自动控制理论论文大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇自动控制理论论文范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

篇（1）

1引言

空调耗能是建筑物耗能中的大户，随着能源供应的日趋紧张及人们对室内热环境、空气品质的要求愈来愈高，迫切要求在保持空调区域一定舒适度的前提下最大限度地降低空调能耗。空调自控系统可以使建筑内环境更舒适、设备运行更可靠、能源利用更充分，是现代楼宇空调系统重要的组成部分。但是由于资金缺口和工程进度等等问题，许多已建成的商用建筑和办公大楼的空调系统往往都没有设计或安装自动控制系统，随着建筑物的投入使用，会发现空调区域的温、湿度波动很大，往往会超过允许的变化范围，这时业主会提出空调系统自动控制改造的要求。

这种旧有空调系统进行自动控制改造与新空调系统的自控设计相比有许多不同之处，比如旧有的空调系统在运行中往往遭到一些人为因素的影响，致使风系统平衡遭到破坏，加装自控系统前必须先对旧有空调系统的风道系统重新进行平衡调整，不然自控系统可能达不到预期限效果；另外加装自动控制系统后对原空调系统的制冷、供热和水循环系统都交有一定的影响；同时在改造进程中也会遇到一些特殊的问题，有些问题在旧有空调系统的自控改造中是要特殊考虑的。

笔者于2001年参加了某广播电视大楼的空调系统自动控制改造的工作，该大楼的空调系统当初由于种种原因没有安装自控系统。随着室外气象条件的变化和室内负荷的变化，空调区域的温、湿度发生了很大的波动，常常会超过允许的变化范围。几年运行下来，每年都发生有的房间过热有的房间过冷的问题。室内工作人员为了防止过热或过冷大多将本室的部分送风口用胶纸等物遮挡，结果导致了风系统阻力的不平衡，破坏了其他房间的温、湿度状况，造成整个系统的失调。很多工作室出现了冬热夏冷的情况，这大大影响了工作人员的工作效率，而且对工作人员身体健康有着很大的损伤，且给室内高级机器设备的正常工作造成了一定的隐患（情况严重时会影响对温、湿度比较敏感的设备的正常工作）。由于系统失调，冷站和锅炉房提供的能量没能合理使用，造成极大的浪费，运行费用大大提高。在这种情况下，业主提出了给空调系统增加自动控制的要求。下面我们对此空调系统自控改造进行中遇到的问题和相应采取的解决方法作一个介绍，希望能给空调、自控设计和运行管理人员一些启迪。

2空调控制系统方案的确定

室温控制是空调自动系统中重要的环节，它是用温度敏感元件来控制相应的调节机构，使得送风温度随扰量的变化而变化。改变送风温度的方法有：调节加热器的加热量或冷却器的冷却量，调节新、回风混合比或一、二次回风比等。此广播电视大楼的空调系统是由11个空气处理机组组成的全空气系统，每个机组都是一次回风式系统，本着经济、简便的方针，此次空调系统的改造我们采用了常用的调节加热器的加热量和冷却器的冷却量的方法以改变送风湿度。室内相对湿度的控制可以采用两种方法：间接控制法（变露点）、直接控制法（变露点），此广播电视大楼很多工作室因一些仪器设备的缘故对室内相对湿度的要求较为严格，为此我们选用了直接控制法去控制室内空气的相对湿度，即用相对湿度敏感元件，控制相应的调节机构，直接根据相对湿度偏差进行调节，以补偿室内热湿负荷的变化。另外我们还加了一些辅助控制设备以更好的完成空调系统的自动控制。在此次改造进程中自控系统的所有电动调节阀和执行器我们全部采用了美国Hownywell公司的产品。

空调机组控制系统流程图及文字说明如下：

图1空气处理机组自动控制系统流程图

如图所示我们在回风机进程处设置了温、湿度传感器（AI），以测定总回风的温、湿度，为控制器的调节提供依据。在冷却器的供水管路上增加了水量调节阀（AO），夏季根据室内温度（接近回风温度）和设定湿度之间的差值，自支控制阀门的开启度，使室温控制在要求的范围内。另外在加热器的供水管上相应的增加了热水流量调节阀（AO），用于冬季的室温控制。我们在加湿器的供汽管道上加装了电动调节阀（AO）以根据室内相对湿度与设定湿度之间的差值，自动地调节蒸汽的加湿量，以确保室内相对温度维持在要求的范围内。同时我们在过滤器的两端设置了压差传感器（DI），用以测定过滤器的积尘情况，在过滤器的积尘达到一定程度后，发出报警信号，用以提醒检修人员及时更换或清洗过滤器。

广播电视台在录制节目进对噪声的要求很高，但由于此广播电视大楼空调系统在噪声处理上有些欠缺，录音室在录制节目时往往很难满足要求，为此工作人员要求在录制节目过程中关闭相应的空调机组以完成高质量的节目录制。为了自动检测、控制空调机组的启停，我们在送、回风机的进出口设置了压差传感器，用于检测风机的工作状态；在送、回风机的启动电路上安装了自控触点（DO）用以自动控制风机的启停。

控制系统我们选用了集散式控制系统DSC（DistributingControlSystems），它是70年代中期推出的一种计算机控制系统，集计算机、通信、控制、屏幕显示等技术为一体，实现了危险分散，控制分散，控制管理集中等功能，是一种面向工程师的计算机控制系统。笔者参与的改造工程应用的是我们自己开发的一套空调集散式控制系统，运行效果良好。

整个系统采用总线式网络结构，现场控制器以MCS-51系列单片机为核心开发，主监控机与现场控制器之间通过RS-485总线通信。每个空调机组配装一台现场控制器（DDC），自成体系，独立工作，其结构见图2所示。它的主要功能有如下几项：①定期采集各相应空调机组回风的温、湿度和送风机、过滤器的压差并存储，定期上传存储的现场采样数据；②接受主监控机下达的指令，接受监控机下传的修改后的控制规则；③根据主监控机发出的指令和现场采样数据控制相应调节阀的开度及电磁阀的开关，完成控制任务；④具有显示，设定，控制和通讯功能，可以全年不间断地对本组空调系统进行自动控制。

图2现场控制器原理图

主监控机通过网络控制器把整个系统连接起来，通过此通讯网络采集11台下位机传送来的各空调机组的运行数据。其采用windows操作平台，以图形方式及时地显示11套空调机组的运行状态，同时可以对各套空调机组的运行数据进行分析，指定出切合实际的运行方案。体制改革有控制软件采用我们自行研制的产品，可以保证系统安全可靠的工作。

3一个空调机组负责的两个工作室冷热不均匀的问题及解决方法

在冬季运行工况下，有一空调机组负责的两个相邻工作室，一个较热，另一则较冷。由于两个工作室由同一空调机组负责送回风，所以控制起来十分麻烦。究其原因是在最初的空调设计时考虑不周，或者是电视台在使用中更改了房间的使用功能所致。

一个工作室（设为A）其外维护结构很少且室内有很多机器及工作人员，散热量很大，在冬季几乎不用供热风就可满足要求甚至室内还会过热，这时应该考虑的是增大新风比降温；而另一个工作室（设为B）其外维护结构面积很大且机器不多（比如办公室等），冬季工况下需要持续的送热风才能满足室内热舒适性要求。虽然机组运转起来后可以在一定程度上混合冷、热丙部分室内回风，缓和两个工作室的冷热不均问题。但是在保证B工作室室内温度时，A工作室有时室温过高，严重影响了室内的工作人员的工作效率及机器的正常运转。本来可以用调节新、回风比的方法解决问题，可是这套系统不同于其他10套系统，它没有回风阀，只有新风阀。我们当时尝试遮住室内部分回风口的方法弥补没有回风阀的缺陷，结果其工作人员反映效果很好，不但温度舒适，感觉空气也比以前清闲。这种方法相当于增加了新风比例，从一定程度上缓解了问题，但这只是临时解决的问题的方法。

4PID控制与模糊控制相结合控制算法的应用

模糊控制的控制速度快、响应时间短、鲁棒性好，但是控制精度偏低，而传统PID控制其控制精度好，但是相应的时间偏长，两者的优点互补，把两者结合在一起就可以弥补对方的弱点，发挥其相互的优点。用模糊控制进行粗调，把被控制对象（室内温度）控制在小于阈值（模糊控制与PID控制的转换临界点），然后由传统的PID控制来精调，这样一来，控制的效果会大大的改善。因此在控制算法上我们采用了PID控制与模糊控制相结合的算法。

