统动态性能的改善（如过渡过程的缩短和超调量的减少）。
2)研究生物发酵过程的在线故障检测和重构控制器的集成设计方案，将在线检测并估
计出的故障信息及时的传递给重构控制器，减少故障检测和容错控制之间的延时，
以便两者协调运作，避免由于检测和重构间的延时给生物发酵过程带来的高风险，
提高系统的安全性。
3)基于神经网络逼近提出了依赖于状态的执行器故障调节策略，神经网络用于学习故
障函数并提供故障的修正行为，故障调节后闭环系统是稳定的。故障调节是在故障
发生后通过附加控制律等方法进行调节。减少了计算时间和避免了故障检测环节的
漏报、误报和延迟等问题，该方法易于工程实现。
4)对于执行器故障和传感器故障，利用模糊逻辑系统的全局逼近性质，采用滑模平面
来集中在线误差和误差变化率的信息，克服了模糊系统参数完全匹配的缺点。模式
转换函数用来柔化控制信号，有效地抑制了颤动现象。跟踪误差渐近收敛于零或零
的任意一个给定的邻域内，即故障调节后闭环系统是稳定的；
5)故障检测与重构控制律的软件可实现性与仿真。
8.3、研究期限:2005年1月1日---2007年12月31日
8.4、支持经费：5万元。
课题9：气力输送粉体流动参数可视化监控系统研究
9.1、研究目的与意义：
气力输送粉体是一项在国内外工业领域很有前景的自动化输送新技术。它具有提高燃烧效率、改善生产环境、减轻劳动强度等优点。在工业生产中，粉体通过气力进行输送属于气/固两相流流动，粉体在流动过程中具有空间分布随机性、不均匀性，流动形态的多样性，而且粉体的浓度分布与其速度分布不一致。因此，气力输送粉体的流动关键参数(粉体浓度、速度、质量流量、粒度等)实时监控问题，是国内外相关行业急需而一直未能很好解决的难题。
工业中使用燃煤主要采用气力输送煤粉的方式。如何有效地控制燃煤的最佳燃烧，降低燃烧的环境污染、提高燃煤的热效率是制约能源有效利用的重要因素。煤粉流动参数的有效监控是监控煤粉燃烧的关键参数，也是实现煤粉燃烧优化控制的基础环节。我国能源匮乏、能源利用率低、不到发达国家的1/2。由于一直缺乏对于煤粉流动参数的有效监控设备，这方面的问题尤其严重。
本项目的实施，不仅仅适用于消耗煤炭的主要行业--电力及冶金行业，同时也适用于气力输送粉体的化工、制药、粮食等行业的粉体状态在线监控。
预期目标
1)在国际杂志及重要国际会议上发表论文5篇以上，在国内一级及核心期刊上发表论文5篇以上；发表的论文被三大检索收录5篇以上；
2)申请省级自然科学基金、国家自然科学基金等1项以上；
3）培养博士研究生2名以上，硕士研究生6名以上。
9.2、主要研究内容
以气力输送煤粉为研究对象，研究气固两相流固相流动参数可视化监控的理论、方法与技术，并提供相应的检测装置及监控软件。
1)气力输送下粉体流动关键参数(浓度、速度、质量流量、粒度等)检测方法研究；
2)气力输送下多管路喷吹粉体质量流量模型及在线校正方法研究；
3)气力输送下粉体流型辨识方法研究；
4)适用于工业的气力输送下粉体快速图像重建算法研究；
5)气力输送下粉体故障诊断专家系统研究；
6)气力输送粉体系统最优比例控制模型研究。
9.3、研究期限
2005年1月1日---2007年12月31日
9.4、支持经费：5万元。
课题10：粉尘浓度在线检测技术研究
10.1、研究目的与意义：
在工业生产、物料输送、环境保护、劳动安全、科学研究等许多领域都提出了对粉尘浓度进行在线测量的问题。在煤粉喷吹燃烧系统中，为了保证系统安全，需要对煤粉浓度进行在线监测。在煤矿瓦斯爆炸中，往往伴随着煤尘爆炸，为此要对煤尘浓度及其爆炸危害进行研究。为了保护环境，保持空气的清洁，要对燃煤锅炉排放的粉尘、烟尘进行监测。工业仓储过程中的物料进仓、出仓往往伴随着可燃粉尘的产生，为此要对粉尘浓度进行在线监测。粉尘浓度的测量已成为流程工业自动化中的重要检测参数之一。
目前，国内在流程工业上使用的主要是国外的粉尘浓度测量仪。开发具有自主知识产权、性能稳定可靠、融合网络技术与新型传感器技术为一体的粉尘浓度在线测量仪，将具有广阔的市场前景，具有良好的经济效益和社会效益。针对不同的流程工业，开发与之相适应的不同测量原理的粉尘浓度测量仪，并对其在线标定方法进行深入研究，以攻克粉尘浓度在线标定的难题。
预期目标
1）在国际杂志及重要国际会议上发表论文3篇以上，在国内一级及核心期刊上发表论
文5篇以上；发表的论文被三大检索收录6篇以上；
2）申请省级自然科学基金、国家自然科学基金等1项以上；
3）培养硕士研究生8名以上。
10.2、主要研究内容
1)粉尘浓度在线检测；
2)粉尘粒度在线测量；
3)烟尘浓度在线测量；
4)烟尘排放量在线测量；
5)粉尘浓度检测机理及标定技术研究；
6)粉粒物料成分在线检测技术研究；
7)粉尘爆炸防护技术研究。
10.3、研究期限
2005年1月1日---2007年12月31日10.4、支持经费：5万元。
method 线性系统理论Linear system theory 362秋 机器人控制与自主系统Robotic contr ol and autono mous system 543春 计算机控制理论与应用Computer con trol system th eory and its application 543春 自动测试理论Automatic me asurement the ory 543春 运筹学Operation res earch 543秋 系统工程理论与应用System engin eering theory and its appli cations 543春 复杂系统建模与仿真Modeling and simulation o f complex sy stems 543秋 非 学位课现代控制理论 专题 Special topic of modern co ntrol theory 362 鲁棒控制系统Robust contro l systems 362春 最优控制Optimal contr ol 362春 自适应控制Adaptive Con trol 362春
