时间：2023-03-27 16:38:44
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇自动控制技术论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：自动控制；污水处理；各单元
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：
【1】汪吉鹏 工业控制技术的应用现状和发展方向[期刊论文]-潍坊学院学报 2002(02)
摘要
随着自动控制技术，计算机技术及信息网络技术的飞速发展，促使控制网络技术应运而生。 控制网络Infranet(infrastruacture network)是一类特殊的局域网，随着现代计算机控制系统的广泛应用，极大地促进了控制网络技术不断发展和完善，它不仅使生产过程向更高层次的自动化水平发展，实现优化控制、协调控制及远程监控等，也为其与信息网络的无缝集成，组建统一的企业网络提供了强有力的技术支持。本文是作者在山东莱城发电厂辅助系统技术改造项目中，设计辅助系统集中监控网络的技术总结和理论研究，从理论和实际两个方面对控制网络固有的技术特征以及交换式以太控制网络的设计作了详细论述，同时对设计中遇到的种种问题的解决作了理论上的探讨。…………
【关键词】 控制网络；现场总线；ControlNet；以太网；交换式；共享式；
【论文类型】 应用基础
：49000多字的硕士论文
有中英文摘要、目录、大量图表、参考文献 400元
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关键词：机械技术，传感检测技术，智能化，系统化
不断发展的现代科学技术推动了不同学科的交叉与渗透；推动了工程领域的技术改造与革命；推动了机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生巨大变化；推动了工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
一、机电一体化的核心技术
机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、计算机技术与信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术及伺服传动技术，根据系统功能目标要求，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。
1、机械技术：是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。
2、计算机与信息技术：其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。
3、系统技术：即以整体概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，是实现系统各部分有机连接的保证。
4、自动控制技术：其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。
5、传感检测技术：传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。
6、伺服传动技术：包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。
二、机电一体化的发展过程
机电一体化的发展过程大体可以分为三个阶段
1、初级阶段
20世纪60年代以前为第一阶段，也称为初级阶段。论文大全。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时，研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。
2、高速发展阶段
20世纪70—80年代为第二阶段，也称为高速发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是:mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。
3、智能化阶段
20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，使机电一体化进一步建立了坚实的基础，并且逐渐形成完整的学科体系。
三、机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面。
1、智能化
智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。
2、网络化
20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
3、微型化
兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS)，泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
4、绿色化
工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有很好的发展前景。机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。论文大全。论文大全。
5、系统化
系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强。一般除RS232外，还有RS485等智能化通信接口。
综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的发展与应用也将更加广阔。
【参考文献】
[1]王静 浅析机电一体化技术的现状和发展趋势 同煤科技 2006、(4)
[2]石美峰 机电一体化技术的发展与思考 山西焦煤科技 2007、(3)
[3]李建勇 机电一体化技术北京科学出版社 2004、
[4]李运华 机电控制北京航空航天大学出版社 2003、
关键词：焦炉，干熄焦炉，干熄焦锅炉，发电机，一体化控制
1 前言
莱钢从2005年底第一套干熄焦建成到2008年底3#干熄焦投产，现在运行的干熄焦系统共为三套，相应的二套发电设备也已经投产运行。为了及时掌握干熄焦设备和锅炉运行特性，保证干熄焦发电稳定运行，达到对干熄焦最佳运行状况的高水平操作，我们通过对干熄焦生产有重大影响的各种因素地不断探索，提出了将焦炉、干熄炉、干熄焦锅炉以及干熄焦发电机系统一体化综合控制方案。
2 系统现状及功能分析
莱钢焦炉及干熄焦节能一体化控制采用具有自主创新的焦炉及干熄焦装置控制技术，焦炉部分采用横河DCS控制系统，干熄炉本体部分采用西门子PLC控制系统，干熄焦锅炉部分采用横河DCS控制系统，干熄焦发电采用ABB控制系统。目前计算机系统已投入运行，全部完成了控制系统应用软件的调试和正常使用。