5加装自动控制系统后对冷水系统、供热系统影响的分析

在旧有空调系统进行自控改造的过程中，机房工作人员提出疑问，即我们的履行是否会对该空调系统的制冷、供热和水循环系统造成不良影响，比如调节阀关小是否会对制冷机的工作造成不好的影响、循环水泵是否能正常工作等等。为此我们对原冷水、供热循环系统因自控改造的影响程度进行了评估，具体如下：

5．1加装自动控制系统后对原冷水循环系统影响的分析

因为原冷水循环系统的供回水主干管之间未接旁通控制装置，当末端装置采用变流量调节阀以后，末端装置水流量的减少将使水系统的阻力增大，主干管之间的压差增大，冷冻水泵的工作点偏移，在这种情况下冷冻水泵是否可以正常工作？同时，调节阀关小是否会对制冷机的工作造成不好的影响？分析如下：

5．1．1对制冷机的影响

经甲方提供的数据计算得出待改造的11台空调机组所在的工作区所需的总制冷量约为2306500kcal/h，此工作区还包括很多风机盘管系统，但我们可以计算出11套系统总需冷量为714000kcal/h，占全部需冷量的百分比为：

如调节的最大限按50%考虑，则调节量占需冷量的百分比：

5．1．2对水泵的影响

原冷水循环系统采用3台IS200-150-400A单吸清水泵，两用一备，每台的设计流量为224～373m3/h，扬程为47.7～43m，两台合用时的流量为448～746m3/h，取中间值为597m3/h，扬程为45.6m。

被改造的11套系统的总水量：

占总水量的百分比；

如调节阀关闭一半，则系统的总水量变为：

如调节阀完全关闭，则系统的总水量变为：

从以上计算可以看出：（a）被改造的11套系统的需冷量占全部低区需冷量的30.9%，考虑极端情况，各阀门均调节到输出能量的50%，则系统的冷量从原来的100%变为100-（30.96÷2）=84.52%。制冷机组用的是约克离心式机组，从约克离心式机组的说明书中我们知道，机组可以在总负荷的20%～100%之间可靠的工作，故调节阀调节作用对冷水机组工作的可靠性是没有影响的；（b）被改造的11套系统的总水量占整个低区总冷冻水循环量的23.9%，如调节阀关闭一半，即11套系统的总水量从143m3/h减少为71.5m3/h。此时的系统总循环水量从原来的597m3/h减少为597-71.5=525m3/h。从IS200-150-400A水泵的样本中我们知道，此时水泵的工作点扬程大约为46.6m，不但水泵可以可靠的工作，而且不容还仍处于高效区（高效区的水量下限为448m3/h），因此不会对系统的冷冻水泵的工作造成不良影响。

5．2加装自动控制系统后对原供热系统影响的分析

加装自动控制系统后是否会对供热系统的板式换热器、热水循环泵等造成影响，我们也进行了分析：

5．2．1目前的供热系统是由锅炉提供3kg/cm2的蒸汽，经过两台Alfallaval板式换热器换成90℃的热水，再经过两台ISR125-100-200循环水泵供给A区低层，B区和C区的大约36台新风机组一组合式空调机组热水盘管，向相关区域提供热量后变70℃的回水，再经过板式换热器加热后供出。整个系统的最高处大约32m，膨胀水箱装在8.5层的设备层内，水箱内水面距锅炉房热水循环泵入口处的高度为33.5m，系统设有一补水泵，补消耗在热水循环泵入口处，水泵扬程为82.6m。

主要设备的规格：

①热水循环泵：ISR125-100-200三台扬程：50m，流量200m3/h

②板式换热器：M15-MFCL两台热负荷：6400kW

设计压力：16.0barg实验压力：20.8barg设计温度：150℃

③补水泵：40DL×7扬程：82.6m

5．2．2影响分析

可以看出，热水循环水泵入口的静压为33.5m，经过循环泵加压后的压力为33.5m+50m=83.5m，这一点是系统的最高压力，系统中其他点的压力都不会超过这一点的压力。当用户的热负荷减少，经查看ISR125-100-200水泵曲线，当该水泵的流量从200m3/h减少为100m3/h时，该泵扬程从50m上升为65m，在这种极端情况下，系统最大压力点的压力为33.5m+65m=98.5m。当补水泵向管网补水时，膨胀水箱的水位将会上升，当水面上升至上限时，电接点信号将会自动切断补水泵的补水，从而使补水点的压力恒定，维持在33.5m。

从以上分析可知，热水管网中任何一点的压力在任何情况下，都不会超过98.5m，而板式换热器的设计压力为16barg（大约160m水柱），从而可以知道，自动控制的加入不会给热水循环系统的管网和板式换热器造成不利的影响。

6结论

6．1加装自动控制系统是解决旧有空调系统温度超限、分布不均、局部过热/过冷和能量浪费的有效方法，对改善空调区域的环境质量，减少能量损失，降低运行成本有着显著的作用。

6．2对由多台空气处理器组成的较大规模空调系统进行自控改造时，集散热量式控制系统是应该首选的一种控制方式，它具有结构简单，功能强大、传输方便、数据安全可靠的特点。

6．3自控系统的调试就在对旧有空调系统的风道系统重新进行平衡调整后进行，不然自控系统可能达不到预期的效果。

6．4暖通空调工程中的控制对象多为温度、流量等这些具有非线性、滞后特征的参数，单一的控制算法很难获得较好的控制效果，PID控制与模糊控制的结合是个很好的算法选择。

参考文献

1张兆亮，集散控制系统，内蒙古：内蒙古人民出版社，1993

篇（2）

1.任务布置。在课程进行到某一阶段，将任务分配给学生。任课教师向学生提供一份详细的Seminar课程计划，内容包括Seminar教学目标、Seminar选题范围、成绩考评标准以及关于各个选题的相关参考。根据班级人数具体情况和选题范围，将学生分成若干小组，此环节教师要干预，保证每个小组既有成绩好的学生也有成绩较差的学生，这样既避免了小组间的优劣悬殊，又可以达到好学生带动差学生的目的。然后学生自由选题，每个小组领到一个题目，经过1~2周的课下准备，进行具体的课堂交流。

2.课堂交流。不同于一般的Seminar教学，每次只进行一个主题。在自动控制原理课程的Seminar中，要进行多个题目的讨论，每个题目为时20~30分钟，共计100分钟。首先每个小组选择代表宣讲或演示所选题目的分析研究结果，然后其他组员给予补充，时间约为8~10分钟。其后，教师和学生们在此基础上展开积极提问和热烈讨论，发表自己的不同意见，时间约为10~15分钟。随着讨论的不断深入，新的问题和观点会不断涌现，教师在Seminar上除了倾听、参与和评价学生们的讨论之外，还要注意控制讨论节奏，引导学生发言，保证课堂上每一个学生都有机会充分表达自己观点。最后，再由教师对整堂课的内容做出简明的梳理、总结、扩展和引申，时间约为3~5分钟。Seminar的目的在于使学生处于一个相对轻松、平等的环境，对课堂上学习过的一些知识，勇于发表自己的见解，进行观点交流、碰撞、融合和分享，使存在于学生内心深处的问题浮出表面。

3.成绩评定。教师对学生在Seminar的成绩评定，将作为期末成绩的组成部分。学生Seminar成绩的评定由课堂宣讲、个人发言对集体讨论的贡献情况、书面报告、出勤率四部分组成。课堂宣讲以小组为单位，或以多媒体辅助进行，它是学生口头展示分析结果，引发Seminar讨论的基础，教师根据学生准备情况评分，口头表达的学生代表酌情加分。Seminar上的集体讨论有助于学生在现有的分析总结基础上深化对于自己题目的认识，开展进一步的探索和分析，以形成完整的书面报告。书面报告所涉及分值将占Seminar成绩评定的较大分值，教师对书面报告要严格把关，同一小组的学生的书面报告不能雷同，应给予学生充裕的时间去完成。个人发言和出勤率，是用于衡量学生在参与Seminar讨论时的表现。一般情况下，个人发言和参与讨论情况所占分值比例较出勤率要高，因为讨论部分是Seminar最核心内容，是用于激励学生不再仅仅满足于“身在课堂上”，从而脱离他人讨论时的“旁观者”的身份，改被动为主动，积极参与发言。教师根据发言情况和发言的质量评定成绩。

