時間：2023-03-27 16:38:44
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇自動控制技術(shù)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關(guān)鍵詞：自動控制；污水處理；各單元
中圖分類號：[TU992.3] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
1、前言
污水處理是一門涉及化學(xué)、物理、生物等多門科學(xué)的綜合性技術(shù)，其工藝機理復(fù)雜，操作要求十分嚴(yán)格，實現(xiàn)起來難度較高。如果只憑現(xiàn)場人員手動操作，往往操作繁瑣，勞動強度大，處理效果差。加之我國水污染控制水平較低，尤其是工業(yè)廢水的污染控制，投入不足，給環(huán)境帶來了嚴(yán)重的威脅。因此為了改變我國污水處理控制技術(shù)的這種落后現(xiàn)狀，進行污水處理自動控制系統(tǒng)的研究，具有非常現(xiàn)實的意義。當(dāng)前，污水處理控制領(lǐng)域?qū)⒂嬎銠C技術(shù)、智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等運用到過程中，實現(xiàn)優(yōu)化控制，已成為研究熱點。
2、自動控制理論的發(fā)展
在工業(yè)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展的同時，控制理論的發(fā)展至今已有100多年的歷史。各個領(lǐng)域中的自動控制系統(tǒng)對控制精度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與適應(yīng)能力的要求越來越高，應(yīng)用范圍也更加廣泛。特別是自20世紀(jì)80年代以來，計算機技術(shù)的高速發(fā)展，推動了控制理論研究的深入發(fā)展。
3.各單元的自動控制系統(tǒng)
3.1 格柵自動控制系統(tǒng)
根據(jù)水位差測量儀檢測的格柵前后水位差閾值自動控制機械格柵的運行。當(dāng)機械格柵停止運行的時間超過設(shè)定值時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)由時間控制，自動啟動機械格柵。PLC系統(tǒng)還將按軟件程序自動控制柵渣輸送機、機械格柵的順序啟動、運行、停車以及安全聯(lián)鎖保護。水位差設(shè)定值，格柵的運行時間及格柵運行周期可調(diào)。3.2 水泵自動控制
在泵池設(shè)超聲波液位儀表，根據(jù)水位測量儀測得的泵房水位值自動控制多臺水泵的啟停運行。當(dāng)泵房水位高至某一設(shè)定的水位值時，PLC系統(tǒng)將按軟件程序自動增加水泵的運行臺數(shù)；相反，當(dāng)泵房水位降至某一設(shè)定的水位值時，PLC系統(tǒng)將按軟件程序自動減少水泵的運行臺數(shù)。同時，系統(tǒng)累積各個水泵的運行時間，自動輪換水泵，保證各水泵累積運行時間基本相等，使其保持最佳運行狀態(tài)。當(dāng)水位降至干運轉(zhuǎn)水位時，自動控制全部水泵停止運行。在監(jiān)控管理系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)的操作面板上可以設(shè)定水位值。
3.3 沉砂池自動控制
沉砂池的設(shè)備自成系統(tǒng)，隨設(shè)備所帶的就地控制箱將帶有啟動時序和停止時序，以及安全保護程序，自動控制整套沉砂池設(shè)備的運行。PLC系統(tǒng)將采集沉砂池全部設(shè)備的運行狀態(tài)，上位監(jiān)控管理計算機也可遠(yuǎn)控整套沉砂池設(shè)備的啟動/停止。
3.4 分段進水多級AO生物池控制
現(xiàn)有AO或AAO生物池改造采用分段進水多級AO工藝。主要測控內(nèi)容有：
――各段進水流量檢測、配水閥門/堰門監(jiān)控，自動控制各段流量，保證多級AO工藝進水流量分配比，實現(xiàn)合理利用各段硝化容量,充分利用原水中碳源進行反硝化, 達(dá)到有效降低出水TN, 并降低運行費用。
――厭氧池氧化還原電位監(jiān)測，各級缺氧池入口溶解氧監(jiān)測，各級缺氧池混合液濃度監(jiān)測，攪拌器運行控制。
――各級好氧池溶解氧監(jiān)測、空氣流量檢測、曝氣量自動控制。由于污水處理廠的實際運行中, 進水負(fù)荷實時變化，DO串級控制策略可根據(jù)進水負(fù)荷實時調(diào)整DO的設(shè)定值, 有效地消除進水?dāng)_動。
――生物池出水硝氮在線檢測，作為甲醇投加的過程控制參數(shù)，及時調(diào)整外碳源的投加量，保證出水水質(zhì)并節(jié)省碳源。
――生物池出水氨氮在線檢測，根據(jù)出水氨氮值及時調(diào)整曝氣量滿足和保證出水水質(zhì)的要求。
――分段進水多級AO工藝對C/N比的敏感性，具體水質(zhì)、水量的實時變化，使得分段進水工藝的運行和優(yōu)化有很大的空間。利用在線監(jiān)測及智能控制技術(shù)，根據(jù)進水水質(zhì)、水量對系統(tǒng)進行實時控制, 提高污染物的去除效率, 降低運行成本，并可提高分段進水生物脫氮工藝的可操作性。
3.5 鼓風(fēng)機房出口壓力控制
通過壓力變送器檢測空氣總管的壓力，根據(jù)設(shè)定的壓力值控制鼓風(fēng)機的運轉(zhuǎn)臺數(shù)、調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機的導(dǎo)葉片角度，從而保證生物池對空氣的需求量。在保證空氣需求量的前提下，盡可能地節(jié)省能耗，壓力控制系統(tǒng)和曝氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，相互影響，最終使生物池的生物處理過程處在最佳狀態(tài)。通過監(jiān)控管理系統(tǒng)和現(xiàn)場控制系統(tǒng)的操作屏，可以設(shè)定鼓風(fēng)機出口的壓力控制值。
3.6 污泥回流量自動調(diào)節(jié)
回流污泥量的控制采用比例控制以保證污泥混合液濃度在一定的范圍內(nèi)。根據(jù)生物池的進水量、回流污泥濃度控制回流污泥泵（工頻泵）的運轉(zhuǎn)臺數(shù)或變頻泵的轉(zhuǎn)速，保證生物池微生物的需要量。通過監(jiān)控管理系統(tǒng)和現(xiàn)場控制系統(tǒng)的操作屏，可以設(shè)定回流污泥比例。
3.7 沉淀池排泥控制
沉淀池的排泥可以根據(jù)裝在沉淀池內(nèi)的泥位計來控制刮泥車的運行，指導(dǎo)排泥。排泥有二種控制方式：按泥位計設(shè)定值進行自動排泥，按定時實現(xiàn)自動排泥。
3.8 污泥濃縮自動控制
污泥濃縮機系統(tǒng)控制采用時間控制和手動控制。該系統(tǒng)中設(shè)備的啟動順序依次為輸送機、濃縮機、加藥泵、進泥泵、污泥切割機，停止順序與之相反。當(dāng)藥液制備段的溶液罐的液位低，進泥泵的進泥流量低、系統(tǒng)中任何一臺設(shè)備發(fā)生故障時，系統(tǒng)停止運行。采用污泥流量比例投加絮凝劑，通過監(jiān)控管理系統(tǒng)和現(xiàn)場控制系統(tǒng)的操作屏，可以設(shè)定每天允許的運行次數(shù)及每次運行的時間。
3.9 污泥脫水自動控制
污泥脫水過程按污泥脫水系統(tǒng)自身PLC預(yù)先編制的程序控制運行。污泥脫水的程序控制采用時間控制和手動控制。系統(tǒng)設(shè)計帶有啟動時序和停止時序，以及安全保護程序。在藥液已制備完成的前提下，設(shè)備的啟動次序依次為傾斜式輸送機、水平式輸送機、濃縮脫水一體機、加藥泵、進泥泵，停止順序與之相反。上位監(jiān)控管理計算機可遠(yuǎn)程監(jiān)測污泥脫水系統(tǒng)全部設(shè)備的運行狀態(tài)和故障報警，但不可遠(yuǎn)程控制污泥脫水系統(tǒng)的開停。
3.10 加氯的自動控制
根據(jù)進水流量和濁度控制加氯機按比例自動加氯，并根據(jù)出水余氯值進一步修正加氯量，使加氯量始終處于最佳值。
3.11 電動閘門的控制
重要的電動閘門，旁邊設(shè)置的現(xiàn)場手動操作箱面板上設(shè)手動/遠(yuǎn)動轉(zhuǎn)換開關(guān)。手動狀態(tài)下，由操作箱面板上的按鈕控制閘門的開閉；遠(yuǎn)動狀態(tài)下，由中控室遙控閘門的開閉。閘門的狀態(tài)和工況在中控室的模擬屏上顯示。
4.結(jié)束語
污水處理運行過程任務(wù)要求重，特性復(fù)雜，運行管理難度大，目前水處理行業(yè)尚缺乏可靠的實時監(jiān)測儀器，用傳統(tǒng)的控制方式往往達(dá)不到精確的控制要求。先進控制理論實現(xiàn)了過程工藝參數(shù)的優(yōu)化，可以改變污水處理廠人工調(diào)節(jié)操作處理不及時、效率低的現(xiàn)狀。污水處理的社會意義巨大應(yīng)用計算機控制技術(shù)實現(xiàn)污水處理工藝的半自動全自動控制提高污水處理的技術(shù)管理水平合理使用和配置處理設(shè)施設(shè)備具有非常現(xiàn)實的意義。
參考文獻(xiàn)：
【1】汪吉鵬 工業(yè)控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展方向[期刊論文]-濰坊學(xué)院學(xué)報 2002(02)
摘要
隨著自動控制技術(shù)，計算機技術(shù)及信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，促使控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運而生。 控制網(wǎng)絡(luò)Infranet(infrastruacture network)是一類特殊的局域網(wǎng)，隨著現(xiàn)代計算機控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，極大地促進了控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展和完善，它不僅使生產(chǎn)過程向更高層次的自動化水平發(fā)展，實現(xiàn)優(yōu)化控制、協(xié)調(diào)控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控等，也為其與信息網(wǎng)絡(luò)的無縫集成，組建統(tǒng)一的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)提供了強有力的技術(shù)支持。本文是作者在山東萊城發(fā)電廠輔助系統(tǒng)技術(shù)改造項目中，設(shè)計輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)總結(jié)和理論研究，從理論和實際兩個方面對控制網(wǎng)絡(luò)固有的技術(shù)特征以及交換式以太控制網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計作了詳細(xì)論述，同時對設(shè)計中遇到的種種問題的解決作了理論上的探討。…………
【關(guān)鍵詞】 控制網(wǎng)絡(luò)；現(xiàn)場總線；ControlNet；以太網(wǎng)；交換式；共享式；
【論文類型】 應(yīng)用基礎(chǔ)
：49000多字的碩士論文
有中英文摘要、目錄、大量圖表、參考文獻(xiàn) 400元
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關(guān)鍵詞：機械技術(shù)，傳感檢測技術(shù)，智能化，系統(tǒng)化
不斷發(fā)展的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)推動了不同學(xué)科的交叉與滲透；推動了工程領(lǐng)域的技術(shù)改造與革命；推動了機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生巨大變化；推動了工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入以“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。機電一體化是指在機構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術(shù)，將機械裝置與電子化設(shè)計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。
一、機電一體化的核心技術(shù)
機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術(shù)、計算機技術(shù)與信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)及伺服傳動技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。
1、機械技術(shù)：是機電一體化的基礎(chǔ)，機械技術(shù)的著眼點在于如何與機電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其高、新技術(shù)來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。
2、計算機與信息技術(shù)：其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計算機信息處理技術(shù)。
3、系統(tǒng)技術(shù)：即以整體概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。
4、自動控制技術(shù)：其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。
5、傳感檢測技術(shù)：傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高。
6、伺服傳動技術(shù)：包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。
二、機電一體化的發(fā)展過程
機電一體化的發(fā)展過程大體可以分為三個階段
1、初級階段
20世紀(jì)60年代以前為第一階段，也稱為初級階段。論文大全。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復(fù)起到了積極的作用。那時，研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。
2、高速發(fā)展階段
20世紀(jì)70—80年代為第二階段，也稱為高速發(fā)展階段。這一時期，計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的出現(xiàn)，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個時期的特點是:mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；各國均開始對機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給予很大的關(guān)注和支持。
3、智能化階段