最优估计与系统辨识Optimal estim ate and syste m identificati on 362春 过程控制Process contr ol 362秋 非线性控制系统Nonlinear con trol systems 362春 离散事件动态系统Discrete event dynamic syst ems 362春 PETRI网Petri net362秋 人工智能原理及应用Artificial intel ligence theory and its appli cations 362春 智能化方法与技术Intelligent me thod and tech nology 362 模糊理论与应用Fuzzy theory and applicatio ns 362春 模糊逻辑控制系统Fuzzy logic c ontrol system 362春 人工神经网络Artificial neur al network 362秋 遗传算法与进化算法Genetic and e volutional alg orithm 362春 实时控制系统Real-time con trol systems 362秋 机器人视觉Robotic visio362春
1.智能检测装置：主要形式：智能传感器、智能仪器、虚拟仪器和智能检测系统； 2.非电量检测：温度检测（热电式传感器，光纤温度传感器，红外测温仪，微波测温仪）压力检测（应变式压力计，压电式压力计，电容式压力计，霍尔式压力计）流量检测（电磁流量计，超声波流量传感器，光纤漩涡流量传感器）物位检测（电容式液位传感器，超声波物位传感器，微波界位计）成分检测（红外线气体分析仪，半导体式气敏传感器） 3.流量检测：流量的定义为单位时间内流过管道某一截面的体积或质量，因此，流量分为体积流量和质量流量；分为：电磁流量计，超声波流量传感器，光纤漩涡流量传感器；流量检测包括：○1.电磁流量计：电磁流量计是以电磁感应原理为基础的。它能检测具有一定电导率的酸碱盐溶液，腐蚀性液体以及含有固体颗粒（泥浆，矿浆）的液体流量。○2.超声波流量传感器:超声波流量传感器是利用超声波在流体中传输时，在静止流体和流动流体中的传播速度不同的特点，从而求得流体的流速和流量。○3.光纤漩涡流量传感器:光纤漩涡流量传感器是将一根多模光纤垂直的装入管道，当液体或气体流与其垂直的光纤时，光纤受到流体涡流的作用而振动，振动的频率域流速有关，测出该频率就可确定液体的流速。 4.智能仪器：就是一种以微处理器为核心单元，兼有检测、判断和信息处理功能的智能化测量仪器；按实现方式划分，智能仪器有非集成智能仪器和集成智能仪器两种形式；构成：（1）.硬件：传感器、主机电路、模拟量输入/输出通道、人机接口电路、标准通信接口；（2）.软件：监控程序、接口管理程序、数据处理程序；功能：具有逻辑判断、决策和统计处理功能；具有自诊断、自校正功能；具有自适应、自调整功能；具有组态功能；具有记忆、存储功能；具有数据通信功能；特点：高精度、多功能、高可靠性和高稳定性、高分辨率、高信噪比、友好的人机对话能力、良好的网络通信能力、自适应性强、高性价比；发展趋势:多功能化、智能化、微型化、网络化； 5. 非集成智能仪器：也称为微机嵌入式智能仪器，即将传统的传感器、单片机或微型计算机、模拟量输入输出通道、标准数据通信接口、人机界面和外设接口等分离部件封装在一起，组合为一个整体而构成；特点：一般为专用或多功能产品，具有小型化、便携式、低功耗、易于密封、适应恶劣环境、低成本； 6.虚拟仪器：以通用的计算机硬件和操作系统为依托，增加必要的硬件设备，通过计算机软件使其具备各种仪器的功能；由信号采集与控制单元、数据分析与处理单元、数据表达与输出单元等三大部分组成。特点：增强了传统仪器的功能、软件就是仪器、自由定义仪器，仪器开放灵活、开发费用更低，技术更新更快； 7.虚拟仪器总线：VXI总线将传统的消息基仪器和寄存器基仪器统一在同一环境下，不仅为各个仪器模块提供了定时和同步的能力，而且还提供了开放的，标准化的高速处理器总线。使用户开发虚拟仪器更为灵活，效率更高，保证了系统的稳定性和高性能。 8.现场总线：一种安装在制造和过程区域的现场设备/仪器与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、双向传输和多种分支结构的通信网络；是计算机技术、通信技术和控制技术的综合与集成。含义表现在六个方面：（1）现场通信网络与信息传输的数字化（2）现场设备的智能化与互连（3）互操作性（4）分散功能块（5）通信线供电（6）开放式互连环境；现场控制总线的特点和优势：特点：（1）1对N结构减少传输电缆、节约硬件设备（2）可靠性高（3）可控性好（4）互换性好（5）互操作性好（6）分散控制（7）统一组态；优势：（1）增强了现场级信息集成能力（2）开放式、互操作性、互换性、可集成性（3）系统可靠性高、可维护性好（4）降低了系统及工程成本；现场总线通信协议一般由底层到上层可分为现场设备层、过程监控层和企业管理层三个层次。现场总线的网络拓扑结构主要有三种：（1）星状结构（2）树状结构（3）环状结构；现场总线的数据通信模式有三种:对等式、主从式、客户/服务器式。典型的现场总线:（1）CAN（控制局域网）（2）Lon Works（局域操作网）（3）Profibus（过程现场总线）（4）HART（5）FF（6）Ethernet（工业以太网）