二、实施Seminar教学的关键问题

1.构建具有自动控制原理课程特色的Seminar模式。自动控制原理课程是本科专业的专业基础课，其内容繁多，理论性和基础性较强，课程的特点并不适合一般意义上的Seminar教学模式。需根据自动控制原理课程的实际情况构建适合它的Seminar模式。不适合整个学期采用Seminar教学，最好在学期中，课程进行到某一阶段，适当地组织Seminar教学。任课教师根据实际情况制定选题范围，并给出成绩评定，作为学期成绩的重要组成部分。这样，教师应用两种不同的教学模式———传统的课堂讲授的教学模式和Seminar教学模式，引导学生进行探究式的教学活动。Seminar的引入，不是原有的课堂教学的对立或重复，而是对整个教学过程的一种有益补充、深化和应用。在这期间，采用一种任务驱动模式，引导学生探索主动学习。因此，适时引入Seminar教学模式进行教学改革，不失为自动控制原理教学过程的一种有益的尝试和探索。

2.制定合适的选题范围。Seminar的主题内容要兼顾课程的整体性、层次性，且具有一定的系统性、可讨论性和拓展性。任课教师需拟定详细的、条理清晰的整体筹划纲要，形成一以贯之的学术脉络，并将课程内容分割形成具体的、可操作性的相关主题，能够使讨论有序进行。

3.设立严格规范的课堂交流制度。Seminar教学活动不能简单化地等同一般的课堂讨论，否则将失去Seminar教学的意义，因此必须制定严格规范的交流制度。在制度的运作上，必须严格、公正、一视同仁，奖惩分明，评分严格。若有的同学出现抄袭报告的情况，雷同报告一起作废。表现优秀的同学要适当加分。交流过程中，及时控制讨论节奏，避免使活动流于一般的泛泛而谈，甚至出现游离于主题之外的闲聊和不负责任的空发议论，从而走向歧途。

4.任课教师应具备良好的素养和较强的控场能力。Seminar教学模式对任课教师的综合素质提出了更高的要求，要求任课教师具有较高的专业水平和奉献精神。能够即时把握学科发展动向，收集相关素材，提炼升华课程内容，以战略性的眼光制定选题范围，既能适合目前学生特点，又能体现专业课程内容的特点。Seminar教学模式的引入，无形中增加了教师的工作量，备课难度增大，课外指导学生的时间增加，批阅书面报告的时间和精力增加。这都要求教师具有敬业奉献精神，孜孜不倦，无怨无悔。在学生的讨论交流过程中，教师要善于及时地捕捉有价值的信息，例如新观点、建议和学生的困惑，以便有效进行下一步的教学。

三、Seminar教学模式在本科生培养中的积极意义

1.全面调动学生的积极性，变被动为主动。Semi-nar模式最大的特点是改变传统的学生只听不讲这一垂直的单向教学模式。要求学生根据指定任务主动去探索，寻找答案，然后在相对开放的平等空间里，亮出自己的答案，也亮出自己。这种模式也为参与者提供了相互激励的空间背景。

2.培养学生的查阅资料能力、表达能力。Seminar教学模式的引入，要求学生课前准备阶段必须广泛查阅资料，自主分析总结，这样他们将提前接触各类数据库的文献检索，并熟练操作技能。在语言表达能力方面，Seminar的讨论需要学生逻辑清晰地表达观点，重点明确地回答疑问，有理有据地进行辩论，积极理性地说服他人；在书面写作能力方面，学生对于选题的最终研究成果都要以报告的形式出现。

3.培养学生的团队合作精神。自动控制原理是专业基础课，面向学生90人左右，必须分成若干小组进行Seminar教学，设一组长负责联络本组同学，同一小组的同学面向同一任务，这时候需要小组成员分工合作，共同查阅资料，分析整理研究，课堂交流进程中，作为一个团体，回答其他小组的发问质疑，并提出问题。在整个准备过程中，相互学习，相互促进，相互激励，增进同学之间的学习情谊和集体荣誉感，培养他们的团队合作精神。

4.平等互动的独特模式，达到教学相长、共同提高的目的。Seminar教学模式的独特性体现在师生之间的平等关系，大家可以任意提出问题，发出质疑，双方平等互动。这个平等、公正、亲和的结构空间，“师不必贤于弟子，弟子不必不如师”，为“教学相长”的现实化提供了真正的可能。教师在整个讨论过程中，根据学生的提问、回答，不断地总结自己的教学经验和处理问题的经验。教与学有机地、动态地融合在一起。

篇（3）

2污水处理的管理措施

2．1建立有效的资金保障机制对于污水处理有着很大的公益性，这样的情况下就需要一定的资金投入。根据研究数据表明，就现在的污水处理相关资金有着一定的承受能力，但是确都不愿意承担，多数地区内污水处理费用有一定的不明之路。各个地区内政府可以结合地区的建设，可以使用国家扶持以及地方补助、或者居民支持以及企业参与等相关方式，将资金很好地筹集起来，这样就能形成多元化的投入。相关的地区也可以参考西方先进的运营模式，对于污水处理建设以及运行资金提供保障，推行污水治理的优惠政策，例如增加优惠政策、税收优惠等等，对于社会各种力量以及资金投入农村污水治理要积极的鼓励以及指导，这样污水处理才能顺利的实施以及运行。

2．2建立完善的水务基础设施管理机制由地方联合当地的水务行政部门以及乡镇机关部门进行一定的指导以及监督下，成立一定的水务基础设施管理部门，对于污水处理的基础建设积极的配合。水务处理部门可以根据地区的实际情况制定适合地区的水务基础设施方式，明确居民的权利以及义务，同时可以建立专门的账号，对于日常污水排放的日常维护费用以及相关管理费用等资金进行统一的管理。

2．3员工意识转变在污水自动化处理系统设计过程中，工程技术人员也要积极参与进来。在项目开发、安装、调试过程中，对于系统所具备的自动化性能要完全掌握，这样在系统后期运行过程中对于设备维护才能做到得心应手。需要定期对员工进行培训，员工的计算机、网络技术等方面都需要不断的提升。员工参与到系统设计过程中能够及时发现所存在的问题，对于系统进行完善。员工对于自动化控制的观念也要有所转变，工作不能全部依赖系统控制，在保证系统安全运行情况下，就地控制柜作用以及继电信号回路问题才能降低，保证随时随地的掌握污水处理厂运行状况。

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通过对双离合器自动变速器控制系统发生的故障分析，其中的执行机构和传感器发生的故障率相对较高，因此，设计工作人员在对双离合器自动变速器控制系统进行故障容错控制和故障检测诊断时，要重点对执行机构和传感器进行诊断，以及与其有着密切关系的被控对象和控制器等相应的同步器、离合器以及控制器驱动电路等模块。

2双离合器自动变速器控制系统故障检测诊断策略

在对车辆进行诊断时，方法有很多种，其中极值法是最为简单的诊断方法。极值法主要选择要诊断的信号，然后针对此信号设定一个在正常范围内的信号值，在进行诊断时，如果发现选择的信号值超出设定的范围并且达到一定的时间，根据这类情况就可以看出车辆是否发生故障。在故障检测诊断的方法中，利用冗余技术的诊断方法是现今最常用的诊断技术，而冗余技术也分为软件冗余和硬件冗余等两种方法。软件冗余的方法主要是根据车辆内的传感器之间和传感器信号与车辆输出的信号之间产生的冗余关系，并从中分析出车辆出现的故障，软件冗余在诊断的过程中无需添加硬件，但是，这个诊断技术存在着处理器的开销;硬件冗余，相对于软件冗余技术来说诊断准确率高，原理简单等，但是，此技术需要增加冗余传感器设施，提升了整个系统的复杂度，而且诊断成本更高。除此之外，还有转动传感器诊断技术、杆位诊断技术、离合器诊断技术、电磁阀及其驱动电路诊断技术等。

2．1同步器及其位置传感器的故障检测诊断双离合器自动变速器控制系统的整个系统有四个同步器，需要分别检测这四个位置的传感器。当同步器在中间位置时传感器输出电压为0V，在两边挡位时输出电压分别为+2.5V(L)和+5V(H)。在车辆行驶的过程中，如果是按照各固定挡驾驶时，那么，同步器相应位置的传感器所产的值是保持不变的。如果在车辆行驶过程中，档位转换时，会出现预啮合的阶段，在这个过程中档位的电磁阀或发生动作，在发生动作后同步器实现挂档状态，在这个过程中，同步器相应位置的传感器所产生的值会发生变化。如果在后续情况下，同步器相应的感应器所产生的值未发生变化，则是发生故障的状态。可以通过对同步器的换档拔叉进行检测，计算输出轴与下一档的输入轴的转速相比，进而分析挂档操作是否实现，如果这个环境可以实现挂档成功的话，那么就是同步器及其位置传感器发生错误。

