控制系統(tǒng)理論精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的控制系統(tǒng)理論主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：控制系統(tǒng)理論范文

關(guān)鍵詞：CDMA；H∞Э刂評礪郟灰糯算法；SINR

中圖分類號：TN958 文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)11-060-03オ

The Filter Design in Wireless Communication System by H∞ Control Theory

LI Chong,LI Ding,YAO Jun

(Communication and Electronic Information Research Institute,Harbin Institute of Technology,Harbin,150001,China)オ

Abstract：In the system of wireless communication,it is significant to minimize the worse-case variance of the received SINR caused by channel fading,MAI,AWGN and so forth.Firstly,this paper depicts the model of CDMA.Then,a loop filter is designed by H∞ control theory.Genetic Algorithm (GA) is adopted to solve the proposed loop filter.To confirm the performance of the designed filter,a simulation result is given in the end.

Keywords：CDMA;H∞control theory;genetic algorithm;SINR

在無線通信系統(tǒng)中，CDMA技術(shù)受到越來越多的關(guān)注，功率控制也隨之成為熱點問題。其主要思想就是通過控制調(diào)整每個移動通信單位的發(fā)射功率，從而減小通信單位之間的干擾(MAI)和信道衰落，達到一定的通信質(zhì)量。在過去的十多年里，許多學者對功率控制問題做了較深入的研究，例如Ariyavisitakul等，他們提出了固定步長和可變步長的功率控制機制[1]。

在功率控制系統(tǒng)中主要存在兩個問題：功率控制回路中的時間延遲干擾和信道中不可確定的外界干擾，如信道衰落，MAI，非線性環(huán)境干擾等。針對如何解決以上兩個問題，很多方法已經(jīng)被提了出來，如Smith Predictor 在通信系統(tǒng)中的應用可以比較理想地解決回路時間延遲干擾[2]。本文提出了一種基于H∞Э刂評礪鄣姆椒ǎ在無線通信系統(tǒng)中設(shè)計出一個回路濾波器，從而克服不確定外界干擾對功率控制的影響。

1 功率控制回路模型

本文中的CDMA功率控制閉環(huán)回路模型如圖1所示[3,4]。其中接收機由4個部分組成：SINR測量電路，SINR比較器，回路濾波器，編碼器。SINR測量電路對接收到的SINR進行測量并給出測量值y(k)。該測量值會受到測量算法的影響，例如計算復雜度，測量時長等。在實際的通信系統(tǒng)中，會引入SINR測量誤差nm(k)。SINR的測量值之后會和目標SINR值t(k)比較，并得到差值e(k)，即e(k)=t(k)-y(k)。之后e(k)被送到F(z)中，并計算出功率更新控制值u(k)，即u(k)=F(z)e(k)。u(k)隨后進入編碼器。在編碼環(huán)節(jié)，會產(chǎn)生量化噪聲q(k)。量化后得到的信號(k)，即(k)=u(k)+q(k)，被發(fā)送到信道中并受到反饋噪聲nf(k)的干擾。發(fā)射機主要由3部分組成：譯碼器，功率放大器，功率限制器。則由發(fā)射機發(fā)射的信號X(k)為:

И

X(k)=X(k-1)+(k-1)+nf(k-1)[JY](1)

И

發(fā)射信號X(k)通過上行信道傳給接收機，并受到MAI m(k)，加性高斯白噪聲(AWGN)nc(k)和信道衰落f(k)的影響。其中，干擾MAI m(k)是受到前一次的發(fā)射功率X(k)的影響。由于發(fā)射信號X(k)是變化的，所以m(k)б彩遣晃榷ǖ?。?/p>

圖1 功率控制系統(tǒng)模型

2 H∞Щ羋仿瞬ㄆ韉納杓篇

2.1 CDMA通信系統(tǒng)模型的簡化

為了方便濾波器設(shè)計的說明，本文假設(shè):

2.2 濾波器設(shè)計

設(shè)將要設(shè)計的回路濾波器為:

И

F(z)=c0+c1z-1+c2z-21+d1z-1+d2z-2[JY](4)

И

根據(jù)圖2所示的回路系統(tǒng)框圖，SINR跟蹤誤差:

在此，標記干擾w1(k)和w2(k)的功率譜分別為φw1(w)和φw2(w)。Ц據(jù)公式(5)，可得到其頻譜公式:

φe(w)=G1(ejw)2φw1(w)+G2(ejw)2φw2(w)[JY](7)

И

則SINR跟蹤誤差e(k)У姆講釵:

σ2e[WB]=12π∫+π-πG1(ejw)2φw1(w)dw+

[DW] 12π∫+π-πG2(ejw)2φw2(w)dw[JY](8)

И

在實際的CDMA通信系統(tǒng)中，w1(k)和w2(k)的功率譜是不確定也是不可知的，所以像基于傳統(tǒng)理想濾波器如Kalman濾波器就得不到理想的應用。這便類似于極小極大H∞最優(yōu)化問題。對于穩(wěn)定的有理方程C(z)，其無窮范數(shù)定義為[5]:

И

C(z)錨supw∈\[-π,π\(zhòng)]C(ejw)[JY](9)

И

則SINR跟蹤誤差的方差上限值為:

對于式(13)，很難得到滿足條件的關(guān)于c0,c1,c2,d1,d2У慕馕黿猓而且可能會在求解過程中出現(xiàn)局部極小值。所以，為了獲得全局最優(yōu)解，本文采用遺傳算法[6]來對┦(12)求解。

3 仿 真

3.1 遺傳算法求解

在仿真試驗中，遺傳算法中的參數(shù)設(shè)定如下：

N=40B=15 bGen=100

其中N是參與該算法的總體，B為用來代表每個欲求系數(shù)(c0,c1,c2,d1,d2)的二元符號序列的長度，Gen為該算法中遺傳的遺傳代數(shù)。求解結(jié)果如表1所示。

表1 H∞回路濾波器設(shè)計結(jié)果及權(quán)重ρУ撓跋於泉

3.2 回路濾波器抗干擾效果仿真分析

在該仿真中，本文采用Monte Carlo仿真，仿真50次。其中，目標SINR t(k)設(shè)為8 dB，反饋信道BER Pb設(shè)為10-3。在單個手機通信系統(tǒng)中干擾MAI可以近似地看作常數(shù)。信道干擾用標準差從0.5~2 dB的高斯白噪聲仿真。仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 抗干擾效果仿真比較

由仿真結(jié)果可以看出，加有本設(shè)計的回路濾波器的通信系統(tǒng)比原來的系統(tǒng)有更好的抗噪聲干擾性能，特別是在信道噪聲的干擾較大時，其效果更加明顯。

4 結(jié) 語

本文描述了CDMA系統(tǒng)的簡化結(jié)構(gòu)。通過H∞控制理論，設(shè)計出了該無線通信系統(tǒng)的回路濾波器，并分析了[CM(22*2]其在抗信道干擾中的作用。由于在本文中沒有考慮回路[CM)][LL]時間延遲對功率控制造成的影響，且通過遺傳算法求解設(shè)計的H∞回路濾波器，故該設(shè)計濾波器的思想不僅可以應用在CDMA通信系統(tǒng)中，在TDMA，F(xiàn)DMA，地域和衛(wèi)星通信中也可以得到一定應用。

參 考 文 獻

［1］Ariyavisitakul S,Chang L F.Signal and Interference Statistics of a CDMA System with Feedback Power Control\[J\].IEEE mun.,1993,41:1 626-1 634.

［2］Lee B K,Chen H W,Chen B S.Power Control of Cellular Radio Systems via Robust Smith Prediction Filter\[J\].IEEE Trans.Wireless Commun.,2004,3(1):1 822-1 831.

［3］Su H J,Geraniotis E.Adaptive Closed-loop Power Control with Quantized Feedback and Loop Filtering\[J\].IEEE Trans.Wireless Commun.,2002(1):76-86.

［4］Gunnarsson F,Gustafsson F,Blom J.Dynamical Effects of Time Delays and Time Delay Compensation in Power Controlled DS-CDMA\[J\].IEEE Sel.Areas Commun.,2001,19(1):141-151.

［5］Francis B A.A Course in H∞Control Theory\[M\].Berlin,Germany: Springer-Verlag,1987.

［6］Chen B S,Lee B K,Peng S C.Maximum Likelihood Parameter Estimation of F-ARIMA Processes Using the Genetic Algorithm in the Frequency Domain\[J\].IEEE Trans.Signal Processing,2002,50:2 208-2 220.

作者簡介

李 崇 男，1985年出生，本科。研究方向為無線通信系統(tǒng)，信號識別。

李 鼎 男，1985年出生，本科。研究方向為寬帶多媒體衛(wèi)星的糾錯編碼與星上交換，低軌衛(wèi)星的信道特性與模型。

第2篇：控制系統(tǒng)理論范文

冰蓄冷中央空調(diào)是將電網(wǎng)夜間谷荷多余電力以冰的冷量形式儲存起來，在白天用電高峰時將冰融化提供空調(diào)服務。由于我國大部分地區(qū)夜間電價比白天低得多，所以采用冰儲冷中央空調(diào)能大大減少用戶的運行費用。

冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)配置的設(shè)備比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)要增加一些，自動化程度要求較高，但它能自動實現(xiàn)在滿足建筑物全天空調(diào)要求的條件下將每天所蓄的能量全部用完，最大限度地節(jié)省運行費用。

2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)由下位機（現(xiàn)場控制工作站）與上位機（中央管理工作站）組成，下位機采用可編程序控制器（PLC）與觸摸屏，上位機采用工業(yè)級計算機與打印機，系統(tǒng)配置必要的附件如通信設(shè)備接口、網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等，實現(xiàn)蓄冷系統(tǒng)的參數(shù)化與全自動智能化運行。

下位機和觸摸屏在現(xiàn)場可以進行系統(tǒng)控制、參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)顯示。上位機進行遠程管理和打印，它包含下位機和觸摸屏的所有功能。整個系統(tǒng)以下位機的工業(yè)級可編程序控制器為核心，實現(xiàn)自動化控制?？刂圃O(shè)備與器件包括：傳感檢測元件、電動閥、變頻器等。

2.1下位機系統(tǒng)（區(qū)域工作站）

2.1.1TP21觸摸屏

采用TP27彩色觸摸屏作為操作面板，完全取代常規(guī)的開關(guān)按鈕、指示燈等器件，使控制柜面談得更整潔。并且，TP27觸摸屏在現(xiàn)場可實現(xiàn)狀態(tài)顯示、系統(tǒng)設(shè)置、模式選擇、參數(shù)設(shè)置、故障記錄、負荷記錄、時間日期、實時數(shù)據(jù)顯示、負荷曲線與報表統(tǒng)計等功能，中文操作界面直觀友好。

2.1.2SIEMENS可編程序控制器

SIMATICS7-300系列PLC適用于各行各業(yè)、各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化，其強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。

該產(chǎn)品具有光電隔離，高電磁兼容；具有很高的工業(yè)適用性，允許的環(huán)境溫度達60℃；具有很強的抗干擾、抗振動與抗沖擊性能，因此在嚴酷的工作環(huán)境中得到了廣泛的應用。

