控制工程基础的论文.doc

合肥学院机械工程系本科课程论文课程名称：_控制工程基础_专业年级：_09机制（3）班_学 号：_ _学生姓名：_ _论文题目：_ 控制与科学_成 绩：_指导教师： _2011年 12 月 19 日 目录摘 要1关键词1引 言1发展史1主要技术2二主要的技术1材料成型与控制简介22智能控制23机器人控制技术34过程控制与检测技术35自动化4三经典控制理论与现在控制理论4四最优控制方法及其应用5五发展与展望5参考文献6 控制与科学 09级机制（3）班 09060摘 要：随着科技发展，自动控制成为降低人类劳动负荷的主要手段，自动控制已被应用于人类社会的各个领域，在工业方面对于化工，机械制造生产有重大的影响。其中材料与控制方面有较大的发展空间，其主要是研究热加工改变材料的微观结构、宏观性能和表面形状，研究热加工过程中的相关工艺因素对材料的影响，解决成型工艺开发、成型设备、工艺优化的理论和方法；研究模具设计理论及方法，研究模具制造中的材料、热处理、加工方法等问题，是国民经济发展的支柱产业。控制几乎贯穿所有工业学科，而机械控制自动化是主要科学研究方面 关键词：材料成型，自动化，智能控制引言：当前科技虽然出现前所未有的发展阶段，但与我们所期待的阶段还相距甚远，全面自动化发展尚不成熟，尤其是机器人方面一直是各国致力研究的，但目前只有日本和德国的技术处于领先，但仍不成熟。一发展历史在人类征服自然的生产实践活动中孕育、产生的自动控制理论随着社会生产和科学技术的进步而不断发展、完善起来。在1868年至今的短短一百年中，自动控制理论无论在深度和广度上都得到了令人吃惊的发展，对人类社会产生了巨大的影响。从瓦特的蒸气机、阿波罗登月到海弯战争，无处不现示着控制技术的威力。在哲学领域，反馈理论的建立与成功应用，也使“因果关系”进一步发展为“因果果因关系”，反馈的概念受到人们的重视。早在古代，劳动人民就凭借生产实践中积累的丰富经验和对反馈概念的直观认识，发明了许多闪烁控制理论智慧火花的杰作。例如，我国北宋时代（公元10861089年）苏颂和韩公廉利用天衡装置制造的水运仪象台，就是一个按负反馈原理构成的闭环非线性自动控制系统；1681年DennisPapin发明了用做安全调节装置的锅炉压力调节器；1765年俄国人普尔佐诺夫（IPolzunov ）发明了蒸汽锅炉水位调节器等等1788，英国人瓦特（James Watt）在他发明的蒸汽机上使用了离心调速器，解决了蒸汽机的速度控制问题，引起了人们对控制技术的重视。以后人们曾经试图改善调速器的准确性，却常常导致系统产生振荡二主要的技术 1材料成型与控制简介其主要有以下三方面：焊接成型及控制：主要有焊接成型的基础理论、金属材料的焊接、焊接检验、焊接方法及设备的控制.（2）模具设计：材料塑性成型加工的基础理论、模具的设计与制造、模具的计算机辅助设计、材料塑性加工的控制。（3）铸造成型及控制： 铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛坯因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了时间铸造是现代制造工业的基础工艺之一 。 2智能控制本研究方向主要研究智能控制理论及应用关键技术，其特点是紧密跟踪国际智能建筑的发展方向，探索人工智能技术应用于智能建筑领域的可能性与途径，进而研究适合中国国情的智能建筑控制与管理模式，为我国智能建筑的健康发展与赶超世界先进水平提供理论支持与技术手段，因而具有十分重要的理论与应用意义。本研究方向重点有楼宇设备智能控制与管理方法、智能型住宅物业管理系统研究、智能大厦电梯群控系统和工业过程的智能控制技术研究等智能仪表集成技术研究方向，是集计算机检测技术、仪器仪表测量技术和现场总线技术的一门综合性技术，它具有可视化和直观性、模块化与多功能性、集成化与扩展性、操作自动化与应用方便性等特点。