先进过程控制（APC） 随着我国经济体制的转变，国内的众多石化企业日益感受到国际间竞争所带来的活力和挑战。因此，积极开发和应用先进控制和实时优化，提高企业经济效益，进而增强自身的竞争力是过程工业迎接挑战 重要对策。 先进过程控制是对那些不同于常规单回路控制，并具有比常规PID控制更好的控制效果的控制策略的统称，而非专指某种计算机控制算法。由于先进控制的内涵丰富，同时带有较强的时代特征 。因此，至今对先进控制还没有严格的、统一的含义。尽管如此，先进控制的任务都是明确的，即用来处理那些采用常规控制效果不好，甚至无法控制的复杂工业过程控制的问题。先进控制应用得当可带来显著的经济效益。在石化工业中，一个先进控制项目的年经济效益在百万元以上，其投资回收期一般在一年以内。丰厚的回报而引入注目。通过实施先进控制，可以改善过程动态控制的性能，减少过程变量的波动幅度，使之能更接近其优化目标值，从而将生产装置推至更接近其约束边界条件下运行，最终达到增强装置运行的稳定性和安全性、保证产品质量的均匀性、提高目标产品收率、增加装置处理量、降低运行成本、 减少环境污染等目的。 从60年代初现代控制理论迅速发展以来，出现了一系列的优化控制和多变量控制算法，以及更晚些时候出现的自适应控制算法和鲁捧控制算法等，这些都属于先进控制。人们曾经希望开创一户现代控制理论应用的新时代，但自70年代以来，理论成果虽多，在过程控制的应用却不理想，原因有两个方面：（1）模型问题。像高斯干扰下的线性二次型控制（LQG）等现代控制理论的杰作都是基于模型的算法。尽管建模技术已有很大发展，白色、黑色、灰色的方法都有，但精确可靠的动态数学模型依然难得。 对象往往具有不确定性，使精确建模无法做到。 （2）认识问题。一个装置的控制，有各种可供选择的策略和算法，如果你的算法能得到合格的结果，那还要问一问，你的算法是否比其他算法更好？同时，控制效果即使提高，是否能产生实际效益？这样一 比，许多新算法的优越性都不见了。 目前，应用得比较成功的先进控制方法有预测控制和自整定控制等。 一、预测控制 从70年代中期发展起来的预测控制中，法国理查勒特等提出的模型预测启发控制基于脉冲响应；美国卡特勒等提出的动态矩车控制（DMC）则建立在阶跃响应基础上。他们在锅炉和分馏塔上的应用分别获得成功，引起工业界广泛兴趣。到80年代，英国的克拉克等以提出了广义预测控制（GPC），它建立在参数化模型的基础上。尽管预测控制算式形式多种多样，但都建立在下述三项基本原理基础上。 1、预测模型 预测控制是一种基于模型的控制算法，这一模型称为预测模型。对于预测控制来讲，只注重模型的功能，而不注重模型的形式，预测模型的功能就是能根据对象的历史信息和末来输入预测其末来输出。从方法的角度讲，只要是具有预测功能的信息集合，不论其有什么样的表现形式，均可作为预测模型。因此，状态方程、传递函数这类传统的模型都可以作为预测模型。对于线性稳定对象，甚至阶跃响应、脉冲响应这类非参数模型，也可直接作为预测模型使用。此外，非线性系统、分布参数系统的模型，只要具备上述功能，也可在对这类系统进行预测控制时作为预测模型使用。因此，预测控制打破了传统控制中对模型结构的严格要求，更着眼于在信息的基础上根据功能要求按最方便的途径建立模型。 预测模型具有展示系统末来动态行为的功能。这样，就可以利用预测模型来预测末来时刻被控对象的输出变化及被控变量与其给定值的偏差，作为确定控制作用的依据，使之适应动态系统所具有的存储性和 因果性的特点，得到比常规控制更好的控制效果。 2、滚动优化 预测控制的最主要特征是在线优化。预测控制这种优化控制算法是通过某一性能指标的最优来确定末来的控制作用的。这一性能指标涉及到系统未来的行为，例如，通常可取对象输出在未来的采样点上跟踪
智能检测技术及仪表习题答案 1．1什么是测量的绝对误差、相对误差、引用误差？ 被测量的测量值x与被测量的真值A0之间的代数差Δ，称为绝对误差（Δ=x- A0）。 相对误差是指绝对误差Δ与被测量X百分比。有实际相对误差和公称相对误差两种表示方式。实际相对误差是指绝对误差Δ与被测量的约定真值（实际值）X0之比(δA=Δ/ X0×100%)；公称相对误差是指绝对误差Δ与仪表公称值（示值）X之比（δx=Δ/ X×100%）。 引用误差是指绝对误差Δ与测量范围上限值、量程或表度盘满刻度B之比(δm=Δ/B×100%)。 1.2 什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？他们通常应用在什么场合？ 测量误差是指被测量与其真值之间存在的差异。测量误差有绝对误差、相对误差、引用误差三种表示方法。绝对误差通常用于对单一个体的单一被测量的多次测量分析，相对误差通常用于不同个体的同一被测量的比较分析，引用误差用于用具体仪表测量。 1．3 用测量范围为-50～＋150kPa的压力传感器测量140kPa压力时，传感器测得示值为142kPa,求该示值的绝对误差、实际相对误差和引用误差。 Δ=142-140=2kPa; δA=2/140=1.43%;δx=2/142=1.41%;δm=2/(50+150)=1% 1.7 什么是直接测量、间接测量和组合测量？ 通常测量仪表已标定好，用它对某个未知量进行测量时，就能直接读出测量值称为直接测量；首先确定被测量的函数关系式，然后用标定好的仪器测量函数关系式中的有关量，最后代入函数式中进行计算得到被测量，称为将间接测量。在一个测量过程中既有直接测量又有间接测量称为组合测量。 1.9 什么是测量部确定度？有哪几种评定方法？ 测量不确定度：表征合理地赋予被测量真值的分散性与测量结果相联系的参数。 通常评定方法有两种：A类和B类评定方法。 不确定度的A类评定：用对观测列进行统计分析的方法来评定不确定度。 不确定度的B类评定：用不同于对观测列进行统计分析的方法来评定不确定度。 1.10检定一块精度为1.0级100mA的电流表，发现最大误差在50mA处为1.4mA,试判定该表是否合格？它实际的精度等级是多少？ 解：δm=1.4/100=1.4%,它实际的精度为1.5,低于标称精度等级所以不合格。 1．11某节流元件（孔板）开孔直径d20尺寸进行15次测量，测量数据如下（单位：mm）: 120.42 ,120.43,120.40,120.42,120,43,120.39,120.30,120.40,120.43,120.41,120.43,120.42,120.39,120.39,120.40试检查其中有无粗大误差？