自由通訊口方式也是S7-300型PLC的一個很有特色的功能，它使S7-300型PLC可以與任何通訊協(xié)議公開的其它設(shè)備、控制器進行通訊，即S7-300型PLC可以由用戶自己定義通訊協(xié)議（例ASCII協(xié)議），波特率為1.5Mbit/s（可調(diào)整）。因此使可通訊的范圍大大增加，使控制系統(tǒng)配置更加靈活、方便。任何具有串行接口的外設(shè)，例如：打印機或條形碼閱讀器、變頻器、調(diào)制解調(diào)器（Modem）、上位PC機等都可連接使用。用戶可通過編程來編制通訊協(xié)議、交換數(shù)據(jù)（例如：ASCII碼字符），具有RS232接口的設(shè)備也可用PC/PPI電纜連接起來進行自由通訊方式通訊。

當上位機脫機時，在下位機控制下，整個系統(tǒng)能正常運行。

2.2上位機系統(tǒng)（中央管理工作站）

2.2.1上位機

上位機即圖文控制中心，主要由PC機和激光打印機組成，采用SIMATICWINCC軟件平臺，采用全中文操作界面，人機對話友好。管理人員和操作者，可以通過觀察PC機所顯示的各種信息來了解當前和以往整個冰蓄冷自控系統(tǒng)的運行情況和所有參數(shù)，并且通過鼠標進行設(shè)備管理和執(zhí)行打印任務。

2.2.2WINCC軟件平臺

WINCC軟件在自動化領(lǐng)域中可用于所有的操作員控制和監(jiān)控任務。可將過程控制中發(fā)生的事件清楚地顯示出來，可顯示當前狀態(tài)并按順序記錄，所記錄的數(shù)據(jù)可以全部顯示或選擇簡要形式顯示，可連續(xù)或按要求編輯，并可輸出打印報表和趨勢圖。

WINCC能夠在控制過程中危急情況的初發(fā)階段進行報告，發(fā)出的信號既可以在屏幕上顯示出來，也可以用聲音表現(xiàn)出來。它支持用在線幫助和操作指南來消除故障。某一WINCC工作站可專門用于過程控制以使那些重要的過程信息不被屏蔽。軟件輔助操作策略保證過程不被非法訪問，并提供用于工業(yè)環(huán)境中的無錯操作。

WINCC是MICRSOFTWINDOWS98或WINDOWSNT4.0操作系統(tǒng)下，在PC機上運行的面向?qū)ο蟮囊涣?2位應用軟件，通過OLE和ODBC視窗標準機制，作為理想的通訊伙伴進入WINDOWS世界，因此WINCC可容易地結(jié)合到全公司的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。

3冰蓄冷系統(tǒng)的控制

3.1控制目的、范圍及主要受控設(shè)備

蓄冷控制系統(tǒng)控制目的：通過對制冷主機、儲冰裝置、板式熱交換器、系統(tǒng)水泵、冷卻塔、系統(tǒng)管路調(diào)節(jié)閥進行控制，調(diào)整儲冰系統(tǒng)各應用工況的運行模式，在最經(jīng)濟的情況下給末端提供一穩(wěn)定的供水溫度。同時，提高系統(tǒng)的自動化水平，提高系統(tǒng)的管理效率和降低管理勞動強度。

控制范圍包括整個冰蓄冷系統(tǒng)的參數(shù)狀態(tài)顯示、設(shè)備狀態(tài)及控制，主要控制設(shè)備有：雙工況主機、電動閥、冷卻塔、冷卻水泵、蓄冰裝置、初級乙二醇泵、板式換熱器、次級乙二醇泵等。

3.2控制功能

控制功能包括整個冰蓄冷系統(tǒng)穩(wěn)定、經(jīng)濟運行所需的功能。

3.2.1工況轉(zhuǎn)換功能

根據(jù)季節(jié)和機器運行情況，自控系統(tǒng)具備以下工況轉(zhuǎn)換功能：

a）雙工況主機制冰同時供冷模式；b）雙工況主機單獨制冰模式；c）主機與蓄冰裝置聯(lián)合供冷模式；d）融冰單獨供冷模式；e）主機單獨供冷模式。

3.2.2工況的啟停、顯示和故障報警功能

控制系統(tǒng)按編排的時間順序，結(jié)合負荷預測軟件，控制制冷主機及設(shè)備的啟停數(shù)量及監(jiān)視各設(shè)備之工作狀況與運行參數(shù)，如：

-制冷主機啟停、狀態(tài)及故障報警；-制冷主機運行參數(shù)；-制冷主機缺水保護；-制冷主機供/回水溫度、壓力遙測和顯示；-冷凍水泵啟停、狀態(tài)及故障報警；-乙二醇泵啟停、狀態(tài)及故障報警；-冷卻水泵啟停、狀態(tài)及故障報警；-壓差旁通管的壓差測量與顯示；-冷卻塔風機啟停、狀態(tài)及故障報警；

-冷卻塔供/回水溫度控制與顯示；-供/回水溫度、壓差遙測控制與顯示；-板式換熱器側(cè)進出口溫度控制與顯示；-蓄冰裝置進、出口溫度遙測控制與顯示；-冷凍水回水流量控制與顯示；-電動閥開關(guān)、調(diào)節(jié)與閥位控制與顯示；-室外溫濕度遙測控制與顯示；-蓄冰量測量與顯示；-末端冷負荷控制。

3.2.3數(shù)據(jù)的記錄和打印功能

控制系統(tǒng)對一些需要的監(jiān)測點進行整年趨勢記錄，控制系統(tǒng)可將整年的負荷情況（包括每天的最大負荷和全日總負荷）和設(shè)備運轉(zhuǎn)時間以表格和圖表記錄下來，供使用者使用。所有監(jiān)測點和計算的數(shù)據(jù)均能自動定時打印。

3.2.4手動/自動轉(zhuǎn)換功能

控制系統(tǒng)配置靈活的手動/自動轉(zhuǎn)換功能。

3.2.5優(yōu)化控制功能

根據(jù)室外溫度、天氣預報、天氣走勢、歷史記錄等數(shù)據(jù)自動選擇主機優(yōu)先或融冰優(yōu)先。在滿足末端負荷的前提下，每天使用完儲存的冷量，盡量少地運行主機。充分發(fā)揮冰儲冷系統(tǒng)優(yōu)勢，節(jié)約運行費用。

3.2.6全自動運行功能

系統(tǒng)可脫離上位機工作，根據(jù)時間表自動進行制冰和控制系統(tǒng)運行、工況轉(zhuǎn)換、對系統(tǒng)故障進行自動診斷，并向遠方報警。觸摸屏顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)、流程、各節(jié)點參數(shù)、運行記錄、報警記錄等。

3.2.7節(jié)假日設(shè)定功能

系統(tǒng)可根據(jù)時間表自動運行，同時也可預先設(shè)置節(jié)假日，控制儲冰量和儲冰時間，使系統(tǒng)在節(jié)假日時對不需要供應空調(diào)的場所停止供冷。

3.2.8下位機操作功能

下位機彩色觸摸屏操作界面見圖1.

下位機操作功能如下：

a）人機對話。操作人員可通過觸摸面板進行人機對話，操作界面完全中文化，具有提示、幫助、參數(shù)設(shè)置、密匙設(shè)置、故障查詢、歷史記錄等功能。

b）系統(tǒng)設(shè)置。包括操作口令設(shè)置、運行設(shè)置、運行時間表設(shè)置、記錄溢出處理、自動/手動/測試選擇、節(jié)假日設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置（包括各節(jié)點溫度、壓力，各介質(zhì)的流量，儲冰量，制冰速率，融冰速率，閥門開度，末端負荷等。）

c）故障記錄、運行記錄、歷史記錄等。

3.3遠程監(jiān)控

控制系統(tǒng)通過電話線或?qū)拵ЬW(wǎng)，與專家系統(tǒng)連接，對系統(tǒng)進行運行監(jiān)控、參數(shù)修改、數(shù)據(jù)采集等，使系統(tǒng)不斷完善和軟件版本升級，讓用戶得到更好的服務。遠程監(jiān)控的目的是用戶可以通過PSTN（公共交換傳輸網(wǎng)）對冷凍站進行異地遠程監(jiān)控。同時也可以實現(xiàn)遠程調(diào)試、遠程適時監(jiān)控和在線維護等，從而大大減輕工程人員的工作強度，降低工程成本。

3.4系統(tǒng)擴展控制

控制系統(tǒng)設(shè)計界面友好，PLC和觸摸屏均可擴展，內(nèi)容可擴展、參數(shù)也可修改，通過485通訊接口或通信協(xié)議實現(xiàn)BAS與冰儲冷自控系統(tǒng)一體化，節(jié)約投資、方便管理。系統(tǒng)集中控制，減少了動力柜占地面積，又使動力柜型號統(tǒng)一、式樣相同、大小一致。系統(tǒng)擴展控制如下：

a）污水泵自動控制；b）風、排風控制；c）活水泵穩(wěn)壓控制；d）防水泵定時運行、檢測、報警；e）淋水泵穩(wěn)壓控制；f）筑物夜間輪廓照明自動控制；g）低配計量、開關(guān)狀態(tài)檢測、報警。

第3篇：控制系統(tǒng)理論范文

關(guān)鍵詞：工業(yè)控制；系統(tǒng)信息安全；監(jiān)控管理

中圖分類號：TP273

工業(yè)控制系統(tǒng)（Industrial Control Systems， ICS）是由各種自動化控制組件和實時數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測的過程控制組件共同構(gòu)成。其組件包括數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）、分布式控制系統(tǒng)（DCS）、可編程邏輯控制器（PLC）、遠程終端（RTU）、智能電子設(shè)備（IED），以及確保各組件通信的接口技術(shù)[1]。

從國家安全上看，工控系統(tǒng)是國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的重要支撐，自2010年“震網(wǎng)”病毒事件以來，世界各國均逐漸重視工控系統(tǒng)信息安全問題。一是以美國為首的西方發(fā)達國家極力提升對工控系統(tǒng)的攻防能力，美國近年來成立網(wǎng)絡戰(zhàn)司令部，《網(wǎng)絡空間國際戰(zhàn)略》和《網(wǎng)絡空間行動戰(zhàn)略》，將對其關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡攻擊作為視作戰(zhàn)爭行為，同時不斷通過演習來提高信息安全防護能力。二是針對工控系統(tǒng)開發(fā)的網(wǎng)絡武器曾出不窮，近年來在中東地區(qū)肆虐的“Duqu”、“火焰”、“震網(wǎng)”等病毒程序，實現(xiàn)了對工控系統(tǒng)探知、潛伏再到攻擊的系列動作，對相關(guān)工控系統(tǒng)安全造成了嚴重危害。三是我國工控系統(tǒng)信息安全保障意識還很薄弱，由于我國工控系統(tǒng)學科及其安全研究起步較晚，各工控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃、管理、使用者更多關(guān)注系統(tǒng)本身的功能安全，對信息安全問題相對忽視。

本文根據(jù)目前工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全實際情況，并結(jié)合現(xiàn)有信息安全管理模式，提出通過監(jiān)控管理的建設(shè)，統(tǒng)一部署、精心組織、周密安排、結(jié)合實際達到對工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全的縱深監(jiān)管控制與問題解決，保證工業(yè)控制系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行。