还有智能仪器研究，本研究方向致力于在测试过程控制中最大限度地实现自动化，尤其在长时间连续检测和反复巡回监测的应用场合，对大规模检测，由系统集成技术组合形成测控平台，而终端机和分解组合的硬件插卡以及配备的环境软件，支持系统各种灵活检测工作，各分功能集成电路按模块化的要求实现对各种技术参数求值、理论模型分析、算法分析、数据处理、模式识别、数据压缩和远程传输，将示波器和逻辑分析仪的测量结果形象化显示。本专业研究内容涵盖了计算机检测技术、仪表测量技术、传感器仪表技术、计算机接口技术、现场总线和网络技术、信号分析、数字图形处理技术。3机器人控制技术机器人控制技术是控制领域研究的热点问题，近几年随着科学技术的发展，尤其智能建筑技术的发展，特种机器人及建筑机器人应用研究被广泛重视。本研究方向主要研究内容包括：模糊逻辑、神经网络与自适应力控制，以及机器人工业应用等问题。4过程控制与检测技术过程控制与检测技术研究方向主要研究如何在自动化生产过程中采用现代检测技术、控制方法和通信技术以实现控制系统的安全、高效运行。微电子技术的进步和计算机技术的广泛应用为自动化检测与控制领域提供了广泛的应用研究课题，也为生产过程控制提供了许多控制手段技术保证。在自动化生产控制系统中，检测技术和仪表系统是实现过程控制的基础。进的检测技术、计算机技术、网络技术、检测信息的融合处理技术、智能传感器技术是本研究方向的研究目标之一。现场总线技术、集散型控制系统（DCS）、过程自动化（PA）和计算机集成过程控制（CIPS）等也是本研究方向的重要研究内容。实践证明，过程控制与检测技术的技术水平在快速发展，具有广泛的应用领域研究价值。5自动化自动化的广义内涵至少包括以下几点：在形式方面，制造自动化有三个方面的含义：代替人的体力劳动，整个系统的协调、管理、控制和优化。在功能方面，自动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是自动化功能目标体系的一部分。自动化的功能目标是多方面的，已形成一个有机体系。在范围方面，制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程。现代生产和科学技术的发展，对自动化技术提出越来越高的要求，同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。70年代以后，自动化开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展，并广泛地应用到国防、科学研究和经济等各个领域，实现更大规模的自动化，例如大型企业的综合自动化系统、全国铁路自动调度系统 采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。自动化是一个动态概念，有着十分广泛和深刻的内涵。目前制造自动化技术的研究非常灵活。三经典控制理论与现在控制理论控制一般有四个基本步骤：建模，基于物理规律建立数学模型；系统辨识，基于输入输出实测数据建立数学模型；信号处理，用滤波、预报、状态估计等方法处理输出；综合控制输入，用各种控制规律综合输入。经典控制理论也称为古典控制理论，多半是用来解决单输入-单输出的问题，所涉及的系统大多是线性定常系统，非线性系统中的相平面法也只含两个变量。经典控制理论是以传递函数为基础、在频率域对单输入单输出控制系统进行分析和设计的理论。它明显具有依靠手工进行分析和综合的特点，这个特点是与20世纪4050年代生产发展的状况，以及电子计算机的发展水平尚处于初级阶段密切相关的。在对精度要求不高的场合是完全可用的。最大成果之一就是PID控制规律的产生，PID控制原理简单，易于实现，具有一定的自适应性与鲁棒性，对于无时间延时的单回路控制系统很有效，在工业过程控制中仍被广泛采用。