自动控制的历史发展

最早的自动控制可以追溯到中国古代的自动计时器和漏壶罗盘,自动控制技术的广泛应用始于欧洲的工业革命。英国人瓦特在发明蒸汽机的同时,应用反馈原理,于1788年发明了离心调速器。当负荷或供汽量发生变化时,离心式调速器能自动调节进气阀的开度,从而控制蒸汽机的转速。

150多年前,第一代过程控制系统基于5-13 psi的气动信号标准(PCS)。简单的局部运行方式,控制理论初步形成,还没有控制室的概念。

第二代过程控制系统(模拟控制系统或ACS)基于当前的模拟信号0-10MA或4-20MA。这个显而易见的进步已经牢牢地统治了整个自动控制领域25年。它标志着电气自动控制时代的到来。控制理论有了很大的进步,三大控制论的建立奠定了现代控制的基础;控制室的建立和控制功能分离的模式一直沿用至今。

第三代过程控制系统(CCS)。70年代开始应用数字计算机,产生了巨大的技术优势。人们在测量、仿真和逻辑控制领域走在了前面,从而产生了第三代过程控制系统(CCS)。这种被称为第三代过程控制系统是自动控制领域的一场革命,它充分发挥了计算机的特长,所以人们普遍认为计算机什么都能做好,自然就出现了一种被称为“集中控制”的中央控制计算机系统。需要指出的是,该系统的信号传输系统仍多采用4-20 mA的模拟信号,但没过多久人们就发现,随着集中控制和可靠性的问题,失控的危险也在集中,稍有不慎就会使整个系统瘫痪。所以很快就发展成了分布式控制系统(DCS)。

第四代过程控制系统(DCS):随着半导体制造技术的快速发展和微处理器的广泛使用,计算机技术的可靠性大大提高。目前,第四代过程控制系统(DCS,即分布式数字控制系统)被广泛应用。它的主要特点是整个控制系统不再只是一台计算机,而是由多台计算机和一些智能仪表和元件组成的控制系统。所以分散控制成为了最重要的特征。此外,另一个重要的发展是,它们之间的信号传输不仅仅依赖于4-20 mA的模拟信号,而是逐渐用数字信号代替模拟信号。

第五代过程控制系统(FCS,Fieldbus Control System): FCS是从DCS发展而来,就像DCS是从CCS发展而来一样,有质的飞跃。“分散控制”发展到“现场控制”;数据传输采用“总线”方式。但FCS和DCS真正的区别在于,FCS有更广阔的发展空间。虽然传统DCS的技术水平在不断提高,但通信网络最低端仅达到现场控制站的水平,现场控制站与现场检测仪表和执行机构之间的连接仍采用4-20mA模拟信号,一对一传输,成本高、效率低、维护困难。

现场设备工作状态的全面监控和深度管理。所谓现场总线就是连接智能测试。

全数字,双向传输量和控制设备,通信链路采用多节点分支结构。简单的

简单来说,传统控制是一个回路,而FCS技术是控制器、执行器、检测器等所有模块都挂在一条总线上实现通信,当然也传输数字信号。主要合计

有Profibus,LonWorks等等。

1,20世纪40年代-20世纪60年代初:

需求动力:市场竞争,资源利用,降低劳动强度,提高产品质量,满足大批量生产的需要。主要特点:这一阶段主要是单机自动化阶段,主要特点是:各种单机自动化加工设备出现,应用不断拓展和深入发展。典型业绩和产品:带硬件数控系统的数控机床。

2.从20世纪60年代中期到70年代早期:

需求动力:加剧的市场竞争要求产品更新快、质量高,适应大中型批量生产的需要,降低劳动强度。主要特点:这个阶段主要以自动化生产线为标志。其主要特点是:在单机自动化的基础上,出现各种组合机床和组合生产线,同时出现软件数控系统并用于机床,CAD、CAM等软件用于实际工程的设计制造。现阶段,五金加工设备适合大中型生产加工。典型成果及产品:钻、镗、铣自动化生产线。

3.70年代中期-至今:需求动力:市场环境的变化使得多品种、中小批量生产中的普遍性问题越来越严重,要求自动化技术向广度和深度发展,使其相关技术高度集成,发挥整体最佳效率。主要特点:自70年代初美国学者首次提出CIM概念以来,自动化领域发生了巨大的变化。其主要特点是:CIM作为一种哲学和方法已逐渐被接受;CIM也是实现集成的相应技术,它将分散的、独立的单元自动化技术集成为一个优化的整体。所谓哲学,就是企业要根据自己的需要,分析和克服现有的“瓶颈”,从而实现不断提高自身实力和竞争力的思想战略;作为实现集成的相应技术,一般认为是:数据采集、分发和* * *共享;网络和通信;车间设备控制器;计算机硬件和软件的规范和标准等。同时,并行工程作为一种管理理念和工作模式,自20世纪80年代后期开始在自动化技术领域得到应用和活跃,并将进一步推动机组自动化技术的集成。典型业绩和产品:CIMS工厂,柔性制造系统(FMS)。

随着现代应用数学新成果的引入和电子计算机的应用,为了适应航天技术的发展,自动控制理论进入了一个新的阶段——现代控制理论。本文主要研究高性能、高精度的多变量参数最优控制问题,主要方法是基于状态的状态空间法。目前自动控制理论还在发展,正在深入到以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论。

为了实现各种复杂的控制任务,被控对象和控制装置必须以一定的方式连接起来,形成一个有机的整体,这就是自动控制系统。在自动控制系统中,被控对象的输出,即被控量,是需要严格控制的物理量,可以保持在一个恒定值,如温度、压力或飞行轨迹等。控制装置是对被控对象施加控制的机构的总和。它能以不同的原理和方式控制被控对象,但最基本的是基于反馈控制原理的反馈控制系统。

在反馈控制系统中,控制装置对被控装置施加的控制作用是来自被控量的反馈信息,用来不断修正被控量与被控量之间的偏差,以实现控制被控量的任务。这就是反馈控制的原理。