1 工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全分析

工控系統(tǒng)信息安全作為近年來新提出的問題，與傳統(tǒng)的IT系統(tǒng)信息安全存在明顯的差異。一是可靠性設(shè)計要求較高，工控系統(tǒng)必須具備耐腐蝕、防塵、防水等功能，以利于至少10年的長期使用。二是對系統(tǒng)可用性的關(guān)注點不同，工控系統(tǒng)對于網(wǎng)絡帶寬、信息處理量要求不高，但對系統(tǒng)響應時間的要求一般在5-10ms，不允許關(guān)鍵信息的延遲和處理延誤。三是執(zhí)行的標準、協(xié)議顯著不同，雖然現(xiàn)在采用通用通信協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)和設(shè)備得到廣泛應用，但是其系統(tǒng)底層的組態(tài)、監(jiān)控和控制軟件仍為專用系統(tǒng)開發(fā)，采用專有協(xié)議進行通信。四是很難滿足傳統(tǒng)IT系統(tǒng)的部分安全管理要求，如系統(tǒng)變更和補丁，工控系統(tǒng)在采取行動時更為謹慎，甚至在其生命周期內(nèi)不采取任何更改和升級措施。

隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，ICS可以從多個層面與第三方系統(tǒng)進行互聯(lián)互通，同時也能夠支持各類網(wǎng)絡協(xié)議。目前大多采用基于TCP（UDP）/IP協(xié)議的以太網(wǎng)通信技術(shù)與企業(yè)管理層的信息平臺進行互聯(lián)，使用的接口標準為OPC等開放接口。開放性一方面能夠為用戶帶來實用、便捷等好處，但另一方面由此帶來的各種安全漏洞數(shù)量和類型也會大幅增加。對于一個控制網(wǎng)絡系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生安全漏洞的因素是多方面的。

1.1 操作系統(tǒng)漏洞

工業(yè)控制系統(tǒng)中最常見的操作系統(tǒng)，如Microsoft Windows 操作系統(tǒng)[2]，自從Windows系統(tǒng)的之日起，就都在不停的漏洞補丁，為保證過程控制系統(tǒng)相對的獨立性，而通常這類系統(tǒng)在系統(tǒng)運行后，運維人員不會也不敢輕易對Windows平臺打任何補丁程序，而且即使操作系統(tǒng)打了補丁，這些操作系統(tǒng)也沒有經(jīng)過制造商測試，存在安全運行風險。但是，系統(tǒng)不及時打補丁就會存在被攻擊的漏洞，即使是一些常見病毒也會感染系統(tǒng)，甚至可能造成Windows平臺乃至控制網(wǎng)絡的癱瘓。

1.2 應用軟件漏洞

應用軟件由于自身功能的特殊性，開發(fā)單位技術(shù)能力和技術(shù)水平參差不齊，導致對其的防護很難進行統(tǒng)一以防范各式各樣的攻擊行為；另外當應用軟件面向網(wǎng)絡應用時，就必須開放其應用端口，自然也給攻擊者留下了通道。一旦黑客攻擊者知道這些開放的端口號，利用工業(yè)自動化軟件存在的漏洞信息，直接獲取工業(yè)控制設(shè)備的控制權(quán)，那產(chǎn)生的危害簡直難以想象。

1.3 安全策略和管理制度漏洞

一味追求可用性、方便性而犧牲安全，并且缺乏一整套完整有效的安全策略與管理流程，是很多工業(yè)控制系統(tǒng)存在的普遍現(xiàn)象，也給工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全帶來了一定的威脅。例如用戶口令選擇不慎，或?qū)⒆约旱馁~號隨意轉(zhuǎn)借他人或與別人共享，移動存儲介質(zhì)包括筆記本電腦、U盤等設(shè)備的共享使用等等。

2 工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全監(jiān)控管理的建設(shè)

當前，美國、歐盟都從國家戰(zhàn)略的層面在開展各方面的工作，積極研究工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全的應對策略，我國也在政策層面和研究層面在積極開展工作，但我國工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全工作起步晚，總體上技術(shù)研究尚屬起步階段，管理制度不健全，相關(guān)標準規(guī)范不完善，技術(shù)防護措施不到位，安全防護能力和應急處理能力不高，這些問題都威脅著工業(yè)生產(chǎn)安全和社會正常運作[3]，而當務之急應先從工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全監(jiān)控方面著手進行管理。

2.1 加強組織領(lǐng)導，落實工作責任、加強溝通配合

為更好的完成工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全監(jiān)控管理工作，促進管理水平的提高，宜由各地職能部門或行業(yè)主管機構(gòu)協(xié)調(diào)成立監(jiān)控管理組織，制訂了工作制度和崗位職責，明確工作范圍和內(nèi)容，加強溝通配合，做好組織保障工作。

2.2 統(tǒng)一協(xié)調(diào)、部署和指導

監(jiān)控管理組織宜根據(jù)本地區(qū)或行業(yè)的基本情況，劃定監(jiān)控范圍，制定年度監(jiān)控管理計劃，積極協(xié)調(diào)各工業(yè)控制系統(tǒng)的運營單位積極參與監(jiān)控工作，各運營單位應對年度監(jiān)控管理計劃提出適應性意見，通過評審后，修訂完善監(jiān)控管理計劃。監(jiān)控管理組織應根據(jù)監(jiān)控管理計劃并結(jié)合工業(yè)控制技術(shù)現(xiàn)狀，統(tǒng)一部署日常監(jiān)控工作，明確工作的流程，對時間計劃、工作環(huán)節(jié)和工作內(nèi)容，對運營單位給出相應的指導意見和建議。

2.3 堅持自檢為主，抽查為輔

鼓勵各運營單位結(jié)合自身情況長期開展工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全自檢工作，并結(jié)合實際情況在內(nèi)部研發(fā)風險解決方案。組織具有相應資質(zhì)的信息安全技術(shù)支撐機構(gòu)進行現(xiàn)場抽查工作，在抽查工作進行前，需組織專家對技術(shù)實施方法、質(zhì)量、進度等多方面進行會談研究，統(tǒng)一部署，確保從管理、技術(shù)等多方面為其提供指導。

2.4 加強信息報送工作

為保證自檢工作常態(tài)化實施，及時了解掌握自檢單位的實際情況，及時溝通和交流信息，可建立了“自檢工作進展報送制度”，要求各自檢單位將工作進展情況定期上報至監(jiān)控管理部門。

2.5 明確技術(shù)支撐機構(gòu)和人員

通過技術(shù)手段對工業(yè)控制系統(tǒng)進行安全性測試是了解系統(tǒng)安全狀況的一種重要方法，只有明確技術(shù)支撐機構(gòu)和人員，根據(jù)工業(yè)控制系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備信息安全規(guī)范和技術(shù)標準對關(guān)鍵設(shè)備進行安全測評，檢測安全漏洞，評估安全風險，并且對測評工作中發(fā)現(xiàn)的安全漏洞給出詳細的解決方案。

工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全不是一個單純的技術(shù)問題，而是一個從意識培養(yǎng)開始，涉及到管理、流程、架構(gòu)、技術(shù)、產(chǎn)品等各方面的系統(tǒng)工程，需要工業(yè)控制系統(tǒng)的管理方、運營方、集成商與組件供應商的共同參與，協(xié)同工作，而目前工業(yè)控制系統(tǒng)出現(xiàn)的各類信息安全問題已迫在眉睫，本文針對現(xiàn)階段信息安全管理較弱的情況，適時提出了工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全監(jiān)控管理，從組織機構(gòu)、措施、人員等多方面全方位地保障工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全。

參考文獻：

[1]明旭，殷國強.淺談工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全[J].信息安全與技術(shù)，2013（2）：27.

[2]彭杰，劉力.工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全性分析[J].自動化儀表，2012（12）：38.

第4篇：控制系統(tǒng)理論范文

關(guān)鎮(zhèn)詞：電力系統(tǒng)穩(wěn)定；安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)；安全自動裝置；設(shè)計原則

中圖分類號： TM712 文獻標識碼： A 文章編號

一、引言

隨著電力行業(yè)的迅速發(fā)展，大機組、超長線路不斷增加，電網(wǎng)的規(guī)模也隨之不斷擴大。本文參照相關(guān)標準并結(jié)合國內(nèi)外經(jīng)驗基礎(chǔ)上，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)設(shè)計中宜遵守的有關(guān)原則進行探討。

二、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計算分析原則

1、穩(wěn)定計算擾動等級

根據(jù)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》，電力系統(tǒng)穩(wěn)定標準可分為以下幾級：A級，保持穩(wěn)定運行和電網(wǎng)的正常供電（單一故障）；B級，保持穩(wěn)定運行，但允許損失負荷（單一嚴重故障）；C級，當系統(tǒng)不能保持穩(wěn)定運行時，必須防止系統(tǒng)崩潰，并盡量減少負荷損失（多重嚴重故障);D級，在滿足規(guī)定條件下，允許局部系統(tǒng)作短時間的非同步運行。根據(jù)穩(wěn)定標準分類所確定的穩(wěn)定計算擾動等級，宜按如下原則分級：I級單一輕微故障(單回聯(lián)絡線發(fā)生單相瞬時故障，或者單一電壓等級多回聯(lián)絡線中的一回線發(fā)生單相永久性故障)。I級單一嚴重故障(相間短路故障，含三相短路)。I級三相短路后斷路器單相拒動等多重故障造成兩個以上元件跳閘。

2、穩(wěn)定計算運行方式

1）電力系統(tǒng)接線方式

(1)正常接線方式

(2)檢修接線方式。由于所研究斷面至少有一個電網(wǎng)元件在切除狀態(tài)，從而明顯地減小了該斷面的穩(wěn)定功率傳輸極限。

2）電力系統(tǒng)潮流方式

(l)正常潮流方式。

(2)加重潮流方式。是指在特殊情況下發(fā)電機組超額定出力按最大允許值發(fā)電或在低谷負荷下為不失水資源水電超發(fā)等非常規(guī)加重所研究斷面?zhèn)鬏敵绷鞣绞健?/p>

3、主要計算內(nèi)容

以合理配置安全自動裝置為計算目的，應重點計算所研究電力系統(tǒng)或某個斷面正常接線正常潮流方式下發(fā)生Ⅱ、Ⅲ級擾動或加重潮流方式下及檢修接線正常潮流方式下發(fā)生Ⅰ、Ⅱ級擾動情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定水平，確定相應控制措施。

當系統(tǒng)不能保持穩(wěn)定運行時，找出異步運行的相關(guān)斷面，以區(qū)域內(nèi)功率相對平衡等為原則，確定分區(qū)解列點。

4、穩(wěn)定計算結(jié)果分析

在穩(wěn)定計算結(jié)果基礎(chǔ)上，考慮計算采用基礎(chǔ)信息的不完全性、計算誤差及裝置誤差等因素，留有一定裕度后，給出綜合分析穩(wěn)定結(jié)論。

三、對安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的基本要求

對安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的基本的要求包括以下幾方面：

1可靠性

可靠性是指裝置該動作時動作(信賴性)，不該動作時不動作(安全性)。該動作時不動作為拒動，不該動作時動作為誤動。

安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)與繼電保護裝置相比更強調(diào)可靠性要求，繼電保護的可靠性被破壞的后果只造成一個元件誤動或拒動，而安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)拒動將會破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，誤動造成局部系統(tǒng)負荷或機組損失，后果嚴重，在可靠性要求中，必須強調(diào)安全性。