并写出测量结果。 解：首先求出测量烈的算术平均值： X =120.40mm 根据贝塞尔公式计算出标准差 ?=（∑v i2/(15-1)）1/2=0.0289 3 ?=0.0868 所以，120.30是坏值，存在粗大误差。 去除坏值后X =120.41mm，?=（∑v i2/(14-1)）1/2=0.011 3 ?=0.033 再无坏值 求出算术平均值的标准偏差?x= ?/(n)1/2=0.011/3.87=0.003 写出最后结果：（Pc=0.95,Kt=2.33） 120.41±Kt?x=120.41±0.01mm 2.3 什么是热电效应？热电势有哪几部分组成的？热电偶产生热电势的必要条件是什么？ 在两种不同金属所组成的闭合回路中，当两接触的温度不同时，回路中就要产生热电势，这种物理现象称为热电效应。热电势由接触电势和温差电势两部分组成。热电偶产生热电势的必要条件是：两种不同金属和两个端点温度不同。 2.5什么是热电偶的中间温度定律。说明该定律在热电偶实际测温中的意义。 热电偶在接点温度为T、T0时的热电势等于该热电偶在接点温度为T,Tn和Tn、T0时相应的热电势的代数和。 E AB(T、T0)= E AB(T、Tn)+ E AB(Tn、T0)。这主要用于冷端温度补偿。 2.9热电偶的补偿导线的作用是什么？选择使用补偿导线的原则是什么？
智能照明系统检测，安装，调试与验收 系统硬件，软件，中央工作站检测 1.中央工作站应尽量与BA系统集成，实现照明系统的中央检测功能，根据需要， 实现必要的中央联动控制。 1.系统控制回路应与电源回路严格分开，控制回路的工作电压为超低安全电压 DC24V，保证在任何情况下，人体接触到的开关、感应器等设备都是安全电压。 系统的拓扑结构应清晰，容量易于扩展。 2.系统能够实现多点控制，包括就地控制、中央管理室的集中控制。 3.系统应能够实现中央计算机的监测和必要的联动控制。 4.控制回路总数可扩展，每条线路可连接64个总线装置，系统所使用的总线装 置可多达12000个。 5.控制面板要求带LED显示，可实现多种功能：开关、场景选择等，能实现至 少8种场景的快捷控制；一位、四位和八位等规格，带夜间背光功能。并能实现就地的编程控制。有开关状态指示； 6.双值驱动器 a)驱动器具备开关状态显示信号、系统状态提示信号等，并且有手动开关 可以控制。 b)驱动器模块就应为标准DIN导轨安装，驱动器尺寸与微型断路器尺寸相 似，便于配电箱统一安装。 c)应有分组及延时开灯功能，以防止灯集中启动时的浪涌电流。 7.系统应具有功能强大的接口软件，能方便的与BAS系统集成。 8.系统编程软件应采用完全图形化的方式，人机界面友好，易于掌握。主要用 于对系统元件进行参数设定。监控软件应将系统中各个回路的状态实时反映在图形化界面上，可以直接在计算机上控制各个回路。另外应可根据编好的时间程序自动控制照明。 9.应提供满足系统运行功能、二次开发、维修维护以及符合开发系统标准的系 统软件、应用软件和应用编程软件包等全套软件。 10.系统平台应按实时、多用户和多进程对资源进行分配和管理。系统将拥有事件驱动顺序以及优化结构装配，以便系统能在正常巡检控制的同时及时响应处理实时
智能检测与信号处理技术的发展与应用 摘要:实现检测系统的智能化,是获得高稳定性、高可靠性、高精度以及提高分辨率和适应性的必然趋势。本文介绍了智能检测系统的形成、特点和一般结构,阐述了智能传感器技术的发展趋势。同时,讨论了信号处理的目的和方法。最后,以加速度传感器在车辆载荷检测中的应用为例,介绍了智能检测与信号处理在工程中的具体应用。 关键词:智能检测;信号处理;加速度传感器 The Development and Application of Intelligent Measuring and Signal Processing Technology Abstract: the realization of Intellectualized detection is not only the way to gain higher stability reliability, and precision, but all so the trend to improve resolution and adaptability .In this paper ,the shaping, the Characteristics and general structure of Intelligent detection system are introduced.The development of intelligent sensor are expounded. At the same time, the aim and method of Information processing are discussion. At last, application of acceleration sensor in vehicles load measurement based on capacitances is took as the example to describe the application of intelligent detection system in the engineering. Key words: Intelligent detection; signal diagnose; acceleration sensor 0 引言 随着计算机和信息技术的发展,传感器技术的进步,检测技术水平得到了不断提高。传感器技术作为一种与现代科学密切相关的新兴学科正得到迅速的发展,并且在许多领域被越来越广泛的利用。它融合了人工智能原理及技术, 人工神经网络技术、专家系统、模糊控制理论等等,使检测系统不但能自校正、自补偿,自诊断,还具有了特征提取、自动识别、冲突消解和决断等能力 [1]。智能检测和信息处理技