20世紀(jì)90年代后期，開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發(fā)展時期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進入機電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面，對機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時，人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步，為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，使機電一體化進一步建立了堅實的基礎(chǔ)，并且逐漸形成完整的學(xué)科體系。
三、機電一體化的發(fā)展趨勢
機電一體化是集機械、電子、光學(xué)、控制、計算機、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。機電一體化的主要發(fā)展方向大致有以下幾個方面。
1、智能化
智能化是21世紀(jì)機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。
2、網(wǎng)絡(luò)化
20世紀(jì)90年代，計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
3、微型化
興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)。微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。
4、綠色化
工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有很好的發(fā)展前景。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。論文大全。論文大全。
5、系統(tǒng)化
系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強。一般除RS232外，還有RS485等智能化通信接口。
綜上所述，機電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求和產(chǎn)物。當(dāng)然，與機電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也將更加廣闊。
【參考文獻(xiàn)】
[1]王靜 淺析機電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 同煤科技 2006、(4)
[2]石美峰 機電一體化技術(shù)的發(fā)展與思考 山西焦煤科技 2007、(3)
[3]李建勇 機電一體化技術(shù)北京科學(xué)出版社 2004、
[4]李運華 機電控制北京航空航天大學(xué)出版社 2003、
關(guān)鍵詞：焦?fàn)t，干熄焦?fàn)t，干熄焦鍋爐，發(fā)電機，一體化控制
1 前言
萊鋼從2005年底第一套干熄焦建成到2008年底3#干熄焦投產(chǎn)，現(xiàn)在運行的干熄焦系統(tǒng)共為三套，相應(yīng)的二套發(fā)電設(shè)備也已經(jīng)投產(chǎn)運行。為了及時掌握干熄焦設(shè)備和鍋爐運行特性，保證干熄焦發(fā)電穩(wěn)定運行，達(dá)到對干熄焦最佳運行狀況的高水平操作，我們通過對干熄焦生產(chǎn)有重大影響的各種因素地不斷探索，提出了將焦?fàn)t、干熄爐、干熄焦鍋爐以及干熄焦發(fā)電機系統(tǒng)一體化綜合控制方案。
2 系統(tǒng)現(xiàn)狀及功能分析
萊鋼焦?fàn)t及干熄焦節(jié)能一體化控制采用具有自主創(chuàng)新的焦?fàn)t及干熄焦裝置控制技術(shù)，焦?fàn)t部分采用橫河DCS控制系統(tǒng)，干熄爐本體部分采用西門子PLC控制系統(tǒng)，干熄焦鍋爐部分采用橫河DCS控制系統(tǒng)，干熄焦發(fā)電采用ABB控制系統(tǒng)。目前計算機系統(tǒng)已投入運行，全部完成了控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件的調(diào)試和正常使用。
根據(jù)干熄焦的工藝生產(chǎn)過程，其自動控制功能主要集中在干熄爐、鍋爐以及干熄焦發(fā)電三個部分，但焦?fàn)t對干熄爐生產(chǎn)的影響也不容忽視。因此，本項目主要是通過無線信號交換系統(tǒng)、智能判斷、人工干預(yù)和分程調(diào)節(jié)等方式實現(xiàn)焦化廠焦?fàn)t、干熄爐、干熄焦鍋爐與干熄焦發(fā)電機的智能一體化控制。免費論文，干熄焦鍋爐。
3 具體技術(shù)實施方案
3.1 焦?fàn)t與干熄爐本體一體化控制
焦?fàn)t與干熄爐的一體化控制主要集中在紅焦運輸系統(tǒng)。免費論文，干熄焦鍋爐。
由于干熄焦電機車裝載焦罐在提升機與焦?fàn)t之間移動，若采用有線通訊，會產(chǎn)生大量隱患，且通訊電纜易被燒損。免費論文，干熄焦鍋爐。電機車與焦?fàn)t之間通過編碼電纜實現(xiàn)感應(yīng)式無線通訊，但是考慮到熄焦車與干熄焦之間通訊數(shù)據(jù)量較小，使用編碼電纜成本太高。最終采用由多組有源接近開關(guān)構(gòu)成的無線信號交換系統(tǒng)，來完成電機車控制系統(tǒng)與中央EI系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。
3.2 干熄爐本體與干熄焦鍋爐一體化控制
鍋爐DCS與干熄焦本體PLC數(shù)據(jù)交換量較大，采用Profibus通訊方式進行數(shù)據(jù)訪問，安全、可靠、靈活、易擴展。
循環(huán)風(fēng)機軸振超高，循環(huán)風(fēng)機電機定子溫度超高，循環(huán)風(fēng)機軸承溫度超高，循環(huán)風(fēng)機稀油站油超壓低，儀表氣接點壓力低于下限，鍋爐汽包液位超高，鍋爐汽包液位超低，除氧水箱液位超低，主蒸汽溫度超高，主蒸汽溫度超低，鍋爐給水泵停止，鍋爐強制循環(huán)泵雙泵不運行，鍋爐給水泵雙泵不運行，以上條件任何一個滿足時，均需要通訊至PLC系統(tǒng)，連鎖停止循環(huán)風(fēng)機，并緊急停爐。
緊急停爐時，PLC系統(tǒng)自動打開預(yù)存室放散閥，打開緊急放散裝置，關(guān)閉環(huán)行氣道空氣導(dǎo)入閥，關(guān)閉循環(huán)風(fēng)機入口擋板，關(guān)閉裝入集塵電動閥，關(guān)閉旁通管流量調(diào)節(jié)法，并打開所有保護氮氣吹入閥，同時將“緊急停爐”信號發(fā)送至鍋爐DCS。DCS系統(tǒng)將自動控制主蒸汽放散閥打開，主蒸汽切斷閥關(guān)閉，同時將停爐信息發(fā)送至干熄焦發(fā)電。
3.3 干熄焦鍋爐與干熄焦發(fā)電機一體化控制
干熄焦鍋爐與干熄焦發(fā)電的一體化的控制關(guān)鍵在于發(fā)電與供熱之間的切換。當(dāng)發(fā)電機組停機時，鍋爐需要切換蒸汽外送管道，切斷送至發(fā)電系統(tǒng)的高壓蒸汽切斷閥，打開減溫減壓切斷閥啟用減溫減壓系統(tǒng)，將蒸汽外送至其他用戶。這里需要通過減壓調(diào)節(jié)閥與減溫調(diào)節(jié)閥對外送蒸汽的壓力和溫度進行調(diào)節(jié)。為了使蒸汽壓力和溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，我們使用力矩更大、執(zhí)行動作更快的電液式執(zhí)行機構(gòu)來調(diào)節(jié)閥門開度。當(dāng)發(fā)電機組再次開機時，鍋爐同樣需要切換蒸汽外送管道，切斷送至減溫減壓系統(tǒng)的減溫減壓切斷閥，打開高壓切斷閥將蒸汽送至干熄焦發(fā)電系統(tǒng)，并通過壓力調(diào)節(jié)閥精確控制蒸汽的溫度和壓力等參數(shù)，使過熱蒸汽快速達(dá)到發(fā)電的要求。
參與切換連鎖的信號使用冗余，重要信號可以做到三取二以增加傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。整個切換過程采用智能判斷與人工干預(yù)相結(jié)合的控制方式，并且在切換過程中使用分程調(diào)節(jié)來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全。
3.4 干熄焦本體及鍋爐關(guān)鍵控制功能優(yōu)化和完善
3.4.1 熄焦?fàn)t壓力控制優(yōu)化
熄焦?fàn)t壓力控制是為了保證在熄焦過程中熄焦?fàn)t內(nèi)壓力的平穩(wěn)和焦炭裝入時裝入口的壓力保持穩(wěn)定進行的壓力控制。免費論文，干熄焦鍋爐。
由于在裝焦過程中熄焦?fàn)t頂部的裝入裝置被打開，熄焦?fàn)t內(nèi)的壓力會產(chǎn)生劇烈的波動，采用常規(guī)的連續(xù)PID控制方式就會使系統(tǒng)難以進行控制。免費論文，干熄焦鍋爐。因此，在進行紅焦裝入時，經(jīng)過裝入裝置未全閉到熄焦?fàn)t壓力手動操作器所經(jīng)過的時間后，熄焦?fàn)t壓力手動操作器由外部信號切換為預(yù)置輸出的手動狀態(tài)，即在原自動狀態(tài)輸出的基礎(chǔ)上再加大裝入裝置開啟手動操作器的動作幅度值，并保持此值輸出不動；當(dāng)裝入裝置經(jīng)過從開始閉合到手動操作器開始動作的時間后，手動操作器的輸出經(jīng)手動操作器下降裝入裝置閉合手動操作器的動作幅度所經(jīng)過的時間減少值，此時依然為手動狀態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)中投入裝置全閉信號產(chǎn)生后，手操器變?yōu)樽詣訝顟B(tài)即恢復(fù)正常狀態(tài)。免費論文，干熄焦鍋爐。而熄焦?fàn)t壓力調(diào)節(jié)器在這一過程中的狀態(tài)是手操器為自動時壓力調(diào)節(jié)器也為自動，手操器為手動時壓力調(diào)節(jié)器為自動跟蹤狀態(tài)，使壓力調(diào)節(jié)器的輸出始終保持與手操器的輸出一致，確保在狀態(tài)切換時為無擾動切換。
3.4.2 鍋爐關(guān)鍵控制功能優(yōu)化
干熄焦鍋爐是一種特殊的余熱鍋爐，它是利用吸收了紅焦顯熱的高溫循環(huán)氣體與除鹽除氧水進行熱交換，產(chǎn)生額定參數(shù)和品質(zhì)的蒸汽，并輸送給熱用戶或者汽輪機發(fā)電的一種受壓、受熱的設(shè)備。
鍋爐是整套干熄焦系統(tǒng)的重要組成部分，它是連接熄焦?fàn)t本體和蒸汽機組發(fā)電的關(guān)鍵，鍋爐的控制不僅影響到干熄焦系統(tǒng)的熱力系統(tǒng)，還影響到整套系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行和經(jīng)濟效益。
主蒸汽溫度控制是通過在過熱器后的減溫器向過熱蒸汽內(nèi)直接噴水達(dá)到減溫目的的。當(dāng)增加噴水量時主蒸汽溫度就會下降，當(dāng)減少噴水量主蒸汽溫度就會升高。其控制的好壞直接影響蒸汽的品質(zhì)。本系統(tǒng)的主蒸汽溫度控制是由二次減溫器出口溫度構(gòu)成主回路、減溫水流量構(gòu)成付回路的串級控制系統(tǒng)。
4 結(jié)論
對于焦化生產(chǎn)來說，從焦?fàn)t到干熄爐本體，從干熄爐本體到干熄焦鍋爐，再從干熄焦鍋爐到干熄焦發(fā)電實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，具有環(huán)保、節(jié)能、節(jié)電的多重意義。項目實施過程中對1#、2#、3#干熄焦系統(tǒng)關(guān)鍵控制功能進行了優(yōu)化，有效的降低了系統(tǒng)故障率，保障了三套干熄焦及干熄焦發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益，并為環(huán)保和節(jié)能做出巨大貢獻(xiàn)，所做的工作對國內(nèi)同類系統(tǒng)具有一定的現(xiàn)場指導(dǎo)意義。
參考文獻(xiàn)：
1、潘立慧魏松波等煉焦新技術(shù)[M] 北京：冶金工業(yè)出版社 2006年02月出版
2、潘立慧魏松波等干熄焦技術(shù)[M]北京：冶金工業(yè)出版社 2005年02月出版
英文名稱：
主管單位：江蘇省教育
主辦單位：南京信息工程大學(xué)
出版周期：雙月刊
出版地址：江蘇省南京市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1674-7070
國內(nèi)刊號：32-1081/N
郵發(fā)代號：28-404
發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時間：2009
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聯(lián)系方式
關(guān)鍵詞:電廠安全生產(chǎn);遠(yuǎn)程監(jiān)控;自動控制;遠(yuǎn)程監(jiān)控
中圖分類號:TM764
文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1009-2374(2009)19-0033-02
隨著計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展,逐漸形成了工業(yè)控制的數(shù)字化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化,使計算機控制系統(tǒng)逐步從集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System,DCS)走向以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的分布式現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control System,FCS)。FCS是集當(dāng)今計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和自動控制技術(shù)為一體的當(dāng)代最先進的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)計算機控制技術(shù),是一種全分散、全數(shù)字、全開放的控制系統(tǒng),是自動控制技術(shù)發(fā)展的焦點和熱點,被譽為工業(yè)自動化領(lǐng)域具有革命性的新技術(shù)。
目前全國很多電廠都在實施生產(chǎn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程自動化控制改造,采用FCS技術(shù)構(gòu)建環(huán)繞全電廠的安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是必然趨勢,因此,本論文將主要針對電廠內(nèi)安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建進行分析,以期和同行共同討論。
一、基于CSS架構(gòu)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計
(一)系統(tǒng)的架構(gòu)模式選擇