2有效性

對于安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的控制有效性要求，可分為兩個方面。其一是指在系統(tǒng)發(fā)生較大擾動，為保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行而控制局部機組出力或負荷時，所給出的控制量要滿足穩(wěn)定要求。裝置動作后，如果控制量不足，系統(tǒng)仍處于失穩(wěn)狀態(tài)，起不到穩(wěn)定控制的作用或作用很小。其二是指控制對象的選擇問題，如快速減出力的控制對象可能有幾個機組或電廠時，應尋求有效性高的對象加以控制。

3選擇性

安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)是分層分區(qū)控制的。安全穩(wěn)定控制裝置保護對象的界面雖不像繼電保護那么明確，但也有一定范圍。遠距離送電發(fā)電廠的穩(wěn)定控制裝置的主要保護范圍為電廠出線，最多延伸到下一級出線故障后的穩(wěn)定控制。而網(wǎng)間的穩(wěn)定問題則需由網(wǎng)間裝置來完成，必要時，其控制措施的執(zhí)行可通過發(fā)電廠的裝置來實現(xiàn)。因此，安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)須保證協(xié)調(diào)控制，滿足選擇性要求。

4適應性

為滿足不同時期電力系統(tǒng)發(fā)展要求及不同控制要求，裝置宜有一定適應性。裝置的軟、硬件按功能宜做到模塊化、系列化。

四、安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的構(gòu)成原則

1、安全穩(wěn)定控制裝置的配置及構(gòu)成

（1）在正常接線及正常潮流方式下，電力系統(tǒng)發(fā)生Ⅱ、Ⅲ級擾動，或正常接線加重潮流方式及檢修接線正常潮流方式下，電力系統(tǒng)發(fā)生Ⅰ、Ⅱ級擾動，僅靠系統(tǒng)一次網(wǎng)架不能達到A級系統(tǒng)穩(wěn)定標準時，應配置安全穩(wěn)定控制裝置。當電力系統(tǒng)發(fā)生相應擾動，采取相應控制措施，宜使之達到B級穩(wěn)定標準。

（2）裝置按雙重配置考慮。由單一裝置中三取二等起動邏輯控制實現(xiàn)安全穩(wěn)定控制可靠性中的安全性；通過雙重冗余配置達到可靠性中的信賴性要求。

（3）安全穩(wěn)定控制裝置可以按集中控制式或就地控制式構(gòu)成。應盡量采取就地控制的裝置，以減少對通道的依賴性。

（4）強調(diào)裝置在滿足其主要功能要求下，盡量簡化。一些后備功能(如振蕩解列等)不要與安全穩(wěn)定控制裝置主保護合在一起，以免使安全穩(wěn)定控制裝置本身過分復雜又達不到冗余后備控制的目的。裝置構(gòu)成要簡化的另一個重要原因是易做到模塊化、規(guī)范化，縮短生產(chǎn)周期。

2、自動消除異步裝置

自動消除異步運行，是一種非常重要的穩(wěn)定控制措施。在研究區(qū)域內(nèi)，為任一可能異步運行的斷面配置相應的振蕩解列裝置，可將兩個同步運行的部分解列而實現(xiàn)自動消除異步運行。在較重要的斷面，宜配置雙重自動消除異步運行裝置，主裝置作用于解列，后備裝置作為主裝置后備，帶延時作用于解列。

3、自動限制頻率升高/降低裝置

自動限制頻率升高/降低裝置應覆蓋任何獨立運行地區(qū)(包括整個電力系統(tǒng))，亦包括那些由于異步方式而被自動控制解列出來的系統(tǒng)。通過限制頻率降低/升高裝置的動作來進行切負荷/切機控制，以實現(xiàn)限制缺額/過剩系統(tǒng)頻率降低/升高。此二類裝置一般為分散配置，同類配置間可實現(xiàn)互為備用方式。

4、自動限制電壓降低/升高裝置自動限制電壓降低/升高裝置，是防止事故后電力系統(tǒng)某些節(jié)點的電壓降低/升高到不允許值可能導致出現(xiàn)電壓崩潰/設(shè)備損壞。此類裝置根據(jù)專門計算結(jié)果確定具體配置。

5、自動限制設(shè)備過載裝置自動限制設(shè)備過載裝置在允許時間內(nèi)限制電氣設(shè)備超過允許的過電流值。假如電流沒有超過可手控時間(如20min)及以上的允許值，可不裝設(shè)自動限制設(shè)備過載裝置。目前我國尚沒有設(shè)備過電流與允許時間關(guān)系的有關(guān)規(guī)定，僅能參照國外有關(guān)經(jīng)驗數(shù)據(jù)。自動限制設(shè)備過載裝置可按被監(jiān)視的電流及其持續(xù)時間以階梯式實現(xiàn)對發(fā)電廠減出力或切負荷等控制。

五、安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的應用

南瑞繼保公司生產(chǎn)的RCS-992A系列穩(wěn)控裝置采用了模塊化、主從式結(jié)構(gòu)，整套系統(tǒng)由多個相對獨立的模塊組合而成。系統(tǒng)由主機RCS-992A從機RCS990A，通信復接裝置MUX-22A、MUX-64B和MUX-2M等共同構(gòu)成。主站、子站和執(zhí)行站裝置的硬件結(jié)構(gòu)基本一致，只是當穩(wěn)控系統(tǒng)較大時，主站需擴展通信接口，而子站用于與主站和執(zhí)行站的通信接口較少，執(zhí)行站可能只需要一個通信接口用于與主站或子站通信。每個站均由一套主機和數(shù)套從機構(gòu)成，需要時還有信號復接設(shè)備。

子站主機負責與其他站的裝置通信、接收本站從機采集的數(shù)據(jù)和判別結(jié)果、實施穩(wěn)定控制策略，從機負責數(shù)據(jù)采集、計算，判別線路（主變、機組）是否運行、及判別線路（主變、機組、母線）是否跳閘及故障形式等，并執(zhí)行主機下發(fā)的命令；從機同時需要進行與系統(tǒng)運行方式無關(guān)的穩(wěn)定控制功能的實施，如變壓器或線路的過負荷判別等。

某地區(qū)聯(lián)變過載遠切負荷穩(wěn)控系統(tǒng)由A、B、C、D、E變電站的穩(wěn)控裝置通過通訊通道連接而成。該穩(wěn)定控制系統(tǒng)A站為主站，其他站均為遠方切負荷執(zhí)行站。各站間采用2M光纖通信，A站裝置系統(tǒng)由500kV向220kV送電時主編過載三輪動作，向其他4個站發(fā)送切負荷命令，E站作為第三輪次遠切負荷子站。

六、結(jié)束語

安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)是提高電網(wǎng)輸送能力、保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要手段。要達到其目的必須有相關(guān)的標準、原則制約；確定符合我國電力系統(tǒng)實際情況的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)設(shè)計原則已是當務之急。本文提出的有關(guān)原則，能起到應有的作用。

參考文獻：

第5篇：控制系統(tǒng)理論范文

關(guān)鍵詞：主動振動控制TMS320F2407實時性

主動振動控制具有隔振率高、適應性強、可抗強沖擊振動等優(yōu)點，可使關(guān)鍵設(shè)備在惡劣沖擊振動環(huán)境下可靠工作。但是，主動振動控制系統(tǒng)對相位要求較為嚴格，要求系統(tǒng)具有極強的實時性，否則由于相位滯后，控制效果將會受到嚴重影響。因而在數(shù)字式主動振動控制系統(tǒng)中，通常在單片機難以達到實時性要求，本文采用高速DSP器件解決控制的實時性問題。

TMS320LF2407是TI公司專為實時控制而設(shè)計的高性能16位定點DSP器件，指令周期為33ns，其內(nèi)部集成了前端采樣A/D轉(zhuǎn)換器和后端PWM輸出硬件，在滿足系統(tǒng)實時性要求的同時可簡化硬件電路設(shè)計。本文在總線模擬主動控制系統(tǒng)設(shè)計作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計了以TMS320F2407為核心的數(shù)字式主動振動控制系統(tǒng)。

1主動振動控制系統(tǒng)及其數(shù)學模型

1.1控制系統(tǒng)工作原理

主動振動控制系統(tǒng)模型如圖1所示。隔振對象通過弱性體與基礎(chǔ)相連接，基礎(chǔ)振動（振幅為u）通過弱性體（剛度為k）傳遞到隔振對象上，引起隔振對象振動。傳感器置于二者之間檢測相對位移并輸入到控制器，控制器輸出的控制量經(jīng)過功率驅(qū)后輸出到電磁作動器控制隔振對象的振動，同時控制器根據(jù)隔振對象的加速度反饋實時調(diào)節(jié)控制參數(shù)。

1.2系統(tǒng)數(shù)字模型描述

根據(jù)主動振動控制系統(tǒng)工作原理建立的系統(tǒng)振動模型如式（1）所示。為使隔振對象加速度x最小，控制力f的計算式如式（2）所示。其中，u-x為基礎(chǔ)和隔振對象相對位移，可通過光電位移傳感器（PSD）測得。

mx+cx+kx=cu+ku+f（1）

f=c(x-u)+k(x-u)(2)

式中，m為隔振對象質(zhì)量，x為隔振對象加速度，u為基礎(chǔ)加速度，k為隔振彈性體剛度，c為隔振系統(tǒng)阻尼。

系統(tǒng)作用力f由置于氣隙磁場中的載流線圈提供。當在線圈上施加電壓v時，其上的咯倫茲力f和施加電壓V如式（3）和式（4）所示。

f=bli（3）

v=ri-bl(u-x)+l''''l（4）

式中，b為氣隙磁感應強度，l為線圈有效長度，I為線圈電流，r為線圈電阻，l''''為線圈電感。

2控制策略及控制器

2.1控制策略

根據(jù)系統(tǒng)各部分數(shù)學模型可計算出控制電壓輸出，如式（5）所示。

v=(l''''c/bl)s-[(l''''k+rc)bl+bl]s-(rk/bl)s（5）

式中，s為相對位移u-x，s和s分別為相對位移的一次微分和二次微分。在實際應用中，上述控制參數(shù)并不能準確得出，而且有些參數(shù)如彈性體剛度、磁場強度等并不是恒定值。在控制過程中，先以估算值作為初始值，再以一定控制算法（自整定PID），根據(jù)加速度反饋，對控制參數(shù)進行實時校正。

2.2控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

控制器硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。位移傳感器（PSD）輸出信號經(jīng)由信號處理電路、加速度傳感器輸出信號經(jīng)由電荷放大器后，再分別通過TMS320F2407中的A/D轉(zhuǎn)換器輸入到DSP核心中。DSP核心根據(jù)加速度反饋修正控制參數(shù)，由位移輸入計算出控制量，進行PWM調(diào)制后送到PWM功率驅(qū)動部分，由功率驅(qū)動部分驅(qū)動電磁作動器進行振動控制。