根据干熄焦的工艺生产过程，其自动控制功能主要集中在干熄炉、锅炉以及干熄焦发电三个部分，但焦炉对干熄炉生产的影响也不容忽视。因此，本项目主要是通过无线信号交换系统、智能判断、人工干预和分程调节等方式实现焦化厂焦炉、干熄炉、干熄焦锅炉与干熄焦发电机的智能一体化控制。免费论文，干熄焦锅炉。
3 具体技术实施方案
3.1 焦炉与干熄炉本体一体化控制
焦炉与干熄炉的一体化控制主要集中在红焦运输系统。免费论文，干熄焦锅炉。
由于干熄焦电机车装载焦罐在提升机与焦炉之间移动，若采用有线通讯，会产生大量隐患，且通讯电缆易被烧损。免费论文，干熄焦锅炉。电机车与焦炉之间通过编码电缆实现感应式无线通讯，但是考虑到熄焦车与干熄焦之间通讯数据量较小，使用编码电缆成本太高。最终采用由多组有源接近开关构成的无线信号交换系统，来完成电机车控制系统与中央EI系统的数据交换。
3.2 干熄炉本体与干熄焦锅炉一体化控制
锅炉DCS与干熄焦本体PLC数据交换量较大，采用Profibus通讯方式进行数据访问，安全、可靠、灵活、易扩展。
循环风机轴振超高，循环风机电机定子温度超高，循环风机轴承温度超高，循环风机稀油站油超压低，仪表气接点压力低于下限，锅炉汽包液位超高，锅炉汽包液位超低，除氧水箱液位超低，主蒸汽温度超高，主蒸汽温度超低，锅炉给水泵停止，锅炉强制循环泵双泵不运行，锅炉给水泵双泵不运行，以上条件任何一个满足时，均需要通讯至PLC系统，连锁停止循环风机，并紧急停炉。
紧急停炉时，PLC系统自动打开预存室放散阀，打开紧急放散装置，关闭环行气道空气导入阀，关闭循环风机入口挡板，关闭装入集尘电动阀，关闭旁通管流量调节法，并打开所有保护氮气吹入阀，同时将“紧急停炉”信号发送至锅炉DCS。DCS系统将自动控制主蒸汽放散阀打开，主蒸汽切断阀关闭，同时将停炉信息发送至干熄焦发电。
3.3 干熄焦锅炉与干熄焦发电机一体化控制
干熄焦锅炉与干熄焦发电的一体化的控制关键在于发电与供热之间的切换。当发电机组停机时，锅炉需要切换蒸汽外送管道，切断送至发电系统的高压蒸汽切断阀，打开减温减压切断阀启用减温减压系统，将蒸汽外送至其他用户。这里需要通过减压调节阀与减温调节阀对外送蒸汽的压力和温度进行调节。为了使蒸汽压力和温度达到标准，我们使用力矩更大、执行动作更快的电液式执行机构来调节阀门开度。当发电机组再次开机时，锅炉同样需要切换蒸汽外送管道，切断送至减温减压系统的减温减压切断阀，打开高压切断阀将蒸汽送至干熄焦发电系统，并通过压力调节阀精确控制蒸汽的温度和压力等参数，使过热蒸汽快速达到发电的要求。
参与切换连锁的信号使用冗余，重要信号可以做到三取二以增加传输数据的可靠性。整个切换过程采用智能判断与人工干预相结合的控制方式，并且在切换过程中使用分程调节来保证系统的稳定与安全。
3.4 干熄焦本体及锅炉关键控制功能优化和完善
3.4.1 熄焦炉压力控制优化
熄焦炉压力控制是为了保证在熄焦过程中熄焦炉内压力的平稳和焦炭装入时装入口的压力保持稳定进行的压力控制。免费论文，干熄焦锅炉。
由于在装焦过程中熄焦炉顶部的装入装置被打开，熄焦炉内的压力会产生剧烈的波动，采用常规的连续PID控制方式就会使系统难以进行控制。免费论文，干熄焦锅炉。因此，在进行红焦装入时，经过装入装置未全闭到熄焦炉压力手动操作器所经过的时间后，熄焦炉压力手动操作器由外部信号切换为预置输出的手动状态，即在原自动状态输出的基础上再加大装入装置开启手动操作器的动作幅度值，并保持此值输出不动；当装入装置经过从开始闭合到手动操作器开始动作的时间后，手动操作器的输出经手动操作器下降装入装置闭合手动操作器的动作幅度所经过的时间减少值，此时依然为手动状态；当系统中投入装置全闭信号产生后，手操器变为自动状态即恢复正常状态。免费论文，干熄焦锅炉。而熄焦炉压力调节器在这一过程中的状态是手操器为自动时压力调节器也为自动，手操器为手动时压力调节器为自动跟踪状态，使压力调节器的输出始终保持与手操器的输出一致，确保在状态切换时为无扰动切换。
3.4.2 锅炉关键控制功能优化
干熄焦锅炉是一种特殊的余热锅炉，它是利用吸收了红焦显热的高温循环气体与除盐除氧水进行热交换，产生额定参数和品质的蒸汽，并输送给热用户或者汽轮机发电的一种受压、受热的设备。
锅炉是整套干熄焦系统的重要组成部分，它是连接熄焦炉本体和蒸汽机组发电的关键，锅炉的控制不仅影响到干熄焦系统的热力系统，还影响到整套系统的安全稳定运行和经济效益。
主蒸汽温度控制是通过在过热器后的减温器向过热蒸汽内直接喷水达到减温目的的。当增加喷水量时主蒸汽温度就会下降，当减少喷水量主蒸汽温度就会升高。其控制的好坏直接影响蒸汽的品质。本系统的主蒸汽温度控制是由二次减温器出口温度构成主回路、减温水流量构成付回路的串级控制系统。
4 结论
对于焦化生产来说，从焦炉到干熄炉本体，从干熄炉本体到干熄焦锅炉，再从干熄焦锅炉到干熄焦发电实现热电联产，具有环保、节能、节电的多重意义。项目实施过程中对1#、2#、3#干熄焦系统关键控制功能进行了优化，有效的降低了系统故障率，保障了三套干熄焦及干熄焦发电系统的稳定运行，提高了企业的经济效益，并为环保和节能做出巨大贡献，所做的工作对国内同类系统具有一定的现场指导意义。
参考文献：
1、潘立慧魏松波等炼焦新技术[M] 北京：冶金工业出版社 2006年02月出版
2、潘立慧魏松波等干熄焦技术[M]北京：冶金工业出版社 2005年02月出版
英文名称：
主管单位：江苏省教育
主办单位：南京信息工程大学
出版周期：双月刊
出版地址：江苏省南京市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1674-7070
国内刊号：32-1081/N
邮发代号：28-404
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：2009
期刊收录：
核心期刊：
期刊荣誉：
联系方式
关键词:电厂安全生产;远程监控;自动控制;远程监控
中图分类号:TM764
文献标识码:A
文章编号:1009-2374(2009)19-0033-02
随着计算机技术、控制技术、通信技术、网络技术等的快速发展,逐渐形成了工业控制的数字化、智能化与网络化,使计算机控制系统逐步从集散控制系统(Distributed Control System,DCS)走向以现场总线为基础的分布式现场总线控制系统(Fieldbus Control System,FCS)。FCS是集当今计算机技术、网络通信技术和自动控制技术为一体的当代最先进的数字化网络计算机控制技术,是一种全分散、全数字、全开放的控制系统,是自动控制技术发展的焦点和热点,被誉为工业自动化领域具有革命性的新技术。
目前全国很多电厂都在实施生产系统的远程自动化控制改造,采用FCS技术构建环绕全电厂的安全生产远程监控系统是必然趋势,因此,本论文将主要针对电厂内安全生产远程监控系统的构建进行分析,以期和同行共同讨论。
一、基于CSS架构的远程监控系统设计
(一)系统的架构模式选择
按照系统终端情况的不同,可将该数据采集监控系统的开发模式总的分为B/S(浏览器/服务器)和C/S(客户端/服务器)两种结构模式。B/S结构的系统以服务器为核心,程序处理和数据存储基本上都在服务器端完成,用户使用IE浏览器就可以进行事务处理。C/S结构的系统以服务器作为数据处理和存储平台,用户在终端安装特定的程序来进行事务处理,然后再将数据传递到服务器端。