按照系統(tǒng)終端情況的不同,可將該數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)模式總的分為B/S(瀏覽器/服務(wù)器)和C/S(客戶端/服務(wù)器)兩種結(jié)構(gòu)模式。B/S結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)以服務(wù)器為核心,程序處理和數(shù)據(jù)存儲基本上都在服務(wù)器端完成,用戶使用IE瀏覽器就可以進行事務(wù)處理。C/S結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)以服務(wù)器作為數(shù)據(jù)處理和存儲平臺,用戶在終端安裝特定的程序來進行事務(wù)處理,然后再將數(shù)據(jù)傳遞到服務(wù)器端。
結(jié)合上述分析,本論文采用C/S/S模式結(jié)構(gòu)。C/S/S模式也叫客戶/應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器結(jié)構(gòu)Client/Application Server/Database Server(C/S/S)模式,是從C/S模式發(fā)展而來的。這種模式中的三層架構(gòu)“分工”明確。客戶端負(fù)責(zé)程序的應(yīng)用和數(shù)據(jù)的讀取、分析等前臺操作,應(yīng)用服務(wù)器存放并運行信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯,數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存放并管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。由于在客戶端和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間使用了應(yīng)用服務(wù)器來處理業(yè)務(wù)邏輯,大大減輕了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的壓力,極大地提高了系統(tǒng)的并發(fā)處理能力;另外,由于用戶的請求是發(fā)向應(yīng)用服務(wù)器而不是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,使得數(shù)據(jù)的安全性大大提高,數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的主要職責(zé)由應(yīng)付客戶端的數(shù)據(jù)請求,也為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享,故這種結(jié)構(gòu)非常適合實時響應(yīng)性、安全性、數(shù)據(jù)吞吐率等性能要求較高的系統(tǒng),同時它也繼承了C/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,目前這種方式是最可靠、最能完美體現(xiàn)電廠大范圍內(nèi)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的控制特點及要求。
(二)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.上位機系統(tǒng)層次分析。電廠安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用三層C/S/S體系結(jié)構(gòu),使得用戶只需要通過客戶端即可輕松完成和實現(xiàn)豐富的信息管理等多種功能,整個上位機系統(tǒng)由客戶端應(yīng)用程序、應(yīng)用程序服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器三個層次構(gòu)成,其中客戶端應(yīng)用程序主要完成對電廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的信息管理及控制等操作;應(yīng)用程序服務(wù)器主要集成對全電廠安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)的控制、管理程序;數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要是用于存儲電廠安全監(jiān)控系統(tǒng)的生產(chǎn)、監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù),以備查用。
2.下位機系統(tǒng)層次分析。既然要實現(xiàn)全電廠安全生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控,就必須要借助網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)對底層電廠生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控,如對鍋爐設(shè)備、水輪發(fā)電機組等生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測及監(jiān)控,因此對于下位機系統(tǒng)的層次構(gòu)成,主要是由傳感采集設(shè)備(即傳感器)完成對生產(chǎn)設(shè)備的特征數(shù)據(jù)的采集,通過數(shù)據(jù)采集卡加載網(wǎng)絡(luò)通信模塊完成數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸,傳輸?shù)缴衔粰C系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,并由用戶通過客戶端應(yīng)用程序,通過調(diào)用應(yīng)用程序服務(wù)器中的遠(yuǎn)程管理控制程序,實現(xiàn)對底層設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測與監(jiān)控。
3.網(wǎng)絡(luò)傳輸層分析。根據(jù)電廠生產(chǎn)設(shè)備分布式的特點,以及對電廠生產(chǎn)過程遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求,本論文采用現(xiàn)場總線技術(shù),同時借鑒工業(yè)以太網(wǎng)的統(tǒng)一通信協(xié)議的特點,對面向全電廠布置的分布式安全生產(chǎn)系統(tǒng)實施遠(yuǎn)程監(jiān)控。遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)布置要合理,這是在網(wǎng)絡(luò)傳輸層布置時必須遵守的。
(三)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的控制實現(xiàn)方式
電廠的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方式采用遠(yuǎn)程控制與現(xiàn)場手動控制相結(jié)合的方式。首先要實現(xiàn)相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程控制功能,這主要依賴于對底層設(shè)備的控制數(shù)據(jù)的組態(tài)而實現(xiàn),通過上位機的客戶端程序,實現(xiàn)對電廠安全生產(chǎn)的遠(yuǎn)程控制功能;其次,是要在相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程現(xiàn)場配備手動控制開關(guān),以滿足不同的優(yōu)先級控制需求,也有利于對相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)場檢修、維護和系統(tǒng)改造升級等。
二、電廠安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)
(一) 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計
1.視頻信號傳輸方式。工業(yè)電視系統(tǒng)的信號傳輸有兩種方式:電纜傳輸和光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸。這里選定光纖作為電廠遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸介質(zhì),結(jié)合目前現(xiàn)場總線發(fā)展的新技術(shù),依靠最先進的工業(yè)以太網(wǎng)通信技術(shù)實現(xiàn)電視監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)傳輸。
2.系統(tǒng)設(shè)計。電廠生產(chǎn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端攝像設(shè)備、視頻控制設(shè)備、光纖數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和視頻輸出設(shè)備等部分組成。(1)前端攝像設(shè)備。前端攝像設(shè)備即為安裝在社區(qū)內(nèi)的各個布點場所的攝像機。地面使用的攝像機由于監(jiān)控范圍較大,大部分使用的是云臺攝像機,云臺是一個能進行水平和垂直兩個方面運動的裝置,安裝于其上的攝像頭能夠?qū)崿F(xiàn)水平350°,垂直90°全方位攝像,因此選用彩色全方位攝像儀。(2)視頻控制設(shè)備。視頻控制設(shè)備是監(jiān)控系統(tǒng)的心臟,可以分前向設(shè)備與后向設(shè)備,前向設(shè)備主要包括視頻服務(wù)器,主要功能是實現(xiàn)視頻信號的聯(lián)網(wǎng);后向設(shè)備主要由光發(fā)射機、光接收機、視頻分配器、視頻矩陣控制切換系統(tǒng)、處理器、云臺控制器等組成,一般安裝在總調(diào)度室,完成視頻圖像的接收與處理,遙控云臺的全方位移動,調(diào)節(jié)鏡頭焦距的變化以及各種輸出信號的控制。(3)光纖數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備主要采用光纖進行傳輸,同時需要為整個傳輸系統(tǒng)配備交換機及流媒體服務(wù)器等設(shè)備,實現(xiàn)視頻信號的全數(shù)字化傳輸。采用光纖的最大優(yōu)勢就在于可以遠(yuǎn)距離而無失真的傳輸視頻數(shù)據(jù)信號。(4)視頻輸出設(shè)備。視頻輸出設(shè)備主要包括監(jiān)視器、DLP大屏幕和硬盤錄像機,調(diào)度室的工作人員可以通過監(jiān)視器、DLP大屏幕對控點進行24h監(jiān)控,也可通過硬盤錄像機將攝像機圖像保存下來,為電廠安全生產(chǎn)提供必要的數(shù)據(jù)信息。
(二)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議設(shè)計
通信應(yīng)用服務(wù)程序和監(jiān)控終端間的通信方式是基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的Windows Socket通信,因為這種通信協(xié)議是目前現(xiàn)場總線中最為主流和應(yīng)用最為廣泛的通信協(xié)議之一,用來傳送各種監(jiān)控數(shù)據(jù)、信息和控制命令等,具體的通信協(xié)議如下:
幀組成字段的意義:
1.IP地址用來標(biāo)識發(fā)送者的網(wǎng)絡(luò)地址,用long表示。
2.類型表示通信類型,共分為2種,即:查詢和應(yīng)答,用byte表示,其中0x01表示查詢,0x02表示應(yīng)答。
3.時間指當(dāng)前系統(tǒng)時間,表示幀發(fā)出時的本機系統(tǒng)時間,在中心服務(wù)器發(fā)向端局監(jiān)控機的查詢幀中用于校對監(jiān)控機的系統(tǒng)時間,用time_t表示,即精確到秒級。
4.數(shù)據(jù)長度用來表示后跟數(shù)據(jù)的總長(字節(jié),不包括長度本身及以前數(shù)據(jù)),用long表示。
5.數(shù)據(jù)是指具體的數(shù)據(jù),其組成及解釋隨類型不同而變化。只要在需要實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)備或機房內(nèi)布置了采用該通信協(xié)議的現(xiàn)場總線,那么該生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程就可以被集成到全電廠安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的平臺上,實現(xiàn)安全生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)測與監(jiān)控。
(三)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的接口設(shè)計
接口是指通信服務(wù)器和底層的遠(yuǎn)程監(jiān)控終端之間的通信接口。
通信服務(wù)器和監(jiān)控終端之間的通信接口,采用基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的Windows Socket通信方式,包括以下部分:
1.系統(tǒng)對時:監(jiān)控終端定時向通信服務(wù)器查詢系統(tǒng)時間,把本機時間和通信服務(wù)器時間進行同步。
2.查詢一個機房運行狀態(tài)。
3.查詢一個班組:當(dāng)監(jiān)控終端主機監(jiān)控一個班組時,定時向通信服務(wù)器發(fā)查詢本班組所有機房運行狀態(tài)的命令。對獲得的機房數(shù)據(jù)進行處理。
4.查詢所有機房:當(dāng)監(jiān)控終端主機監(jiān)控所有機房時,定時向通信服務(wù)器發(fā)查詢所有機房運行狀態(tài)的命令。對獲得的機房數(shù)據(jù)進行處理。
5.查詢通信狀態(tài):監(jiān)控終端主機定時發(fā)送查詢交換機當(dāng)前通信是否正常的命令。
6.接收報警:監(jiān)控終端主機接受通信服務(wù)器發(fā)送的報警信息并進行處理、顯示。
三、結(jié)語
電廠是我國重要的電力能源輸出基地,對于全國數(shù)千個電廠而言,實現(xiàn)生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程自動化控制,是提高我國工業(yè)生產(chǎn)自動化、智能化水平的重要要求,同時對于生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程安全監(jiān)控,也是不可缺少的。本論文對電廠安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進行了分析設(shè)計和討論,給出了完整的遠(yuǎn)程控制方案和遠(yuǎn)程監(jiān)控的實現(xiàn)手段,對于提高自動化水平和計算機自動控制在電廠安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)和推廣意義。
參考文獻(xiàn)
[1]劉桂芝.智能社區(qū)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控報警聯(lián)動系統(tǒng)的設(shè)計[J].微計算機信息,2005,(28).