2.2.1DSP及存儲器

F2407中集成了32K字的FLASHEEPROM和1.5k字的RAM，由于控制算法的需要，本系統(tǒng)需擴充外部RAM。TMS320F2407片內(nèi)的FLASH可用作程序存儲器，但在開發(fā)階段使用FLASH作為程序存儲極為不便，因為每一次程序的修改都需要對FLASH進行清除、擦除和編程操作，而且進行CCS調(diào)試時只能設(shè)置硬件斷點，故從調(diào)試的角度考慮，應擴充程序RAM。為了不增加系統(tǒng)復雜度，從擴充的數(shù)據(jù)RAM中分出一塊作為調(diào)試時的程序RAM。如圖3所示，CY7C1021為64K×16的SRAM，存取時間最小為10ns，故不需要插入等待周期，可保證系統(tǒng)全速運行。

在調(diào)試時，用跳線短接PS和與門輸入腳，在存儲映像文件中將CY7C1021前32K字設(shè)為數(shù)據(jù)RAM，后32K字設(shè)為程序RAM，可將程序?qū)崟r下載到程序RAM中進行調(diào)試，避免了對FLASH的繁瑣操作。當開發(fā)完成時將VCC和與門短接，同時修改映像文件，將64KRAM全部用作數(shù)據(jù)存儲器，而將程序?qū)懭雰?nèi)部FLASH中，系統(tǒng)即可脫離開發(fā)環(huán)境獨立運行。

2.2.2傳感器處理電路及A/D變換

加速度傳感器和位移傳感器輸出需進行預處理后再進行A/D變換。前者輸出電荷信號，應用電荷放大器將其轉(zhuǎn)化為電壓信號，后者輸出微弱的電流信號（數(shù)個微安），進行前置放大及相關(guān)模擬處理后得到表示位移的模擬電壓信號，經(jīng)過處理的此二路信號分別送入DSP片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器的1、2通道進行模/數(shù)變換。

圖4

2.2.3PWM調(diào)制及驅(qū)動

核心程序計算出控制量后進行PWM調(diào)制、功率驅(qū)動后輸出到作動器中。PWM調(diào)制在片內(nèi)完成，而功率驅(qū)動則需依靠外加的驅(qū)動電路來完成。商品化的PWM驅(qū)動器體積大、價格昂貴，在此采用了瞬息萬變制的小功率PWM驅(qū)動器，其電路圖如圖4所示。IR2110完成初次驅(qū)動，將來自DSP的TTL電平轉(zhuǎn)化為12W電平輸出，推動由四個功率管IRF3710構(gòu)成的H橋進行開關(guān)動作，H橋再驅(qū)動作動器施加控制力。

2.3控制器軟件

2.3.1控制算法

控制算法是整個系統(tǒng)的核心，要求較高的實時性和一定的自適應能力。算法由兩部分組成，如圖5所示，上半部分根據(jù)隔振對象相對位移輸入完成的控制量的計算，下半部分根據(jù)隔振對象加速度反饋完成控制參數(shù)的實時優(yōu)化。算法先根據(jù)式（5）估算出各個系數(shù)的值，運用PID算法根據(jù)隔振對象加速度反饋輸入依次對各系數(shù)進行校正，得到最優(yōu)控制參數(shù)。之后脫離PID算法，完全依靠式（5）計算輸出。當中環(huán)境發(fā)生變化，控制效果變差時，再重新調(diào)用PID校正參數(shù)。這樣既滿足了實時性的要求，又提高了適應能力。

2.3.2中斷控制

根據(jù)系統(tǒng)控制要求，A/D需定時采樣隔振對象加速度和相對位移信號，為提高效率，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果以中斷方式讀取。因此中斷控制包括定時器中斷控制和A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷控制。

TMS320F2407有二級中斷服務程序，分別為通用中斷服務程序GISR和特定中斷服務程序SISR。所有可屏蔽中斷分為六級（INT1-INT6），如圖6所示。中斷產(chǎn)生時，系統(tǒng)通過通用中斷向量表自動跳到該中斷所屬級PIVR的值，根據(jù)外設(shè)中斷向量表，使程序跳轉(zhuǎn)到中斷對應的SISR中。所以進行中斷處理需要二級中斷向量表（通用中斷向量表和外設(shè)中斷向量有）和二級中斷服務程序（GISR和SISR）。其中，通用中斷向量表必須映射到零地址開始的片內(nèi)FLASH程序存儲空間中。

2.3.3PWM及A/D轉(zhuǎn)換接口程序

PWM接口程序?qū)崿F(xiàn)PWM初始化，控制輸出的PWM調(diào)制、載波頻率、死區(qū)寬度等參數(shù)的功能。A/D轉(zhuǎn)換接口程序包括A/D轉(zhuǎn)換初始化、轉(zhuǎn)換的通道選擇、定時啟動和數(shù)據(jù)讀取等部分。

3實驗測試

第6篇：控制系統(tǒng)理論范文

福建省農(nóng)業(yè)科學院中以示范農(nóng)場位于福州市晉安區(qū)新店鎮(zhèn)埔檔村，于2013年10月引進以色列設(shè)備及技術(shù)，建成3500耐以上的玻璃溫室大棚，建成投人使用1年來運行良好?，F(xiàn)將該玻璃溫室大棚的自動化控制系統(tǒng)設(shè)計，及其應用于無土基質(zhì)設(shè)施栽培的管理經(jīng)驗總結(jié)如下。

1自動化控制玻璃溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計

1.1玻璃溫室大棚自動化控制系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)材料和結(jié)構(gòu)

玻璃溫室是以透明玻璃為覆蓋材料的溫室，透光率一般為60%一70%。溫室的骨架為鍍鋅鋼管，門窗框架、屋脊為鋁合金輕型鋼材，肩高約8ma大棚管理系統(tǒng)采用JPK-013型自動化控制系統(tǒng)。開啟電腦，輸入用戶名及密碼，在桌面點擊海峽農(nóng)業(yè)示范園控制系統(tǒng)圖標，點擊特殊菜單，點擊登錄“開”，彈出對話框，再次輸人另外一個用戶名及密碼，就可進行參數(shù)操作設(shè)計。設(shè)計結(jié)束后，下拉特殊菜單，點擊退出“關(guān)”。把目標溫度設(shè)計為300C，降溫需求百分比為10%。

1.2系統(tǒng)功能及操作設(shè)計方案

1.2.1夏、秋季的操作設(shè)計方案根據(jù)南方夏、秋季需要降溫的要求設(shè)計操作方案。

1.2.2冬、春季的操作設(shè)計方案根據(jù)南方冬、春季的氣候特點設(shè)計保溫操作方案。

2玻璃溫室大棚自動化控制系統(tǒng)設(shè)計管理要點

2.1水肥機一體化系統(tǒng)管理

水肥機由以色列Galcon公司提供。操作步驟:電腦開機一桌面一點擊Client系統(tǒng)一點擊Mixero

2.2分區(qū)設(shè)計管理

2.2.1水肥機一體化分區(qū)管理將整個溫室分成6個水肥灌溉區(qū)域，即與電腦連接的6個水閥所控制的灌溉區(qū)域為一個獨立的單元。區(qū)域布置見圖to水肥機裝肥料母液的肥料桶共7個桶，A,B液各3個桶，另外1個酸液桶，分為3個組別，酸液桶共用。針對不同作物，每組的肥料母液可以有所區(qū)別。A桶(Fert.1)和B桶(Fert.2)吸量都設(shè)為5.0L/m3，酸液(Fert.3)吸量設(shè)為3.5I}/m3。1區(qū)、2區(qū)種植瑞豐番茄，2014年5月31日移植;3區(qū)種植金玉滿堂番茄，4區(qū)種植串串紅鈴番茄，3區(qū)、4區(qū)均為5月22日移植。從移植到7月2日每天灌溉1次，清晨5:00開始滴灌，時間為10mino7月2日開始增加為4次，每次3min。因為3區(qū)、4區(qū)結(jié)果多，植株細弱，7月6日再增加1次，即3區(qū)、4區(qū)結(jié)果期每天灌溉5次，每次3mino5區(qū)、6區(qū)分別種植金石王1號和金玉滿堂番茄，2013年11月9日移植，前期灌溉同3區(qū)、4區(qū)，因結(jié)果盛期需肥水較多，增至每天7次(表3)。

2.2.2各區(qū)域的項目編號綁定及灌溉時間表(Irri-gationProgramNo.)設(shè)計各區(qū)域的電腦識別代碼及灌溉時間表設(shè)計見表30

2.3灌溉時間等數(shù)據(jù)的設(shè)計及修改

在Mixer的圖案里，點擊IrrigationProgramNo.，在左上角白色框格里輸入所要修改或設(shè)定的項目編號(ProgramNo.)，回車，再在左上角白色框格的左邊，點擊鎖匙(解鎖)，選擇要修改的數(shù)據(jù)，輸人要修改的數(shù)據(jù)，全部修改完畢，再次點擊解鎖，點擊確定(sure)完成修改。其他項目的修改過程同樣。

2.4所需EC,pH值的修改及其感應器校準

點擊FertilizationPrograms，在肥料項目號7,8,9欄目內(nèi)修改各種植區(qū)所需的灌溉水肥的EC,pH值。2014年種植番茄，1,2,3,4區(qū)的EC值設(shè)置為1.5ms/cm,爪6區(qū)盛果期設(shè)置為2.0ms/cm;pH值都設(shè)置為5.7。當發(fā)現(xiàn)水肥機上的EC,pH值有偏差時，要用標準液來進行校準。

2.5洗鹽

點擊右上角IrrigationPrograms進人操作界面，點擊ProgramSettings進入灌水數(shù)據(jù)界面。程序號(Prog.No)要選擇灌溉肥料沒用過的空白號。優(yōu)先權(quán)(PrioritySetup)選擇low。灌溉間隔天數(shù)(Irri.Cycledays)選擇1d，時間單位(Irri.Unit)為min;灌水量(Quantity)為持續(xù)灌水60min，肥料(Fert.Prog)填寫0。開始(StartTime)寫0:O1，結(jié)束寫23;59;各區(qū)的間隔灌溉時間(Duratior)寫250min(洗鹽1輪60x4為240min，其間休息10min。這就是洗鹽1d的循環(huán)模式。

2.6過濾器清洗

每個肥料母液桶下面都有1個過濾器，選擇在沒有灌溉的時間段里，關(guān)閉水肥母液桶的開關(guān)，把過濾器小心擰開，用清水沖洗過濾片，干凈為止。然后在灌溉之前裝回，打開水肥開關(guān)。水肥機后面也有1個過濾器。

2.7混合桶溢水問題的解決

灌溉是邊混合水肥邊進行灌溉，如果遇到突然停電，等來電時，電腦不知道混合桶的水肥該往哪個區(qū)走。因此，當看到混合桶溢水時，應立即手工把混合桶里的水肥舀出1/2。

3小結(jié)

第7篇：控制系統(tǒng)理論范文

關(guān)鍵詞：管理系統(tǒng) 最經(jīng)濟控制 研究

中圖分類號：O232 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（c）-0140-02

最經(jīng)濟問題最初是在20世紀70年代對外提出，在學術(shù)界得到了重視，是研究經(jīng)濟控制的重要理論之一，影響至今。同時，這一理論也被廣泛運用于各個領(lǐng)域，但隨著社會經(jīng)濟、高科技的不斷發(fā)展，最經(jīng)濟控制問題的缺點也逐漸暴露，若使最經(jīng)濟控制問題的缺點徹底解決，則需要對管理系統(tǒng)的最經(jīng)濟控制問題進行透徹的剖析。