2．2离合器故障检测诊断技术离合器故障检测诊断主要使用极值法进行诊断。在车辆行驶的过程中，需要对离合器的结合或分离进行判断是否执行正确。在车辆行驶中，换档或固定档行驶时，离合器相应的也会执行不同的工作，判断离合器的运行状态，要对离合器的分离和结合的预定时间对比，当然，在这个过程中可能要多花费一些时间，如果在诊断过程中发现离合器运行的分离和结合的时间超出了预定值，那么，可以根据这个依据推断出离合器没有在正常工作状态下运行，离合器存有故障。

2．3双离合器自动变速器控制系统综合故障的诊断技术策略为了能及时发现车辆离合器汽车自动变速器的故障，需要把离合器汽车自动变速器的故障检测诊断程序设计改为对车辆行驶的整个过程进行监视的状态。要对离合器汽车自动变速器的综合故障检测功能进行设计，使其部分诊断程序能够有效地协调运行状态。在汽车钥匙到ACC的位置后，TCU系统启动，对PRND杆位进行故障检测诊断，在对档位进行诊断时需要注意以下几点:仔细检查杆位与TCU中的储存杆是否正常;仔细排查车辆电磁阀的工作是否正常;检查车辆的离合器的工作状态是否正常;检查车辆同步器以及相应的传感器的工作状态是否正常;检查车辆发动机的工作状态是否正常;检查车辆转速传感器的工作状态是否正常等。

3双离合器自动变速器控制系统故障容错控制

根据故障对车辆行驶的影响程度大致可以分为严重故障、中等故障以及轻微故障等。严重故障主要就是指由于发生的故障而导致车辆不能正常使用运行的故障;中等故障指因故障导致车辆的动力传感受到极大的影响，致使车辆不能使用全部的档位，只能在部分的档位可以使用的故障;轻微故障相对来说要比之前的两种故障形式发生率要高，轻微故障不影响车辆的正常运行，车辆动力传感以及换档等都能保持完整性，但是，车辆在运行的过程中的控制精度相对降低了。双离合器自动变速器控制系统故障容错控制主要就是当双离合器自动变速器控制系统的某个部分发生故障的时候，故障检测诊断系统会自动把检测出来的数据通过容错处理程序显示出相应的错误信息。

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1.污水处理可能对三峡库来说还算是一个新星的行业，在三峡库区新建的污水处理厂中，大部分设置了自动化控制系统，力求对整个污水处理过程实行全面监控。但由于这项工作尚处在实践摸索阶段，与国外水平相比存在较大差距，主要问题是：

（l）主要控制设备功能不稳定，特别是在线仪表的准确性和稳定性来看，不能完全达到由计算机控制的要求。

(2)自控水平低，距智能化自动控制还有很大差距。

(3)运行条件变化范围大，某些工艺环节尚在不断调整。

(4)运行操作人员尚不能对工艺进行全方位控制操作。

由于以上条件限制，大多数污水处理厂的自控系统只能发挥监视和对部分设备进行远程控制的功能。长寿污水处理厂针对以上问题，自2003年5月试运行到现在来看，根据实际运行,并通过对部分设备的改造和完善，加之对现场运行操作人员的技术培训，使中控室具有集中控制、监视、现场故障报警等功能。操作人员可在中控室进行操作，为安全稳定运行提供了保障。

2.长寿排水公司自控概况

长寿污水处理厂处理长寿区20万人生活污水及工业废水，我厂监控系统采用工业以太网集中控制系统。此系统包括1个监控中心（中控室）、6个现场PLC站（模拟屏PLC0、配电间站PLC1加药间站PLC2、脱水间PLC3、PLC4站和紫外光PLC5站）。配电间站主要控制提升泵站、格栅井、沉砂池、氧化沟、二沉池、回流泵站、剩余泵站、贮泥池的自动运行；模拟屏站主要对模拟屏的数据处理控制；加药间站主要是对加药间的自动控制；脱水间2个站分别对1号和2号脱水机进行自动控制，紫外光站是对紫外光消毒系统进行控制。中控室则对全厂设备的控制操作及监视。现场分站采用的PLC可编程控制系统是美国AB公司以太网系统。

3.对设备的改造与完善

长寿污水处理厂从试运行以来，由于现场电气及机械设备存在一些问题，直接影响了自控系统的正常运行。根据存在的问题，结合实际运行情况及工艺要求，对自动化控制系统的现场控制设备进行了部分技术改造。

3.1对现场一些设备进行改造

由于我厂增加了一台脱水机和PLC柜，为了把新增的这台脱水机PLC柜的运行信号联到中控室，避免重新进行布线。使用交换机联接两台脱水间PLC柜，通过一根信号线接到中控室交换机。改造现场和配电机曝气机的二次控制回路，解决了中控室不能控制曝气机启停的问题。

1号2号氧化沟的变频曝气机由于控制转换开关处在开关柜

控制和机旁控制方式时，变频器模拟量4～20mA电流输入电路断开，使得不能输入变频器运行频率，变频器控制失效，不能运行。经考虑，短接模拟量电流输入的转换开关控制回路。

变频器频率信号（模拟量）、运行信号（开关量）没有输出给

PLC，使得上位机无法判断曝气机是否运行。过后经自动化人员改进后，只给出变频器频率信号（模拟量），运行信号可有可无（开关量）。

3.2对PLC源程序的修改、优化

试运行中，我厂由于采用的是巡检制度，将各分散值班点集中到中心控制室值班操作。所以必须对比较重要的报警参数根据实际情况做进一步的修改。通过对PLC可编程控制器的源程序进行修改、编译，主要是启停液位、报警液位、逻辑控制、出水流量、加药间液位、提升泵站液位差等。不仅实现了设备按工艺流程运行的要求，而且机械设备运行的准确性、安全性有了很大提高，电气故障大为减少。故障点检查也很方便，大大降低了电气设备的故障率，使现场自动运行更加稳定。更主要的是为自动化控制的顺利实现创造了条件。

另外对高压配电系统和一套独立的监控系统，如出现任何故障不仅有指示灯光报警，而且还配有语音报警系统，使值班人员一目了然，可清楚地判断故障发生的部位并做及时处理，避免事故的发生。

3．4安装视频监视系统的

为了让操作人员真正在中控室控制全厂、监视全厂、管理全厂，长寿污水处理厂于2002安装了BAXALL系列摄像机视频监视系统。它配合原有的自控仪表，对进水粗格栅、细格栅、提升泵、排砂泵、搅拌机、砂水分离机、氧化沟曝气机、二沉池、回流泵站、剩余污泥泵站、脱水间、办公室等10多个场所的现场情况，进行24小时全天候监视。

这套视频监视系统运行可靠。在中控室里，通过对摄像机的遥控。可以监视全厂20多个部位工艺设备的运行情况。如果按工艺流程在现场巡查一遍，需要30分钟左右，而通过视频监视系统，几分钟就可以对全厂工况浏览一遍，大大提高了工作效率。

3.5提升泵站和格栅井的控制

污水提升泵站安装两台潜水泵一用一备，在上位机设定常用/备用，按如下原理进行控制：

当泵站内水位达到1.70m时，一台泵启动；

当水位降至0.80m时，水泵停机，并发出报警信号。

粗、细格栅分别有时间控制/液位差控制，2种控制方法，我厂现在用的是时间控制。

格栅井安装粗、细格栅机两台，运行依据其前、后超声波液位差计测得的水位差进行控制。

当粗格栅机前，后超声波液位差计测得的水位差超过20cm，粗格栅机、皮带轮输送机自动开机。

当粗格栅机前，后超声波液位差计测得的水位差降至10cm，粗格栅机、皮带轮输送机自动停机。

当细格栅机前，后超声波液位差计测得的水位差超过30cm，细格栅机、螺旋输送机，压榨机自动开机。

当细格栅机前，后超声波液位差计测得的水位差降至20cm，细格栅机、螺旋输送机，压榨机自动停机。

粗格栅、细格栅还可以通过在上位机设定运行、停止间隔时间的方式定时开启停止。当格栅每运行15分钟后停15分钟。皮带输送机、螺旋输送机与格栅联动，及格栅运行时，同时运行。

