内科大材料成型控制工程基础课件01概述

1概述主讲：李振亮教授2本节主要内容：

■本课程的任务

■本课程的内容

■上届考卷分析

■过程自动化的发展概况

■控制理论发展趋势

■过程自动化在轧制中的应用3

■

本课程的任务

学完该门课程后，材料成型本科生应具备对材料成型领域中“控制工程应用”知识的自学能力。该课程是“材料加工”和“控制工程”相结合的一门应用基础理论课程。它的任务是通过课堂教学和作业的完成，使学生了解“材料成型与控制工程如何衔接”的主要内容和思想方法，为深入学习“材料加工过程数学模型”和“轧钢过程自动化”等专业课程打下基础。

4■本课程的内容

教学内容基于“从工程的角度而不是从数学的角度”的原则来安排“自控理论和控制工程”的相关理论内容，对材料加工控制过程中可能要用到知识点，在该课程中的理论部分要体现出来。5●以“古典理论→现代理论→智能理论”的“阶梯式”“自控发展理论”为纵线；●以“古典控制工程策略→现代控制过程策略→智能控制过程策略”为横线来扩展实际控制工程的具体应用策略；●上述“理论”和“策略”，最后要具体落实到轧钢领域的实际应用上来。6目录1概述................................11.1生产过程自动化的发展概况

1.2过程控制的要求和任务

1.3过程控制系统的组成与分类

1.4过程控制系统的性能指标

1.5.自动控制理论在材料成型领域中的应用复习参考题72过程控制系统的动态数学模型…………102.1古典与现代控制理论研究方法

2.2拉氏变换及反变换

2.3传递函数

复习参考题83PID控制及其调节过程……………293.1PID控制概述

3.2PID调节规律

3.3PID调节规律对系统过渡过程的影响

3.4PID调节器参数的工程整定

3.5加热炉PID温度控制的MATLAB仿真

复习参考题94控制系统的状态空间分析……………634.1现代控制理论的优越性

4.2状态空间描述

4.3系统的可控性和可观测性

4.4可控性及可观测性与传递函数零极点对消的关系

4.5.多变量系统的反馈

4.6极点配置复习参考题105系统的建模方法………925.1系统辨识

5.2传递函数建模

5.3状态方程的建模复习参考题116最优控制与自适应控制系统……………1076.1最优控制系统

6.2最小值原理

6.3基于二次性能指标的最优控制系统

6.4自适应控制系统复习参考题127控制系统设计及集散型控制系统…………….1187.1控制系统设计基本原理

7.2控制器分类及其控制器

7.3串级控制系统

7.4前馈控制系统

7.5集散型控制系统

复习参考题138连续式加热炉生产过程自动控制………1458.1燃料与空气的比例控制

8.2加热炉炉温控制

8.3炉膛压力控制模型

8.4连续式加热炉的集散控制系统

复习参考题149板带材生产过程自动控制………….…1599.1薄板坯生产过程自动化及控制功能

9.2厚度自动控制

9.3板形自动控制

9.4温度控制

复习参考题1510高速线材生产过程自动控制…………….20110.1高速线材轧机控制系统

10.2微张力控制系统

10.3飞剪控制系统

10.4活套控制系统

复习参考题1611百米高速重轨预弯过程自动控制…………….21911.1引言

11.2百米重轨冷前预弯变形控制系统

11.3预弯控制系统组成及控制功能

11.4预弯控制策略

复习参考题17■上届考卷分析

2007级试卷18■过程自动化的发展概况控制论：1948年美国数学家维纳《控制论》1940——1950经典控制理论单机自动化

1960——1970现代控制理论机组自动化

1970——1980大系统理论控制管理综合

1980——1990智能控制理论智能自动化

1990——21c集成控制理论网络控制自动化191788年，英国Wate利用反馈原理发明蒸汽机用的离心调速机。1875年，1895年，英国Routh和德国Hurwitz先后提出判别系统稳定性的代数方法。1892年，俄国李雅普诺夫在《论运动稳定性的一般问题》中建立了动力学系统的一般稳定性理论。1932年，Nyquist提出了根据频率响应判断系统稳定性的准则。1945年，美国Bode在《网络分析和反馈放大器设计》中提出频率响应分析法－Bode图201948年，美国Wiener在《控制论－关于在动物和机器中控制和通信的科学》中系统地论述了控制理论的一般原理和方法。－－－标志控制学科的诞生控制论：研究动物（包括人类）和机器内部控制和通信的一般规律的学科。1954年，钱学森的《工程控制论》在美国出版。－－－奠定了工程控制论的基础21（1）经典控制理论

a.特点研究对象：单输入、单输出线性定常系统。解决方法：频率法、根轨迹法、传递函数。非线性系统：相平面法和描述函数分析。数学工具：拉氏变换、常微分方程。

b.局限性难以应用于时变系统、多变量系统。难以揭示系统更为深刻的特性22(2)现代控制理论随着计算机技术、航空航天技术的迅速发展而发展起来的。

a.特点研究对象：多输入、多输出系统，线性、定常或时变、离散系统。解决方法：状态空间法（时域方法）。数学工具：线性代数、微分方程。

b.主要标志1965年，R.Bellman提出了寻求最优控制的动态规划方法。231958年，R.E.Kalman采用状态空间法分析系统，提出能控性、能观性、Kalman滤波概念1961年，庞特里亚金证明了最优控制中的极大值原理。（3）大系统理论是指规模庞大、结构复杂、变量众多的信息与控制系统，如生产过程、交通运输、生物工程、社会经济和空间技术等复杂系统。24复杂系统的特点：（1）动力学模型的不确定性（2）测量信息的粗糙性和不完整性（3）动态行为或扰动的随机性（4）离散层次和连续层次的混杂性（5)系统动力学的高度复杂性（6）状态变量的高维性和分布性（7）各系统间的强耦合性25大系统结构分为三类：多级（递阶）控制多层控制（按任务）多段控制（如导弹轨迹控制）公司工厂决策、协调、计划、组织、管理计算机实现生产调度，过程控制的最优化调节装置协调控制级递阶控制级局部控制级车间26（4）智能控制是具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统，如智能机器人。利用知识进行学习、推理与联想，对环境干扰与不确定因素具有鲁棒性。主要内容：模糊控制神经网络控制