1 最經(jīng)濟控制問題的提出和探討

1.1 最經(jīng)濟控制問題的提出

最經(jīng)濟問題是在最優(yōu)控制理論和最經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的問題重合而產(chǎn)生的，最經(jīng)濟控制的含義即在特殊的控制要求下，能夠使技術(shù)的設(shè)計可行，使設(shè)備投資、運作系統(tǒng)用的費用最優(yōu)的方案，也就是說，在特定的能控性和能觀性技術(shù)指標當中，使得系統(tǒng)的經(jīng)濟費用在設(shè)備投資資金和系統(tǒng)運作成本中耗費最低，用線性關(guān)系對其表示即：

1.2 管理系統(tǒng)的最經(jīng)濟控制

基于最經(jīng)濟控制概念的提出，將最經(jīng)濟控制的概念運用于經(jīng)營管理領(lǐng)域上，對其分層階梯性構(gòu)架控制，包括組織管理級、優(yōu)化協(xié)調(diào)級和現(xiàn)場執(zhí)行即三種[1]。組織管理級即肯定并認同管理帶來的經(jīng)濟效益。越是先進有效的管理技術(shù)越是能夠提高經(jīng)濟效益和生產(chǎn)效率，這也就是說，我們應當重視管理技術(shù)的選取和管理水平的提高，保障最經(jīng)濟控制的最終實現(xiàn)。

1.3 最經(jīng)濟控制的研究

現(xiàn)在，最經(jīng)濟控制問題是在傳統(tǒng)的控制理論上經(jīng)過發(fā)展、調(diào)整而產(chǎn)生的，是以簡單的局部硬件管理系統(tǒng)、系統(tǒng)的線性關(guān)系包括其中的穩(wěn)定作為假設(shè)條件進行研究的。所以，在研究最經(jīng)濟控制這一問題上，要求我們建立正確的數(shù)學模型，利用數(shù)學中的微積分和線性代數(shù)等方法對這一問題進行探究，力求找到最優(yōu)的答案。

由于在實施方案的現(xiàn)實當中有著不可預知的復雜問題或是系統(tǒng)與系統(tǒng)之間會出現(xiàn)一定的非線性關(guān)系，這些不確定因素導致了我們要用數(shù)學方式需求最有答案困難重重，這就要求我們不光利用數(shù)學建模等方法找尋答案，在遇到復雜關(guān)系如非線性控制、離散事件系統(tǒng)控制[2]等等這類問題時，要拓寬思路，尋找更多的解決辦法。

2 管理系統(tǒng)中最經(jīng)濟控制問題的提出和研究

2.1 管理系統(tǒng)中最經(jīng)濟問題的可靠性

在管理系統(tǒng)中，最經(jīng)濟問題影響到管理系統(tǒng)的正常運作，若是管理系統(tǒng)的可靠性較高，則在運作過程中，即可降低意外的發(fā)生，保障管理系統(tǒng)的使用效率和質(zhì)量。因此，最經(jīng)濟問題的可靠性問題的重中之重，即要求全面提高系統(tǒng)的可靠性。在初級階段，若要增加經(jīng)濟成本，則$hp和$kp增加，但$yp會隨之大幅下降，且$p呈下降趨勢：

Ge=（）

從這一共識來看，隨著Ge增大，經(jīng)濟效益才能不斷增多。另外，我們注意到其意義的不斷提高還對其他方面也有一定影響。最經(jīng)濟控制問題的可靠性不單通過管理系統(tǒng)的運作周期提高而成本降低，還需要通過產(chǎn)品的質(zhì)量來獲得直接經(jīng)濟效益。

2.2 WSR的最經(jīng)濟問題分析

WSR是物理、實力、人理三個詞的漢語拼音首字母縮寫而組成的：物理指的是管理系統(tǒng)自有關(guān)物質(zhì)運動的相關(guān)理論，主要表現(xiàn)為物與物之間聯(lián)系；事理指的是做某事的道理，主要表現(xiàn)為對物的安排和處理事與事之間的關(guān)系；人理指的是做人的道理，表現(xiàn)為建立人與人之間的關(guān)系[3]。在這一系統(tǒng)中，相互獨立也相互制約著，因此，要實現(xiàn)管理系統(tǒng)最經(jīng)濟控制問題，要全面考慮到WSR的問題。

2.3 ABC、BDA模型分析法對最經(jīng)濟問題的分析

ABC分析法來源自19世紀意大利經(jīng)濟學家巴雷托（V.F.Pareto）從調(diào)查研究國民收入分布中發(fā)現(xiàn)了關(guān)鍵的少數(shù)及一般的多數(shù)規(guī)律，在調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，占人口比重小的少數(shù)人，他們的收入反而占了總財富的較大比例，占人口比重大的多數(shù)人，他們的收入在總財富比例中僅占有很小一部分[4]。經(jīng)過這一研究的現(xiàn)象，巴雷托的除了ABC模型管理法理論，其其本原理是：按照管理對象在技術(shù)等方面的重要特征，對管理對象進行分類，分別為A類B類和C類[4]。

ABC分析法在管理法中被廣泛應用，因為其所指出的關(guān)鍵性少數(shù)和一般性多數(shù)的概念是一種常見的社會經(jīng)濟現(xiàn)象，所以在商業(yè)、工業(yè)等等領(lǐng)域也有對ABC分析法的應用。針對這一方法的分析我們可以將管理系統(tǒng)的最經(jīng)濟問題進行分類，即在保障管理系統(tǒng)的正常運作的情況下，將資金投入到另一系統(tǒng)上，達到系統(tǒng)的最經(jīng)濟控制投入與效果成比例，這時的$yp為最科學值。

將最經(jīng)濟控制問題利用BDA模型進行簡單分析：事前控制指的是管理系統(tǒng)在開始正常運作之前的控制機制，主要表現(xiàn)在企業(yè)的所有制、資本運作和管理制度等，還可以表現(xiàn)為產(chǎn)品的開發(fā)、原材料的采購、其他資源配置等等；始終控制指的是在管理系統(tǒng)運作中的具體控制，包括對機械設(shè)備原型、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)調(diào)度、市場運行、財務管理等等的管理；事后控制指的是在管理系統(tǒng)完成一個周期后、進入下一個周期前的反饋控制情況，主要是通過事后總結(jié)經(jīng)驗教訓、對運行后的結(jié)果進行全面評價、對工作技術(shù)人員的考評和在專業(yè)技術(shù)上的改進等等[5]。事后控制不僅直接關(guān)系到整個控制系統(tǒng)的效果，更是一種具有一定規(guī)模的調(diào)整控制形式，其最經(jīng)濟控制的BDA模型可以用下述函數(shù)進行表示：

上述公式中，C*d表示BDA模型系統(tǒng)的最經(jīng)濟控制代價（成本），v*d表示BDA模型系統(tǒng)的最經(jīng)濟控制效益，d表示多狀態(tài)含義，F(xiàn)表示最經(jīng)濟控制的控制功能和品質(zhì)函數(shù)，C表示為最經(jīng)濟控制的控制成本函數(shù)，B為事前控制，D為事中控制，A為事后控制，AB即使變量也是函數(shù)。

這一模型系統(tǒng)是用來表示系統(tǒng)動態(tài)的，其中的最經(jīng)濟控制問題中的經(jīng)濟可以認為是“節(jié)約”也可以認為是“合算”，在其模型中的目標函數(shù)可以理解為是“節(jié)約”和“合算”的綜合[5]。從整個系統(tǒng)來看，最經(jīng)濟控制問題應當從“節(jié)約”和“合算”的角度來看，BDA三個變量也應當是印象最經(jīng)濟控制問題的綜合整體變量。

3 結(jié)語

現(xiàn)在，我國在管理系統(tǒng)的最經(jīng)濟控制問題仍需要進一步的研究和探討，其中的可靠性、周期成本和系統(tǒng)的經(jīng)濟價值也可能影響到經(jīng)濟效益，也包括人為因素對其的影響。本文利用WSR、ABC、BDA三種模型方法對管理系統(tǒng)的最經(jīng)濟控制問題作出了簡單分析，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我們應當對管理系統(tǒng)的最經(jīng)濟控制問題進行更加深入的探究，以便找尋最優(yōu)方案。

參考文獻

[1] 盧潤德.一種以可靠性為對象的最經(jīng)濟控制問題求解方法[J].統(tǒng)計與決策，2008（2）：153-154.

[2] 劉運妙.廣義系統(tǒng)的最經(jīng)濟控制結(jié)構(gòu)綜合問題[J].青島建筑工程學院學報，2000（2）：83-89.

[3] 羅亞康.管理系統(tǒng)的最經(jīng)濟控制問題分析[J].戰(zhàn)略研究，2013，4（2）：40-41.

第8篇：控制系統(tǒng)理論范文

為了提高勝利油田采油設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)的實時綜合測試和控制水平，保證油井高產(chǎn)量、高效率生產(chǎn)，及時發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備可能存在的隱患或發(fā)生的故障，并對盜油等行為進行及時的監(jiān)測和制止，必須實施采油的自動監(jiān)控和管理。同時，在勝利油田采油設(shè)備中，以游梁式磕頭采油機應用最為普遍，數(shù)量也最多。但傳統(tǒng)的磕頭機普遍存在著起動沖擊大，運行耗電多，效率低下等諸多問題，加之油井情況復雜，斷桿、燒電機等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，對電動機沒有可靠的保護功能，設(shè)備維修量大，急需對現(xiàn)有的采油機設(shè)備進行改造。為此，我們利用泓格的I－7188EXD以及I-7000模塊對大沙莊的12臺采油設(shè)備采用了分布式變頻采油控制方式，其應用效果十分明顯。

2工作原理

2.1恒速采油的弊端和變頻采油的必要性

作為采油設(shè)備，其運動為反復地上下提升，一個沖程提升一次，其動力來自于電動機帶動的兩個重量相當大的鋼質(zhì)滑塊，當滑塊提升時，類似于杠桿的作用，將采油機桿送入井中，滑塊下降時，采油桿提出帶油至井口，由于電機轉(zhuǎn)速一定，在滑塊下降過程中，負荷減輕，電機拖動產(chǎn)生的能量勢必進入再生發(fā)電狀態(tài)，造成主回路母線電壓升高，頻繁的高壓沖擊會損壞電機，對電動機沒有可靠的保護功能，一旦電機損害，造成生產(chǎn)效率降低、維護量加大，極不利于抽油設(shè)備的節(jié)能降耗，給企業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟損失。

假如采用變頻調(diào)速技術(shù)，效果則完全不一樣:根據(jù)電機理論可知，其轉(zhuǎn)速公式為:n=60f×(1-s)/p其中:P—電動機的極對數(shù);s—轉(zhuǎn)差率;f—供電電源的頻率;n—電動機的轉(zhuǎn)速，可看出，電機轉(zhuǎn)速與頻率近似成正比，改變頻率即可以平滑地調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，而對于變頻器而言，其頻率的調(diào)節(jié)范圍是很寬的，可在0～400Hz之間任意調(diào)節(jié)，因此電機轉(zhuǎn)速即可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。同時變頻調(diào)速器具有低速軟啟動，轉(zhuǎn)速可以平滑地大范圍調(diào)節(jié)，對電動機保護功能齊全，如短路、過載、過壓、欠壓及失速等，可有效地保護電機及機械設(shè)備，保證設(shè)備在安全的電壓下工作，具有運行平穩(wěn)、可靠，提高功效等諸多優(yōu)點，是采油設(shè)備改造的理想方案。在本系統(tǒng)中為防止采油滑塊提升時對其軸承及繞組的影響，防止電機過分磨損及過熱，最高頻率設(shè)在50Hz。