智能家居监测控制系统的设 计方案 第一章绪论 1.1智能家居监测控制系统的发展及现状 由现在科技的发展可推知未来智能家居将向固定终端控制、智能手机控制、无线与有线网络控制系统方向发展。 (1)终端控制，在现在电子技术高度发达和快速发展的今天，未来智能家居控制系统走进千家万户将不只是一个设想，通过一个终端控制屏实现对家庭内部温度，湿度，气体成分等的智能监测和控制。 (2)智能手机，手机的出现实现了以前只有在小说和神话中才能实现的顺风耳和千里传音，缩短了人与人之间的距离，极大的丰富了人们的生活，特别是智能手机的出现将手机的应用提高到了另一个平台。不论人们在何时何地在做什么事基本上都是离不开智能手机，为此将智能手机应用于智能家居是一个明智的选择而且也是智能家居发展的必然趋势，从此手机不仅仅是打电话、发信息和上网的娱乐工具，而且还是随时随地掌控家居内的一切，如防火防盗等的不二选择。通过将智能家居的客户端软件嵌入到智能手机中，只要动动手指就可以实现对家庭内部的远程监测与控制。 (3)无线与有线控制系统有机融合。 1.1.1智能家居的国内外现状 (1)国内现状 我国的智能家居从1994年萌芽至今得到了快速的发展，是继房地产行
业后又一大发展热潮，随着软件协议与硬件技术开始不断的融合，各大行业进军智能家居市场，我国的智能家居行业进入了发展的黄金时期。但是较国际国外智能家居行业起步晚，还没有形成统一的国家标准，这是对我国智能家居的发展是不利的，但是总体来说，我国的智能家居还是取得了相当可观的成果的。如： ①海尔公司推出的e家庭，以电脑作为整个系统的控制中心，利用网络技术将各种家庭用电设备联系起来，利用海尔推出的手机作为远程控制器，使一些用电设备实现远程和智能控制成为可能。 ②另外，清华同方研发的e-home，使用嵌入式技术和网络技术，基于国际成熟的智能家居技术，针对中国家庭的实际情况设计和制造，可谓是为整个中国家庭量身制作的。 但是就目前智能家居的发展状况来看，整个智能家居市场只适合中高消费人群，远远还未走进千家万户，中国智能家居的设计和制造技术和成本还有待改善。随着国内各大软、硬件机构正在积极渗入智能家居行业，为智能家居行业注入新鲜的血液，可以展望我国的智能家居前途将是一片大好。 （2）国外现状 国外智能家居起步较早，从1984年美国出现第一栋智能建筑以后，美国、加拿大和欧洲等一些发达国家就开始研究和退广智能家居，而且现在智能家居技术已相当成熟，最具代表性的智能家居有： ①美国推出的X-10系统，该系统不是使用一般数字设备控制的信号线利用低电平传输信息，而是利用电力线作为控制的网络平台，采用集中控制方式实现。这套的功能较为强大，而且不需要额外的布线，安装时也省去了在墙上打孔等的不便，因此实现起来是很容易被广泛的家庭接受，操作起来
工业过程控制系统(DCS) ?西门子PCS7系统介绍 ?PCS7系统高达的应用 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 西门子PCS7系统介绍 西门子为了应对制造业、过程工业和楼宇自动化行业中的挑战，提出了自己的独特解决方案—全集成自动化（TIA）和全集成能源管理（TIP）的驱动与自动化的解决方案，适用于各种行业。 SIMATIC PCS7过程控制系统是全集成自动化（TIA）的核心部分，为生产、过程控制和综合工业中所有领域实现统一且符合客户要求的自动化平台。 通过采用 SIMATIC PCS 7 的全集成自动化解决方案，可实现一致性的数据管理、通讯和组态，性能优异并可前瞻性地确保满足典型的过程控制系统应用需求。 ?简单而可靠的过程控制 ?用户友好的操作和可视化，并可通过因特网实现 ?系统范围内功能强大、快速、一致性的工程与组态 ?系统范围内的在线修改 ?在各个层级的系统开放性 ?灵活性和可扩展性 ?与安全相关的自动化解决方案 ?广泛的现场总线集成 ?仪表与控制设备的资产管理（诊断、预防性维护和维修） 1. PCS7工程组态系统—ES SIMATIC管理器是工程组态控制的控制中心，是工程组态工具套件的综合平台，同时也是SIMATIC PCS7过程控制系统所有工程组态任务的组态基础。SIMATIC PCS7项目各个方面的创建、管理、归档和记录都在这里进行。
检测技术与自动化装置专业硕士生培养方案 （专业名称：检测技术与自动化装置专业代码：081102） 一、培养目标 培养德智体全面发展，具有坚实的检测技术与自动化装置专业理论基础与系统的专门知识，掌握相应的检测技术与自动化装置实验技术，了解检测技术与自动化装置发展的前沿和动态、能够从事检测技术与自动化装置方面研究或担负专门技术工作，具有进取、创新、唯实、协同的品德和身心健康的高级科技人才。 二、研究方向 01、光电检测技术；02、环境监测领域微信号处理；03、变流电源及控制技术；04、光电信号检测技术；05、自然交互、手写签名身份认证；06、智能检测技术 三、招生对象 具有学士学位的大学本科电子学、自动控制及相关专业的毕业生。 四、学习年限 学制三年，其中课程学习时间一年，学位论文时间二年。 五、课程设置 1、政治、英语等公共学位课和开题报告等必修培养环节按《中科院合肥研究院硕士研究生培养方案》统一要求。 2、学科基础课、学科专业课和非学位课如下表所列
六、学位论文 对学位论文的具体要求，按照《中科院合肥研究院硕士研究生培养方案》有关规定执行。 （论文研究工作成果应及时在国内外核心刊物上，以第一作者或第一责任人身份发表1篇学术论文或申请专利一项）。 七、答辩和学位授予 按《中科院合肥研究院硕士研究生培养方案》的有关规定执行。
