自動控制原理課程綜述(l李思聰)

1、Hefei University自動控制原理課程綜述報告專 業(yè)： 自動化 班 級： 12自動化卓越班 姓 名： 李思聰 學 號: 1205032033 完成時間： 2015年1月20日 自動控制原理課程綜述報告摘要自動控制原理這門課程一直作為自動化專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，對于培養(yǎng)我們的專業(yè)技能起著很重要的作用。自動控制理論作為研究自動控制共同規(guī)律的技術(shù)科學，既是一門古老的、已臻成熟的學科，又是一門正在發(fā)展的、具有強大生命力的新興學科。這門技術(shù)已在制造業(yè)、農(nóng)業(yè)等眾多產(chǎn)業(yè)部門，極大地提高了社會勞動生產(chǎn)率，改善了人們的勞動環(huán)境，豐富和提高了人民的生活水平。在今天的社會生活中，自動化裝置無所不在，為

2、人類文明進步做出了重要貢獻。該課程綜述主要總結(jié)自動控制的一般概念、控制系統(tǒng)的數(shù)學模型、線性系統(tǒng)的時域分析法、線性系統(tǒng)的根軌跡法、線性系統(tǒng)的頻域分析法和線性系統(tǒng)的校正方法相關(guān)內(nèi)容。關(guān)鍵詞：時域分析；頻域分析；穩(wěn)；準；快一、自動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型11.1傳遞函數(shù)11.2結(jié)構(gòu)圖化簡11.3信號流圖21.4梅遜公式2二、線性系統(tǒng)的時域分析32.1欠阻尼二階系統(tǒng)的特征參量32.2勞斯判據(jù)32.3線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差4三、線性系統(tǒng)的根軌跡法53.1根軌跡繪制的基本法則53.2開環(huán)零極點的分布對系統(tǒng)性能的影響6四、線性系統(tǒng)的頻域分析法64.1頻域分析法的特點74.2典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)7五、 心得體會85.1

3、弄清自動控制理論課程的特點和難點8 5.2以數(shù)學模型為基礎(chǔ), 以系統(tǒng)分析為主線95.3化抽象為具體9六、 自動控制原理的發(fā)展及發(fā)展趨勢106.1自動控制的作用106.3自動控制原理的發(fā)展趨勢11七、 自動控制原理的具體應(yīng)用舉例12參考文獻13 一、自動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型在控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計中，首先要建立系統(tǒng)的數(shù)學模型?？刂葡到y(tǒng)的數(shù)學模型是描述系統(tǒng)內(nèi)部物理量（或變量）之間關(guān)系的數(shù)學表達式。在靜態(tài)條件下（即變量各階導(dǎo)數(shù)為零），描述變量之間關(guān)系的代數(shù)方程叫靜態(tài)數(shù)學模型；而描述變量各階導(dǎo)數(shù)之間關(guān)系的微分方程叫動態(tài)數(shù)學模型。如果已知輸入量及變量的初始條件，對微分方程求解，就可以得到系統(tǒng)輸出量

4、的表達式，并由此可對系統(tǒng)進行性能分析。因此，建立控制系統(tǒng)的數(shù)學模型是分析和設(shè)計控制系統(tǒng)的首要工作。1.1傳遞函數(shù)在零初始條件下，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比定義為線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。系統(tǒng)傳遞函數(shù)G(s)的特征可由其極點和零點在 s復(fù)數(shù)平面上的分布來完全決定。用D(s)代表G(s)的分母多項式，M(s)代表G(s)的分子多項式，則傳遞函數(shù)G(s)的極點規(guī)定為特征方程D(s)=0的根，傳遞函數(shù)G(s)的零點規(guī)定為方程M(s)=0的根。極點（零點）的值可以是實數(shù)和復(fù)數(shù)，而當它們?yōu)閺?fù)數(shù)時必以共軛對的形式出現(xiàn),所以它們在s復(fù)數(shù)平面上的分布必定是對稱于實數(shù)軸（橫軸）的。系統(tǒng)過渡過程的形態(tài)

