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自動控制的歷史發展

最早的自動控制可以追溯到中國古代的自動計時器和漏壺羅盤,自動控制技術的廣泛應用始於歐洲的工業革命。英國人瓦特在發明蒸汽機的同時,應用反饋原理,於1788年發明了離心調速器。當負荷或供汽量發生變化時,離心式調速器能自動調節進氣閥的開度,從而控制蒸汽機的轉速。

150多年前,第壹代過程控制系統基於5-13 psi的氣動信號標準(PCS)。簡單的局部運行方式,控制理論初步形成,還沒有控制室的概念。

第二代過程控制系統(模擬控制系統或ACS)基於當前的模擬信號0-10MA或4-20MA。這個顯而易見的進步已經牢牢地統治了整個自動控制領域25年。它標誌著電氣自動控制時代的到來。控制理論有了很大的進步,三大控制論的建立奠定了現代控制的基礎;控制室的建立和控制功能分離的模式壹直沿用至今。

第三代過程控制系統(CCS)。70年代開始應用數字計算機,產生了巨大的技術優勢。人們在測量、仿真和邏輯控制領域走在了前面,從而產生了第三代過程控制系統(CCS)。這種被稱為第三代過程控制系統是自動控制領域的壹場革命,它充分發揮了計算機的特長,所以人們普遍認為計算機什麽都能做好,自然就出現了壹種被稱為“集中控制”的中央控制計算機系統。需要指出的是,該系統的信號傳輸系統仍多采用4-20 mA的模擬信號,但沒過多久人們就發現,隨著集中控制和可靠性的問題,失控的危險也在集中,稍有不慎就會使整個系統癱瘓。所以很快就發展成了分布式控制系統(DCS)。

第四代過程控制系統(DCS):隨著半導體制造技術的快速發展和微處理器的廣泛使用,計算機技術的可靠性大大提高。目前,第四代過程控制系統(DCS,即分布式數字控制系統)被廣泛應用。它的主要特點是整個控制系統不再只是壹臺計算機,而是由多臺計算機和壹些智能儀表和元件組成的控制系統。所以分散控制成為了最重要的特征。此外,另壹個重要的發展是,它們之間的信號傳輸不僅僅依賴於4-20 mA的模擬信號,而是逐漸用數字信號代替模擬信號。

第五代過程控制系統(FCS,Fieldbus Control System): FCS是從DCS發展而來,就像DCS是從CCS發展而來壹樣,有質的飛躍。“分散控制”發展到“現場控制”;數據傳輸采用“總線”方式。但FCS和DCS真正的區別在於,FCS有更廣闊的發展空間。雖然傳統DCS的技術水平在不斷提高,但通信網絡最低端僅達到現場控制站的水平,現場控制站與現場檢測儀表和執行機構之間的連接仍采用4-20mA模擬信號,壹對壹傳輸,成本高、效率低、維護困難。

現場設備工作狀態的全面監控和深度管理。所謂現場總線就是連接智能測試。

全數字,雙向傳輸量和控制設備,通信鏈路采用多節點分支結構。簡單的

簡單來說,傳統控制是壹個回路,而FCS技術是控制器、執行器、檢測器等所有模塊都掛在壹條總線上實現通信,當然也傳輸數字信號。主要合計

有Profibus,LonWorks等等。

1,20世紀40年代-20世紀60年代初:

需求動力:市場競爭,資源利用,降低勞動強度,提高產品質量,滿足大批量生產的需要。主要特點:這壹階段主要是單機自動化階段,主要特點是:各種單機自動化加工設備出現,應用不斷拓展和深入發展。典型業績和產品:帶硬件數控系統的數控機床。

2.從20世紀60年代中期到70年代早期:

需求動力:加劇的市場競爭要求產品更新快、質量高,適應大中型批量生產的需要,降低勞動強度。主要特點:這個階段主要以自動化生產線為標誌。其主要特點是:在單機自動化的基礎上,出現各種組合機床和組合生產線,同時出現軟件數控系統並用於機床,CAD、CAM等軟件用於實際工程的設計制造。現階段,五金加工設備適合大中型生產加工。典型成果及產品:鉆、鏜、銑自動化生產線。

3.70年代中期-至今:需求動力:市場環境的變化使得多品種、中小批量生產中的普遍性問題越來越嚴重,要求自動化技術向廣度和深度發展,使其相關技術高度集成,發揮整體最佳效率。主要特點:自70年代初美國學者首次提出CIM概念以來,自動化領域發生了巨大的變化。其主要特點是:CIM作為壹種哲學和方法已逐漸被接受;CIM也是實現集成的相應技術,它將分散的、獨立的單元自動化技術集成為壹個優化的整體。所謂哲學,就是企業要根據自己的需要,分析和克服現有的“瓶頸”,從而實現不斷提高自身實力和競爭力的思想戰略;作為實現集成的相應技術,壹般認為是:數據采集、分發和* * *共享;網絡和通信;車間設備控制器;計算機硬件和軟件的規範和標準等。同時,並行工程作為壹種管理理念和工作模式,自20世紀80年代後期開始在自動化技術領域得到應用和活躍,並將進壹步推動機組自動化技術的集成。典型業績和產品:CIMS工廠,柔性制造系統(FMS)。

隨著現代應用數學新成果的引入和電子計算機的應用,為了適應航天技術的發展,自動控制理論進入了壹個新的階段——現代控制理論。本文主要研究高性能、高精度的多變量參數最優控制問題,主要方法是基於狀態的狀態空間法。目前自動控制理論還在發展,正在深入到以控制論、信息論、仿生學為基礎的智能控制理論。

為了實現各種復雜的控制任務,被控對象和控制裝置必須以壹定的方式連接起來,形成壹個有機的整體,這就是自動控制系統。在自動控制系統中,被控對象的輸出,即被控量,是需要嚴格控制的物理量,可以保持在壹個恒定值,如溫度、壓力或飛行軌跡等。控制裝置是對被控對象施加控制的機構的總和。它能以不同的原理和方式控制被控對象,但最基本的是基於反饋控制原理的反饋控制系統。

在反饋控制系統中,控制裝置對被控裝置施加的控制作用是來自被控量的反饋信息,用來不斷修正被控量與被控量之間的偏差,以實現控制被控量的任務。這就是反饋控制的原理。

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