模式识别与智能系统专业硕士生培养方案 （专业名称：模式识别与智能系统专业代码：081104） 一、培养目标 培养德智体全面发展，具有坚实的模式识别与智能系统专业理论基础与系统的专门知识，掌握相应的现代模式识别与智能系统实验技术，了解模式识别与智能系统发展的前沿和动态、能够从事模式识别、图象处理、人工智能、智能控制、智能传感系统、智能信息系统、智能机器人等方面研究或担负专门技术工作，具有进取、创新、唯实、协同的品德和身心健康的高级科技人才。 二、研究方向 01、人机接触交互；02、农业信息技术；03、智能机器人 三、招生对象 具有学士学位的大学本科电子学、自动控制、机械电子工程及相关专业的毕业生。 四、学习年限 学制三年，其中课程学习时间一年，学位论文时间二年。 五、课程设置 1、政治、英语等公共学位课和开题报告等必修培养环节按《中科院合肥研究院硕士研究生培养方案》统一要求。 2
第四讲先进过程控制技术 1工业生产过程的先进控制 1.1先进控制的概念 现代控制理论和人工智能几十年的发展已为先进控制奠定了应用理论基础，而DCS的普及与提高，则为先进控制的应用提供了强有力的硬件和软件平台。企业的需要、控制理论和计算机技术的发展是先进控制（Advanced Process Control）发展强有力的推动力。 先进控制是对那些不同于常规单回路PID控制，并具有比常规PID控制更好控制效果的控制策略的统称。先进控制的任务是用来处理那些采用常规控制效果不好，甚至无法控制的复杂工业过程控制的问题。其主要特点如下： ①与传统的PID控制不同，先进控制是一种基于模型的控制策略，如模型预测控制和推断控制等。目前， 基于知识的控制，如智能控制和模糊控制，正成为先进控制的一个重要发展方向。 ②先进控制通常用于处理复杂的多变量过程控制问题。如大时滞、多变量耦合、被控变量与控制变量存 在着各种约束等。 ③先进控制的实现需要足够的计算能力作为支持平台。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上实现，有效地增强先进控制的可靠性、可操作性和可维护性。 从全厂综合自动化的角度看，先进控制恰好处在承上启下的重要地位。性能良好的先进控制是在线优化得以有效实施的前提，进而可将企业领导者的经营决策、生产管理和调度的有关信息及时落实至全厂生产装置的实际运行中，并可真正实现全厂综合优化控制。 1.2先进控制的核心内容 作为一个整体，先进控制系统应包括从数据采集处理、数学模型建立、先进控制策略到工程实施的全部内容。 1.2.1数据的采集、处理和软测量技术 利用大量的实测信息是先进控制的优势所在。由于来自工业生产现场的过程信息通常带有噪声，数据采集时应作滤波处理，采集到的数据还应进行过失误差的检测与识别和过程数据的有效性检验及数据调理工作，这是先进控制应用的重要保障。 基于可测信息和模型，实时计算不可测量的变量，即软测量技术，是先进控制中不可缺少的内容。 1.2.2多变量动态过程模型辨识技术 获取对象的动态数学模型是实施先进控制的基础。实际工业过程模型化是一项专门的技术，它涉及到过程动态学、系统辨识、统计学以及人工智能等多种知识。目前类似模型预测控制这样的先进控制策略均采用工业试验的方法来获取控制模型，而机理模型和智能模型建立也有望成为有效的控制模型。 1.2.3先进控制策略 先进控制采用了合理的控制目标和控制结构，可更好地适应工业生产过程的需要。先进控制主要解决： ①个别重要过程变量控制性能的改善，主要采用单变量模型预测控制与原控制回路构成所谓的“透明控 制”的方式 ②解决约束多变量过程的协调控制问题，主要采用带协调层的多变量预测控制策略 ③推断质量控制，利用软测量的结果实现闭环的质量卡边控制。涉及到的主要控制策略有模型预测控制、 推断控制、协调控制、质量卡边控制、统计过程控制，以及模糊控制、神经控制等。 1.2.4先进控制的实施 先进控制在实施时需要解决许多具体的工程问题：
中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 检测技术及海洋智能仪器实验是自动化专业本科生的一门重要专业必修实验课程。该课程与本科生的许多专业课（自动化仪表与过程控制、现场总线技术、海洋自动观测技术）有着较强的联系。检测技术及海洋智能仪器实验课是通过实验手段，使学生获得检测技术及海洋智能仪器的基本知识和基本技能，并运用所学理论来分析和解决实际问题，提高分析解决实际问题的能力和实际工作能力。培养学生实事求是的科学作风，严肃的科学态度，严谨的科学思维习惯，进而增强创新意识。 检测技术及海洋智能仪器实验分两个层次进行： （1）验证性实验。它主要是以单个传感器和基本测量电路为主。根据实验目的，实验电路，仪器设备和较详细的实验步骤，通过实验来验证传感器的有关理论，从而进一步巩固学生的基本知识和基本理论。 （2）综合性实验。学生根据给定的实验题目、内容和要求，自行设计实验电路，拟定出测试方案，搭建基本测量系统，最后达到设计要求。通过这个过程，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的独立工作能力。 - 6 -
2.设计思路： 在内容安排上，除安排常用传感器实验外，还要把常用电子仪器的使用贯穿于每个 实验内容中。因为培养学生正确使用常用电子仪器是检测技术及海洋智能仪器实验教 学的基本要求。在实验所使用的传感器的选用方面，要适应现代科学技术发展的要求。 整个教学环节中，采用了由浅到深，由易到难的原则。在具体实施时，重点放在使用 方法和功能上。对内部结构和原理不去详细分析。实验教学基本要求： (1) 掌握常用电子仪器的正确使用 (2) 掌握基本传感器和测量电路的原理 (3) 掌握测量误差的基本分类，来源，误差处理方法 (4) 掌握测量系统的组成和初步设计 本课程的内容编排顺序为：（1）箔式应变片性能—应变电桥；（2）移相器及相敏检 波器实验；（3）热电式传感器—热电偶；（4）P-N结温度传感器；（5）热敏式温度传感 器测温实验；(6)差动螺管式电感传感器位移、振幅测量；(7)霍尔传感器；(8)电涡流 式传感器的静态标定；(9)扩散硅压力传感器；(10)电容式传感器特性；(11)光纤传感 器位移测量、转速测量；(12)光电传感器转速测量；(13)数据采集处理。 3.课程与其他课程的关系: 本课程是自动化专业的一门专业必修课，先修课程有模拟电子技术基础，后置课程有自动化仪表与过程控制、现场总线技术、海洋自动观测技术。 二、课程目标 学习和掌握常用电子仪器：示波器、稳压电源、信号发生器、万用表等的使用方法。 掌握检测技术的理论基础；掌握各种常用传感器（箔式应变片、电感传感器、电容 传感器、光电传感器、光纤传感器、热电偶、半导体温度传感器、热敏电阻温度传感器、磁电传感器、压电传感器、霍尔传感器）的结构、工作原理、技术性能、特点、 - 6 -