结合上述分析,本论文采用C/S/S模式结构。C/S/S模式也叫客户/应用服务器/数据库服务器结构Client/Application Server/Database Server(C/S/S)模式,是从C/S模式发展而来的。这种模式中的三层架构“分工”明确。客户端负责程序的应用和数据的读取、分析等前台操作,应用服务器存放并运行信息系统的业务逻辑,数据库服务器存放并管理信息系统的数据。由于在客户端和数据库服务器之间使用了应用服务器来处理业务逻辑,大大减轻了数据库服务器的压力,极大地提高了系统的并发处理能力;另外,由于用户的请求是发向应用服务器而不是数据库服务器,使得数据的安全性大大提高,数据库服务器的主要职责由应付客户端的数据请求,也为了实现数据的网络共享,故这种结构非常适合实时响应性、安全性、数据吞吐率等性能要求较高的系统,同时它也继承了C/S结构的优点,目前这种方式是最可靠、最能完美体现电厂大范围内的远程监控系统的控制特点及要求。
(二)系统层次结构设计
1.上位机系统层次分析。电厂安全生产远程监控系统采用三层C/S/S体系结构,使得用户只需要通过客户端即可轻松完成和实现丰富的信息管理等多种功能,整个上位机系统由客户端应用程序、应用程序服务器和数据库服务器三个层次构成,其中客户端应用程序主要完成对电厂远程监控系统的信息管理及控制等操作;应用程序服务器主要集成对全电厂安全生产管理系统的控制、管理程序;数据库服务器主要是用于存储电厂安全监控系统的生产、监测监控数据,以备查用。
2.下位机系统层次分析。既然要实现全电厂安全生产的远程监控,就必须要借助网络层实现对底层电厂生产设备、生产过程的远程监测监控,如对锅炉设备、水轮发电机组等生产设备的远程监测及监控,因此对于下位机系统的层次构成,主要是由传感采集设备(即传感器)完成对生产设备的特征数据的采集,通过数据采集卡加载网络通信模块完成数据的网络远程传输,传输到上位机系统的数据库服务器,并由用户通过客户端应用程序,通过调用应用程序服务器中的远程管理控制程序,实现对底层设备的远程监测与监控。
3.网络传输层分析。根据电厂生产设备分布式的特点,以及对电厂生产过程远程监控的要求,本论文采用现场总线技术,同时借鉴工业以太网的统一通信协议的特点,对面向全电厂布置的分布式安全生产系统实施远程监控。远程通信网络布置要合理,这是在网络传输层布置时必须遵守的。
(三)远程监控系统的控制实现方式
电厂的远程控制系统的控制方式采用远程控制与现场手动控制相结合的方式。首先要实现相关生产设备及生产过程的远程控制功能,这主要依赖于对底层设备的控制数据的组态而实现,通过上位机的客户端程序,实现对电厂安全生产的远程控制功能;其次,是要在相应的生产设备或生产过程现场配备手动控制开关,以满足不同的优先级控制需求,也有利于对相关生产设备的现场检修、维护和系统改造升级等。
二、电厂安全生产远程监控系统的实现
(一) 远程视频监视系统设计
1.视频信号传输方式。工业电视系统的信号传输有两种方式:电缆传输和光纤网络传输。这里选定光纤作为电厂远程视频监控系统的传输介质,结合目前现场总线发展的新技术,依靠最先进的工业以太网通信技术实现电视监控系统的联网传输。
2.系统设计。电厂生产远程视频监控系统主要由前端摄像设备、视频控制设备、光纤数据传输设备和视频输出设备等部分组成。(1)前端摄像设备。前端摄像设备即为安装在社区内的各个布点场所的摄像机。地面使用的摄像机由于监控范围较大,大部分使用的是云台摄像机,云台是一个能进行水平和垂直两个方面运动的装置,安装于其上的摄像头能够实现水平350°,垂直90°全方位摄像,因此选用彩色全方位摄像仪。(2)视频控制设备。视频控制设备是监控系统的心脏,可以分前向设备与后向设备,前向设备主要包括视频服务器,主要功能是实现视频信号的联网;后向设备主要由光发射机、光接收机、视频分配器、视频矩阵控制切换系统、处理器、云台控制器等组成,一般安装在总调度室,完成视频图像的接收与处理,遥控云台的全方位移动,调节镜头焦距的变化以及各种输出信号的控制。(3)光纤数据传输设备。数据传输设备主要采用光纤进行传输,同时需要为整个传输系统配备交换机及流媒体服务器等设备,实现视频信号的全数字化传输。采用光纤的最大优势就在于可以远距离而无失真的传输视频数据信号。(4)视频输出设备。视频输出设备主要包括监视器、DLP大屏幕和硬盘录像机,调度室的工作人员可以通过监视器、DLP大屏幕对控点进行24h监控,也可通过硬盘录像机将摄像机图像保存下来,为电厂安全生产提供必要的数据信息。
(二)远程数据传输通信协议设计
通信应用服务程序和监控终端间的通信方式是基于TCP/IP网络的Windows Socket通信,因为这种通信协议是目前现场总线中最为主流和应用最为广泛的通信协议之一,用来传送各种监控数据、信息和控制命令等,具体的通信协议如下:
帧组成字段的意义:
1.IP地址用来标识发送者的网络地址,用long表示。
2.类型表示通信类型,共分为2种,即:查询和应答,用byte表示,其中0x01表示查询,0x02表示应答。
3.时间指当前系统时间,表示帧发出时的本机系统时间,在中心服务器发向端局监控机的查询帧中用于校对监控机的系统时间,用time_t表示,即精确到秒级。
4.数据长度用来表示后跟数据的总长(字节,不包括长度本身及以前数据),用long表示。
5.数据是指具体的数据,其组成及解释随类型不同而变化。只要在需要实现远程监控的设备或机房内布置了采用该通信协议的现场总线,那么该生产设备或生产过程就可以被集成到全电厂安全生产监控系统的平台上,实现安全生产的远程监测与监控。
(三)远程监控系统的接口设计
接口是指通信服务器和底层的远程监控终端之间的通信接口。
通信服务器和监控终端之间的通信接口,采用基于TCP/IP网络的Windows Socket通信方式,包括以下部分:
1.系统对时:监控终端定时向通信服务器查询系统时间,把本机时间和通信服务器时间进行同步。
2.查询一个机房运行状态。
3.查询一个班组:当监控终端主机监控一个班组时,定时向通信服务器发查询本班组所有机房运行状态的命令。对获得的机房数据进行处理。
4.查询所有机房:当监控终端主机监控所有机房时,定时向通信服务器发查询所有机房运行状态的命令。对获得的机房数据进行处理。
5.查询通信状态:监控终端主机定时发送查询交换机当前通信是否正常的命令。
6.接收报警:监控终端主机接受通信服务器发送的报警信息并进行处理、显示。
三、结语
电厂是我国重要的电力能源输出基地,对于全国数千个电厂而言,实现生产过程的远程自动化控制,是提高我国工业生产自动化、智能化水平的重要要求,同时对于生产设备和生产过程的远程安全监控,也是不可缺少的。本论文对电厂安全生产远程监控系统进行了分析设计和讨论,给出了完整的远程控制方案和远程监控的实现手段,对于提高自动化水平和计算机自动控制在电厂安全生产远程监控系统中的应用具有一定的指导和推广意义。
参考文献
[1]刘桂芝.智能社区网络视频监控报警联动系统的设计[J].微计算机信息,2005,(28).
[2]倪海燕,马常旺,胡超.基于多线程技术的智能小区管理服务系统构建[J].宁波大学学报(理工版),2006,19(1).
