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    自動控制的歷史發展
    發布時間:2019-10-29 15:43:06      點擊次數:1936

    最早的自動化控制要追溯到我國古代的自動化計時器和漏壺指南車,而自動化控制技術的廣泛應用則開始于歐洲的工業革命時期。英國人瓦特在發明 蒸汽機的同時,應用反饋原理,于1788年發明了離心式調速器。當負載或蒸汽量供給發生變化時,離心式調速器能夠自動調節進氣閥的開度,從而控制蒸汽機的轉速。

    150多年前第一代 過程控制體系是基于5-13psi的氣動信號標準(氣動 控制系統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0-10mA或4-20mA的電流模擬信號,這一明顯的進步,在整整25年內牢牢地統治了整個自動控制領域。它標志了電氣自動控制時代的到來??刂评碚撚辛酥卮蟀l展,三大控制論的確立奠定了現代控制的基礎;控制室的設立,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 數字計算機的應用,產生了巨大的 技術優勢,人們在測量, 模擬和 邏輯控制領域率先使用,從而產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域的一次革命,它充分發揮了計算機的特長,于是人們普遍認為計算機能做好一切事情,自然而然地產生了被稱為“集中控制”的中央控制計算機系統,需要指出的是系統的信號傳輸系統依然是大部分沿用4-20mA的模擬信號,但是時隔不久人們發現,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癱瘓。所以它很快被發展成 分布式控制系統(DCS)。

    第四代過程控制體系(DCS,Distributed Control System分布式控制系統):隨著 半導體制造技術的飛速發展, 微處理器的普遍使用,計算機技術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,或分布式數字控制系統),它主要特點是整個控制系統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成一個了控制系統。于是分散控制成了最主要的特征。除外另一個重要的發展是它們之間的 信號傳遞也不僅僅依賴于4-20mA的 模擬信號,而逐漸地以數字信號來取代模擬信號。

    第五代過程控制體系(FCS,Fieldbus Control System 現場總線控制系統):FCS是從DCS發展而來,就象DCS從CCS發展過來一樣,有了質的飛躍?!胺稚⒖刂啤卑l展到“現場控制”;數據的傳輸采用“總線”方式。但是FCS與DCS的真正的區別在于FCS有更廣闊的發展空間。由于傳統的DCS的技術水平雖然在不斷提高,但 通信網絡最低端只達到現場控制站一級,現場控制站與現場檢測儀表、執行器之間的聯系仍采用一對一傳輸的4-20mA模擬信號,成本高,效率低,維護困難,無法發揮現場儀表智能化的潛力,實現對

    現場設備工作狀態的全面監控和深層次管理。所謂現場總線就是連接智能測

    量與控制設備的全數字式、雙向傳輸、具有多節點分支結構的通信鏈路。簡

    單地說傳統的控制是一條回路,而FCS技術是各個模塊如控制器、 執行器、檢測器等掛在一條總線上來實現通信,當然傳輸的也就是數字信號。主要的總

    線有 Profibus, LonWorks等。

    1、 40年代--60年代初:

    需求動力:市場競爭,資源利用,減輕勞動強度,提高產品質量,適應批量生產需要。主要特點:此階段主要為單機自動化階段,主要特點是:各種單機自動化加工設備出現,并不斷擴大應用和向縱深方向發展。典型成果和產品:硬件數控系統的數控機床。

    2、60年代中--70年代初期:

    需求動力:市場競爭加劇,要求產品更新快,產品質量高,并適應大中批量生產需要和減輕勞動強度。主要特點:此階段主要以 自動生產線為標志,其主要特點是:在單機自動化的基礎上,各種組合 機床、組合生產線出現,同時軟件數控系統出現并用于機床, CAD、 CAM等軟件開始用于實際工程的設計和制造中,此階段硬件加工設備適合于大中批量的生產和加工。典型成果和產品:用于鉆、鏜、銑等加工的自動生產線。

    3、70年代中期--至今:需求動力:市場環境的變化,使多品種、中小批量生產中普遍性問題愈發嚴重,要求 自動化技術向其廣度和深度發展,使其各相關技術高度綜合,發揮整體最佳效能。主要特點:自70年代初期美國學者首次提出CIM概念至今,自動化領域已發生了巨大變化,其主要特點是:CIM已作為一種哲理、一種方法逐步為人們所接受;CIM也是一種實現集成的相應技術,把分散獨立的單元自動化技術集成為一個優化的整體。所謂哲理,就是企業應根據需求來分析并克服現存的“瓶頸”,從而實現不斷提高實力、競爭力的思想策略;而作為實現集成的相應技術,一般認為是: 數據獲取、分配、共享;網絡和通信;車間層設備控制器;計算機硬、軟件的規范、標準等。同時,并行工程作為一種經營哲理和工作模式自80年代末期開始應用和活躍于自動化技術領域,并將進一步促進單元自動化技術的集成。典型成果和產品:CIMS工廠, 柔性制造系統(FMS)。

    隨著現代應用數學新成果的推出和 電子計算機的應用,為適應 宇航技術的發展,自動控制理論跨入了一個新階段—— 現代控制理論。主要研究具有高性能,高精度的多變量變參數的 最優控制問題,主要采用的方法是以狀態為基礎的狀態空間法。目前,自動控制理論還在繼續發展,正向以控制論, 信息論,仿生學為基礎的智能控制理論深入。

    為了實現各種復雜的控制任務,首先要將被控制對象和控制裝置按照一定的方式連接起來,組成一個有機的總體,這就是 自動控制系統。在自動控制系統中,被控對象的輸出量即被控量是要求嚴格加以控制的物理量,它可以要求保持為某一恒定值,例如溫度, 壓力或飛行航跡等;而控制裝置則是對被控對象施加控制作用的機構的總體,它可以采用不同的原理和方式對被控對象進行控制,但最基本的一種是基于 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,是取自被控量的反饋信息,用來不斷修正被控量和控制量之間的偏差從而實現對被控量進行控制的任務,這就是反饋控制的原理。


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