[2]倪海燕,馬常旺,胡超.基于多線程技術(shù)的智能小區(qū)管理服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建[J].寧波大學(xué)學(xué)報(理工版),2006,19(1).
作者：李冬雪，徐益君
[關(guān)鍵詞]中醫(yī)藥；科技發(fā)展；現(xiàn)狀
[收稿日期]2013-09-16
[通信作者]*李冬雪，副研究員，主要從事中醫(yī)藥領(lǐng)域國家科技計劃項目管理工作，Tel：（010）88225159，E-mail：lidx@cncbd.org.cn中醫(yī)藥是中華民族的寶貴財富。當(dāng)前，中醫(yī)藥科技發(fā)展日新月異，不斷取得重大突破，受到國際社會越來越多的關(guān)注，世界范圍內(nèi)對中醫(yī)藥的需求日益增長。本文圍繞政策環(huán)境、經(jīng)費投入、人才隊伍、科技成果等方面，梳理了我國中醫(yī)藥科技發(fā)展的基本現(xiàn)狀。
1我國各級政府部門高度重視中醫(yī)藥科技發(fā)展，政策環(huán)境逐步改善
“十一五”以來，我國政府越來越重視中醫(yī)藥的傳承與發(fā)展，紛紛制定了各種規(guī)劃及政策來促進中醫(yī)藥的科技發(fā)展。2006年，國務(wù)院了《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006―2020年）》，提出加強中醫(yī)藥繼承和創(chuàng)新，推進中醫(yī)藥現(xiàn)代化和國際化。以中醫(yī)藥理論傳承和發(fā)展為基礎(chǔ)，通過技術(shù)創(chuàng)新與多學(xué)科融合，豐富和發(fā)展中醫(yī)藥理論，構(gòu)建適合中醫(yī)藥特點的技術(shù)方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，提高臨床療效，促進中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。并將“中醫(yī)藥傳承與創(chuàng)新發(fā)展”列為人口與健康領(lǐng)域的優(yōu)先主題。2009年，國務(wù)院出臺了《國務(wù)院關(guān)于扶持和促進中醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展的若干意見》，提到各地區(qū)、各有關(guān)部門要充分認(rèn)識扶持和促進中醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展的重要性和緊迫性，采取有效措施，全面加強中醫(yī)藥工作，開創(chuàng)中醫(yī)藥事業(yè)持續(xù)健康發(fā)展新局面。2010年，國務(wù)院出臺《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，提到大力發(fā)展用于重大疾病防治的生物技術(shù)藥物、新型疫苗和診斷試劑、化學(xué)藥物、現(xiàn)代中藥等創(chuàng)新藥物大品種，提升生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)水平。2012年，國務(wù)院陸續(xù)出臺了《國家藥品安全“十二五”規(guī)劃》、《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》和《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等，里面均涉及了發(fā)展中醫(yī)藥的內(nèi)容。
各部門也大力協(xié)同，了很多相關(guān)規(guī)劃及文件，推動中醫(yī)藥科技的發(fā)展。科技部2007年1月了《中醫(yī)藥創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃綱要（2006―2020年）》，將中醫(yī)臨床研究、中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展、基礎(chǔ)理論研究、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范研究、創(chuàng)新體系建設(shè)、國際科技合作列為優(yōu)先領(lǐng)域。2010年了《中藥現(xiàn)代化科技產(chǎn)業(yè)基地發(fā)展規(guī)劃（2010―2020年）》，提到發(fā)展中藥產(chǎn)業(yè)，提升中藥工業(yè)，改造中藥商業(yè)，培育中醫(yī)藥知識產(chǎn)業(yè)和服務(wù)業(yè)，將中藥產(chǎn)業(yè)培育成為我國具有比較優(yōu)勢的大健康產(chǎn)業(yè)。2020年，建成一批各具特點、布局合理、區(qū)域化協(xié)調(diào)發(fā)展的中藥科技產(chǎn)業(yè)基地。2011年，科技部又陸續(xù)了《國家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》、《醫(yī)學(xué)科技發(fā)展“十二五”規(guī)劃》和《“十二五”生物技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》等，均把中醫(yī)藥的發(fā)展列為主要內(nèi)容之一。國家中醫(yī)藥管理局于2012年下半年連續(xù)了《中醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》和《中醫(yī)藥標(biāo)準(zhǔn)化中長期發(fā)展規(guī)劃綱要（2011―2020年）》，共列舉了16項重點任務(wù)。
可見，近些年來，國務(wù)院及各部門都非常重視中醫(yī)藥的發(fā)展，紛紛制定了各種規(guī)劃及政策，這些政策的制定為中醫(yī)藥的發(fā)展提供了一個很好的政策大環(huán)境，也是中醫(yī)藥能夠穩(wěn)定快速發(fā)展的有力保障。
2中醫(yī)藥領(lǐng)域研發(fā)投入經(jīng)費持續(xù)增長，但同生物醫(yī)藥的其他相關(guān)領(lǐng)域相比仍存在較大差距
2.1中醫(yī)藥領(lǐng)域研發(fā)投入經(jīng)費增長迅速據(jù)《中國科技統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)顯示，中醫(yī)藥領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研各部分R&D投入經(jīng)費在2007―2011年間保持逐年增長趨勢，研發(fā)投入經(jīng)費總額由2007年的188295萬元增長到2011年的3399807萬元[1-5]，增長了約17倍，尤以產(chǎn)業(yè)研發(fā)投入經(jīng)費增長最快，見表1。
表1中醫(yī)藥領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研各部分R&D投入經(jīng)費數(shù)
Table1R&DfundsintraditionalChinesemedicinefield萬元
年度研發(fā)機構(gòu)高校高技術(shù)產(chǎn)業(yè)20071650828106143681200823076396041959842009263525114820804220103536455674174144201139390667063293711注：數(shù)據(jù)來源于《中國科技統(tǒng)計年鑒》（2008―2012年），研究與開發(fā)機構(gòu)“按學(xué)科分組的R&D課題”、“按學(xué)科分高等學(xué)校R&D課題”、“高技術(shù)產(chǎn)業(yè)R&D活動情況”。
2.2研發(fā)機構(gòu)和高校的中醫(yī)藥學(xué)科研發(fā)投入經(jīng)費與其他生物醫(yī)藥相關(guān)學(xué)科相比差距較大據(jù)《中國科技統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)顯示，2011年，研發(fā)機構(gòu)和高校的中醫(yī)藥學(xué)科的R&D課題投入經(jīng)費與其他生物醫(yī)藥相關(guān)學(xué)科相比差距較大，中醫(yī)藥學(xué)研發(fā)投入經(jīng)費只有臨床醫(yī)學(xué)研發(fā)投入經(jīng)費的約1/3[1]，見表2。
表22011年研發(fā)機構(gòu)和高校的生物醫(yī)藥相關(guān)學(xué)科R&D投入經(jīng)費數(shù)
Table2R&DfundsinbiomedicalfieldinR&Dinstitutionsanduniversityin2011萬元
排名學(xué)科研發(fā)機構(gòu)高校1生物學(xué)2596142263232臨床醫(yī)學(xué)621652263303基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)37923988944藥學(xué)61188566115中醫(yī)學(xué)與中藥學(xué)39390667066預(yù)防醫(yī)學(xué)與衛(wèi)生學(xué)36984215447軍事醫(yī)學(xué)與特種醫(yī)學(xué)7281138注：數(shù)據(jù)來源于《中國科技統(tǒng)計年鑒》（2012年），研究與開發(fā)機構(gòu)“按學(xué)科分組的R&D課題”、“按學(xué)科分高等學(xué)校R&D課題”。2.3中成藥制造業(yè)的研發(fā)投入經(jīng)費與化學(xué)藥品制造業(yè)相比差距較大據(jù)《中國科技統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)顯示，2011年，中成藥制造業(yè)的研發(fā)投入經(jīng)費為3293711萬元，不到化學(xué)藥品制造業(yè)的1/3[1]，存在較大差距，見表3。
表32011年生物醫(yī)藥各相關(guān)產(chǎn)業(yè)R&D投入經(jīng)費數(shù)
Table3R&Dfundsinmanufactureofmedicinesin2011
排名分類2011年R&D投入/萬元所占比例/%1化學(xué)藥品制造業(yè)1044223255.322中成藥制造業(yè)329371117.453生物、生化制品的制造業(yè)265449414.064醫(yī)療設(shè)備及器械制造業(yè)248614013.17注：數(shù)據(jù)來源于《中國科技統(tǒng)計年鑒》（2012年）“高技術(shù)產(chǎn)業(yè)R&D活動情況”。
3研發(fā)投入人員總量增長較快，且研發(fā)投入人員的主體正逐步由高校和研發(fā)機構(gòu)向企業(yè)轉(zhuǎn)移
3.1研發(fā)投入人員總量增長較快據(jù)《中國科技統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)顯示，中醫(yī)藥領(lǐng)域的研發(fā)投入人員總量從2007年的18578人年增長到2011年的35597人年[1-5]，增長幅度達(dá)91.6%，增長較快，見表4。
表4中醫(yī)藥領(lǐng)域研發(fā)投入人員總量
Table4R&DpersonnelintraditionalChinesemedicinefield人年
年度研發(fā)機構(gòu)高校高技術(shù)產(chǎn)業(yè)2007245587037420200827741066713660200934021049915464201036471098910458201138971170519995注：數(shù)據(jù)來源于《中國科技統(tǒng)計年鑒》（2008―2012年），研究與開發(fā)機構(gòu)“按學(xué)科分組的R&D課題”、“按學(xué)科分高等學(xué)校R&D課題”、“高技術(shù)產(chǎn)業(yè)R&D活動情況”。
3.2產(chǎn)業(yè)研發(fā)投入人員數(shù)量增長迅速據(jù)《中國科技統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)顯示，從2007年到2011年，研發(fā)機構(gòu)和高校的研發(fā)投入人員數(shù)量呈現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)步增長的趨勢，增長幅度分別為58.7%和34.5%；但產(chǎn)業(yè)的研發(fā)投入人員數(shù)量增長迅速，從2007年的7420人年增長到2011年的19995人年[1-5]，增長幅度高達(dá)169.5%，并且占中醫(yī)藥領(lǐng)域研發(fā)投入人員總量的比例也由2007年的39.9%提高到2011年的56.2%，充分表明科研投入人員的主體正逐步由高校和研發(fā)機構(gòu)向企業(yè)轉(zhuǎn)移。