两组涡流沉砂池，每组涡流沉砂池内安装一台搅拌机和排砂泵，搅拌机长期运行。排砂泵把池底的污物抽送至砂水分离器。排砂泵每运行10分钟后停20分钟，时用，砂水分离器与排砂泵同时工作，以上设备均可在中心控制室监控。

3.6氧化沟的自动控制

本工程氧化沟设两组，日处理污水能力40000m3/d，每组氧化沟设计日处理能力2万m3/d。每组氧化沟PDSL-325（C）型倒伞型表面曝气机三台，其中1#，3#机组为恒速，逆时钟方向运转，单台机组充氧量为119kgO2/h；2#机组为变频调速，顺时针方向运转，单台机组充氧量为23～119kgO2/h，电机功率均为55KW；每组氧化沟安装两台溶解氧检测仪（DO仪）和一台污泥浓度检测仪（MLSS仪），一台DO仪和MLSS仪安装在接近出水口处，另一台DO仪安装在缺氧区。另一组氧化沟设备与该组氧化沟对称，倒伞型表面曝气机的运行按照氧化沟内溶解氧值（DO值）进行自动控制，其DO值以接近出水口处的DO仪的测定值为准。

当DO值在0.2mg/L<DO值<1.2mg/L范围内时三台电机都开启；当DO值在1.2mg/L<DO值<3.0mg/L范围内时开一台恒速机和一台变频调速机；其中变频调速机的调速频率分为五段（频率随着DO值减小而增大）；当DO值在3.0mg/L<DO值<4.0mg/L范围内时只开一台恒速机。如果DO值不在以上范围内那么开一台恒速机和一台变频调速机（频率固定）。

氧化沟内设一台污泥浓度（MLSS）测定仪，将MLSS测定仪测定值传送至中控室，用于调节活性污泥回流泵站及电动套筒阀的运行。

氧化沟内安装的各检测仪器（如DO仪、MLSS仪）的数据，由PLC1进行采集。然后PLC1将采集的数据通过控制层网络送至中控室用于控制相关设备运转。

3.7回流泵站的自动控制

污泥回流泵站安装潜水轴流泵两台，按如下原理进行控制：

在泵站出水侧及吸水侧（套筒阀井处）各设一台超声波水位计，出水侧设两个水位，一个正常水位7.8m，一个报警水位8.4m,吸水侧设四个水位，一个正常水位5.30m，一个启动水位5.00m，一个高限报警水位5.80m，一个低限报警水位4.40m；

当两个氧化沟的污泥浓度同时高于3000mg/L时，开启1台污泥回流泵，如果其中任何一个氧化沟的污泥浓度低于3000mg/L时只开启2台污泥回流泵。

本控制程序能使两泵交替工作（统计工作时间），负荷均等，从而延长二泵工作寿命。

3.8剩余泵站和贮泥池的自动控制

本泵站安装100QW70-7-3型潜水排污泵一台，其工作原理如下：

当贮泥池液位低于2.0m时,剩余污泥泵自动开启。当贮泥池液位高于4.5m时，剩余污泥泵站剩余污泥泵根据液位计信号自动停止运行，贮泥池液位在中心控制室显示及报警。另外，当贮泥池水位计超过贮泥池设定的最高水位或最低0.5m时，水泵亦由中控室控制自动切断水泵电源，泵站停止工作。

贮泥池安装超声波液位计，当液位为1.5m时，向脱水间PLC发出污泥泵停泵停止运行信号。

3.9加药间的自动控制

溶解、溶液池为两组，每组2m；每组内安一台搅拌机，和超声波液位计一套，工况一用一备；

溶解池加料加水后，搅拌机工作15分钟，搅拌机停车，溶液池的液位预报警（液位现场确定）；

当一格溶解池最低液位时（液位现场确定），自动关停药液输出电磁阀同时开启另一溶液池的电磁阀；

FeCl3液按照出水流量计信号自动调节频率，手动调节冲程控制投加量，使其出水水质达到国家一级排放标准。

3.10紫外光的自动控制

紫外光消毒采用的是德国威得高系统，控制方式采用的是液位控制，并由液位控制出水的电动阀门自动行动，使液位始终保持在1.7m，紫外光灯启动±5%左右。

3.11脱水间的自动控制

脱水间加药池设有一液位探头，当液位低于设计标准时，脱水机停止。

脱水机的控制主要还是以人工控制为主，操作人员在PLC柜在启停各个设备。

3.12现场仪表的控制

我厂的主要仪表有：液位计、进水PH值、溶解氧、污泥浓度、COD在线仪、浊度仪、出水流量计（其中大部分的在线仪表都自带得有温度计）。显示的具体形式以具体数值显示为主，操作人员可直观地读取各种数据。

3.13高压配电系统监视功能

此功能主要是对高压配电及供电系统的开关是合是断，通过在上住机（CRT）显示来提示有关人员。具体显示以示意图的形式实现。

3.14时间累计、故障次数和报警功能

主要功能是对所有设备运行的时间进行统计。报警功能是对设备运行出现的故障都有灯光和声音提示，准确及时地提示操作人员哪台设备出现了故障。故障出现时，运行设备立即停止运行。此部分功能的实现，为有关人员确定设备大修时间及日常保养次数提供了依据。

4.自控系统的使用效果

4.1快速准确地反映运行异常情况

当现场现出任何的异常情况，可通过监控系统和上位机系统一目了然的看出问题。有设备出现故障、上位机同时报警并停止该设备的运行，相应地计算机作故障情况记录，方便设备故障排除、管理、维护等。

4.2促进了职工技求素质的提高

实行自控，运行人员合并值班操作，对职工素质的要求也相应地变为复合型，这就进一步激发了职工特别是青年职工学文化、学技术的积极性。

篇（6）

 

控制理论是自动化及工业仪表专业的重要专业基础课，理论性极强，它的基本概念及理论贯穿于许多后续课程中，该门课程也是许多学生报考硕士研究生的一门专业课程，因而控制理论的教学显得非常重要。为了加强学生对理论知识的理解与应用，根据多年教学经验，对控制理论中几个难点问题的解决提供一些简便的方法。

1 Nyquist稳定判据中D形围线的推广

分析一个实际系统的运动，大家都知道首先要判别它是否稳定，因为不稳定的系统在工程实际中是没有任何意义的。奈魁斯特稳定判据由于它主要靠作图，计算量小；不仅能判断闭环系统是否稳定，而且还可判定系统的稳定裕度；可以提示改善系统稳定性的办法；可以方便的判定带时滞环节系统的稳定性等优点使其在控制系统稳定性的分析中有十分重要的地位，事实上它是整个控制理论频率域的基石。论文格式。根据多年关于控制理论的教学与研究，本文对奈魁斯特稳定判据D形围线（奈魁斯特轨迹）提供一种新的较为实用的选取方式。

篇（7）

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）21-0042-02

控制理论是自动化及其相关专业的一门重要核心专业基础课程，在武汉理工大学华夏学院（以下简称“我院”）自动化专业，控制理论所授主要内容为以经典控制论为核心的“自动控制原理”和以卡尔曼的状态空间分析法为核心的“现代控制理论”。

其中，“自动控制原理”是研究控制系统的一般规律，并为系统的分析和综合提供基本理论和方法的专业基础核心课程。该课程又是“现代控制理论”“过程控制系统”“运动控制系统”“计算机控制技术”“智能控制”等许多后续课程的基础。而作为其后续课程的“现代控制理论”仍作为硕士研究生“线性系统理论”与“最优控制”等学位课程的基础。这两门课程理论性强，概念多且杂，对学生的数学基础要求较高。而我院作为一个三本院校，自动化专业的学生相比较一本和二本的学生而言，数学基础较为薄弱，故学好这两门课对学生来说至关重要且具有一定的难度。

而教好上述两门课程也是教师必须思考和解决的重要问题。笔者经过几年的教学实践，摸索出一套比较适合三本院校学生的系统化教学方法，致力于培养学生的系统观，进行了一些尝试，且取得了一定的效果。

一、工程背景系统性

任何一种理论的产生都有其历史背景，都是在实践中产生的。自动控制技术萌芽在18世纪，在第一次世界工业革命期间，自动控制技术逐渐应用到现代工业中。其中最卓越的代表是瓦特（J.Watt）发明的蒸汽机离心调速器，一种凭借直觉的实证性发明。飞球调节器有时使蒸汽机速度出现大幅度振荡，其他自动控制系统也有类似现象。