现代控制理论主要用来解决多输入多输出系统的问题，系统可以是线性或非线性的、定常或时变的。确认了控制系统的状态方程描述法的实用性，是与状态方程有关的控制理论。现代控制理论基于时域内的状态空间分析法，着重实现系统最优控制的研究。从数学角度而言，是把系统描述为四个具有适当阶次的矩阵，从而将控制系统的一些问题转化为数学问题，尤其是线性代数问题。而且，现代控制理论是以庞得亚金的极大值原理、别尔曼的动态规划和卡尔曼的滤波理论为其发展里程碑，揭示了一些极为深刻的理论结果。面对现代控制理论的快速发展及成就，人们对这种理论应用于工业过程寄于乐期望。但现代控制在工业实践中遇到的理论、经济和技术上的一些困难。所以说，现代控制理论还存在许多问题，并不是“完整无缺”，这是事物存在矛盾的客观反应，并将推动现代控制理论向更深、更广方向发展。如大系统理论和智能控制理论的出现，使控制理论发展到一个新阶段。四最优控制方法及其应用最优控制是现代控制理论的核心，它研究的主要问题是：在满足一定约束条件下，寻求最优控制策略，使得性能指标取极大值或极小值，使控制系统的性能指标实现最优化的基本条件和综合方法。可概括为：对一个受控的动力学系统或运动过程，从一类允许的控制方案中找个最优的控制方案，使系统的运动在由某个初始状态转移到指定的目标状态的同时，其性能指标值为最优。从数学上看，确定最优控制问题可以表述为：在运动方程和允许控制范围的约束下，对以控制函数和运动状态为变量的性能指标函数（ 称为泛函 ） 求取极值（ 极大值或极小值）。解决最优控制问题的主要方法有古典变分法（对泛函求极值的一种数学方法）、极大值原理和动态规划。最优控制已被应用于综合和设计最速控制系统、最省燃料控制系统、最小能耗控制系统、线性调节器等。 研究最优控制问题有力的数学工具是变分理论，而经典变分理论只能够解决控制无约束的问题，但是工程实践中的问题大多是控制有约束的问题，因此出现了现代变分理论。现代变分理论中最常用的有两种方法。一种是动态规划法，另一种是极小值原理。它们都能够很好的解决控制有闭集约束的变分问题。值得指出的是，动态规划法和极小值原理实质上都属于解析法。此外，变分法、线性二次型控制法也属于解决最优控制问题的解析法。最优控制问题的研究方法除了解析法外，还包括数值计算法和梯度型法五发展与展望近一个世纪以来,科学技术日新月异.在人类征服自然的生产实践活动中孕育、产生的自动控制理论随着社会生产和科学技术的进步而不断发展、完善起来。实践中出现的问题，促使科学家们从理论上进行探索研究。控制理论目前还在向更纵深、更广阔的领域发展，无论在数学工具、理论基础、还是在研究方法上都产生了实质性的飞跃，在信息与控制学科研究中注入了蓬勃的生命力，启发并扩展了人的思维方式，引导人们去探讨自然界更为深刻的运动机理。控制理论的深入发展，必将有力地推动社会生产力的发展，提高人民的生活水平，促进人类社会的向前发展.参考文献1英李约瑟. 中国科学技术史. 第四卷天学第二分册.北京: 科学出版社,336-341,19752中国大百科全书.自动控制与系统工程.北京：中国大百科全书出版社，19913钱伟长. 我国历史上的科学发明,48-50. 北京: 中国青年出版社, 1954布斯 A D英. 自动化与计算技术. 吴怡，莫莎译. 北京：国防工业出版社，19655控制工程基础北京航空航天大学出版社 主编：王华，20116杨位钦,谢锡祺.自动控制理论基础,3-5.北京:北京理工大学出版社,1991课程论文评分表时间：_年_月_日学生姓名孔路路学号0906013023专业年级09机制造（3）班论文题目控制与科学评价项目权重评价内容评价结果得分ABCD选题5%内涵明确，范围适度，针对性强。5432内容20%中心明确；材料真实可信，丰富翔实；内容具体充实