4科技創(chuàng)新能力不斷提高，取得成績顯著
4.1“中醫(yī)學(xué)”科研數(shù)量增長顯著據(jù)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所網(wǎng)站數(shù)據(jù)顯示，中國科技論文與引文數(shù)據(jù)庫收錄的“中醫(yī)學(xué)”文章的數(shù)量從2007年的15164篇增長到2011年的24620篇，增長幅度達(dá)62.4%，文章總數(shù)量的排名由2007年的第9名上升至2011年的第4名；并且在國內(nèi)論文被引用次數(shù)最多的10個學(xué)科排名中，“中醫(yī)學(xué)”也由2007年的不在前10名躍升至2011年的第6位[6]，成績顯著，見表5，6。
表5中國科技論文與引文數(shù)據(jù)庫收錄論文數(shù)排名
Table5Top10listfornumberofpaperstakenbyCSTPCbydiscipline
排名2007年2008年2009年2010年2011年1臨床醫(yī)學(xué)臨床醫(yī)學(xué)臨床醫(yī)學(xué)臨床醫(yī)學(xué)臨床醫(yī)學(xué)2電子、通信與自動控制技術(shù)農(nóng)學(xué)農(nóng)學(xué)中醫(yī)學(xué)計算技術(shù)3計算機科學(xué)技術(shù)電子、通信與自動控制計算技術(shù)計算技術(shù)電子、通信與自動控制4基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)計算技術(shù)電子、通信與自動控制農(nóng)學(xué)中醫(yī)學(xué)5農(nóng)學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)農(nóng)學(xué)6藥學(xué)藥物學(xué)中醫(yī)學(xué)藥學(xué)預(yù)防醫(yī)學(xué)與衛(wèi)生學(xué)7生物學(xué)中醫(yī)學(xué)藥物學(xué)電子、通信與自動控制基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)8預(yù)防醫(yī)學(xué)與衛(wèi)生學(xué)生物預(yù)防、衛(wèi)生預(yù)防醫(yī)學(xué)與衛(wèi)生學(xué)生物學(xué)9中醫(yī)學(xué)預(yù)防、衛(wèi)生化工化工化工10化學(xué)化學(xué)地學(xué)土木建筑土木建筑
表6國內(nèi)論文被引用次數(shù)最多的10個學(xué)科排名
Table6Top10listfornumberofpaperscitedbydiscipline
排名2007年2008年2009年2010年2011年1臨床醫(yī)學(xué)臨床醫(yī)學(xué)臨床醫(yī)學(xué)臨床醫(yī)學(xué)臨床醫(yī)學(xué)2地學(xué)農(nóng)學(xué)農(nóng)學(xué)農(nóng)學(xué)農(nóng)學(xué)3農(nóng)學(xué)地學(xué)地學(xué)地學(xué)地學(xué)4生物學(xué)生物學(xué)生物學(xué)生物學(xué)生物學(xué)5電子、通訊與自動控制電子、通訊與自動控制電子、通訊與自動控制電子、通訊與自動控制電子、通訊與自動控制6基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)環(huán)境科學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)中醫(yī)學(xué)7化學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)環(huán)境科學(xué)環(huán)境科學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)8環(huán)境科學(xué)化學(xué)化學(xué)計算技術(shù)計算技術(shù)9計算機科學(xué)技術(shù)計算技術(shù)計算技術(shù)中醫(yī)學(xué)環(huán)境科學(xué)10電力與電氣中醫(yī)學(xué)中醫(yī)學(xué)化學(xué)預(yù)防醫(yī)學(xué)與衛(wèi)生學(xué)
另據(jù)《中國科技統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)顯示，SCI/EI/CPCI-S收錄的“中醫(yī)學(xué)”論文數(shù)從2007年的63篇增長到2010年的450篇[1，4]，增長明顯。
4.2中醫(yī)藥領(lǐng)域?qū)＠暾埩考笆跈?quán)量明顯增長2002―2012年期間，向中國國家知識產(chǎn)權(quán)局提交的和PCT申請進入中國國家階段的涉及中醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)明專利申請量由3074件上升至9451件，增長幅度超過200%，增長明顯；同時，2002年至2011年期間，涉及中醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)明專利授權(quán)量由692件增至6319件，增長了約8倍，增長更為顯著，見圖1～2。
關(guān)鍵詞：微灌，計算機控制，推廣應(yīng)用
1.工程概況
萊蕪市鋼城區(qū)黃莊鎮(zhèn)，是中國黃金桃之鄉(xiāng)，優(yōu)質(zhì)黃金桃種植生產(chǎn)基地，該項目位于黃莊鎮(zhèn)東北部黃金桃主產(chǎn)區(qū)，控制灌溉總面積4000畝，項目區(qū)原無灌溉設(shè)施，經(jīng)常遭受干旱威脅，嚴(yán)重威脅黃金桃產(chǎn)量和品質(zhì)。近年來實施了計算機控制微灌工程項目，共建成了中心控制管理房及附屬設(shè)施1處、蓄水池5座、各類灌溉管道 40km。自動控制部分安裝中心控制計算機1套，在田間埋設(shè)各類控制信號模塊40個、進口2英寸電磁閥40個、土壤墑情傳感器4個；沿干、支管道鋪設(shè)電源線、信號線、計算機網(wǎng)絡(luò)線、電磁閥控制線8km，金屬屏蔽管3km，在支管管道安裝水表、壓力表等量測設(shè)備，另外還配備UPS電源、避雷器等穩(wěn)壓和過電壓保護裝置。
2.計算機控制系統(tǒng)的工作原理及配置
2.1 自動化控制系統(tǒng)工作原理
計算機控制系統(tǒng)主要是接收土壤水分傳感器采集的數(shù)據(jù)，當(dāng)采集數(shù)據(jù)達(dá)到土壤含水量下限值時，控制系統(tǒng)發(fā)出開閥指令，控制器打開電磁閥門，按照預(yù)先設(shè)定的灌水強度和灌水量進行灌溉，本組灌溉完畢打開下一組電磁閥，同時關(guān)閉本組電磁閥，直到整個灌溉過程結(jié)束。在整個灌溉過程中，灌溉強度、灌水量均可根據(jù)不同作物品種、當(dāng)時的土壤含水量進行人工設(shè)定。系統(tǒng)可對土壤含水量、管網(wǎng)壓力、流量、灌水量等進行實時控制，并將灌水時間、日期、灌水總量等數(shù)據(jù)存儲并可隨時打印。
2.2 自動化控制系統(tǒng)的配置
自動控制系統(tǒng)由上位機和采集控制模塊相結(jié)合，是目前配置較為可靠的方案。采集控制模塊對于系統(tǒng)的擴展靈活方便。土壤水分傳感器是自動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其靈敏度和可靠性直接關(guān)系到能否適時啟閉供水設(shè)備可靠灌溉。論文格式。管道上的電磁閥均按照預(yù)先分組連接到控制模塊上，啟閉受計算機軟件控制。
2.3 系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計及功能
系統(tǒng)軟件分為上位機監(jiān)控軟件和采集控制模塊軟件兩部分。上位機軟件包括通訊程序、監(jiān)控畫面和打印程序。采集控制模塊采用梯形圖編寫。
系統(tǒng)硬件設(shè)計按功能可劃分為監(jiān)控、控制兩部分。系統(tǒng)監(jiān)控部分由上位機和打印機組成，用來實時處理采集控制模塊采集的數(shù)據(jù)并據(jù)設(shè)定值進行邏輯判斷，向控制站采集控制模塊發(fā)送控制命令。系統(tǒng)控制部分由采集控制模塊、土壤水分傳感器、壓力流量傳感器及電磁閥等組成。該部分作用是采集流量壓力信號并送入上位機進行處理，同時執(zhí)行上位機發(fā)送的控制命令，對電磁閥進行控制操作。
3.自動化控制系統(tǒng)方案設(shè)計
3.1 自動化控制系統(tǒng)站點布局
整個高效經(jīng)濟作物種植區(qū)內(nèi)，控制灌溉總面積4000畝，全部采用小管出流灌溉，分布于項目區(qū)內(nèi)的5座蓄水池為灌溉水源，由安置于中央控制室內(nèi)的計算機分別負(fù)責(zé)控制5座水池按需供水。每種灌溉區(qū)域和每座水池都安裝一套中心測控單元——測控終端。包括：采集控制模塊，用來完成數(shù)據(jù)采集和控制驅(qū)動任務(wù)；傳感器，完成數(shù)據(jù)測量與傳輸任務(wù)。測控終端通過Rs485信號網(wǎng)絡(luò)與中心控制室內(nèi)主計算機相連，自動進行數(shù)據(jù)采集、傳輸、指令接收和驅(qū)動控制，實現(xiàn)遠(yuǎn)程測控功能，從而使田間地塊灌溉自動化。
3.2 自動化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)布局
由于本項目區(qū)周圍需灌溉的農(nóng)田面積較大，各測控點距中央控室距離不等，為此，控制系統(tǒng)采用了二級分布式網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有以下先進特點：(1)保持網(wǎng)絡(luò)距離、測控終端的擴展、傳感器和伺服機構(gòu)的增加，在原有工程的基礎(chǔ)上擴大系統(tǒng)規(guī)模。(2)不同種類、不同通訊協(xié)議、不同傳輸速率的智能終端共用網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，進一步提供了系統(tǒng)擴展的靈活性。(3)部分遠(yuǎn)程測控終端的故障或脫網(wǎng)維護，不影響其他部分的正常工作。
3.3 自動化控制系統(tǒng)布線
微灌工程中埋設(shè)了各類管線，其中有不同管徑的灌溉輸水管道、強電電纜線、弱電信號線等。現(xiàn)場弱電信號總線采用4芯1.5mm2銅芯電纜，其中2芯傳輸 24VDC電源，另外2芯傳輸RS-485網(wǎng)絡(luò)信號。論文格式。電磁閥驅(qū)動線采用每電磁閥1．5mm2的2芯24VAC電纜。通信網(wǎng)絡(luò)采用RS-485雙絞線，通信波特率9600bps、自定義奇校驗、幀協(xié)議、幀校驗格式，自動切換。
4.計算機控制系統(tǒng)的特點
本項目系統(tǒng)測控選擇了高性價比的測控設(shè)備，具有高可靠性、直觀性、安全性等特點。系統(tǒng)不但支持測控對象數(shù)量、測控終端數(shù)量、軟件功能、遠(yuǎn)程信息共享等方面的開放擴展性，而且對于操作人員的技術(shù)水平要求較低，技術(shù)維護工作簡單易行，完全能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的野外工作環(huán)境要求。本項目實現(xiàn)了以下技術(shù)創(chuàng)新：(1)設(shè)計了多媒體動畫界面，可對全灌區(qū)實時動態(tài)動畫模擬，對灌溉作業(yè)遠(yuǎn)程實時操作。(2)根據(jù)作物品種、土壤含水量，編制科學(xué)合理的灌溉計劃，避免了大水漫灌和灌水不足，為作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。(3)使用了1:1隔離變壓器，有效避免了雷擊、過電壓等強電干擾對設(shè)備的損害，延長了設(shè)備的使用壽命。(4)測控終端使用了通用采集控制模塊代替了傳統(tǒng)PLC可編程控制器，既方便了管理又降低了工程造價。
5.自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果
計算機控制系統(tǒng)在微灌工程中的成功應(yīng)用，是自動化控制技術(shù)在其適用領(lǐng)域內(nèi)一個很大的突破，實現(xiàn)了根據(jù)不同作物不同需水量，實時科學(xué)灌溉和水資源的高效利用，經(jīng)濟效益和社會效益顯著，推廣應(yīng)用前景廣闊。論文格式。工程運行證明，該系統(tǒng)具有節(jié)水、省工等特點，降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本和管理成本。果園小管出流與地面灌相比，桃樹每畝增產(chǎn)220kg，每畝年節(jié)水175m3,節(jié)水61％。該工程提高了灌溉水的利用率，減少了深層滲漏和棵間蒸發(fā)，節(jié)省了水資源。為微灌計算機控制和微灌工程建設(shè)探索出了成功經(jīng)驗，推動了微灌技術(shù)的發(fā)展。