由于当时还没有自控理论，所以不能从理论上解释这一现象。为了解决这个问题，盲目探索了大约一个世纪之久。1868年英国麦克斯韦尔的“论调速器”论文指出：不应单独研究飞球调节器，必须从整个系统分析控制的不稳定。麦克斯韦尔的这篇著名论文被公认为自动控制理论的开端，接着就进入了经典控制理论发展的孕育期。1875年，英国劳斯提出代数稳定判据。1895年，德国赫尔维兹提出代数稳定判据。1892年，俄国李雅普诺夫提出稳定性定义和两个稳定判据。1932年，美国奈奎斯特提出奈氏稳定判据。战中自动火炮、雷达、飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。1948年，维纳出版《控制论》，形成完整的经典控制理论，标志控制学科的诞生。维纳成为控制论的创始人。

经典控制理论的主要内容包括：系统数学模型的建立、时域分析法、频率特性法、根轨迹法、系统综合与校正、非线性系统和采样控制系统分析法等。

从四十年代到五十年代末，经典控制理论的发展与应用使整个世界的科学水平出现了巨大的飞跃，几乎在工业、农业、交通运输及国防建设的各个领域都广泛采用了自动化控制技术（可以说工业革命和战争促使了经典控制理论的发展）。科学技术的发展不仅需要迅速地发展控制理论，而且也给现代控制理论的发展准备了两个重要的条件――现代数学和数字计算机。现代数学，例如泛函分析、现代代数等，为现代控制理论提供了多种多样的分析工具；而数字计算机为现代控制理论发展提供了应用的平台。[1]

在二十世纪五十年代末，计算机技术的飞速发展推动了核能技术、空间技术的发展，并且为多输入多输出系统、非线性系统和时变系统的分析和设计提供了新的手段。

五十年代后期，贝尔曼（Bellman）等人提出了状态分析法，在1957年提出了动态规划。1959年卡尔曼（Kalman）和布西创建了卡尔曼滤波理论；1960年在控制系统的研究中成功地应用了状态空间法，并提出了可控性和可观测性的新概念。

由上面的历史背景介绍可以看出，现代控制理论是在自动控制理论的基础上发展得到的，尽管两种理论在方法和思路上有显著的不同，但是在教授的时候不能将两者视为单独的个体。笔者每次在绪论部分都会系统化地讲解理论的产生，以让学生对两门课程形成一个初步的比较清晰的认识。

二、理论教学的系统性

在这两门课程的理论教学过程中，虽然涉及到的知识点有差异，但是经笔者研究，在具体教学中，两门课程的教学有些许共性，比如说两门课程的教学流程就基本一致。如图1所示：相对于现代控制原理而言，自动控制原理理论推导较少，同时其工科背景较强，实例较多。在学习之初，可先帮助学生搭建起分析问题和解决问题的基本框架，形成一个较为初步的系统观。

自动控制原理分析问题的核心是数学建模，稳定性判断和性能指标的计算，[2]主要分析方法是时域分析法、频域分析法和根轨迹分析法。时域分析法直观易懂，频域分析法是自动控制原理的核心，根轨迹分析法在目前的工程实践中已用的很少，在学时有限的情况下可略讲。在实际讲解的过程中，要合理安排学时，适当加快时域分析法的讲授，略讲根轨迹分析法，重点讲解频域分析法及系统校正。

现代控制理论包含了大量的理论概念机数学公式，在实际讲授中，应弱化理论推导，在教学过程中可结合倒立摆工程实例，从建模、稳定性分析、能控能观性分析、极点配置到状态反馈，形成一个较为完整的分析过程。[3]

总而言之，在讲解的过程中，注重引言，初步建立系统观，结合实例，比较异同，突出重难点，最后再通过总结强化各知识点之间的联系。[4]

三、实践教学的系统性

1.重视实验，理论教学和实验教学的系统化[5]

以往，控制理论的实验课和理论课教学是独立的，理论课教师和实验课教师各行其道，相互交流匮乏。目前，学院已明确提出，理论课教学和实验课教学的一致性，理论课教师必须参与进实验教学，教学手段要丰富、系统。

2.实验箱教学和仿真教学的系统化

首先在实验箱上搭建模拟电路，利用信号发生器、示波器等测量波形和数据。同时引入MATLAB仿真，先引出数学模型，利用MATLAB强大的系统工具箱分析并绘制各种相应曲线，利用Simulink工具箱进行校正和状态反馈设计。[6]最后，对比电路测试波形和仿真结果，可让学生深入了解理论和实际参数之间的差异，进而寻找原因，加深理解。

四、今后教学方向

在今后的教学过程中，可进一步加强比较，加强学生的系统观，并且尝试迁移到其他相关学科，加强学生对整个学科的理解。

参考文献：

[1]万雄波，杨方.基于“自动控制原理”与“现代控制理论”课程异同点分析的教学探索[J].科教文汇，2013，（7）：56-57.

[2]孙韵钰.“相似论”在“自动控制理论”课程教学中的运用[J].消费电子，2013，（7）.

[3]王斌，李斌.“现代控制理论”教学改革与实践[J].中国电力教育，2013，（10）：61-62.

篇（8）

中图分类号：TP13-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0310-01

随着控制系统复杂性的增加，不确定因素的增多，要求各控制理论分支有进一步的发展，弥补各理论分支的缺点与不足，以满足更高的控制性能指标。现有的控制理论在线性系统控制中大都能取得良好的控制效果，但对离散、非线性复杂系统领域的研究大都刚刚起步，或处于初级阶段，远未达到人们的期望。而实际工业生产过程的模型一般都很复杂，通常具有非线性、分布参数和时变等特性。因此将控制理论的研究领域推广到非线性复杂系统有重要的实际意义。另外与宏观复杂系统控制相对的量子控制（Quantum Control）也正在作为一个全新的学科领域蓬勃崛起，它的发展也依赖于完善的控制理论和优化控制策略。近年来随着微电子、半导体、计算机等技术的快速发展也强有力的推动了自动控制理论的发展。

一、现代控制理论的产生及其发展

控制理论作为一门科学，它的产生可追溯到18 世纪中叶的第一次技术革命，1765年瓦特发明了蒸汽机，应用离心式飞锤调速器原理控制蒸汽机，标志着人类以蒸汽为动力的机械化时代的开始，后来工程界用控制理论分别从时域和频域角度讨论调速系统的稳定性题，1872年劳斯（Routh E J）和1890年赫尔维茨（Hurwitz）先后找到了系统稳定性的代数据，1932年奈奎斯特（Nyquist H）发表了放大器稳定性的著名论文，给出了系统稳定性的奈奎斯特判据。美国著名的控制论创始人维纳（Wiener N）总结了前人的成果，认为客观世界存在3大要素：物质、能量、信息，虽然在物质构造和能量转换方面，动物和机器有显著的不同，但在信息传递、变换、处理方面有惊人的相似之处，1948 年发表了《控制论―或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》，书中论述了控制理论的一般方法，推广了反馈的概念，确立了控制理论这门学科的产生。

1.经典控制理论。第一代称为“经典控制理论”时期，时间为20 世纪40～50 年代。它研究的主要对象多为线性定常系统，主要研究单输入单输出问题，研究方法主要采用以传递函数、频率特性、根轨迹为基础的频域分析法，它的控制思想首先旨在对机器进行“调节”，使之能够稳定运行，其次是采用“反馈的方式，使得一个动力学系统能够按照人们的要求精确地工作，最终实现对系统按指定目标进行控制。”

2.现代控制理论。第二代称为“现代控制理论”时期，时间为20 世纪60～70 年代。经典控制理论对线性定常系统可产生良好的控制效果，但是它对多输入多输出、时变、非线性系统的控制却力不从心。所以50 年代末60 年代初，学者卡尔曼等人将古典力学中的状态、状态空间概念加以发展与推广，将经典控制理论中的高阶常微分方程转化为一阶微分方程组，用以描述多变量控制系统，并深刻揭示了用状态空间描述的系统内部结构特性如可控性、可观性，从而奠定了现代控制理论的基础。