5、與其傳遞函數(shù)極點、零點（尤其是極點）的分布位置有密切的關(guān)系。1.2結(jié)構(gòu)圖化簡（1）各前向通路傳遞函數(shù)的乘積不變； （2）各反饋回路傳遞函數(shù)的乘積不變。結(jié)構(gòu)圖的等效變換和化簡：環(huán)節(jié)串聯(lián)：環(huán)節(jié)并聯(lián)：反饋等效：1.3信號流圖信號流圖起源于梅森利用圖示法來描述一個或一組線性代數(shù)方程式，它是由節(jié)點和支路組成的一種信號傳遞網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點：用來表示變量或信號的點，用符號“”表示。支路：連接兩節(jié)點的定向線段，用符號“”表示。 名詞術(shù)語：(1)節(jié)點 表示變量或信號，其值等于所有進入該節(jié)點的信號之和(2)輸入節(jié)點 它是只有輸出的節(jié)點，也稱源點。(3)輸出節(jié)點 它是只有輸入的節(jié)點，也稱匯點。然而這個條件并不總是能滿足的

6、。為了滿足定義的要求可引進增益為1的線段。(4)混和節(jié)點 它是既有輸入又有輸出的節(jié)點。例如，圖3.56中 是一個混和節(jié)點。(5)支路 定向線段稱為支路，其上的箭頭表明信號的流向，各支路上還標明了增益，即支路的傳遞函數(shù)。(6)通路 沿支路箭頭方向穿過各相連支路的路徑稱為通路。(7)前向通道 從輸入節(jié)點到輸出節(jié)點的通路上通過任何節(jié)點不多于一次的通路稱為前向通道。(8)回路 始端與終端重合且與任何節(jié)點相交不多于一次的通道稱為回路。(9)不接觸回路 沒有任何公共節(jié)點的回路稱為不接觸回路。1.4梅遜公式其中：稱為特征式。Pi：從輸入端到輸出端第k條前向通路的總傳遞函數(shù)。i：在中，將與第i條前向通路相接觸

7、的回路所在項除去后所余下的部分，稱為余子式。：所有單回路的“回路傳遞函數(shù)”之和jiLL：兩兩不接觸回路，其“回路傳遞函數(shù)”乘積之和LiLjLk：所有三個互不接觸回路，其“回路傳遞函數(shù)”乘積之和“回路傳遞函數(shù)”指反饋回路的前向通路和反饋通路的傳遞函數(shù)只積并且包含表示反饋極性的正負號。二、線性系統(tǒng)的時域分析在確定系統(tǒng)的數(shù)學模型后，便可以用幾種不同的方法去分析控制系統(tǒng)的動態(tài)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)態(tài)性能。在經(jīng)典控制理論中，常用時域分析法、根軌跡法后頻域分析法來分析線性控制系統(tǒng)的性能。顯然，不同的方法有不同的特點和適用范圍，但是比較而言，時域分析法是一種直接在時間域中對系統(tǒng)進行分析的方法，具有直觀、準確的優(yōu)點，

8、并且可以提供系統(tǒng)時間響應(yīng)的全部信息。2.1欠阻尼二階系統(tǒng)的特征參量對于任何線性定常連續(xù)控制系統(tǒng)由如下的關(guān)系： 1、系統(tǒng)的輸入信號導(dǎo)數(shù)的響應(yīng)等于系統(tǒng)對該輸入信號響應(yīng)的導(dǎo)數(shù)； 2、系統(tǒng)對輸入信號積分的響應(yīng)等于系統(tǒng)對該輸入信號響應(yīng)的積分，積分常數(shù)由初始條件確定。2.2勞斯判據(jù)設(shè)系統(tǒng)特征方程為：勞斯判據(jù)指出：系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是勞斯表中第一列系數(shù)都大于零，否則系統(tǒng)不穩(wěn)定，而且第一列系數(shù)符號改變的次數(shù)就是系統(tǒng)特征方程中正實部根的個數(shù)。勞斯判據(jù)特殊情況的處理 某行第一列元素為零而該行元素不全為零時 用一個很小的正數(shù)代替第一列的零元素參與計算，表格計算完成后再令0。某行元素全部為零時 利用上一行元素構(gòu)成輔助