考试形式：闭卷（120分钟） 时间：18周周四下午7、8节 考试题型：选择（10×2）、填空（20×1）、名词解释（5×4）、简答（4×5）、计算（2×10） 内容： 第一章： 1、检测：检查和测量。可分为在线检测和离线检测 2、智能三个基本要素为推理、学习和联想。 3、智能检测就是利用计算机及相关仪器，实现检测过程智能化和 自动化。 4、智能检测与控制技术指能自动获取信息，并利用有关知识和策 略，采用实时动态建模、在线识别、人工智能、专家系统等技术，对被测对象（过程）实现检测、监控、自诊断和自修复。 5、智能检测与控制系统主要由检测、输入、接口、计算机、输出 和执行器六部分组成。 6、智能检测与控制的几种典型应用方式：用于数据采集与处理、 用于生产控制、用于生产调度管理 7、智能检测与控制技术发展趋势：综合化、智能化、系统化及标 准化、仪器虚拟化、网络化。 第二章 1、动态信号的分类图2-1
2、最基本的几种检测方法：直接检测法、间接检测法、比较检测 法。 3、测量仪表主要功能变换功能、传输功能、显示功能。 4、测量仪表的静态特性：刻度特性、灵敏度、线性度（非线性误 差）、分辨力、迟滞性、零漂和温漂。（定义）p20-22 5、测量仪表的动态特性也称动态响应，指当被测对象参数随时间 变化很迅速时，测量仪表的输出指示值与输入被测物理量之间 的关系。基本方法：列写仪表的运动方程，求出传递函数，然 后进行特性分析。 6、测量仪表通常包括4个组成环节：变换器、标准量具、比较器、 读数装置（显示器） 7、信号不失真—指被测信号的波形通过检测系统，其波形形状不 发生改变。 8、测量系统构成敏感元件、变量转换环节、变量控制环节、数据 传输环节、数据显示环节、数据处理环节。 9、电气测量仪表的连续或间接性自检、自校正，多采用以下三种 方法：计算机分析自检法、叠加信号自检法、自动周期性自检 法。 10、数据采集技术：计算机如何接受一路或多路信号，并保持信号 不失真。 11、数据处理技术：对采集的数据进行去粗取精，并恢复原来物理 量形式。
1、（本题15分）试画出IMC 的基本结构框图，详细解释在对象模型精确条件下如何保证该控制系统的 稳定性？试给出一种增强系统鲁棒性的改进IMC 方案并举例说明。 答： 如果对象模型精确的话，那么00 ?()()G z G z =，并且除去外界干扰的话，()0m D z =，所以()R z 是不变的。如果有干扰的话，()()m D z D z =即()()R z D z -来减少输入，以使()Y z 趋于稳定。 令() ()?1()() c i p c G z G z G z G z = +，用()i G z 来完全补偿扰动对输出的影响，()i G z 相当于一个扰动补偿器或 称前馈控制器。且当0 ?()G z 不能精确描述对象，即模型存在误差时，扰动估计量()m D z 将包含模型失配的某些信息，从而有利于系统的鲁棒性设计。
2、（本题15分）画出动态矩阵控制的算法结构框图，试述其工作过程以及DMC 算法离线准备的参数和 这些参数的选取原则。 答： 工作过程：输入()u k 通过预测模型预测未来几个输出值，我们一般取第一个值，与当前的输出值进行在 线校正，且校正后的值()c y k i +，输出值和给定值通过参考模型也给出一个值()r y k i +，把 ()c y k i +与()r y k i +进行比较，把它们之间的误差通过优化计算来改变输入值()u k ，从来对模型 的失配与干扰的影响在()u k 的变化上体现出来，从而使()y k 有很强的鲁棒性。 DMC 算法离线准备的参数和这些参数的选取原则 1、 脉冲响应系数长度N 的选择 如果采样周期短，则N 会相应的增大。且N 可适当选得大一些，但N 太大会增加预测估计控制的计算量和存储量。通常N=20~60为宜。 2、 输出预估时域长度P 的选择 通常P 越大，预测估计的鲁棒性就越强。但相应的计算量和存储量也增大。一般，设置P 等于过程单位阶跃响应达到其稳态值所需过渡时间的一半所需的采样次数。 3、控制时域长度M 的选择 M 越大，系统的鲁棒性也就越弱。M 不宜选得太大，一般M 取小于10为宜。 4、参考轨迹的收敛参数α的选择 α越大，系统预测控制的鲁棒性越强，但导致闭环系统的响应速度变慢。相反，α过小，过渡过程较易