3.第三代控制理论。以上所提的经典控制理论和现代控制理论都是建立在数学模型之上的，所以统称为常规（传统）控制。它们为了控制必须建模，但许多实际系统的高维性及系统信息的模糊性、不确定性、偶然性和不完全性给基于数学模型的传统控制理论以巨大的挑战。是否可以改变一下思路，不完全以控制对象为研究主体，而以控制器为研究对象；是否可以用人工智能的逻辑推理、启发式知识、专家系统解决难于建立数学模型的问题呢？智能控制的出现正源于这一思想。1967年Leondes 和Mendel 首次正式使用“智能控制”一词，1971 年傅京孙教授指出，为了解决控制问题，用严格的数学方法研究新的工具来对复杂的“环境2对象”模型进行建模和识别以实现最优控制，或者用人工智能的思想建立对不能精确定义的环境和任务的控制设计方法，这两者都值得试一试，而重要的是把两种途径密切结合起来协调的进行研究。沿着这一思想出发，现代控制理论将微分几何、微分代数、数学分析与逻辑推理、启发式知识建立和发展了智能控制理论相结合从而形成第三代控制理论大系统理论和智能控制理论。

篇（9）

中图分类号：[TU992.3] 文献标识码：A 文章编号：

1、前言

污水处理是一门涉及化学、物理、生物等多门科学的综合性技术，其工艺机理复杂，操作要求十分严格，实现起来难度较高。如果只凭现场人员手动操作，往往操作繁琐，劳动强度大，处理效果差。加之我国水污染控制水平较低，尤其是工业废水的污染控制，投入不足，给环境带来了严重的威胁。因此为了改变我国污水处理控制技术的这种落后现状，进行污水处理自动控制系统的研究，具有非常现实的意义。当前，污水处理控制领域将计算机技术、智能技术、网络技术等运用到过程中，实现优化控制，已成为研究热点。

2、自动控制理论的发展

在工业和现代科学技术的飞速发展的同时，控制理论的发展至今已有100多年的历史。各个领域中的自动控制系统对控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高，应用范围也更加广泛。特别是自20世纪80年代以来，计算机技术的高速发展，推动了控制理论研究的深入发展。

3.各单元的自动控制系统

3.1 格栅自动控制系统

根据水位差测量仪检测的格栅前后水位差阈值自动控制机械格栅的运行。当机械格栅停止运行的时间超过设定值时，系统转由时间控制，自动启动机械格栅。PLC系统还将按软件程序自动控制栅渣输送机、机械格栅的顺序启动、运行、停车以及安全联锁保护。水位差设定值，格栅的运行时间及格栅运行周期可调。3.2 水泵自动控制

在泵池设超声波液位仪表，根据水位测量仪测得的泵房水位值自动控制多台水泵的启停运行。当泵房水位高至某一设定的水位值时，PLC系统将按软件程序自动增加水泵的运行台数；相反，当泵房水位降至某一设定的水位值时，PLC系统将按软件程序自动减少水泵的运行台数。同时，系统累积各个水泵的运行时间，自动轮换水泵，保证各水泵累积运行时间基本相等，使其保持最佳运行状态。当水位降至干运转水位时，自动控制全部水泵停止运行。在监控管理系统和就地控制系统的操作面板上可以设定水位值。

3.3 沉砂池自动控制

沉砂池的设备自成系统，随设备所带的就地控制箱将带有启动时序和停止时序，以及安全保护程序，自动控制整套沉砂池设备的运行。PLC系统将采集沉砂池全部设备的运行状态，上位监控管理计算机也可远控整套沉砂池设备的启动/停止。

3.4 分段进水多级AO生物池控制

现有AO或AAO生物池改造采用分段进水多级AO工艺。主要测控内容有：

――各段进水流量检测、配水阀门/堰门监控，自动控制各段流量，保证多级AO工艺进水流量分配比，实现合理利用各段硝化容量,充分利用原水中碳源进行反硝化, 达到有效降低出水TN, 并降低运行费用。

――厌氧池氧化还原电位监测，各级缺氧池入口溶解氧监测，各级缺氧池混合液浓度监测，搅拌器运行控制。

――各级好氧池溶解氧监测、空气流量检测、曝气量自动控制。由于污水处理厂的实际运行中, 进水负荷实时变化，DO串级控制策略可根据进水负荷实时调整DO的设定值, 有效地消除进水扰动。

――生物池出水硝氮在线检测，作为甲醇投加的过程控制参数，及时调整外碳源的投加量，保证出水水质并节省碳源。

――生物池出水氨氮在线检测，根据出水氨氮值及时调整曝气量满足和保证出水水质的要求。

――分段进水多级AO工艺对C/N比的敏感性，具体水质、水量的实时变化，使得分段进水工艺的运行和优化有很大的空间。利用在线监测及智能控制技术，根据进水水质、水量对系统进行实时控制, 提高污染物的去除效率, 降低运行成本，并可提高分段进水生物脱氮工艺的可操作性。

3.5 鼓风机房出口压力控制

通过压力变送器检测空气总管的压力，根据设定的压力值控制鼓风机的运转台数、调节鼓风机的导叶片角度，从而保证生物池对空气的需求量。在保证空气需求量的前提下，尽可能地节省能耗，压力控制系统和曝气量调节系统相互关联，相互影响，最终使生物池的生物处理过程处在最佳状态。通过监控管理系统和现场控制系统的操作屏，可以设定鼓风机出口的压力控制值。

3.6 污泥回流量自动调节

回流污泥量的控制采用比例控制以保证污泥混合液浓度在一定的范围内。根据生物池的进水量、回流污泥浓度控制回流污泥泵（工频泵）的运转台数或变频泵的转速，保证生物池微生物的需要量。通过监控管理系统和现场控制系统的操作屏，可以设定回流污泥比例。

3.7 沉淀池排泥控制

沉淀池的排泥可以根据装在沉淀池内的泥位计来控制刮泥车的运行，指导排泥。排泥有二种控制方式：按泥位计设定值进行自动排泥，按定时实现自动排泥。

3.8 污泥浓缩自动控制

污泥浓缩机系统控制采用时间控制和手动控制。该系统中设备的启动顺序依次为输送机、浓缩机、加药泵、进泥泵、污泥切割机，停止顺序与之相反。当药液制备段的溶液罐的液位低，进泥泵的进泥流量低、系统中任何一台设备发生故障时，系统停止运行。采用污泥流量比例投加絮凝剂，通过监控管理系统和现场控制系统的操作屏，可以设定每天允许的运行次数及每次运行的时间。

3.9 污泥脱水自动控制

污泥脱水过程按污泥脱水系统自身PLC预先编制的程序控制运行。污泥脱水的程序控制采用时间控制和手动控制。系统设计带有启动时序和停止时序，以及安全保护程序。在药液已制备完成的前提下，设备的启动次序依次为倾斜式输送机、水平式输送机、浓缩脱水一体机、加药泵、进泥泵，停止顺序与之相反。上位监控管理计算机可远程监测污泥脱水系统全部设备的运行状态和故障报警，但不可远程控制污泥脱水系统的开停。

3.10 加氯的自动控制

根据进水流量和浊度控制加氯机按比例自动加氯，并根据出水余氯值进一步修正加氯量，使加氯量始终处于最佳值。

3.11 电动闸门的控制

重要的电动闸门，旁边设置的现场手动操作箱面板上设手动/远动转换开关。手动状态下，由操作箱面板上的按钮控制闸门的开闭；远动状态下，由中控室遥控闸门的开闭。闸门的状态和工况在中控室的模拟屏上显示。

4.结束语

污水处理运行过程任务要求重，特性复杂，运行管理难度大，目前水处理行业尚缺乏可靠的实时监测仪器，用传统的控制方式往往达不到精确的控制要求。先进控制理论实现了过程工艺参数的优化，可以改变污水处理厂人工调节操作处理不及时、效率低的现状。污水处理的社会意义巨大应用计算机控制技术实现污水处理工艺的半自动全自动控制提高污水处理的技术管理水平合理使用和配置处理设施设备具有非常现实的意义。

参考文献：

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中图分类号：TL372 文献标识码： A

引言

自动控制学科是近几十年来了发展起来的一门很重要的学科。它的发展很迅速，特别是计算机的快速发展，更加快了它的发展，尤其是工业自动化技术近年来的发展。自动化学科研究的范围也是很广泛的，对实现我国工业、农业、国防和科学技术现代化、对迅速提升我国综合国力具有重要和积极作用。

自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。

自动控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。 自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。 基础的结论是由诺伯特・维纳，鲁道夫・卡尔曼提出的.