9、方程，對輔助方程求導(dǎo)得到新的方程，用新方程的系數(shù)代替該行的零元素繼續(xù)計算。當特征多項式包含形如（s+）（s-）或 (+ js) (js)的因子時，勞斯表會出現(xiàn)全零行，而此時輔助方程的根就是特征方程根的一部分。2.3線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差當系統(tǒng)從一個穩(wěn)態(tài)過度到新的穩(wěn)態(tài)，或系統(tǒng)受擾動作用又重新平衡后，系統(tǒng)可能會出現(xiàn)偏差，這種偏差稱為穩(wěn)態(tài)誤差。穩(wěn)態(tài)誤差記作 ess （Steady-State Errors）靜態(tài)誤差系。在控制系統(tǒng)的分析中，通常采用靜態(tài)誤差系數(shù)作為衡量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的一種品質(zhì)指標，靜態(tài)誤差系數(shù)能表征系統(tǒng)所具有的減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的能力。靜態(tài)誤差系數(shù)越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差就越?。划旍o態(tài)誤差系數(shù)為

10、時，系統(tǒng)沒有穩(wěn)態(tài)誤差。靜態(tài)誤差系數(shù)包括位置誤差系數(shù)Kp、速度誤差系數(shù)Kv、加速度誤差系數(shù)Ka。三、線性系統(tǒng)的根軌跡法根軌跡是開環(huán)系統(tǒng)某一參數(shù)從零變化到無窮大時，閉環(huán)系統(tǒng)特征根在s平面上變化的軌跡?？煞殖沙Ａx根軌跡和廣義根軌跡。根軌跡由180度、0度和參量根軌跡。 開環(huán)傳遞函數(shù)可表示為系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為幅值條件：相角條件：3.1根軌跡繪制的基本法則法則1 根軌跡的起點和終點：根軌跡起始于開環(huán)極點，終止于開環(huán)零點；如果開環(huán)零點個數(shù)少于開環(huán)極點個數(shù)，則有 (n m)條根軌跡終止于無窮遠處。法則2 根軌跡的分支數(shù)，對稱性和連續(xù)性：根軌跡的分支數(shù)與開環(huán)零點數(shù)m、開環(huán)極點數(shù)n中的大者

11、相等，根軌跡連續(xù)并且對稱于實軸。法則3 實軸上的根軌跡：從實軸上最右端的開環(huán)零、極點算起，奇數(shù)開環(huán)零極點到偶數(shù)開環(huán)零極點之間的區(qū)域必是根軌跡。法則4 根軌跡的漸近線：當系統(tǒng)開環(huán)極點個數(shù)n大于開環(huán)零點個數(shù)m時，有nm條根軌跡分支沿著與實軸夾角為a、交點為a的一組漸近線趨向于無窮遠處，且有法則5 根軌跡的分離點：兩條或兩條以上根軌跡分支在s平面上相遇又分離的點，稱為根軌跡的分離點。法則6 根軌跡與虛軸的交點：若根軌跡與虛軸相交，意味著閉環(huán)特征方程出現(xiàn)純虛根。方法一、故可在閉環(huán)特征方程中令=js，然后分別令方程的實部和虛部均為零，從中求得交點的坐標值及其相應(yīng)的K值。方法二、用勞斯穩(wěn)定判據(jù)求根軌跡與虛

12、軸的交點，即勞斯判據(jù)中的第二種特殊情況（某一行為零，構(gòu)造輔助方程）3.2開環(huán)零極點的分布對系統(tǒng)性能的影響增加一個開環(huán)零點使系統(tǒng)的根軌跡向左偏移，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有利于改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。開環(huán)負實零點離虛軸越近，這種作用越大。增加一個開環(huán)零點使系統(tǒng)的根軌跡向右偏移，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有損于系統(tǒng)的動態(tài)性能。開環(huán)負實零點離虛軸越近，這種作用越大。四、線性系統(tǒng)的頻域分析法借助傅里葉級數(shù),將非正弦周期性電壓(電流)分解為一系列不同頻率的正弦量之和,按照正弦交流電路計算方法對不同頻率的正弦量分別求解,再根據(jù)線性電路疊加定理進行疊加即為所求的解,這是分析非正弦周期性電路的基本方法,這種方法叫頻域分析法