2.2系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)上述分析的變頻控制原理，控制系統(tǒng)必須有控制器以及相應的控制模塊，由于抽油設(shè)備均在野外工作，基本上處于“無人看管”的工作狀態(tài)，采用工控機等之類的控制器顯然是不合理的，而泓格的嵌入式網(wǎng)絡控制器I－7188EX具有PC的一切控制功能，只要將其安裝在防雨、防電等場合，便可工作，同時利于現(xiàn)場安裝，滿足設(shè)計要求。為此，圍繞I-7188EX控制器，必須有相應的功能模塊與之配合才能完成控制任務，為此我們選用了I-7024模擬量輸出模塊，讓其輸出的模擬信號作為變頻器的輸入控制信號，I-7060作為相應控制開關(guān)的控制模塊、I-7017實時采集輸油管路的流量，控制系統(tǒng)的架構(gòu)圖見圖1所示。

由于下莊采油隊有12臺抽油機，為便于“集中管理、分布式控制”，在小隊的控制室安裝有一臺監(jiān)視控制計算機，主要用來管理I-7188EX，并且實時記錄流量、工作日志、設(shè)備運行的健康狀態(tài)。由于小隊的控制室遠離采油廠的采油統(tǒng)計中心，因此，巡視人員將定期攜帶移動式筆記本電腦通過HUB與控制計算機采用TCP/IP協(xié)議下載控制計算機的記錄參數(shù)，然后回采油統(tǒng)計中心將各個采油分隊的記錄參數(shù)匯總，統(tǒng)計，達到了對采油設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)的綜合測試以及管理的目的。在圖1所示的架構(gòu)圖中，I－7188EX與I－7000模塊采用RS－485通信、I－7188EX與控制計算機采用TCP/IP通過HUB相連并通信。從而實現(xiàn)了分級控制、分級管理，利于維護、安裝、移動和拆卸。是一種比較的采油設(shè)備控制系統(tǒng)。

2.3采油變頻調(diào)節(jié)過程

變頻采油是當滑塊下降過程時，經(jīng)I-7188EX邏輯判定,將控制信號通過I-7024送至變頻器，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，讓滑塊根據(jù)井口真空度以及電機所帶負荷變速下降，當采油滑塊提升時，為防止油錘現(xiàn)象的產(chǎn)生，采油泵的啟停將采用聯(lián)動方式，即三臺油泵共一個出口閥門。變頻聯(lián)動方式有變頻泵固定方式和變頻泵循環(huán)方式。變頻泵固定方式最多可以控制7臺泵,可選擇“先開先關(guān)”和“先開后關(guān)”兩種水泵關(guān)閉順序;變頻泵循環(huán)方式最多可以控制4臺泵，系統(tǒng)以“先開先關(guān)”的順序關(guān)泵。本系統(tǒng)采用變頻泵循環(huán)方式，這樣，將3口油井的采油泵采用變頻聯(lián)動方式采油，不僅降低了能耗，保護了電機，更為重要是使輸油管路的壓強恒定，流量恒速，利于計量與管理。

2.4效益分析

在開采前期，由于儲油量大，供液足，為提高功效，我們采用提高轉(zhuǎn)速的方式，讓變頻器運行至65Hz，頻率提高了1/3，其綜合采油率可比工頻情況下多采油20%，工效提高了1.2倍，當中期時我們讓變頻器運行至50Hz，變頻器運行在工頻情況，其采油量恢復正常狀態(tài)，由于采用多種控制技術(shù)，使采油量在短時間內(nèi)有較大幅度的提升，同時，維修量大幅度降低，利于設(shè)備的節(jié)能降耗，降低了采油工的勞動強度，提高了工作效率，并且控制系統(tǒng)可以重復使用，方便拆卸和安裝，系統(tǒng)的投入深受勝利油田采油廠的喜愛。

3所選模塊特性

3.1I－7188EX

I-7188EX為一具有PC功能的嵌入式網(wǎng)絡控制器，也可以說是網(wǎng)絡協(xié)議轉(zhuǎn)換器，它有256KBFLASH，256KBSRAM，2KBEEPROM，31BNVSRAM，內(nèi)置時實時鐘，看門狗定時器、內(nèi)置MiniOS7操作系統(tǒng)、含有與NE-2000兼容的10BASE-T網(wǎng)絡控制器、支持TCP/IP協(xié)議。它具有獨特的雙看門狗安全設(shè)計，即軟件看門狗和硬件看門狗組成，萬一主控計算機死機，所有的輸出模塊就進入預設(shè)的安全狀態(tài)，符合工業(yè)的安全要求，使用方便，可大幅增加系統(tǒng)安全性。

3.2I-7017的特性

l8路模擬輸入;

l14bit分辨率;

l采用差分輸入方式和－10～10V輸入范圍以提高的功模干擾能力;

l8通道掃描模式;

l隔離電壓:3000VDC，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

3.3模擬輸出模塊I-7024

為了使采油泵平穩(wěn)起停、保護控制系統(tǒng)，采用了變頻調(diào)速技術(shù)對其進行控制，利用I－7024的模擬輸出信號，給變頻器提供0～10V的控制信號，使變頻器的輸出信號變?yōu)?～50Hz達到變速的目的。由于I－7024采用了光電隔離方式，從而保護了控制系統(tǒng)，避免了電機的反電勢容易使控制系統(tǒng)死鎖的現(xiàn)象發(fā)生。

4軟件設(shè)計

由于I-7188EX嵌入式控制器配有MiNiOS7嵌入式操作系統(tǒng).，因此I-7188控制器可編程獨立運行，與ROM－DOS相比，MiNiOS7更適于嵌入式應用。I-7188現(xiàn)地單元控制模塊的控制程序，采用TC2.0編寫，調(diào)用了I-7000相應的庫函數(shù)，主要有模塊初始化模塊、定時采集模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、邏輯輸出模塊(控制開關(guān)等的控制)等，這一部分編程比較簡單，泓格提供了許多類似的例程，可以直接通用，極大地降低了開發(fā)時間。

控制計算機上安裝有Windows2000，以及MicrosoftSQL6.5，便于建立起數(shù)據(jù)庫，備移動筆記本電腦瀏覽器下載歷史數(shù)據(jù)。上位機采用了組態(tài)王工控軟件，并利用了泓格公司提供的I-7188的OPC服務器直接與I-7188EX采用TCP協(xié)議通信，進一步簡化了編程工作。

5結(jié)束語

目前，油田在穩(wěn)產(chǎn)的同時，如何節(jié)能降耗，并對鉆井設(shè)備進行科學管理，提高勝利油田采油設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)的實時綜合測試和控制水平，保證油井高產(chǎn)量、高效率生產(chǎn)，及時發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備可能存在的隱患或發(fā)生的故障，并對盜油等行為進行及時的監(jiān)測和制止，是目前石油采集單位需要解決的問題，本系統(tǒng)解決了其利用控制系統(tǒng)對鉆井設(shè)備合理控制，并進行科學管理，對解決油田目前面臨的問題具有一定的參考價值。泓格公司提供的I-7188EX以及I-7000系列模塊在極其惡劣的采油現(xiàn)場能穩(wěn)定地運行，且故障率極低。說明其品質(zhì)是可靠的，重要是其產(chǎn)品具有雙重的Watchdog以及運行可靠的MiniOS7嵌入式操作系統(tǒng)，極大提高了系統(tǒng)的可靠性以及運行的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的投入運行，不僅提高了采油量，并且提高了采油廠對抽油設(shè)備的管理水平，是一件一舉多得的好事情，取得了一定的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]I-7188EXhandbook，2000.

第9篇：控制系統(tǒng)理論范文

[關(guān)鍵詞]自動控制理論；系統(tǒng)分析；反饋；課程建設(shè)

[中圖分類號]G642.0　[文獻標識碼]A　[文章編號]1005-4634(2012)03-0047-03

0　引言

深化教學改革，提高教學質(zhì)量，強化素質(zhì)教育是當前高等學校教改的重要主題，而更重要的是教育思維模式的更新與變革。

所謂“教有法無定法”，但每位肩負“傳道、授業(yè)、解惑”職責的教師都希望收到事半功倍的效果。在專業(yè)課自動控制理論多年的教學工作中，筆者也在不斷理解社會發(fā)展變革對其的新要求，調(diào)整具體的授課思路與方法，摸索新的教學策略。本文將控制理論恰當?shù)貞玫阶詣涌刂评碚摻虒W之中，采取反饋控制手段，在教學實踐中，有效地提高教學質(zhì)量。

1　課程特點及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動控制理論課程是電氣類、機電類專業(yè)的一門理論性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課，在學生培養(yǎng)過程中占有重要的地位，一般都在大學三年級第一學期或第二學期開設(shè)。這門課有其自身的特點，如知識系統(tǒng)連接較為緊密、計算性強、作圖方法多；課程中知識點多且抽象，而且對數(shù)學基礎(chǔ)要求較高，涉及到的數(shù)學知識包括高等數(shù)學、線性代數(shù)、積分變換、復變函數(shù)等；與工程實際聯(lián)系較為緊密。在教學中必須要遵循由淺入深、從易到難的規(guī)律，對先修課程應有一定程度的理解，并在此基礎(chǔ)上以系統(tǒng)的、整體的觀念實施教學。

控制系統(tǒng)按照有無反饋可分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)輸出量對系統(tǒng)的控制量不產(chǎn)生影響，即信息單向流動；而閉環(huán)系統(tǒng)中，不僅存在著輸入對輸出的前向控制作用，輸出同時對輸入產(chǎn)生反向的影響，即在系統(tǒng)中，信息形成雙向閉合回路。反饋控制是一切閉合系統(tǒng)自動控制的精要所在，任何系統(tǒng)只有根據(jù)反饋信息才能比較、糾正和調(diào)整它發(fā)出的控制量，從而實現(xiàn)對被控對象的有效控制，達到預期的目的。

在教學過程中，教師與學生之間的“教”與“學”的過程顯然不能用單向信息傳遞來描述，否則授課與教育的過程變成了被動的接受過程。而一直強調(diào)的互動與調(diào)研正是信息的雙向交流，也就是反饋控制的應用。如何正確地應用反饋控制理論，合理地設(shè)置反饋環(huán)節(jié)和控制環(huán)節(jié)，以提高課堂效率、提升教學質(zhì)量，正是要討論的問題。

2　課程建設(shè)中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析與對策

下面結(jié)合控制系統(tǒng)的一般分析與設(shè)計過程和自動控制理論的教學實踐來分析教學的各個環(huán)節(jié)，運用控制理論制定對策，指導教學過程。