自動控制原理是自動化以及控制類專業(yè)最主要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在專業(yè)課程體系中占有核心地位，該課程的教學(xué)效果直接影響其他相關(guān)專業(yè)課程的教學(xué)。自動控制原理是一門理論性和實踐性都很強的課程，課程內(nèi)容涉及多門學(xué)科知識，概念抽象，包含大量數(shù)學(xué)計算。
一、影響自動控制原理課程教學(xué)效果的因素
1．學(xué)生學(xué)習(xí)目的不明確，導(dǎo)致失去學(xué)習(xí)興趣和動力。
自動控制原理是學(xué)生從基礎(chǔ)課到專業(yè)課過渡的首開專業(yè)基礎(chǔ)課之一。由于課程本身理論性較強，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍不知道學(xué)習(xí)這門課程的目的及用途，甚至感到該課程與后續(xù)專業(yè)課程沒什么關(guān)系。由此導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)目的不明確，從而喪失學(xué)習(xí)積極性，失去學(xué)習(xí)動力。
2．課程內(nèi)容概念抽象，在傳統(tǒng)教學(xué)模式中多媒體教學(xué)的優(yōu)勢難以發(fā)揮。
自動控制原理課程涉及較多的理論邏輯推導(dǎo)和抽象思維過程，這就使學(xué)生在課堂上需要更多的時間對教學(xué)內(nèi)容進行慢慢地消化、領(lǐng)悟。另外，自動控制原理教學(xué)內(nèi)容的掌握是建立在用數(shù)學(xué)的抽象語言描述實際控制過程的基礎(chǔ)上的，但是學(xué)生對于這種抽象思維的理解是一個艱難、緩慢的過程，一般直觀的展示對于這種邏輯思維過程難以有所幫助。而傳統(tǒng)多媒體教學(xué)的優(yōu)勢在于能夠在較短的時間內(nèi)提供較大的信息量，可以直觀形象地展示教學(xué)內(nèi)容，因此，傳統(tǒng)教學(xué)模式中現(xiàn)有的多媒體課件教學(xué)并不適合自動控制原理課程。
3．大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)計算使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒
自動控制原理教材中有許多枯燥的公式推導(dǎo)和大量的數(shù)學(xué)計算，這讓很多學(xué)生望而生畏，而一些數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差的學(xué)生往往沒有能力完成推導(dǎo)過程，這在一定程度上可使一部分學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，以致嚴(yán)重影響教學(xué)效果。
4．傳統(tǒng)的理論教學(xué)和考核方式缺乏實用性，難以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。
在傳統(tǒng)模式理論教學(xué)和考核方式下，很多學(xué)生學(xué)習(xí)后就被復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式和抽象的理論概念搞得摸不著頭腦；有的學(xué)生也只是機械性的記住若干公式定理，只求能夠應(yīng)付考試，面對具體問題時不知如何運用所學(xué)知識去解決；更有甚者，學(xué)完了也不知所學(xué)課程的目的及用途。這種傳統(tǒng)的應(yīng)試教學(xué)不但使學(xué)生難以明白其實用性，也在一定程度上限制了學(xué)生學(xué)習(xí)能動性的發(fā)揮，束縛了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。
二、提高課程教學(xué)效果的創(chuàng)新思路
1．引入案例法教學(xué)，結(jié)合科研和生活實例，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。
在自動控制原理的教學(xué)過程中引入案例法教學(xué)，結(jié)合科研和生活中的實例，將抽象的概念具體化，介紹自動控制原理在實際中的應(yīng)用，如何運用所學(xué)控制技術(shù)去解決實際問題。同時，對于引入的控制系統(tǒng)采取引導(dǎo)式、啟發(fā)式教學(xué)，在講解工程實例時適當(dāng)引入一些控制領(lǐng)域的前沿技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強其獨立思考的能力，擴大學(xué)生的視野和知識面，讓學(xué)生可以運用所學(xué)的專業(yè)知識去分析、改進和提高實際的控制系統(tǒng)。
2．創(chuàng)新技術(shù)形式，豐富多媒體教學(xué)手段。
課堂教學(xué)進行過程中，在運用傳統(tǒng)多媒體課件的同時，適時地穿插使用動畫演示教學(xué)，將教學(xué)內(nèi)容用逼真的動畫以及聲音形象直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。同時，充分利用目前控制和工程領(lǐng)域流行的Matlab語言，讓學(xué)生在Matlab/Simulink環(huán)境中對控制系統(tǒng)進行建模、仿真，使學(xué)生對控制系統(tǒng)的組成和運動情況有更加直觀的認(rèn)識。通過對計算機輔助教學(xué)手段的創(chuàng)新，使學(xué)生對較抽象的概念更容易理解和掌握，從而取得良好的教學(xué)效果。
3．強化系統(tǒng)建模，淡化數(shù)學(xué)計算，加強課程的應(yīng)用性。
在自動控制原理的教學(xué)過程中，要充分分析學(xué)生的思維方式，以學(xué)生為主體，淡化一些數(shù)學(xué)推導(dǎo)和計算，同時，為了使學(xué)生對課程知識體系框架結(jié)構(gòu)有一個整體認(rèn)識與理解，加強系統(tǒng)建模的教學(xué)形式。強化系統(tǒng)建模需要在教學(xué)過程中要求學(xué)生全面系統(tǒng)掌握自動控制理論，避免將知識點孤立，并且在建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的微分方程、傳遞函數(shù)以及動態(tài)結(jié)構(gòu)圖過程中，要以分析和設(shè)計一個控制系統(tǒng)為主體思想，反復(fù)強調(diào)所學(xué)知識在控制理論中的具置和作用，從而增強學(xué)生系統(tǒng)意識的培養(yǎng)。
4．改革考核形式，加大實驗和能力考核內(nèi)容。
在自動控制原理教學(xué)中，使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和教師的教學(xué)過程形成一個穩(wěn)定的性能良好的閉環(huán)系統(tǒng)，就必須減小理論考核內(nèi)容，加大實驗以及能力考核力度。因此，為了達(dá)到更好的教學(xué)效果，可以將考核形式和成績評定方式劃分為以下三個組成部分：將基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗和設(shè)計性實驗部分成績作為實驗成績，并且以設(shè)計性實驗為成績主體，占課程總成績的40%；以提交大作業(yè)或者論文的能力考核形式作為期中考試，占課程總成績的30%；將傳統(tǒng)的閉卷理論考試作為期末，占課程總成績的30%。這樣不僅能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主觀學(xué)習(xí)能力，而且可以增強學(xué)生創(chuàng)新能力和意識的培養(yǎng)。
摘要：根據(jù)目前行業(yè)內(nèi)人們對伺服控制及伺服系統(tǒng)在認(rèn)識上的一些混亂與偏差，進行了初步的原因剖析。基于伺服技術(shù)產(chǎn)生的背景，從自動控制的角度給出了伺服系統(tǒng)的普遍而簡潔的定義，并對實際伺服系統(tǒng)界定標(biāo)準(zhǔn)提出一種參考意見。
關(guān)鍵詞：伺服系統(tǒng)；隨動控制；交流伺服；液壓伺服
近年來，在機電一體化、自動化領(lǐng)域中，伺服技術(shù)是人們關(guān)注的熱點之一，伺服系統(tǒng)的應(yīng)用也成為了一種時髦。但不得不說，雖然很多行業(yè)與工業(yè)技術(shù)門類都已經(jīng)涉及伺服問題，但人們對伺服技術(shù)與伺服系統(tǒng)的認(rèn)知還是有一定的局限性甚至是很混亂的，這在企業(yè)基層表現(xiàn)得尤為突出。擬對當(dāng)下的一些認(rèn)知混亂現(xiàn)象及根源做一些分析，然后給出對于伺服控制與伺服系統(tǒng)的一點個人見解。
1“伺服系統(tǒng)”的一些認(rèn)知亂象及根源
當(dāng)前伺服技術(shù)已經(jīng)滲透到機電一體化及自動化領(lǐng)域的許多方面，各類精密數(shù)控加工機床、高檔工業(yè)機器人、現(xiàn)代化兵器裝備、某些高端醫(yī)療設(shè)備等等均有所謂“位置伺服技術(shù)”、“速度伺服技術(shù)”的廣泛應(yīng)用。但現(xiàn)實中被如此廣泛應(yīng)用且影響巨大的一門技術(shù)，人們對它的的了解與認(rèn)識卻存在很大反差。這主要表現(xiàn)在：（1）不少相關(guān)工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場，人們對“伺服”、“伺服系統(tǒng)”的內(nèi)涵理解并不到位，常常有現(xiàn)場人員將設(shè)備驅(qū)動元件是否采用所謂伺服電機、液壓伺服馬達(dá)作為該設(shè)備是否具備伺服品質(zhì)的唯一標(biāo)準(zhǔn)；（2）部分人認(rèn)為凡是沒有精確定位能力的自動控制系統(tǒng)就不能算是伺服系統(tǒng)；（3）各種教科書、技術(shù)交流資料、技術(shù)文件（包括產(chǎn)品說明書）、網(wǎng)絡(luò)信息資料、甚至期刊論文上對“伺服系統(tǒng)”、“伺服控制”的定義幾乎沒有統(tǒng)一的表述，各說各話十分混亂。何以會出現(xiàn)這種亂象呢？筆者認(rèn)為主要有以下方面的原因：（1）基于PMSM（正弦波三相永磁同步電動機）的當(dāng)代交流伺服驅(qū)動技術(shù)影響力非常大，是當(dāng)今高性能電伺服驅(qū)動的主流，這是毋容置疑的。但對于我國來講交流伺服驅(qū)動是泊來技術(shù)。世紀(jì)八十年代改革開放后，中國大量引進的歐、美、日技術(shù)及裝備，其中包含交流伺服驅(qū)動技術(shù)。對不少中國企業(yè)來講，對相關(guān)技術(shù)的消化吸收與改進大部分是滯后的。究其原因，一方面是在當(dāng)時大的時代背景下，許多企業(yè)經(jīng)營自負(fù)盈虧，經(jīng)濟效益是首位的，引進的東西需要立竿見影“生蛋”，除非國家有特別安排，自行吸收、改進相關(guān)技術(shù)并非當(dāng)務(wù)之急；另一方面也受到國外知識產(chǎn)權(quán)保護的制約，不可能得到完整詳盡的技術(shù)背景材料；特別是在很多技術(shù)（比如交流伺服驅(qū)動技術(shù)）快速發(fā)展的階段，中國正處于舉國停滯時期，中國是完全錯失了參與機會的，因為整個沒有相關(guān)研發(fā)過程的經(jīng)歷，即使想快速消化吸收、改進也顯得力有不逮。由此，全面的“拿來主義”、全盤照搬與山寨成了當(dāng)時的“路線正確”。（2）另一方面，伺服技術(shù)源于自動控制理論這是不爭的事實。國內(nèi)自動控制理論研究與控制技術(shù)的應(yīng)用推廣其實并不算很晚。
早在上世紀(jì)六十年代，以中科院關(guān)肇直為首的一批中國數(shù)學(xué)工作者就已經(jīng)開展了現(xiàn)代控制理論的研究與應(yīng)用，且頗具成效。但當(dāng)時的控制技術(shù)（包括伺服技術(shù)）在國內(nèi)的應(yīng)用領(lǐng)域多是國防高科技領(lǐng)域，由相關(guān)技術(shù)研發(fā)應(yīng)用而催生的知識傳播受眾面窄，影響有限。當(dāng)時雖然對伺服理論及技術(shù)已經(jīng)有所了解，但主要限于高層研究人員和一些有技術(shù)保密要求的科研單位和企事業(yè)單位，這些理論與技術(shù)也不會推廣普及到一般工業(yè)領(lǐng)域，多數(shù)理工科高校教科書也很少著墨進行介紹。由此絕大部分工業(yè)企業(yè)中（特別是一些非國防軍工企業(yè)）人們對伺服與伺服技術(shù)可以說是一知半解或一無所知，當(dāng)歐美日的產(chǎn)品大量涌入后，相關(guān)技術(shù)概念就成為那個年代人們對伺服及伺服系統(tǒng)的“第一印象”、“啟蒙認(rèn)知”。再加上前面（1）所提到的一些短視行為，人們對伺服技術(shù)在消化吸收應(yīng)用過程中并未著力追根溯源重建相關(guān)的科學(xué)認(rèn)知，只要歐系或日系伺服產(chǎn)品當(dāng)時使用了什么名詞術(shù)語，采用了什么規(guī)范守則，國內(nèi)一些引進使用過相關(guān)技術(shù)的企業(yè)就全部沿用，奉為準(zhǔn)則，行業(yè)內(nèi)沒有一個統(tǒng)一的說法，更甭談制定一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，由此導(dǎo)致目前的混亂自然無可避免。