13、,也稱為頻譜分析法.4.1頻域分析法的特點 用圖解法分析系統(tǒng)，形象直觀，應(yīng)用奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù) ,可以根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性研究閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ,而不必解出特征根 ; 對于二階系統(tǒng) ,頻率特性與時域性能指標有確定的對應(yīng)關(guān)系 ;對于高階系統(tǒng) ,兩者也存在近似關(guān)系 ; 頻率特性有明確的物理意義 ,很多元部件的這一特性都可用實驗方法確定，對難以列寫微分方程的系統(tǒng)具有重要的意義 ; 頻率特性法不僅適用于線性定常系統(tǒng)的分析研究 ,還可以推廣應(yīng)用于某些非線性控制系統(tǒng) ; 當系統(tǒng)在某些頻率范圍存在嚴重噪聲時 ,應(yīng)用頻域分析法可以設(shè)計出能滿意地抑制這些噪聲的系統(tǒng) .4.2典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù) 4.2.比例環(huán)節(jié)

14、比例環(huán)節(jié)又稱放大環(huán)節(jié)，其輸出不失真、不延遲、成比例地復(fù)現(xiàn)輸入信號的變化。微分方程式為參數(shù)傳遞為：4.2.2慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)又稱為非周期環(huán)節(jié)，其輸出量延緩地反映輸入量的變化規(guī)律。微分方程式為4.2.3積分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)的輸出量是輸入量在時間上的積分。4.2.4微分環(huán)節(jié)理想的微分環(huán)節(jié)，其輸出是輸入信號對時間的微分。4.2.5一階微分環(huán)節(jié)一階微分環(huán)節(jié)又稱比例-微分環(huán)節(jié)。5、 心得體會 通過這一學期對本課程的學習，我了解了有關(guān)自動控制系統(tǒng)的運行機理、自動控制系統(tǒng)的各種分析和設(shè)計方法等。在學習方法上，我認為理解是接受知識的前提，其次，課余時間應(yīng)該多做些題，老師的授課內(nèi)容應(yīng)該反復(fù)看，內(nèi)容很經(jīng)典，希望在以后的

15、學習中更加努力，學好本專業(yè)課程。我從一下幾個方面具體談一下我對本課程的感受。5.1弄清自動控制理論課程的特點和難點自動控制理論的兩門課程都是來源于控制實踐的理論課程, 具有以下三個特點: 概念抽象; 與數(shù)學聯(lián)系緊密; 實踐性強。不論是“自動控制原理”還是其后續(xù)課程“現(xiàn)代控制理論”, 教材里面的許多概念和術(shù)語都定義得非常抽象, 常常讓我們感覺一頭霧水, 理解起來比較困難。概念的抽象性成了學習道路上的第一個攔路虎。此外, 該課程在學習過程中涉及到對多門數(shù)學知識的運用, 如“高等數(shù)學”、“積分變換”、“復(fù)變函數(shù)”、“線性代數(shù)”等等。對數(shù)學知識的掌握和靈活運用是我們學習的第二道難關(guān)。第三個難點是理論與

16、實踐容易脫節(jié), 很多學生往往注重理論學習而輕視實踐結(jié)果往往只會“紙上談兵”而短缺工程實踐能力。因此, 我們要在教師引導(dǎo)和幫助下順利入門, 掌握課程的精髓和要點, 并且能夠“由厚及薄”, 達到對課程整體的把握, 具有一定的工程概念和實踐能力。5.2以數(shù)學模型為基礎(chǔ), 以系統(tǒng)分析為主線自動控制理論的主要內(nèi)容是系統(tǒng)分析。按照一般高校的教學大綱, 不論是“自動控制原理”還是“現(xiàn)代控制理論”課程, 數(shù)學模型和系統(tǒng)分析的內(nèi)容都占到整個課程內(nèi)容的80% 左右, 其中系統(tǒng)分析大約占60%?？梢? 我們應(yīng)當遵循系統(tǒng)分析這條主線, 通過一定的實例分析和各種各樣的系統(tǒng)訓(xùn)練, 重點培養(yǎng)我們的系統(tǒng)分析能力。在系統(tǒng)分析能