作者：李冬雪，徐益君
[关键词]中医药；科技发展；现状
[收稿日期]2013-09-16
[通信作者]*李冬雪，副研究员，主要从事中医药领域国家科技计划项目管理工作，Tel：（010）88225159，E-mail：lidx@cncbd.org.cn中医药是中华民族的宝贵财富。当前，中医药科技发展日新月异，不断取得重大突破，受到国际社会越来越多的关注，世界范围内对中医药的需求日益增长。本文围绕政策环境、经费投入、人才队伍、科技成果等方面，梳理了我国中医药科技发展的基本现状。
1我国各级政府部门高度重视中医药科技发展，政策环境逐步改善
“十一五”以来，我国政府越来越重视中医药的传承与发展，纷纷制定了各种规划及政策来促进中医药的科技发展。2006年，国务院了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006―2020年）》，提出加强中医药继承和创新，推进中医药现代化和国际化。以中医药理论传承和发展为基础，通过技术创新与多学科融合，丰富和发展中医药理论，构建适合中医药特点的技术方法和标准规范体系，提高临床疗效，促进中医药产业的健康发展。并将“中医药传承与创新发展”列为人口与健康领域的优先主题。2009年，国务院出台了《国务院关于扶持和促进中医药事业发展的若干意见》，提到各地区、各有关部门要充分认识扶持和促进中医药事业发展的重要性和紧迫性，采取有效措施，全面加强中医药工作，开创中医药事业持续健康发展新局面。2010年，国务院出台《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，提到大力发展用于重大疾病防治的生物技术药物、新型疫苗和诊断试剂、化学药物、现代中药等创新药物大品种，提升生物医药产业水平。2012年，国务院陆续出台了《国家药品安全“十二五”规划》、《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》、《卫生事业发展“十二五”规划》和《生物产业发展规划》等，里面均涉及了发展中医药的内容。
各部门也大力协同，了很多相关规划及文件，推动中医药科技的发展。科技部2007年1月了《中医药创新发展规划纲要（2006―2020年）》，将中医临床研究、中药产业发展、基础理论研究、标准规范研究、创新体系建设、国际科技合作列为优先领域。2010年了《中药现代化科技产业基地发展规划（2010―2020年）》，提到发展中药产业，提升中药工业，改造中药商业，培育中医药知识产业和服务业，将中药产业培育成为我国具有比较优势的大健康产业。2020年，建成一批各具特点、布局合理、区域化协调发展的中药科技产业基地。2011年，科技部又陆续了《国家“十二五”科学和技术发展规划》、《医学科技发展“十二五”规划》和《“十二五”生物技术发展规划》等，均把中医药的发展列为主要内容之一。国家中医药管理局于2012年下半年连续了《中医药事业发展“十二五”规划》和《中医药标准化中长期发展规划纲要（2011―2020年）》，共列举了16项重点任务。
可见，近些年来，国务院及各部门都非常重视中医药的发展，纷纷制定了各种规划及政策，这些政策的制定为中医药的发展提供了一个很好的政策大环境，也是中医药能够稳定快速发展的有力保障。
2中医药领域研发投入经费持续增长，但同生物医药的其他相关领域相比仍存在较大差距
2.1中医药领域研发投入经费增长迅速据《中国科技统计年鉴》数据显示，中医药领域产学研各部分R&D投入经费在2007―2011年间保持逐年增长趋势，研发投入经费总额由2007年的188295万元增长到2011年的3399807万元[1-5]，增长了约17倍，尤以产业研发投入经费增长最快，见表1。
表1中医药领域产学研各部分R&D投入经费数
Table1R&DfundsintraditionalChinesemedicinefield万元
年度研发机构高校高技术产业20071650828106143681200823076396041959842009263525114820804220103536455674174144201139390667063293711注：数据来源于《中国科技统计年鉴》（2008―2012年），研究与开发机构“按学科分组的R&D课题”、“按学科分高等学校R&D课题”、“高技术产业R&D活动情况”。
2.2研发机构和高校的中医药学科研发投入经费与其他生物医药相关学科相比差距较大据《中国科技统计年鉴》数据显示，2011年，研发机构和高校的中医药学科的R&D课题投入经费与其他生物医药相关学科相比差距较大，中医药学研发投入经费只有临床医学研发投入经费的约1/3[1]，见表2。
表22011年研发机构和高校的生物医药相关学科R&D投入经费数
Table2R&DfundsinbiomedicalfieldinR&Dinstitutionsanduniversityin2011万元
排名学科研发机构高校1生物学2596142263232临床医学621652263303基础医学37923988944药学61188566115中医学与中药学39390667066预防医学与卫生学36984215447军事医学与特种医学7281138注：数据来源于《中国科技统计年鉴》（2012年），研究与开发机构“按学科分组的R&D课题”、“按学科分高等学校R&D课题”。2.3中成药制造业的研发投入经费与化学药品制造业相比差距较大据《中国科技统计年鉴》数据显示，2011年，中成药制造业的研发投入经费为3293711万元，不到化学药品制造业的1/3[1]，存在较大差距，见表3。
表32011年生物医药各相关产业R&D投入经费数
Table3R&Dfundsinmanufactureofmedicinesin2011
排名分类2011年R&D投入/万元所占比例/%1化学药品制造业1044223255.322中成药制造业329371117.453生物、生化制品的制造业265449414.064医疗设备及器械制造业248614013.17注：数据来源于《中国科技统计年鉴》（2012年）“高技术产业R&D活动情况”。
3研发投入人员总量增长较快，且研发投入人员的主体正逐步由高校和研发机构向企业转移
3.1研发投入人员总量增长较快据《中国科技统计年鉴》数据显示，中医药领域的研发投入人员总量从2007年的18578人年增长到2011年的35597人年[1-5]，增长幅度达91.6%，增长较快，见表4。
表4中医药领域研发投入人员总量
Table4R&DpersonnelintraditionalChinesemedicinefield人年
年度研发机构高校高技术产业2007245587037420200827741066713660200934021049915464201036471098910458201138971170519995注：数据来源于《中国科技统计年鉴》（2008―2012年），研究与开发机构“按学科分组的R&D课题”、“按学科分高等学校R&D课题”、“高技术产业R&D活动情况”。