2伺服控制與伺服技術(shù)的發(fā)展
伺服技術(shù)雖然萌芽于古代，但伺服理論與技術(shù)的快速發(fā)展卻是在二十世紀(jì)上半葉，戰(zhàn)爭期間，在一些特殊的裝備上需要動、靜態(tài)性能俱佳的位置隨動系統(tǒng)，基于當(dāng)時已初步成型的經(jīng)典控制理論，這首先在液壓驅(qū)動中得以實現(xiàn)，當(dāng)時人們把這些性能優(yōu)異的液壓位置隨動系統(tǒng)戲稱“伺服系統(tǒng)”。戰(zhàn)后重建階段，轉(zhuǎn)化成戰(zhàn)斗力的技術(shù)又快速轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，伺服技術(shù)自然不例外地在除軍工以外的很多工業(yè)領(lǐng)域中迅猛地推廣發(fā)展起來，涉及機械、化工、能源、汽車、航空航天等等方面的運動控制與過程控制技術(shù)問題。戰(zhàn)后伺服技術(shù)的進展除了液壓伺服技術(shù)的繼續(xù)演進與推廣外，最突出的是電伺服技術(shù)的快速發(fā)展與進步。不過在二十世紀(jì)五、六十年代，無論是調(diào)速還是定位，幾乎清一色以有刷直流電動機驅(qū)動為主，尤其以他勵直流電動機的調(diào)速技術(shù)最為突出。限于當(dāng)時的技術(shù)發(fā)展水平及交流電動機實現(xiàn)高性能控制的難度，當(dāng)時電伺服是直流一統(tǒng)天下，“直流伺服調(diào)速”幾乎成了那個時代電氣伺服的代名詞。這種狀況持續(xù)了近二十年，直到二十世紀(jì)七十年代初，隨著電力電子變流技術(shù)以及微型計算機應(yīng)用技術(shù)的長足進步，特別是交流電機矢量控制技術(shù)的發(fā)現(xiàn)與利用，交流伺服技術(shù)才迅猛地興旺起來，以后逐漸在很多方面取代直流，基于PMSM的交流伺服目前已經(jīng)成為電伺服驅(qū)動的當(dāng)然主流。盡管如此，直流驅(qū)動技術(shù)優(yōu)異的性能形成的強大慣性，仍然在近年發(fā)揮著作用，特別是在：兵器行業(yè)、特種裝備、新能源汽車等領(lǐng)域仍然持續(xù)的產(chǎn)生著影響。
3伺服在控制工程意義下的解讀
“伺服”一詞源于“servo”的諧音且近意的翻譯，原詞意思即“奴隸”、“仆人”之意。故此所謂“伺服系統(tǒng)”大致的意涵也就是“服從、聽話的某種裝置、裝備或工業(yè)系統(tǒng)”。但是，如何嚴(yán)格定義伺服系統(tǒng)呢？目前見諸于不少教科書及培訓(xùn)教學(xué)資料的定義有多個版本，有的較為精當(dāng)，有的則冗長含混，現(xiàn)就較為“不好”的定義給出一例：“伺服控制系統(tǒng)是以運動機械為最終驅(qū)動對象，以能量轉(zhuǎn)換傳輸裝置為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)，在自動控制理論的指導(dǎo)下組成的自動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動機、液壓馬達(dá)等的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，準(zhǔn)確地實現(xiàn)工作機械的運動要求。”這個定義摘自某培訓(xùn)機構(gòu)的教學(xué)PPT，其對伺服的界定狹隘偏頗，且話多意亂，代表了近年受引進交流伺服驅(qū)動技術(shù)影響的相當(dāng)多的基層工作人員對伺服的看法。其實這也就是我前面提到過的現(xiàn)在對伺服的認(rèn)知亂象的具體體現(xiàn)，這確實需要我們正本清源、厘清相關(guān)概念。在控制工程意義下，可以很廣泛而精簡地定義伺服系統(tǒng)：所謂伺服系統(tǒng)，就是某種高品質(zhì)的跟蹤隨動系統(tǒng)。在這個定義中，首先伺服系統(tǒng)必須是一種隨動控制系統(tǒng)，即控制輸出要能跟隨控制輸入（指令）的變化，要能復(fù)現(xiàn)控制輸入（指令）的規(guī)律。更為重要的是只有系統(tǒng)控制品質(zhì)足夠高時，才能稱為伺服系統(tǒng)。這種高品質(zhì)伺服性歸納起來就是三個字“穩(wěn)、準(zhǔn)、快”，即伺服系統(tǒng)穩(wěn)定性要很好、（穩(wěn)態(tài)、動態(tài)）精度要很高、動態(tài)響應(yīng)要很快。在這種意義下，一個隨動控制系統(tǒng)只要在“穩(wěn)、準(zhǔn)、快”方面足夠優(yōu)秀，其成為伺服系統(tǒng)并非一定要采用閉環(huán)反饋的控制結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，為了達(dá)到這個要求，目前實際伺服系統(tǒng)大都采用了閉環(huán)反饋控制方式。
在以上的意義下，伺服系統(tǒng)在運動控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)中均會出現(xiàn)，所以其類型也是很多的。如以控制輸出參量的物理意義來劃分，就有屬于運動控制類型的位置伺服、速度伺服、加速度伺服以至于高階運動伺服，也有屬于過程控制系統(tǒng)的溫度伺服、流量伺服、液位伺服、壓力伺服等等。目前在各行業(yè)中應(yīng)用最多，影響最大的伺服系統(tǒng)為運動控制系統(tǒng)伺服，比如在各類高檔數(shù)控加工機床、高檔工業(yè)機器人、兵器裝備的火控驅(qū)動、飛機作動系統(tǒng)、新能源汽車等等方面均涉及高性能的定位控制、調(diào)速控制，所以位置伺服、速度伺服成為主流也是必然的。然而這也導(dǎo)致了一部分人認(rèn)為伺服是專涉運動控制的，甚至于有少部分技術(shù)人員堅稱伺服系統(tǒng)必須具備精確定位功能，即必須是位置控制系統(tǒng)，這種觀點應(yīng)該是不合適的。更有甚者，有極少數(shù)人只認(rèn)基于永磁同步電動機（PMSM）的交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為伺服系統(tǒng)，不得不說這是極其狹隘的錯誤認(rèn)知。我們必須指出，假如在化工及制藥行業(yè)中出現(xiàn)了所謂的溫度伺服控制，切莫覺得奇怪，因為這些溫控系統(tǒng)只要具備高品質(zhì)的隨動控制特征它就是伺服系統(tǒng)。在一些場合，人們也以系統(tǒng)的驅(qū)動、傳動方式來對伺服系統(tǒng)分類，就產(chǎn)生了液壓伺服系統(tǒng)、電氣伺服系統(tǒng)、氣動伺服系統(tǒng)、機———電伺服系統(tǒng)、機———電———液伺服系統(tǒng)等等說法，但這種分類對系統(tǒng)的刻畫顯得籠統(tǒng)了些，在具體交流過程中最好結(jié)合以控制輸出參量的屬性分類法一起綜合表述更好。有現(xiàn)場技術(shù)員曾提出過一個有趣的問題：“為何一些機電一體化設(shè)備（如高檔數(shù)控加工機床、機電一體化專機、高檔工業(yè)機器人），人們常常稱其為伺服系統(tǒng)，但銘牌上卻從不見有伺服的字樣？伺服系統(tǒng)的界定標(biāo)準(zhǔn)是什么？”。這問題帶有一定普遍性，需要澄清。對此我們首先要明確的是，伺服是一種品質(zhì)，而非一種特定的功能。所以在銘牌上的型號名稱是表明設(shè)備功能屬性的，而設(shè)備的品質(zhì)包括伺服品質(zhì)應(yīng)該由設(shè)備的具體技術(shù)指標(biāo)來反映，不會反應(yīng)在銘牌名稱上。那么這種品質(zhì)如何確定呢？一般來講，一個系統(tǒng)如不是隨動系統(tǒng)，就可以自動排除它是伺服系統(tǒng)的可能。但如果一個系統(tǒng)具有隨動控制特征，這就要看其品質(zhì)的好壞了。但對某種隨動系統(tǒng)來講它是否具備了伺服品質(zhì)并沒有一個固定不變的精確的量值標(biāo)準(zhǔn)和界限，這個決不能刻舟求劍。在不同的歷史時期相應(yīng)的基礎(chǔ)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r下、在不同的工況及不同的用途背景下，我們所認(rèn)識的伺服系統(tǒng)并不具有相同或固定的模式、并不具備相同或固定的水平。故對一個具體的機電隨動系統(tǒng)來講，不能簡單的說是或不是伺服系統(tǒng)，只能在其具體的工況與用途背景下，按其具體的技術(shù)指標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與慣例，說該系統(tǒng)達(dá)到的“伺服品質(zhì)”如何（好、一般、差、喪失）。無論如何，人們對各類工業(yè)控制系統(tǒng)伺服性能的追求和改進從過去、現(xiàn)在到將來必定是一個持續(xù)不斷動態(tài)發(fā)展的過程。
關(guān)鍵詞：無模型;自動控制;方法
一、無模型控制思想的產(chǎn)生背景
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，自動控制理論必將在民用的工業(yè)和軍事技術(shù)產(chǎn)業(yè)當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。大型化的工業(yè)生產(chǎn)機器和微型化的民用產(chǎn)品是控制科學(xué)技術(shù)發(fā)展的兩大趨勢，本論文的主要研究內(nèi)容是針對大型化、復(fù)雜化的滯后非線性系統(tǒng)的智能控制。隨著各個產(chǎn)業(yè)對節(jié)能環(huán)保的要求越來越高，在化工、煉油、電力、冶金等大型復(fù)雜的生產(chǎn)過程中先進的控制系統(tǒng)的使用顯得尤為重要。而諸如此類的生產(chǎn)過程都是典型的非線性滯后系統(tǒng)，這些系統(tǒng)具有控制對象不確定性、多個變量、較大的滯后性和強耦合性等共同特點，所以通過獲取系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型而進行控制的方法是困難的，即便被控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型可以建立起來，而一些未建模的動態(tài)特性也是不可避免的。這是現(xiàn)代控制理論的不足之處，即在很大程度上依賴于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)，如不能建立數(shù)學(xué)模型那么也就不能進行控制了。在以后的研究中主要集中于對被控對象的建模、自適應(yīng)控制、系統(tǒng)辨識、魯棒控制等方向，試圖打破傳統(tǒng)控制思想的局限，試著針對工業(yè)生產(chǎn)過程的特點，力求尋找對數(shù)學(xué)模型要求不高、辨識計算方便、控制效果好的控制理論和方法。總的來說如果想要解決這個問題，就需要從另外一個角度思索，尋找不同于以往的研究方向，盡量避免過分依賴被控對象數(shù)學(xué)模型。無模型自適應(yīng)控制（Model Free Adaptive Control，MFAC）就是為了解決這個現(xiàn)代控制理論的本質(zhì)問題而產(chǎn)生和發(fā)展起來的一種先進的控制理論和方法。無模型自適應(yīng)控制（MFAC）的實質(zhì)就是一種在設(shè)計控制器的時候不需建立數(shù)學(xué)模型的自適應(yīng)控制方法，即控制器的設(shè)計過程只使用被控系統(tǒng)的 I/O 數(shù)據(jù)，控制器中不含有被控對象數(shù)學(xué)模型的任何信息的控制理論與方法。
二、無模型控制方法的發(fā)展現(xiàn)狀