17、力的培養(yǎng)過程中, 通過反復(fù)的訓(xùn)練, 我們的系統(tǒng)綜合能力也會自然而然地提高。此外, 我們千萬不可忽視數(shù)學模型, 因為數(shù)學模型是系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合的基礎(chǔ)。如果沒有了這個基礎(chǔ), 系統(tǒng)分析就成了虛無飄渺的海市蜃樓。5.3化抽象為具體自動控制理論的難點之一在于其抽象的概念,教材中有許多“抽象概念”讓我們望而生畏。我們常常覺得這些概念抽象得難以理解, 不知道在現(xiàn)實實踐中代表什么意義, 也不知道有什么用途, 這在一定程度上影響了我們學習的熱情。其實, 抽象并不可怕。有位數(shù)學教授關(guān)于抽象的解釋非常好, 他說抽象就是難得糊涂, 就是從不同的事物中抓住共同點, 忽略不同點。既然研究抽象的東西就是研究很多具體東西的

18、共同點, 最簡明易懂的還是從具體的東西開始。毛澤東關(guān)于具體和抽象的關(guān)系有這么一段話:“誰見過人? 只見過張三、李四。也沒見過房子, 只見過天津的洋樓、北京的四合院?！背橄蟮母拍钪荒艽嬖谟诰唧w的例子當中。因此, 在控制理論課程學習過程中, 我們應(yīng)當結(jié)合生活實際多舉例子, 展開想象的翅膀, 加深理解那些抽象概念所蘊涵的意義。比如在講解“超調(diào)”的概念時, 可以結(jié)合我們自身來解釋這兩個概念: 以短跑為例, 終點線就相當于控制系統(tǒng)的“設(shè)定值”, 當運動員以一定的速度達到該“設(shè)定值”時, 由于慣性作用, 會超出“設(shè)定值”, 那么這個“超出”就是控制系統(tǒng)中所謂的“超調(diào)”概念。結(jié)合我們能夠親身感受的實際例子,

19、 我們很容易就能夠理解“超調(diào)”的概念, 而且也能夠進一步認識到控制系統(tǒng)存在“超調(diào)”的原因: 原來控制系統(tǒng)象“人”一樣存在著慣性。我們對抽象概念的理解加深了, 就會消除對課程的恐懼感, 增加學習的興趣。6、 自動控制原理的發(fā)展及發(fā)展趨勢6.1自動控制的作用自動控制學科是近幾十年來了發(fā)展起來的一門很重要的學科。它的發(fā)展很迅速，特別是計算機的快速發(fā)展，更加快了它的發(fā)展，尤其是工業(yè)自動化技術(shù)近年來的發(fā)展。自動化學科研究的范圍也是很廣泛的，對實現(xiàn)我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術(shù)現(xiàn)代化、對迅速提升我國綜合國力具有重要和積極作用。自動控制（automatic control）是指在沒有人直接參與的情況下，利用

20、外加的設(shè)備或裝置，使機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程的某個工作狀態(tài)或參數(shù)自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。自動控制是相對人工控制概念而言的。指的是在沒人參與的情況下，利用控制裝置使被控對象或過程自動地按預(yù)定規(guī)律運行。自動控制技術(shù)的研究有利于將人類從復(fù)雜、危險、繁瑣的勞動環(huán)境中解放出來并大大提高控制效率。 自動控制是工程科學的一個分支。它涉及利用反饋原理的對動態(tài)系統(tǒng)的自動影響，以使得輸出值接近我們想要的值。從方法的角度看，它以數(shù)學的系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)。我們今天稱作自動控制的是二十世紀中葉產(chǎn)生的控制論的一個分支。 基礎(chǔ)的結(jié)論是由諾伯特·維納，魯?shù)婪?#183;卡爾曼提出的。6.2自動控制領(lǐng)域的發(fā)展過程 150多