2.1　被控對象分析和目標制定

控制系統(tǒng)設(shè)計首先是要掌握被控對象的特點，抓住主要矛盾，進而制定明確而又實際的控制目標。過低的目標失去了控制調(diào)節(jié)的意義，過高的目標又會增加控制成本。作為授課教師，面對的研究對象是自動控制理論課程和學生(稱為基本被控對象)，目標是合理地利用課上及課余時間讓學生在短時間內(nèi)掌握基礎(chǔ)知識，提高應用能力；而作為教學管理者，其研究對象是包括教師和基本控制對象在內(nèi)的廣義被控對象，目標是排除多方面干擾的影響，適應社會發(fā)展的需要，合理利用教學資源，培養(yǎng)具有較強競爭力的學生，同時打造具有鮮明特色的專業(yè)課程。

由于課程開設(shè)在公共基礎(chǔ)課之后，大多學生在先修課程中習慣了定量化、精確化的分析方法，而疏于用物理概念進行系統(tǒng)定性分析，特別是如何針對實際系統(tǒng)存在的問題，采取相應的分析和設(shè)計更是他們在學習方法上的薄弱之處。自動控制理論課程定性分析與圖示解釋較多，在傳統(tǒng)的教學過程中，一般都是按照教材的自然順序按部就班地進行講解，并且課堂授課中，教師需在黑板上做大量的數(shù)學分析推導，繪制大量的曲線，因此課堂教學往往是索然無味的公式推導、定理證明和手工繪圖。在實驗教學環(huán)節(jié)中驗證型實驗多，設(shè)計型實驗少，甚至存在“一鍵式”實驗，這樣難以鍛煉學生的設(shè)計能力，對于學生自學能力的培養(yǎng)、設(shè)計能力的開發(fā)都存在著極大的阻礙作用。

對授課具體內(nèi)容而言，自動控制理論主要研究的負反饋系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的分析和設(shè)計兩大方面，理論知識學習的目的是系統(tǒng)設(shè)計，而系統(tǒng)分析是設(shè)計的基礎(chǔ)。分析與設(shè)計都是圍繞穩(wěn)定性、快速性和準確性三方面展開。分析方法主要是時域分析法、根軌跡法和頻域分析法，分別從時域、復域、頻域等不同的角度分析同一個控制系統(tǒng)，但最終歸結(jié)于時域性能分析。

由此就清楚地勾勒出研究對象的輪廓，在這個基本輪廓之下展開教學，根據(jù)課程、學生及教師的特點，抓住了課程的關(guān)鍵，用統(tǒng)一的思想將課程內(nèi)容融會貫通，教、學、輔聯(lián)成一體，有助于學生加深對學習目的的認識，掌握知識體系，提高學習效率，同時也有利于管理者從整體上把握課程建設(shè)。這正是控制理論系繞性觀點的體現(xiàn)。

2.2　反饋環(huán)節(jié)設(shè)置

反饋是控制理論的基礎(chǔ)和精要所在，任何系統(tǒng)只有通過反饋信息，與預先設(shè)計的目標進行比較，利用二者形成的偏差不斷調(diào)整，才能產(chǎn)生有效的控制，形成一個信息傳遞的閉合回路。沒有反饋信息的非閉合回路或者反饋信息過于粗糙甚至錯誤的閉環(huán)系統(tǒng)，都不可能實現(xiàn)預期控制。

在教學實踐中，反饋監(jiān)測點的設(shè)置和反饋信息的提取與處理應遵循點面結(jié)合的原則，即既要考慮與多個控制目標(學生培養(yǎng)、教師隊伍、課程建設(shè))相關(guān)的評價指標的設(shè)計，又要兼顧評價、反饋量提取的可行性，同時要重點關(guān)注制約控制效果的關(guān)鍵點，并在反饋信息綜合中加以不同權(quán)重。對于反饋信息的獲取主要通過3個方面，如圖1所示，并形成三環(huán)反饋控制，及時調(diào)整教學中出現(xiàn)的各種偏頗。

內(nèi)環(huán)反饋信息來源于課堂教學。教師在充分備課、清晰講解的基礎(chǔ)上，加強和學生的互動與交流，收集學生對該課程的反饋信息，及時對課程教學進行調(diào)整。課堂學生反應最能直接地體現(xiàn)教學效果，可以通過觀察學生的目光、給出適當?shù)奶釂?、采取啟發(fā)式與聯(lián)想式講解、提供一定的討論和練習等不同方式來收集學生的反饋信息。根據(jù)控制理論，內(nèi)環(huán)反饋控制對于系統(tǒng)的調(diào)節(jié)最為直接，因此授課教師應采取多種手段，激發(fā)學生的學習興趣和參與意識，給學生創(chuàng)造一個相對輕松的心理環(huán)境，以便更多地獲取真實反饋信息，使課堂信息由單向傳遞變成雙向傳遞，形成閉環(huán)調(diào)節(jié)，提高課堂效率。中環(huán)反饋信息來源于學生定期的網(wǎng)上評教和教學督導意見。發(fā)揮網(wǎng)絡平臺作用，通過設(shè)置學生信息反饋平臺和網(wǎng)上評教系統(tǒng)，鼓勵學生將自己在學習過程中遇到的問題、對各個教學環(huán)節(jié)的意見和建議反饋給教研室或者教師本人。同時結(jié)合教學督導的意見，對授課過程加以優(yōu)化。外環(huán)反饋信息來源于最終的考試成績以及課程結(jié)束后的教學研討。盡管考試成績不能說明一切問題，但通過考試過程及試卷分析，可以發(fā)現(xiàn)學生在學習該課程中存在的共性問題；通過教學形勢分析和教學方法研討可以掌握社會知識需求，同時達到取長補短的目的。

2.3　干擾分析

控制系統(tǒng)中，干擾不可避免，并且直接影響控制效果，因此干擾抑制問題是控制系統(tǒng)分析的一個重要內(nèi)容。在控制理論中通常可以采用預測和補償?shù)姆椒ㄏ魅跗鋵敵龅挠绊?。在這里，需首先分析干擾及不確定因素的產(chǎn)生。在該系統(tǒng)中，人(教師、學生、管理者)是主要的系統(tǒng)組成部分，個人的差異性，必然導致信息傳遞過程中的不確定性。如，學生基礎(chǔ)知識、教師知識結(jié)構(gòu)與研究興趣、反饋信息的客觀表現(xiàn)、管理決策的執(zhí)行差異等等都是客觀存在且隨機變化的。應重點關(guān)注整體的不確定，并做好相應的“補償”準備。首先了解學生預備知識的掌握情況，是否需要補償。課程中涉及到的數(shù)學知識很多，如積分變換、拉普拉斯變換、復變函數(shù)等等，但所需知識點相對較孤立，因此可以利用較短時間進行“突擊培訓”。實踐證明，適當?shù)摹盎A(chǔ)知識補償法”對于課程重點、難點的講解具有良好的輔助作用，教師和學生都減輕了壓力；其次是課堂干擾補償。課堂上的互動是必要的，既可以調(diào)節(jié)課堂氣氛，又有利于信息的雙向溝通。但不能以點帶面，讓片面的反饋信息占據(jù)主導地位。課堂上提問式講解，教師總是希望得到正確的回應，但不可將個別回應作為學生全面掌握知識的反饋信息。因此要剔除這種期待已久的“特殊喜訊”，注意觀察大部分學生的反應和課堂情緒，排除干擾；第三是排除評價干擾。來自學生、督導、同行等方面的評價是系統(tǒng)中重要的反饋信息，為避免個別的不公正評價，需設(shè)置信息過濾機制，過濾掉帶個人感情成分的“奇異值”，對來自不同方面的反饋信息加權(quán)處理。當然這個過程應以學生反饋信息為主，其他方面反饋為輔；最后是執(zhí)行干擾補償。在一個完整的教學計劃執(zhí)行過程中，教師是策劃者和執(zhí)行者。但教師水平、教學經(jīng)驗甚至責任心的差異，都可視為一種干擾，都可能影響教學效果。因此適當?shù)慕虒W示范課、教學基本功訓練、定期的教研組討論、教學方法交流都是必要的補償方法。

2.4　控制調(diào)節(jié)制定

控制調(diào)節(jié)主要考慮兩方面：一是教師的作用，二是教學管理者的作用。

教師方面。強調(diào)信息的雙向流動，要達到學生掌握教師傳授的知識、方法這一目的，因此教師應該成為駕馭課堂、掌控知識的角色。授課教師要精心設(shè)計每堂課，特別是緒論的講解。作為控制論的入門課程，必須要讓學生在首次接觸課程的同時，將一個異常開闊的視野展示在他們面前，而不是讓其產(chǎn)生這僅僅是公式推導、純粹理論堆積的錯覺，進而刺激學生求知、探索的興趣和激情。鮮活生動的應用實例，具體的視頻展示是沖擊和震撼學生這種發(fā)散思維的最好手段。需要摒棄傳統(tǒng)教學中發(fā)展歷史的簡單羅列，取而代之的是聲情并茂的圖文、視頻展示，既融入了大量專業(yè)信息，又激發(fā)學生的興趣，取得了事半功倍的效果。此外，通過適當?shù)慕虒W經(jīng)驗交流、教學方法討論，使每位任課教師在熟知教學內(nèi)容的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)教師運用適當方法，調(diào)控課堂氣氛，激發(fā)學生熱情的課堂應變能力。

管理者方面。教學管理者除關(guān)心教學效果外，更要關(guān)心如何打造一門精品課程，如何培養(yǎng)一支精干隊伍。因此其調(diào)控行為相對要宏觀，在控制理論課程建設(shè)過程中，主要從以下幾方面著手調(diào)控。

1)教學實驗環(huán)境改善。作為重要輔助手段的實驗教學在課程建設(shè)中作用不容忽視，除了更新實驗設(shè)備之外，更注重實驗內(nèi)容的更新。通過增加開放性實驗、設(shè)計型實驗、自主開發(fā)型實驗，開闊學生視野，鍛煉實踐能力。

2)教學計劃適時調(diào)整。盡管目前學時壓縮是個大的趨勢，控制理論課程同樣受到影響，但對于基礎(chǔ)內(nèi)容、經(jīng)典方法的學時不能壓縮。通過更新教學內(nèi)容、編寫適合自己專業(yè)的特色教材，合理使用多媒體教學手段，使教師和學生在教與學的過程中都做到得心應手。

3)建立一定的獎懲激勵機制。結(jié)合學生評教、教學督導及教研室評價，對課程綜合打分，并對教學成績突出的教師給予一定的物質(zhì)和精神獎勵措施，激發(fā)教師的教學投入熱情，營造積極向上的競爭氣氛。

3　結(jié)束語

在多年自動控制理論教學實踐中，筆者對“控制理論”學以致用，在充分分析課程特點、考察教學過程的基礎(chǔ)上，利用控制理論基本思想，發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢，分別針對目標制定、反饋設(shè)置、干擾抑制、控制手段等方面找到教學活動的對應環(huán)節(jié)，摸索出適合電類、機電類專業(yè)學生學習的教學方法。同時，對其他課程體系建設(shè)具有一定的借鑒作用。

參考文獻

[1]程杉.運用控制論原理提高高校課堂教學質(zhì)量[J].中國勞動關(guān)系學院學報，2008，22(2)：114-116.

[2]郭小勤，張敏.自控原理實驗教學改革與實踐[J].高等理科教育，2008，(4)：98-100.