3.2产业研发投入人员数量增长迅速据《中国科技统计年鉴》数据显示，从2007年到2011年，研发机构和高校的研发投入人员数量呈现持续稳步增长的趋势，增长幅度分别为58.7%和34.5%；但产业的研发投入人员数量增长迅速，从2007年的7420人年增长到2011年的19995人年[1-5]，增长幅度高达169.5%，并且占中医药领域研发投入人员总量的比例也由2007年的39.9%提高到2011年的56.2%，充分表明科研投入人员的主体正逐步由高校和研发机构向企业转移。
4科技创新能力不断提高，取得成绩显著
4.1“中医学”科研数量增长显著据中国科学技术信息研究所网站数据显示，中国科技论文与引文数据库收录的“中医学”文章的数量从2007年的15164篇增长到2011年的24620篇，增长幅度达62.4%，文章总数量的排名由2007年的第9名上升至2011年的第4名；并且在国内论文被引用次数最多的10个学科排名中，“中医学”也由2007年的不在前10名跃升至2011年的第6位[6]，成绩显著，见表5，6。
表5中国科技论文与引文数据库收录论文数排名
Table5Top10listfornumberofpaperstakenbyCSTPCbydiscipline
排名2007年2008年2009年2010年2011年1临床医学临床医学临床医学临床医学临床医学2电子、通信与自动控制技术农学农学中医学计算技术3计算机科学技术电子、通信与自动控制计算技术计算技术电子、通信与自动控制4基础医学计算技术电子、通信与自动控制农学中医学5农学基础医学基础医学基础医学农学6药学药物学中医学药学预防医学与卫生学7生物学中医学药物学电子、通信与自动控制基础医学8预防医学与卫生学生物预防、卫生预防医学与卫生学生物学9中医学预防、卫生化工化工化工10化学化学地学土木建筑土木建筑
表6国内论文被引用次数最多的10个学科排名
Table6Top10listfornumberofpaperscitedbydiscipline
排名2007年2008年2009年2010年2011年1临床医学临床医学临床医学临床医学临床医学2地学农学农学农学农学3农学地学地学地学地学4生物学生物学生物学生物学生物学5电子、通讯与自动控制电子、通讯与自动控制电子、通讯与自动控制电子、通讯与自动控制电子、通讯与自动控制6基础医学环境科学基础医学基础医学中医学7化学基础医学环境科学环境科学基础医学8环境科学化学化学计算技术计算技术9计算机科学技术计算技术计算技术中医学环境科学10电力与电气中医学中医学化学预防医学与卫生学
另据《中国科技统计年鉴》数据显示，SCI/EI/CPCI-S收录的“中医学”论文数从2007年的63篇增长到2010年的450篇[1，4]，增长明显。
4.2中医药领域专利申请量及授权量明显增长2002―2012年期间，向中国国家知识产权局提交的和PCT申请进入中国国家阶段的涉及中医药领域的发明专利申请量由3074件上升至9451件，增长幅度超过200%，增长明显；同时，2002年至2011年期间，涉及中医药领域的发明专利授权量由692件增至6319件，增长了约8倍，增长更为显著，见图1～2。
关键词：微灌，计算机控制，推广应用
1.工程概况
莱芜市钢城区黄庄镇，是中国黄金桃之乡，优质黄金桃种植生产基地，该项目位于黄庄镇东北部黄金桃主产区，控制灌溉总面积4000亩，项目区原无灌溉设施，经常遭受干旱威胁，严重威胁黄金桃产量和品质。近年来实施了计算机控制微灌工程项目，共建成了中心控制管理房及附属设施1处、蓄水池5座、各类灌溉管道 40km。自动控制部分安装中心控制计算机1套，在田间埋设各类控制信号模块40个、进口2英寸电磁阀40个、土壤墒情传感器4个；沿干、支管道铺设电源线、信号线、计算机网络线、电磁阀控制线8km，金属屏蔽管3km，在支管管道安装水表、压力表等量测设备，另外还配备UPS电源、避雷器等稳压和过电压保护装置。
2.计算机控制系统的工作原理及配置
2.1 自动化控制系统工作原理
计算机控制系统主要是接收土壤水分传感器采集的数据，当采集数据达到土壤含水量下限值时，控制系统发出开阀指令，控制器打开电磁阀门，按照预先设定的灌水强度和灌水量进行灌溉，本组灌溉完毕打开下一组电磁阀，同时关闭本组电磁阀，直到整个灌溉过程结束。在整个灌溉过程中，灌溉强度、灌水量均可根据不同作物品种、当时的土壤含水量进行人工设定。系统可对土壤含水量、管网压力、流量、灌水量等进行实时控制，并将灌水时间、日期、灌水总量等数据存储并可随时打印。
2.2 自动化控制系统的配置
自动控制系统由上位机和采集控制模块相结合，是目前配置较为可靠的方案。采集控制模块对于系统的扩展灵活方便。土壤水分传感器是自动控制系统的关键部件，其灵敏度和可靠性直接关系到能否适时启闭供水设备可靠灌溉。论文格式。管道上的电磁阀均按照预先分组连接到控制模块上，启闭受计算机软件控制。
2.3 系统的软、硬件设计及功能
系统软件分为上位机监控软件和采集控制模块软件两部分。上位机软件包括通讯程序、监控画面和打印程序。采集控制模块采用梯形图编写。
系统硬件设计按功能可划分为监控、控制两部分。系统监控部分由上位机和打印机组成，用来实时处理采集控制模块采集的数据并据设定值进行逻辑判断，向控制站采集控制模块发送控制命令。系统控制部分由采集控制模块、土壤水分传感器、压力流量传感器及电磁阀等组成。该部分作用是采集流量压力信号并送入上位机进行处理，同时执行上位机发送的控制命令，对电磁阀进行控制操作。
3.自动化控制系统方案设计
3.1 自动化控制系统站点布局
整个高效经济作物种植区内，控制灌溉总面积4000亩，全部采用小管出流灌溉，分布于项目区内的5座蓄水池为灌溉水源，由安置于中央控制室内的计算机分别负责控制5座水池按需供水。每种灌溉区域和每座水池都安装一套中心测控单元——测控终端。包括：采集控制模块，用来完成数据采集和控制驱动任务；传感器，完成数据测量与传输任务。测控终端通过Rs485信号网络与中心控制室内主计算机相连，自动进行数据采集、传输、指令接收和驱动控制，实现远程测控功能，从而使田间地块灌溉自动化。
3.2 自动化控制系统网络结构布局
由于本项目区周围需灌溉的农田面积较大，各测控点距中央控室距离不等，为此，控制系统采用了二级分布式网络化测控系统拓扑结构。该结构具有以下先进特点：(1)保持网络距离、测控终端的扩展、传感器和伺服机构的增加，在原有工程的基础上扩大系统规模。(2)不同种类、不同通讯协议、不同传输速率的智能终端共用网络介质，进一步提供了系统扩展的灵活性。(3)部分远程测控终端的故障或脱网维护，不影响其他部分的正常工作。
3.3 自动化控制系统布线
微灌工程中埋设了各类管线，其中有不同管径的灌溉输水管道、强电电缆线、弱电信号线等。现场弱电信号总线采用4芯1.5mm2铜芯电缆，其中2芯传输 24VDC电源，另外2芯传输RS-485网络信号。论文格式。电磁阀驱动线采用每电磁阀1．5mm2的2芯24VAC电缆。通信网络采用RS-485双绞线，通信波特率9600bps、自定义奇校验、帧协议、帧校验格式，自动切换。
4.计算机控制系统的特点