21、年前第一代過程控制體系是基于513psi的氣動信號標準（氣動控制系統(tǒng)PCS，Pneumatic Control System）。簡單的就地操作模式，控制理論初步形成，尚未有控制室的概念。第二代過程控制體系（模擬式或ACS,Analog Control System）是基于010mA或420mA的電流模擬信號，這一明顯的進步，在整整25年內(nèi)牢牢地統(tǒng)治了整個自動控制領(lǐng)域。它表征了電氣自動控制時代的到來?？刂评碚撚辛酥卮蟀l(fā)展，三大控制論的確立奠定了現(xiàn)代控制的基礎(chǔ)；控制室的設(shè)立，控制功能分離的模式一直沿用至今。第三代過程控制體系（CCS，Computer Control System）.70年代開始了

22、數(shù)字計算機的應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的技術(shù)優(yōu)勢，人們在測量，模擬和邏輯控制領(lǐng)域率先使用，從而產(chǎn)生了第三代過程控制體系（CCS，Computer Control System）。這個被稱為第三代過程控制體系是自動控制領(lǐng)域的一次革命，它充分發(fā)揮了計算機的特長，于是人們普遍認為計算機能做好一切事情，自然而然地產(chǎn)生了被稱為“集中控制”的中央控制計算機系統(tǒng)，需要指出的是系統(tǒng)的信號傳輸系統(tǒng)依然是大部分沿用420mA的模擬信號，但是時隔不久人們發(fā)現(xiàn)，隨著控制的集中和可靠性方面的問題，失控的危險也集中了，稍有不慎就會使整個系統(tǒng)癱瘓。所以它很快被發(fā)展成分布式控制系統(tǒng)（DCS）。第四代過程控制體系（DCS，Distrib

23、uted Control System分布式控制系統(tǒng)）：隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，微處理器的普遍使用，計算機技術(shù)可靠性的大幅度增加，目前普遍使用的是第四代過程控制體系（DCS，或分布式數(shù)字控制系統(tǒng)），它主要特點是整個控制系統(tǒng)不再是僅僅具有一臺計算機，而是由幾臺計算機和一些智能儀表和智能部件構(gòu)成一個了控制系統(tǒng)。于是分散控制成了最主要的特征。除外另一個重要的發(fā)展是它們之間的信號傳遞也不僅僅依賴于420mA的模擬信號，而逐漸地以數(shù)字信號來取代模擬信號。第五代過程控制體系（FCS，F(xiàn)ieldbus Control System現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）：FCS是從DCS發(fā)展而來，就象DCS從CCS發(fā)展過來

24、一樣，有了質(zhì)的飛躍?！胺稚⒖刂啤卑l(fā)展到“現(xiàn)場控制”；數(shù)據(jù)的傳輸采用“總線”方式。但是FCS與DCS的真正的區(qū)別在于FCS有更廣闊的發(fā)展空間。由于傳統(tǒng)的DCS的技術(shù)水平雖然在不斷提高，但通信網(wǎng)絡(luò)最低端只達到現(xiàn)場控制站一級，現(xiàn)場控制站與現(xiàn)場檢測儀表、執(zhí)行器之間的聯(lián)系仍采用一對一傳輸?shù)?-20mA模擬信號，成本高，效率低，維護困難，無法發(fā)揮現(xiàn)場儀表智能化的潛力，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備工作狀態(tài)的全面監(jiān)控和深層次管理。所謂現(xiàn)場總線就是連接智能測量與控制設(shè)備的全數(shù)字式、雙向傳輸、具有多節(jié)點分支結(jié)構(gòu)的通信鏈路。簡單地說傳統(tǒng)的控制是一條回路，而FCS技術(shù)是各個模塊如控制器、執(zhí)行器、檢測器等掛在一條總線上來實現(xiàn)通信，當