自动控制技术是能够在没有人直接参与的情况下，利用附加装置使生产过程或生产机械（被控对象）自动地按照某种规律（控制目标）运行，使被控对象的一个或几个物理量（如温度、压力、流量、位移和转速等）或加工工艺按照预定要求变化的技术。它包含了自动控制系统中所有元器件的构造原理和性能，以及控制对象或被控过程的特性等方面的知识；自动控制系统的分析与综合；控制用计算机（能作数字运算和逻辑运算的控制机）的构造原理和实现方法。自动控制技术是当展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一；是推动新的技术革命和新的产业革命的核心技术；是自动化领域的重要组成部分。

自动控制技术有很强的应用背景，无论是在炼钢、轧钢、化工、石油、电力等工业上，或是造纸、纺织、皮革和食品等工业上；无论是在航空、航海、汽车和铁路运输工业和国防工业上，或是图书资料的管理、实验室技术设备上都得到广泛应用。自动控制技术对导弹和人造地球卫星是非常重要的，对于研究原子能的应用，研究飞机和导弹的空气动力和结构强度也是有用的。没有应用背景的“控制理论”就缺乏生命力。如何巧妙地运用控制的基础理论来解决实际问题是和研究控制理论本身不同的另一种创造性工作。

一、自动化控制原理

自动化控制有半自动与全自动化

例如：机器、设备可以按照生产的要求和目的，进行自动化生产；全自动人只需要作为操作员，确定控制的要求和程序，不用直接参与生产过程的控制技术；半自动化控制要人通过设施、设备、机械、仪器或手工等劳动力的参与。

自动化控制技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化控制不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动化控制是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。

自动化控制理论是自动化专业的重要学习课程。

二、自动化控制的应用

2.1过程自动化

石油炼制和化工等工业中流体或粉体的化学处理的自动化控制。一般采用由检测仪表、调节器和计算机等组成的过程控制系统，对加热炉、精馏塔等设备或整个工厂进行最优控制。采用的主要控制方式有反馈控制、前馈控制和最优控制等。

2.2机械制造自动化

这是机械化、电气化与自动控制相结合的结果，处理的对象是离散工件。早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。20世纪60年代以后，由于电子计算机的应用，出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动化仓库等。研制出适应多品种、小批量生产型式的柔性制造系统（FMS）。以柔性制造系统为基础的自动化车间，加上信息管理、生产管理自动化，出现了采用计算机集成制造系统（CIMS）的工厂自动化控制系统。

2.3管理自动化

工厂或事业单位的人、财、物、生产、办公等业务管理的自动化控制，是以信息处理为核心的综合性技术，涉及电子计算机、通信系统与控制等学科。一般采用由多台具有高速处理大量信息能力的计算机和各种终端组成的局部网络。现代已在管理信息系统的基础上研制出决策支持系统（DSS），为高层管理人员决策提供备选的方案。

三、自动化控制系统

自动化控制系统是指能够实现自动控制任务的系统，由控制器与控制对象所组成。

自动化控制系统的概念

自动化控制是一种现代工业、农业、制造业等生产领域中机械电气一体自动化集成控制技术和理论。

自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。

四、自动控制系统特点

自动控制能自动调节、检测、加工的机器设备、仪表，按规定的程序或指令自动进行作业的技术措施。其目的在于增加产量、提高质量、降低成本和劳动强度、保障生产安全等。

自动控制系统理论

自动控制是相对人工控制概念而言的，指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。

自动控制是工程科学的一个分支，它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。

结束语：

随着科技的发展，自动化控制已经广泛应用到各行各业。直流调速器在数控机床、造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、医设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接受系统等行业都有应用。相信不久的将来会带给人们更多的便利。

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一、无模型控制思想的产生背景

随着科学技术的快速发展，自动控制理论必将在民用的工业和军事技术产业当中得到了广泛的应用和发展。大型化的工业生产机器和微型化的民用产品是控制科学技术发展的两大趋势，本论文的主要研究内容是针对大型化、复杂化的滞后非线性系统的智能控制。随着各个产业对节能环保的要求越来越高，在化工、炼油、电力、冶金等大型复杂的生产过程中先进的控制系统的使用显得尤为重要。而诸如此类的生产过程都是典型的非线性滞后系统，这些系统具有控制对象不确定性、多个变量、较大的滞后性和强耦合性等共同特点，所以通过获取系统的精确数学模型而进行控制的方法是困难的，即便被控系统数学模型可以建立起来，而一些未建模的动态特性也是不可避免的。这是现代控制理论的不足之处，即在很大程度上依赖于受控系统数学模型结构，如不能建立数学模型那么也就不能进行控制了。在以后的研究中主要集中于对被控对象的建模、自适应控制、系统辨识、鲁棒控制等方向，试图打破传统控制思想的局限，试着针对工业生产过程的特点，力求寻找对数学模型要求不高、辨识计算方便、控制效果好的控制理论和方法。总的来说如果想要解决这个问题，就需要从另外一个角度思索，寻找不同于以往的研究方向，尽量避免过分依赖被控对象数学模型。无模型自适应控制（Model Free Adaptive Control，MFAC）就是为了解决这个现代控制理论的本质问题而产生和发展起来的一种先进的控制理论和方法。无模型自适应控制（MFAC）的实质就是一种在设计控制器的时候不需建立数学模型的自适应控制方法，即控制器的设计过程只使用被控系统的 I/O 数据，控制器中不含有被控对象数学模型的任何信息的控制理论与方法。

二、无模型控制方法的发展现状

无模型控制理论既包含经典控制理论和现代控制理论的优点，又在很大程度上突破了这些理论局限性，创新性的提出来一个全新的控制方法。自从提出以后就受到国内外许多专家和学者的广泛关注。在我国，早期的研究方向是围绕与无模型控制律基本形式有关的问题，这方面的问题最先由韩志刚教授在 1994 年的文献中正式提出的，随后其在文献中又提出了一系列基于功能组合途径上的一种 MFAC 控制方法和应用实例，此处所说的功能组合的意思是指控制律的推导不建立在被控系统的数学模型上，而是根据被控系统对控制律的控制功能的要求进行组合并且优化系统设计，其重点研究的内容不是被控系统的本身，而是从控制器出发的。经过验证基于功能组合途径之上的 MFAC 虽然控制效果比较理想，但是有一个缺点就是控制律算法欠缺数学解析过程，很多的参数需要现场测定，这个缺点使得 MFAC 的控制方法在实际的使用过程困难重重。文献从被控对象本身出发，详细的阐述了各种非线性系统动态线性化方法的 MFAC 控制方法，推导得出了一般非线性系统的几种线性化的方法，其中有紧格式线性化、偏格式线性化以及全格式线性化等方法，利用这些线性化方法得出的 MFAC 控制器在处理一些复杂的、大延时、快速时变系统的时候更具有优势。

经过国内外专家学者的多年研究实践，无模型控制技术取得了很好的成绩，已经成功使用在炼油、轻工、电力、化工、焦碳、造纸、化肥等行业。美国通控集团公司也开发出了一系列的 MFAC 产品，包括：CyboconMFA 控制软件，Cybocon CE 通用先进控制器以及 Cybocon HS 高速自适应控制软件等等。在国内的一些化工和电力等行业虽然已经部分有使用 MFAC 控制技术的例子，但是在普及性上还远远不及国外的水平，在产业化规模化的道路上还有很大的空间。

三、无模型控制方法的优势分析

无模型自适应控制（Model Free Adaptive Control, MFAC）实质是在设计控制器的时候不使用受控对象数学模型的任何信息，是一种基于受控对象 I/O 信息的一种新型控制理论与方法。

无模型自适应控制器设计途径是一种非经典的途径，其最为主要的特点就是系统建模与在线反馈控制一体进行，突破传统 PID 的概念以及控制器设计的束缚，引进了功能组合设计方法。可以概括为无模型控制器在设计的时候不需要针对某个特定的被控系统进行控制器设计，也无需对控制器的所需参数进行复杂的整定，且还具有一定的系统稳定性分析来保证系统的闭环稳定。

无模型自适应控制器所具备的一些优点是现在正在应用的其他控制器所无法替代的。许多控制中的难点问题，无模型控制器几乎都可以实现稳定的闭环控制。在算法运算过程中加大算法的集成度能够简化泛模型系统，包括无模型控制算法的所有功能，对大时滞、强干扰、强耦合、时变、非线性都可以达到很好的控制性能。

基于无模型的自适应控制算法不但具备传统 PID 和现代控制理论的优点，还有一个明显的优势就是在不需要被控系统的数学模型的情况下，还能够使被控系统达到闭环稳定状态，是一种控制效果非常好、算法实现简单的新型控制方法。在炼油、轻工、化工、焦碳、造纸、化肥、电力等领域的应用收到令人非常满意的控制效果。

参考文献