1、检测仪表有哪几个基本的组成部分？各部分起什么作用。 答：检测仪表的组成：传感器+变送放大机构+显示器。1.传感器直接与被测量对象相联系，感受被测参数的变化，并将被测参数信号转换成相应的便于进行测量和显示的信号输出。2.变放大机构将感受件输出的信号直接传输给显示器或进行放大和转换，使之成为适应显示器的信号。 2、检测仪表的常用技术性能有哪些？ 答：精度、变差、灵敏度和灵敏限、线性度、死区 3、按误差的来源分类，有哪几类？各类有何特点？ 答：1检测系统误差 2随机误差 3 疏忽误差 系统误差的误差的特点是测量结果向一个方向偏离，其数值按一定规律变化。 随机误差的特点是相同条件下，对同一物理量进行多次测量，由于各种偶然因素，会出现测量值时而便大时而偏小的误差现象。随机误差既不能用实验方法消除，也不能修正，虽然他的变化无一定规律可循，但是在多次重复测量时，总体服从统计规律。 疏忽误差是指在一定的测量条件下，测得的值明显偏离其真值，既不具有确定分布规律，也不具有随机分布规律的误差，疏忽误差是由于测试人员对仪器不了解或因思想不集中，粗心大意导致错误的读数，使测量结果明显的偏离了真值的误差。 4 * 、说明弹簧管压力表的具体结构；使用中如何选择？ 答：弹簧压力表也由外壳部分、指针、刻度盘。弹簧管、弯管、和传动机构等六个主要部分主成。弹簧管的内腔为封闭形式，外界压力作用于弹簧管外侧，使弹簧管变形，由传动机构带动指针转动指出环境压力。 压力表的选用原则：主要考虑量程、精度和型 5 * 、常用热电偶有哪几种？比较说明其主要的特点。 答：常用热电偶有：S （铂铑— 铂）、K （镍铬—镍硅）、E （镍铬—铜镍）三种 S 型的特点是熔点高，测温上限高，性能稳定、精度高、100度以下热电势极小，所以可不必考虑冷端温度补偿，价昂，热电势小，线性差，只适合于高温域的测量；K 型特点是热电势大，线性好，稳定性好，价廉，但材料较硬、在1000度以上长期使用会引起热电势漂移，多用于工业测量；E 型特点，热电势比K 型热电偶大50% 左右，线性好，耐高湿度，价廉，但不能用于还原性气氛，多用于工业测量。 6*、热电偶使用中为何常用补偿导线？补偿导线选择有什么条件？ 答：使用补偿导线的作用，除了将热电偶的参考端从高温处移到环境温度相对稳定的地方外，同时能节约大量的价格较贵的金属和性能稳定的稀有金属，使用补偿导线也便于安装和线路铺设，用较粗直径和导电系数大的补偿导线代替电极，可以减少热电偶回路电阻以便于动圈式显示仪表的正常工作和自动控制温度。 条件：○ 1补偿导线的热电特性要与热电偶相同或相近；②材料价格比相应热偶低，来源丰富。 使用补偿导线注意问题：1、补偿导线只能在规定温度范围内与热电偶的热电势相等或相近2、不同型号的热电偶有不同的补偿导线3、热电偶和补偿导线的接口处要保持同温度4、补偿导线有正、负级，需分别与热电偶正、负极相连 5、补偿导线的作用只是延伸热电偶的自由端，当自由端的温度不等于0时，还需进行其他补偿和修正。 7*、热电偶冷端温度有哪些补偿方法？ 答：冷端温度补偿的方法有：1、补偿导线法；2、计算修正法；3、自由端恒温法；4、补偿电桥法；5、仪表零点调整法 8*、常用热电阻有哪些？写出各分度号。 答：常用的热电阻有：铂电阻（Pt10、Pt100），铜电阻（Cu50、Cu100） 9、热电偶测温系统组成中需要注意哪些问题？ 答：使用热电偶组成一个温度检测系统，主要有两种情况，一是热电偶直接与显示仪表相连，显示仪表显示被测温度值，二是、热电偶先接到热电偶温度变送器，变送器输出的标准信号与被测温度呈线性对应关系，并送到显示仪表显示温度值。对于第一种情况，显示仪表必须要与热电偶配套使用。对于第二种情况，温度变送器也必须要和热电偶配套使用，必须包含与热电偶对应的自由端温度补偿器，补偿器产生的电势连同热电偶一齐作为显示仪表的输入信号，由于热电势与温度之间是一个非线性关系，因此显示表的标尺上的温度刻度也是非线性的。 10 * 、写出节流式流量计的流量公式，并说明公式中各符号表示什么？ 流量方程：P A q v ?=102ραε P A q m ?=102ραε α：流量系数 ε：可膨胀系数 ρ：节流前密度 0A ：接流体开孔面 P ?：差压
“985工程” 流程工业综合自动化科技创新平台学术方向建设《项目指南》（第一批） 学术方向:复杂工业过程的智能检测与先进控制装置 责任教授： _____ 王福禾U 流程工业综合自动化科技创新平台
二OO六年五月二十八日
一、研究方向支持的主要领域检测与先进控制资助检测技术与自动化装置、先进控制技术及相关交叉学科领域的基础理论和关键技术研究，主要资助以下研究主题： 1）复杂过程建模与优化； 2）连铸生产过程参数专用检测技术； 3）复杂过程故障检测及诊断； 4）多总线系统集成设计理论及应用； 5）过程控制器的评估理论及方法； 6）不确定性时滞系统的鲁棒故障辨识； 7）多智能体控制策略； 8）容错控制技术； 9）气力输送粉体流动参数可视化监控系统； 10）粉尘浓度在线检测技术。 二、研究方向建设的总体目标 1）凝炼检测技术与先进控制学术方向，将其建设成为国际先进、国内领先的学术方向； 2）形成一支以责任教授为核心、以国家自然科学基金获得者为主要学术骨干、以创新团队为核心的年龄和知识结构合理的基础研究与应用研究相结合的研究队伍； 3）取得一批代表性的具有国际先进水平的科研成果； 4）申请省级自然科学基金、国家自然科学基金等5 项以上； 5）在国内一级期刊及国际杂志上发表论文70篇以上，被三大检索收录47 篇以上； 6）培养博士研究生18名以上，硕士研究生70 名以上。 三、建议课题 课题1：复杂过程建模与控制 1.1、研究目的与意义：系统建模是控制理论研究的一个重要分支，它是控制系统设计的基础。随着控制过程复杂性的提高，控制理论的应用日益广泛。神经网络领域取得的研究成果，给非线性系统的建模提供了一定的途径。目前，基于神经网络的建模方法尚处于探索阶段，这就需要我们做进更深、更广的研究，以使其逐渐趋于完善。虽然，从理论上来讲，神经网络具有逼进任意非线性函数的能力，但直接将其应用于复杂生产过程的建模还存在许多问题。因此，本课题组针对复杂过程，针对基于神经网络的各种混合建模方法进行深入研究。通过该课题的研究，使得神经网络在复杂系统建模这一方向上达到一定的学术水平，并利用已有的生物发酵实验装置、注塑成型装置对提出的建模方法进行不断的改进和完善，整理出一批有价值的学术论文，在重要的国际、国内学术会议和刊物上发表。研究出适合于复杂系统建模及控制的应用软件包，并将其推广应用于实际的过程，产生一定的经济效益和社会效益。 随着现代工业技术的进步，工业生产逐步向综合化方向发展，生产规模越来越大，流程日益复杂。为保证生产过程安全平稳、高效低耗、运行于最佳工况，就必须提高生产过程的优化控制水平。所