25、然傳輸?shù)囊簿褪菙?shù)字信號。主要的總線有Profibus，LonWorks等。6.3自動控制原理的發(fā)展趨勢 上世紀九十年代走向?qū)嵱没默F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，正以迅猛的勢頭快速發(fā)展，是目前世界上最新型的控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是目前自動化技術(shù)中的一個熱點，正受到國內(nèi)外自動化設(shè)備制造商與用戶越來越強烈的關(guān)注?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，將給自動化領(lǐng)域帶來又一次革命，其深度和廣度將超過歷史的任何一次，從而開創(chuàng)自動化的新紀元。目前，在連續(xù)型流程生產(chǎn)自動控制（PA）或習慣稱之謂工業(yè)過程控制中，有三大控制系統(tǒng)，即PLC、DCS和FCS。我們已經(jīng)知道，F(xiàn)CS是由DCS與PLC發(fā)展而來，F(xiàn)CS不僅具備DCS與PLC的特

26、點，而且跨出了革命性的一步。而目前，新型的DCS與新型的PLC，都有向?qū)Ψ娇繑n的趨勢。新型的DCS已有很強的順序控制功能；而新型的PLC，在處理閉環(huán)控制方面也不差，并且兩者都能組成大型網(wǎng)絡(luò)，DCS與PLC的適用范圍，已有很大的交叉。下一節(jié)就僅以DCS與FCS進行比較。在前面的章節(jié)中，實際上已涉及到DCS與FCS的差異，下面將就體系結(jié)構(gòu)、投資、設(shè)計、使用等方面進行敘述。 DCS系統(tǒng)的關(guān)鍵是通信。FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標準。FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置。數(shù)字智能現(xiàn)場裝置是FCS系統(tǒng)的硬件支撐， FCS系統(tǒng)執(zhí)行的是自動控制裝置與現(xiàn)場裝置之間的雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。如果現(xiàn)場裝置

27、不遵循統(tǒng)一的總線協(xié)議，即相關(guān)的通訊規(guī)約，不具備數(shù)字通信功能，那么所謂雙向數(shù)字通信只是一句空話，也不能稱之為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。再一點，現(xiàn)場總線的一大特點就是要增加現(xiàn)場一級控制功能。如果現(xiàn)場裝置不是多功能智能化的產(chǎn)品，那么現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點也就不存在了，所謂簡化系統(tǒng)、方便設(shè)計、利于維護等優(yōu)越性也是虛的。減少信息往返是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和系統(tǒng)組態(tài)的一條重要原則。減少信息往返常常可帶來改善系統(tǒng)響應(yīng)時間的好處。因此，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先將相互間信息交換量大的節(jié)點，放在同一條支路里。減少信息往返與減少系統(tǒng)的線纜有時會相互矛盾。這時仍應(yīng)以節(jié)省投資為原則來做選擇。如果所選擇系統(tǒng)的響應(yīng)時間允許的話，應(yīng)選節(jié)省線纜的方案。如

28、所選系統(tǒng)的響應(yīng)時間比較緊張，稍微減少一點信息的傳輸就夠用了，那就應(yīng)選減少信息傳輸?shù)姆桨?。我們已?jīng)知道有的FCS是由PLC發(fā)展而來，而有的FCS是由DCS發(fā)展而來，那么，今天FCS已走向?qū)嵱没琍LC與DCS前景又將如何。PLC于上世紀60年代末期在美國首先出現(xiàn)，目的是用來取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性程序控制系統(tǒng)。經(jīng)過30多年的發(fā)展，PLC已十分成熟與完善，并開發(fā)了模擬量閉環(huán)控制功能。PLC在FCS系統(tǒng)中的地位似乎已被確定并無多少爭論。從上述分析論述中，我們可以得出以下簡單的結(jié)論：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS的出現(xiàn)，數(shù)字式分散控制DCS并不會消亡，而只是將過去處于控制系統(tǒng)中心地位的DCS移到現(xiàn)場總線的一個站點上去。也可以這樣說，DCS處于控制系統(tǒng)中心地位的局面從此將被打破。今后火電廠的控制系統(tǒng)將會是：FCS處于控制系統(tǒng)中心地位，兼有DCS系統(tǒng)哲學的一種新型控制系統(tǒng)。7、 自動控制原理的具體應(yīng)用舉例 恒壓供水就是一個自動控制原理在生活當中應(yīng)用,這是一種能夠自動能夠保持水管內(nèi)水壓的裝置。