本项目系统测控选择了高性价比的测控设备，具有高可靠性、直观性、安全性等特点。系统不但支持测控对象数量、测控终端数量、软件功能、远程信息共享等方面的开放扩展性，而且对于操作人员的技术水平要求较低，技术维护工作简单易行，完全能够满足农业生产的野外工作环境要求。本项目实现了以下技术创新：(1)设计了多媒体动画界面，可对全灌区实时动态动画模拟，对灌溉作业远程实时操作。(2)根据作物品种、土壤含水量，编制科学合理的灌溉计划，避免了大水漫灌和灌水不足，为作物稳产高产奠定了基础。(3)使用了1:1隔离变压器，有效避免了雷击、过电压等强电干扰对设备的损害，延长了设备的使用寿命。(4)测控终端使用了通用采集控制模块代替了传统PLC可编程控制器，既方便了管理又降低了工程造价。
5.自动化控制系统的应用效果
计算机控制系统在微灌工程中的成功应用，是自动化控制技术在其适用领域内一个很大的突破，实现了根据不同作物不同需水量，实时科学灌溉和水资源的高效利用，经济效益和社会效益显著，推广应用前景广阔。论文格式。工程运行证明，该系统具有节水、省工等特点，降低了农业生产成本和管理成本。果园小管出流与地面灌相比，桃树每亩增产220kg，每亩年节水175m3,节水61％。该工程提高了灌溉水的利用率，减少了深层渗漏和棵间蒸发，节省了水资源。为微灌计算机控制和微灌工程建设探索出了成功经验，推动了微灌技术的发展。
自动控制原理是自动化以及控制类专业最主要的专业基础课程，在专业课程体系中占有核心地位，该课程的教学效果直接影响其他相关专业课程的教学。自动控制原理是一门理论性和实践性都很强的课程，课程内容涉及多门学科知识，概念抽象，包含大量数学计算。
一、影响自动控制原理课程教学效果的因素
1．学生学习目的不明确，导致失去学习兴趣和动力。
自动控制原理是学生从基础课到专业课过渡的首开专业基础课之一。由于课程本身理论性较强，学生在学习过程中普遍不知道学习这门课程的目的及用途，甚至感到该课程与后续专业课程没什么关系。由此导致学生学习目的不明确，从而丧失学习积极性，失去学习动力。
2．课程内容概念抽象，在传统教学模式中多媒体教学的优势难以发挥。
自动控制原理课程涉及较多的理论逻辑推导和抽象思维过程，这就使学生在课堂上需要更多的时间对教学内容进行慢慢地消化、领悟。另外，自动控制原理教学内容的掌握是建立在用数学的抽象语言描述实际控制过程的基础上的，但是学生对于这种抽象思维的理解是一个艰难、缓慢的过程，一般直观的展示对于这种逻辑思维过程难以有所帮助。而传统多媒体教学的优势在于能够在较短的时间内提供较大的信息量，可以直观形象地展示教学内容，因此，传统教学模式中现有的多媒体课件教学并不适合自动控制原理课程。
3．大量的数学推导计算使学生产生厌学情绪
自动控制原理教材中有许多枯燥的公式推导和大量的数学计算，这让很多学生望而生畏，而一些数学基础较差的学生往往没有能力完成推导过程，这在一定程度上可使一部分学生产生厌学情绪，以致严重影响教学效果。
4．传统的理论教学和考核方式缺乏实用性，难以达到培养学生创新能力的目的。
在传统模式理论教学和考核方式下，很多学生学习后就被复杂的数学公式和抽象的理论概念搞得摸不着头脑；有的学生也只是机械性的记住若干公式定理，只求能够应付考试，面对具体问题时不知如何运用所学知识去解决；更有甚者，学完了也不知所学课程的目的及用途。这种传统的应试教学不但使学生难以明白其实用性，也在一定程度上限制了学生学习能动性的发挥，束缚了学生的创新意识和创新能力。
二、提高课程教学效果的创新思路
1．引入案例法教学，结合科研和生活实例，激发学习兴趣。
在自动控制原理的教学过程中引入案例法教学，结合科研和生活中的实例，将抽象的概念具体化，介绍自动控制原理在实际中的应用，如何运用所学控制技术去解决实际问题。同时，对于引入的控制系统采取引导式、启发式教学，在讲解工程实例时适当引入一些控制领域的前沿技术，激发学生的学习兴趣，增强其独立思考的能力，扩大学生的视野和知识面，让学生可以运用所学的专业知识去分析、改进和提高实际的控制系统。
2．创新技术形式，丰富多媒体教学手段。
课堂教学进行过程中，在运用传统多媒体课件的同时，适时地穿插使用动画演示教学，将教学内容用逼真的动画以及声音形象直观地呈现在学生面前。同时，充分利用目前控制和工程领域流行的Matlab语言，让学生在Matlab/Simulink环境中对控制系统进行建模、仿真，使学生对控制系统的组成和运动情况有更加直观的认识。通过对计算机辅助教学手段的创新，使学生对较抽象的概念更容易理解和掌握，从而取得良好的教学效果。
3．强化系统建模，淡化数学计算，加强课程的应用性。
在自动控制原理的教学过程中，要充分分析学生的思维方式，以学生为主体，淡化一些数学推导和计算，同时，为了使学生对课程知识体系框架结构有一个整体认识与理解，加强系统建模的教学形式。强化系统建模需要在教学过程中要求学生全面系统掌握自动控制理论，避免将知识点孤立，并且在建立系统数学模型的微分方程、传递函数以及动态结构图过程中，要以分析和设计一个控制系统为主体思想，反复强调所学知识在控制理论中的具置和作用，从而增强学生系统意识的培养。
4．改革考核形式，加大实验和能力考核内容。
在自动控制原理教学中，使学生的学习过程和教师的教学过程形成一个稳定的性能良好的闭环系统，就必须减小理论考核内容，加大实验以及能力考核力度。因此，为了达到更好的教学效果，可以将考核形式和成绩评定方式划分为以下三个组成部分：将基础性实验、综合性实验和设计性实验部分成绩作为实验成绩，并且以设计性实验为成绩主体，占课程总成绩的40%；以提交大作业或者论文的能力考核形式作为期中考试，占课程总成绩的30%；将传统的闭卷理论考试作为期末，占课程总成绩的30%。这样不仅能够充分发挥学生的主观学习能力，而且可以增强学生创新能力和意识的培养。
摘要：根据目前行业内人们对伺服控制及伺服系统在认识上的一些混乱与偏差，进行了初步的原因剖析。基于伺服技术产生的背景，从自动控制的角度给出了伺服系统的普遍而简洁的定义，并对实际伺服系统界定标准提出一种参考意见。
关键词：伺服系统；随动控制；交流伺服；液压伺服
近年来，在机电一体化、自动化领域中，伺服技术是人们关注的热点之一，伺服系统的应用也成为了一种时髦。但不得不说，虽然很多行业与工业技术门类都已经涉及伺服问题，但人们对伺服技术与伺服系统的认知还是有一定的局限性甚至是很混乱的，这在企业基层表现得尤为突出。拟对当下的一些认知混乱现象及根源做一些分析，然后给出对于伺服控制与伺服系统的一点个人见解。
1“伺服系统”的一些认知乱象及根源