無模型控制理論既包含經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的優(yōu)點，又在很大程度上突破了這些理論局限性，創(chuàng)新性的提出來一個全新的控制方法。自從提出以后就受到國內(nèi)外許多專家和學(xué)者的廣泛關(guān)注。在我國，早期的研究方向是圍繞與無模型控制律基本形式有關(guān)的問題，這方面的問題最先由韓志剛教授在 1994 年的文獻(xiàn)中正式提出的，隨后其在文獻(xiàn)中又提出了一系列基于功能組合途徑上的一種 MFAC 控制方法和應(yīng)用實例，此處所說的功能組合的意思是指控制律的推導(dǎo)不建立在被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型上，而是根據(jù)被控系統(tǒng)對控制律的控制功能的要求進行組合并且優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，其重點研究的內(nèi)容不是被控系統(tǒng)的本身，而是從控制器出發(fā)的。經(jīng)過驗證基于功能組合途徑之上的 MFAC 雖然控制效果比較理想，但是有一個缺點就是控制律算法欠缺數(shù)學(xué)解析過程，很多的參數(shù)需要現(xiàn)場測定，這個缺點使得 MFAC 的控制方法在實際的使用過程困難重重。文獻(xiàn)從被控對象本身出發(fā)，詳細(xì)的闡述了各種非線性系統(tǒng)動態(tài)線性化方法的 MFAC 控制方法，推導(dǎo)得出了一般非線性系統(tǒng)的幾種線性化的方法，其中有緊格式線性化、偏格式線性化以及全格式線性化等方法，利用這些線性化方法得出的 MFAC 控制器在處理一些復(fù)雜的、大延時、快速時變系統(tǒng)的時候更具有優(yōu)勢。
經(jīng)過國內(nèi)外專家學(xué)者的多年研究實踐，無模型控制技術(shù)取得了很好的成績，已經(jīng)成功使用在煉油、輕工、電力、化工、焦碳、造紙、化肥等行業(yè)。美國通控集團公司也開發(fā)出了一系列的 MFAC 產(chǎn)品，包括：CyboconMFA 控制軟件，Cybocon CE 通用先進控制器以及 Cybocon HS 高速自適應(yīng)控制軟件等等。在國內(nèi)的一些化工和電力等行業(yè)雖然已經(jīng)部分有使用 MFAC 控制技術(shù)的例子，但是在普及性上還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及國外的水平，在產(chǎn)業(yè)化規(guī)模化的道路上還有很大的空間。
三、無模型控制方法的優(yōu)勢分析
無模型自適應(yīng)控制（Model Free Adaptive Control, MFAC）實質(zhì)是在設(shè)計控制器的時候不使用受控對象數(shù)學(xué)模型的任何信息，是一種基于受控對象 I/O 信息的一種新型控制理論與方法。
無模型自適應(yīng)控制器設(shè)計途徑是一種非經(jīng)典的途徑，其最為主要的特點就是系統(tǒng)建模與在線反饋控制一體進行，突破傳統(tǒng) PID 的概念以及控制器設(shè)計的束縛，引進了功能組合設(shè)計方法。可以概括為無模型控制器在設(shè)計的時候不需要針對某個特定的被控系統(tǒng)進行控制器設(shè)計，也無需對控制器的所需參數(shù)進行復(fù)雜的整定，且還具有一定的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析來保證系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定。
無模型自適應(yīng)控制器所具備的一些優(yōu)點是現(xiàn)在正在應(yīng)用的其他控制器所無法替代的。許多控制中的難點問題，無模型控制器幾乎都可以實現(xiàn)穩(wěn)定的閉環(huán)控制。在算法運算過程中加大算法的集成度能夠簡化泛模型系統(tǒng)，包括無模型控制算法的所有功能，對大時滯、強干擾、強耦合、時變、非線性都可以達(dá)到很好的控制性能。
基于無模型的自適應(yīng)控制算法不但具備傳統(tǒng) PID 和現(xiàn)代控制理論的優(yōu)點，還有一個明顯的優(yōu)勢就是在不需要被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的情況下，還能夠使被控系統(tǒng)達(dá)到閉環(huán)穩(wěn)定狀態(tài)，是一種控制效果非常好、算法實現(xiàn)簡單的新型控制方法。在煉油、輕工、化工、焦碳、造紙、化肥、電力等領(lǐng)域的應(yīng)用收到令人非常滿意的控制效果。
參考文獻(xiàn)
[1] 胡壽松，自動控制原理(第四版)，北京：科學(xué)出版社，2001
本設(shè)計是根據(jù)我院新建“電機驅(qū)動與控制實驗室”的設(shè)備，利用單片機對直流電動機和交流電動機的控制及各種特性。我重點研究的是直流電動機的閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過本次設(shè)計，使同學(xué)順利完成學(xué)校制定的實踐教學(xué)任務(wù)。
單片機把通過測量元件、變送單元和A／D轉(zhuǎn)換接口送來的數(shù)字信號直接反饋到輸入端與設(shè)定值進行比較。然后，對其偏差按某種控制算法進行計算，所得數(shù)字量輸出信號經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換接口直接驅(qū)動執(zhí)行裝置，對控制對象進行調(diào)節(jié)，使其保持在設(shè)定值上。
在電氣時代的今天，電動機一直在現(xiàn)代化生產(chǎn)和生活中起著十分的重要的作用。無論是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、醫(yī)療衛(wèi)生、上午與辦公設(shè)備，還是在日常的生活中的家用電器，都大量地使用著各種各樣的電動機。對電動機的控制可分為簡單控制和復(fù)雜控制兩種，簡單控制是只對電動機進行啟動、制動、正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。這類控制可通過繼電器、可編程控制器和開關(guān)元件來實現(xiàn)。復(fù)雜控制是只對電動機的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩，電壓、電流等物理量進行控制，而且有時往往需要非常精確的控制。以前對電動機的簡單控制的應(yīng)用很多，但是，隨著現(xiàn)代步伐的邁進，人們對自動化的要求越來越高，使電動機的復(fù)雜控制逐漸成為主流。
國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
PID控制器最先出現(xiàn)在模擬控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的模擬控制器PID控制是通過硬件（電子元件和液壓元件）來實現(xiàn)它的功能。隨著計算機的出現(xiàn)，把他一直到計算機控制系統(tǒng)中來，將原來的硬件實現(xiàn)的功能用軟件來代替，因此稱為數(shù)字PID控制器，所形成的一整套算術(shù)則稱為數(shù)字PID算術(shù)。數(shù)字PID控制器與模擬PID控制器相比，具有非常強的靈活性。電動機的的控制技術(shù)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)，電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、微機應(yīng)用技術(shù)、自動控制技術(shù)、微機應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成就。正是這些技術(shù)的進步使電動機控制技術(shù)在近二十年內(nèi)發(fā)生了翻天覆地的變化。其中電動機的控制部分已由模擬控制逐漸讓位予以單片機為主的微機處理控制，形成數(shù)字與模擬的混合控制系統(tǒng)和純數(shù)字控制系統(tǒng)的應(yīng)用，并正相全數(shù)字控制方向發(fā)展。電動機的驅(qū)動部分所用的功率器件經(jīng)歷了幾次更新?lián)Q代，目前開關(guān)速度更快，控制更容易的全控制功率件MOSFET和IGBT成為主流。功率器件控制條件的變化和微電子技術(shù)的使用也使新型的電動機控制方法能夠得到實現(xiàn)，脈寬調(diào)控方法、變頻技術(shù)在直流調(diào)速
由單片機作為電動機的控制器具有以下特點：
1．使電路更簡單。
模擬電路為了實現(xiàn)控制邏輯需要很多電子元件，使電路復(fù)雜。采用微機處理后，絕大多數(shù)控制邏輯可通過軟件來實現(xiàn)。
2．可以實現(xiàn)復(fù)雜的控制。
為基礎(chǔ)理由很強的邏輯功能，運算速度快、精度高，與大容量的存儲單元，因此有能力實現(xiàn)復(fù)雜的控制。
3．靈活性和適應(yīng)性
微處理得控制方式是由軟件來完成的。如果需要修改控制規(guī)律，一般不必修改系統(tǒng)的硬件電路，只修改程序即可。在系統(tǒng)調(diào)試和升級時，可以不斷嘗試選擇最優(yōu)參數(shù)，非常方便。
4．無需零點飄逸，控制精度高
數(shù)字控制不會出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常出現(xiàn)的零點漂移問題。無論被控制量的大小，都可以保證足夠的控制精度。
5．可提供人機界面，多機聯(lián)網(wǎng)工作
現(xiàn)在普遍采用單片機作為電動機的控制器。實際上可作為電動機控制器的元件還有很多種，例如工業(yè)控制計算機、可編程控制器、數(shù)字信號處理器。
工業(yè)控制計算機科委功能強大，它有極高的速度、強大的運算能力和接口功能、方便的軟件環(huán)境；但由于成本太高、體積大，所以只用于大型控制系統(tǒng)。
可編程控制器則正好相反，它只能完成邏輯判斷、定時、計數(shù)和簡單的運算。由于功能太弱，所以它只能用于簡單的電動機控制。
單片機介于工業(yè)控制計算機和可編程控制器之間，它有較強的控制功能，低廉的成本。人們在選擇電動機的控制器時，常常是再先滿足功能的需要的同時，優(yōu)先選擇成本低的控制器。因此，單片機往往成為優(yōu)先選擇的目標(biāo)。從最近的統(tǒng)計數(shù)字也可以看出，世界上每年要有25億片各種單片機投入使用。彈片及時目前世界上使用量最大的微機處理器。
三、主要內(nèi)容與待解決的問題
主要內(nèi)容:
1、學(xué)習(xí)直流電動機原理及驅(qū)動技術(shù)，掌握數(shù)字PID控制技術(shù)；
2、完成相關(guān)設(shè)備的接口硬件設(shè)計；
3、通過MCS-51單片機編寫軟件控制程序；
4、系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，寫出相應(yīng)的使用說明。
現(xiàn)有條件： 直流電動機、直流發(fā)電機、MCS-51單片機、微型計算機
重點解決的問題：
利用數(shù)字PID技術(shù)實現(xiàn)對電動機的閉環(huán)控制
四、設(shè)計方法與實施方案
畢業(yè)設(shè)計的實施主要是結(jié)合直流電動機及單片機的理論知識，利用與其配套的實驗箱，完成預(yù)期要解決的實驗項目和實訓(xùn)項目，從而對其結(jié)果進行分析與總結(jié)，通過數(shù)字PID技術(shù)提高電動機的效率。通過收集各種資料，完成畢業(yè)論文的撰寫。
五．進度計劃 畢業(yè)設(shè)計課題的相關(guān)資料的收集與整理，熟悉系統(tǒng)的相關(guān)操作和原理，完成開題報告。
第3周至第4周
系統(tǒng)學(xué)習(xí)直流電動機、直流發(fā)動機原理，完成硬件安裝與線路聯(lián)接。
第5周至第12周
系統(tǒng)學(xué)習(xí)數(shù)字PID控制技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)。通過MCS-51單片機編寫軟件控制程序；完成直流電動機閉環(huán)控制系統(tǒng)；
第13周至第14周
聯(lián)機調(diào)試；開始整理相關(guān)資料，撰寫使用說明書和畢業(yè)論文。
第15周至第16周
全面完成畢業(yè)設(shè)計，準(zhǔn)備進行答辯
預(yù)期成果：通過該系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)，為實現(xiàn)直流電動機閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)字化控制奠定基礎(chǔ)。
六、參考資料
[1] 全.直流電動機實際應(yīng)用技巧 北京：科技出版社
[2] 何立民.單片機初級教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社
[3] 孫涵芳、徐愛卿. 單片機原理及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社
[4] 郝鴻安. 常用數(shù)字集成電路應(yīng)用手冊[M].北京：中國計量出版社
[5] 吳金戌、沈慶陽、郭庭吉. 8051單片機實踐與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社