当前伺服技术已经渗透到机电一体化及自动化领域的许多方面，各类精密数控加工机床、高档工业机器人、现代化兵器装备、某些高端医疗设备等等均有所谓“位置伺服技术”、“速度伺服技术”的广泛应用。但现实中被如此广泛应用且影响巨大的一门技术，人们对它的的了解与认识却存在很大反差。这主要表现在：（1）不少相关工业企业现场，人们对“伺服”、“伺服系统”的内涵理解并不到位，常常有现场人员将设备驱动元件是否采用所谓伺服电机、液压伺服马达作为该设备是否具备伺服品质的唯一标准；（2）部分人认为凡是没有精确定位能力的自动控制系统就不能算是伺服系统；（3）各种教科书、技术交流资料、技术文件（包括产品说明书）、网络信息资料、甚至期刊论文上对“伺服系统”、“伺服控制”的定义几乎没有统一的表述，各说各话十分混乱。何以会出现这种乱象呢？笔者认为主要有以下方面的原因：（1）基于PMSM（正弦波三相永磁同步电动机）的当代交流伺服驱动技术影响力非常大，是当今高性能电伺服驱动的主流，这是毋容置疑的。但对于我国来讲交流伺服驱动是泊来技术。世纪八十年代改革开放后，中国大量引进的欧、美、日技术及装备，其中包含交流伺服驱动技术。对不少中国企业来讲，对相关技术的消化吸收与改进大部分是滞后的。究其原因，一方面是在当时大的时代背景下，许多企业经营自负盈亏，经济效益是首位的，引进的东西需要立竿见影“生蛋”，除非国家有特别安排，自行吸收、改进相关技术并非当务之急；另一方面也受到国外知识产权保护的制约，不可能得到完整详尽的技术背景材料；特别是在很多技术（比如交流伺服驱动技术）快速发展的阶段，中国正处于举国停滞时期，中国是完全错失了参与机会的，因为整个没有相关研发过程的经历，即使想快速消化吸收、改进也显得力有不逮。由此，全面的“拿来主义”、全盘照搬与山寨成了当时的“路线正确”。（2）另一方面，伺服技术源于自动控制理论这是不争的事实。国内自动控制理论研究与控制技术的应用推广其实并不算很晚。
早在上世纪六十年代，以中科院关肇直为首的一批中国数学工作者就已经开展了现代控制理论的研究与应用，且颇具成效。但当时的控制技术（包括伺服技术）在国内的应用领域多是国防高科技领域，由相关技术研发应用而催生的知识传播受众面窄，影响有限。当时虽然对伺服理论及技术已经有所了解，但主要限于高层研究人员和一些有技术保密要求的科研单位和企事业单位，这些理论与技术也不会推广普及到一般工业领域，多数理工科高校教科书也很少着墨进行介绍。由此绝大部分工业企业中（特别是一些非国防军工企业）人们对伺服与伺服技术可以说是一知半解或一无所知，当欧美日的产品大量涌入后，相关技术概念就成为那个年代人们对伺服及伺服系统的“第一印象”、“启蒙认知”。再加上前面（1）所提到的一些短视行为，人们对伺服技术在消化吸收应用过程中并未着力追根溯源重建相关的科学认知，只要欧系或日系伺服产品当时使用了什么名词术语，采用了什么规范守则，国内一些引进使用过相关技术的企业就全部沿用，奉为准则，行业内没有一个统一的说法，更甭谈制定一个统一的标准，由此导致目前的混乱自然无可避免。
2伺服控制与伺服技术的发展
伺服技术虽然萌芽于古代，但伺服理论与技术的快速发展却是在二十世纪上半叶，战争期间，在一些特殊的装备上需要动、静态性能俱佳的位置随动系统，基于当时已初步成型的经典控制理论，这首先在液压驱动中得以实现，当时人们把这些性能优异的液压位置随动系统戏称“伺服系统”。战后重建阶段，转化成战斗力的技术又快速转化成生产力，伺服技术自然不例外地在除军工以外的很多工业领域中迅猛地推广发展起来，涉及机械、化工、能源、汽车、航空航天等等方面的运动控制与过程控制技术问题。战后伺服技术的进展除了液压伺服技术的继续演进与推广外，最突出的是电伺服技术的快速发展与进步。不过在二十世纪五、六十年代，无论是调速还是定位，几乎清一色以有刷直流电动机驱动为主，尤其以他励直流电动机的调速技术最为突出。限于当时的技术发展水平及交流电动机实现高性能控制的难度，当时电伺服是直流一统天下，“直流伺服调速”几乎成了那个时代电气伺服的代名词。这种状况持续了近二十年，直到二十世纪七十年代初，随着电力电子变流技术以及微型计算机应用技术的长足进步，特别是交流电机矢量控制技术的发现与利用，交流伺服技术才迅猛地兴旺起来，以后逐渐在很多方面取代直流，基于PMSM的交流伺服目前已经成为电伺服驱动的当然主流。尽管如此，直流驱动技术优异的性能形成的强大惯性，仍然在近年发挥着作用，特别是在：兵器行业、特种装备、新能源汽车等领域仍然持续的产生着影响。
3伺服在控制工程意义下的解读
“伺服”一词源于“servo”的谐音且近意的翻译，原词意思即“奴隶”、“仆人”之意。故此所谓“伺服系统”大致的意涵也就是“服从、听话的某种装置、装备或工业系统”。但是，如何严格定义伺服系统呢？目前见诸于不少教科书及培训教学资料的定义有多个版本，有的较为精当，有的则冗长含混，现就较为“不好”的定义给出一例：“伺服控制系统是以运动机械为最终驱动对象，以能量转换传输装置为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的自动控制系统。这类系统控制电动机、液压马达等的转矩、转速和转角，准确地实现工作机械的运动要求。”这个定义摘自某培训机构的教学PPT，其对伺服的界定狭隘偏颇，且话多意乱，代表了近年受引进交流伺服驱动技术影响的相当多的基层工作人员对伺服的看法。其实这也就是我前面提到过的现在对伺服的认知乱象的具体体现，这确实需要我们正本清源、厘清相关概念。在控制工程意义下，可以很广泛而精简地定义伺服系统：所谓伺服系统，就是某种高品质的跟踪随动系统。在这个定义中，首先伺服系统必须是一种随动控制系统，即控制输出要能跟随控制输入（指令）的变化，要能复现控制输入（指令）的规律。更为重要的是只有系统控制品质足够高时，才能称为伺服系统。这种高品质伺服性归纳起来就是三个字“稳、准、快”，即伺服系统稳定性要很好、（稳态、动态）精度要很高、动态响应要很快。在这种意义下，一个随动控制系统只要在“稳、准、快”方面足够优秀，其成为伺服系统并非一定要采用闭环反馈的控制结构。当然，为了达到这个要求，目前实际伺服系统大都采用了闭环反馈控制方式。
在以上的意义下，伺服系统在运动控制系统、过程控制系统中均会出现，所以其类型也是很多的。如以控制输出参量的物理意义来划分，就有属于运动控制类型的位置伺服、速度伺服、加速度伺服以至于高阶运动伺服，也有属于过程控制系统的温度伺服、流量伺服、液位伺服、压力伺服等等。目前在各行业中应用最多，影响最大的伺服系统为运动控制系统伺服，比如在各类高档数控加工机床、高档工业机器人、兵器装备的火控驱动、飞机作动系统、新能源汽车等等方面均涉及高性能的定位控制、调速控制，所以位置伺服、速度伺服成为主流也是必然的。然而这也导致了一部分人认为伺服是专涉运动控制的，甚至于有少部分技术人员坚称伺服系统必须具备精确定位功能，即必须是位置控制系统，这种观点应该是不合适的。更有甚者，有极少数人只认基于永磁同步电动机（PMSM）的交流伺服驱动系统为伺服系统，不得不说这是极其狭隘的错误认知。我们必须指出，假如在化工及制药行业中出现了所谓的温度伺服控制，切莫觉得奇怪，因为这些温控系统只要具备高品质的随动控制特征它就是伺服系统。在一些场合，人们也以系统的驱动、传动方式来对伺服系统分类，就产生了液压伺服系统、电气伺服系统、气动伺服系统、机———电伺服系统、机———电———液伺服系统等等说法，但这种分类对系统的刻画显得笼统了些，在具体交流过程中最好结合以控制输出参量的属性分类法一起综合表述更好。有现场技术员曾提出过一个有趣的问题：“为何一些机电一体化设备（如高档数控加工机床、机电一体化专机、高档工业机器人），人们常常称其为伺服系统，但铭牌上却从不见有伺服的字样？伺服系统的界定标准是什么？”。这问题带有一定普遍性，需要澄清。对此我们首先要明确的是，伺服是一种品质，而非一种特定的功能。所以在铭牌上的型号名称是表明设备功能属性的，而设备的品质包括伺服品质应该由设备的具体技术指标来反映，不会反应在铭牌名称上。那么这种品质如何确定呢？一般来讲，一个系统如不是随动系统，就可以自动排除它是伺服系统的可能。但如果一个系统具有随动控制特征，这就要看其品质的好坏了。但对某种随动系统来讲它是否具备了伺服品质并没有一个固定不变的精确的量值标准和界限，这个决不能刻舟求剑。在不同的历史时期相应的基础技术发展状况下、在不同的工况及不同的用途背景下，我们所认识的伺服系统并不具有相同或固定的模式、并不具备相同或固定的水平。故对一个具体的机电随动系统来讲，不能简单的说是或不是伺服系统，只能在其具体的工况与用途背景下，按其具体的技术指标或行业标准与惯例，说该系统达到的“伺服品质”如何（好、一般、差、丧失）。无论如何，人们对各类工业控制系统伺服性能的追求和改进从过去、现在到将来必定是一个持续不断动态发展的过程。
关键词：无模型;自动控制;方法
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
[1] 胡寿松，自动控制原理(第四版)，北京：科学出版社，2001
本设计是根据我院新建“电机驱动与控制实验室”的设备，利用单片机对直流电动机和交流电动机的控制及各种特性。我重点研究的是直流电动机的闭环控制系统。通过本次设计，使同学顺利完成学校制定的实践教学任务。
单片机把通过测量元件、变送单元和A／D转换接口送来的数字信号直接反馈到输入端与设定值进行比较。然后，对其偏差按某种控制算法进行计算，所得数字量输出信号经D／A转换接口直接驱动执行装置，对控制对象进行调节，使其保持在设定值上。
在电气时代的今天，电动机一直在现代化生产和生活中起着十分的重要的作用。无论是在农业生产、交通运输、国防、医疗卫生、上午与办公设备，还是在日常的生活中的家用电器，都大量地使用着各种各样的电动机。对电动机的控制可分为简单控制和复杂控制两种，简单控制是只对电动机进行启动、制动、正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器、可编程控制器和开关元件来实现。复杂控制是只对电动机的转角、转矩，电压、电流等物理量进行控制，而且有时往往需要非常精确的控制。以前对电动机的简单控制的应用很多，但是，随着现代步伐的迈进，人们对自动化的要求越来越高，使电动机的复杂控制逐渐成为主流。
国内外研究现状
PID控制器最先出现在模拟控制系统中，传统的模拟控制器PID控制是通过硬件（电子元件和液压元件）来实现它的功能。随着计算机的出现，把他一直到计算机控制系统中来，将原来的硬件实现的功能用软件来代替，因此称为数字PID控制器，所形成的一整套算术则称为数字PID算术。数字PID控制器与模拟PID控制器相比，具有非常强的灵活性。电动机的的控制技术的发展得力于微电子技术，电力电子技术、传感器技术、微机应用技术、自动控制技术、微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使电动机控制技术在近二十年内发生了翻天覆地的变化。其中电动机的控制部分已由模拟控制逐渐让位予以单片机为主的微机处理控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统的应用，并正相全数字控制方向发展。电动机的驱动部分所用的功率器件经历了几次更新换代，目前开关速度更快，控制更容易的全控制功率件MOSFET和IGBT成为主流。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现，脉宽调控方法、变频技术在直流调速
由单片机作为电动机的控制器具有以下特点：
1．使电路更简单。
模拟电路为了实现控制逻辑需要很多电子元件，使电路复杂。采用微机处理后，绝大多数控制逻辑可通过软件来实现。
2．可以实现复杂的控制。
为基础理由很强的逻辑功能，运算速度快、精度高，与大容量的存储单元，因此有能力实现复杂的控制。
3．灵活性和适应性
微处理得控制方式是由软件来完成的。如果需要修改控制规律，一般不必修改系统的硬件电路，只修改程序即可。在系统调试和升级时，可以不断尝试选择最优参数，非常方便。
4．无需零点飘逸，控制精度高
数字控制不会出现模拟电路中经常出现的零点漂移问题。无论被控制量的大小，都可以保证足够的控制精度。
5．可提供人机界面，多机联网工作
现在普遍采用单片机作为电动机的控制器。实际上可作为电动机控制器的元件还有很多种，例如工业控制计算机、可编程控制器、数字信号处理器。
工业控制计算机科委功能强大，它有极高的速度、强大的运算能力和接口功能、方便的软件环境；但由于成本太高、体积大，所以只用于大型控制系统。
可编程控制器则正好相反，它只能完成逻辑判断、定时、计数和简单的运算。由于功能太弱，所以它只能用于简单的电动机控制。
单片机介于工业控制计算机和可编程控制器之间，它有较强的控制功能，低廉的成本。人们在选择电动机的控制器时，常常是再先满足功能的需要的同时，优先选择成本低的控制器。因此，单片机往往成为优先选择的目标。从最近的统计数字也可以看出，世界上每年要有25亿片各种单片机投入使用。弹片及时目前世界上使用量最大的微机处理器。
三、主要内容与待解决的问题
主要内容:
1、学习直流电动机原理及驱动技术，掌握数字PID控制技术；
2、完成相关设备的接口硬件设计；
3、通过MCS-51单片机编写软件控制程序；
4、系统联合调试，写出相应的使用说明。
现有条件： 直流电动机、直流发电机、MCS-51单片机、微型计算机
重点解决的问题：
利用数字PID技术实现对电动机的闭环控制
四、设计方法与实施方案
毕业设计的实施主要是结合直流电动机及单片机的理论知识，利用与其配套的实验箱，完成预期要解决的实验项目和实训项目，从而对其结果进行分析与总结，通过数字PID技术提高电动机的效率。通过收集各种资料，完成毕业论文的撰写。
五．进度计划 毕业设计课题的相关资料的收集与整理，熟悉系统的相关操作和原理，完成开题报告。
第3周至第4周
系统学习直流电动机、直流发动机原理，完成硬件安装与线路联接。
第5周至第12周
系统学习数字PID控制技术、数字滤波技术。通过MCS-51单片机编写软件控制程序；完成直流电动机闭环控制系统；
第13周至第14周
联机调试；开始整理相关资料，撰写使用说明书和毕业论文。
第15周至第16周
全面完成毕业设计，准备进行答辩
预期成果：通过该系统的设计开发，为实现直流电动机闭环控制系统数字化控制奠定基础。
六、参考资料
[1] 全.直流电动机实际应用技巧 北京：科技出版社
[2] 何立民.单片机初级教程[M].北京：北京航空航天大学出版社
[3] 孙涵芳、徐爱卿. 单片机原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社
[4] 郝鸿安. 常用数字集成电路应用手册[M].北京：中国计量出版社
[5] 吴金戌、沈庆阳、郭庭吉. 8051单片机实践与应用[M].北京：清华大学出版社
