先进控制理论与控制工程 中圆地质大学自动化学院吴敏 第五一九讲： >工业信息物理融合系统 >模型预测控制 面向网络控制系统的模型预测控制设计 >面向多智能体系统的模型预测控制 先进控制理论和方法的实时实现及工程 应用 160 2021年9月13日
160 2021年9月13日 工业信息物理融合系统 模型预测控制 面向网络控制系统的模型预测控制设计 面向多智能体系统的模型预测控制 先进控制理论和方法的实时实现及工程 应用 第五-九讲： 先进控制理论与控制工程 吴 敏
先进控制理论与控制工程 中固地质大学自动化学院吴敏 控制系统与自动化技术 >自动控制系统发展回顾 >控制技术与控制软件 >控制系统结构与特征 >自动化技术产业应用 161 2021年9月13日
161 2021年9月13日 控制系统与自动化技术 自动控制系统发展回顾 控制技术与控制软件 控制系统结构与特征 自动化技术产业应用 先进控制理论与控制工程 吴 敏
先进控制理论与控制工程 中圆记质大学自动化学院吴敏 自动控制系统的类型 按被控制物理量的类型分： 恒值控制系统 ·随动系统（伺服系统） 。 程序控制系统 按采用的仪器仪表分： ·单机自动化系统(SAS) 分布式控制系统(DCS) 现场总线控制系统(FCS) 网络控制系统NCS) 162 2021年9月13日
162 2021年9月13日 自动控制系统的类型 按被控制物理量的类型分： • 恒值控制系统 • 随动系统（伺服系统） • 程序控制系统 按采用的仪器仪表分： • 单机自动化系统(SAS) • 分布式控制系统(DCS) • 现场总线控制系统(FCS) • 网络控制系统(NCS) 先进控制理论与控制工程 吴 敏
先进控制理论与控制工程 中圆记质大学自动化学院吴敏 控制系统的发展—SAS,DCS,FCS,NCS 单机自动化系统(SAS:Single Automation System) (1)仪表控制系统(1970年以前) (2)数字控制系统(1970年以后) 分布式控制系统DCS:Distributed Control System) (1)单回路控制系统 (2)集散控制系统（1975年以后) 现场总线控制系统(FCS:Field-Bus Control System) (1)智能化(Intelligence）) (2)开放(Open) (3)轻量化(Rightsizing） 网络控制系统NCS:Networked Control System) 工业以太网(TCPP)控制、无线控制系统 163 2021年9月13日
163 2021年9月13日 控制系统的发展—SAS, DCS, FCS, NCS 单机自动化系统 (SAS: Single Automation System) （1）仪表控制系统（1970年以前） （2） 数字控制系统（1970年以后） 分布式控制系统 (DCS: Distributed Control System) （1） 单回路控制系统 （2） 集散控制系统（1975年以后） 现场总线控制系统 (FCS: Field-Bus Control System) （1） 智能化 (Intelligence) （2） 开放 (Open) （3） 轻量化 (Rightsizing) 网络控制系统 (NCS: Networked Control System) 工业以太网(TCP/IP)控制、无线控制系统 先进控制理论与控制工程 吴 敏
先进控制理论与控制工程 中圆记质大学自动化学院吴敏 控制系统的发展一IE,C.1E,A.C 数字化时代(19701988)： ·1970年，由仪表控制（①和电气控制(E)过渡到数字控制 ·1975年，DCS的出现标志着控制系统迈向基于CRT的操作 ·1980年，PLC导入到控制系统 计算机一仪表一电气融合时代(19891994) ·1989年，计算机一仪表一电气融(C.I.E)的控制系统 MAP (Manufacturing Automation Protocol ) ·UNIX作为操作系统 ·信息在控制系统中的重要性 先进控制时代(1994) ·网络控制(Network Based Control) ·现场总线(Field Bus) ·Windows作为操作系统 164 2021年9月13日
164 2021年9月13日 数字化时代（1970~1988）： • 1970年，由仪表控制 (I) 和电气控制 (E) 过渡到数字控制 • 1975年，DCS的出现标志着控制系统迈向基于CRT的操作 • 1980年，PLC导入到控制系统 计算机－仪表－电气融合时代（1989~1994） • 1989年，计算机－仪表－电气融 (C. I. E) 的控制系统 • MAP (Manufacturing Automation Protocol )， • UNIX作为操作系统 • 信息在控制系统中的重要性 先进控制时代（1994~） • 网络控制 (Network Based Control) • 现场总线 (Field Bus) • Windows作为操作系统 控制系统的发展—I.E, C. I. E, A.C 先进控制理论与控制工程 吴 敏
先进控制理论与控制工程 中固地质大芳自动化学院吴敏 控制系统的发展一3C,3A,CL,CPS ·3C时代： 计算机(Computer); 控制(Control0; 通信(Communication) ·3A时代： 工厂自动化(Factory Automation); 办公自动化(Office Automation): 家庭自动化(Home Automation)】 ·C3I时代、CPS: 计算机(Computer); 控制(Control); 通信(Communication); 信息(Information) 165 2021年9月13日
165 2021 年 9 月13 日 控制系统的发展 —3C, 3A, C 3 I ，CPS • 3C时代: 计算机 (Computer); 控制 (Control); 通信 (Communication). • 3A时代: 工厂自动化 (Factory Automation); 办公自动化 (Office Automation); 家庭自动化 (Home Automation). • C 3 I时代、CPS ： 计算机 (Computer); 控制 (Control); 通信 (Communication); 信息 (Information). 先进控制理论与控制工程 吴 敏
先进控制理论与控制工程 中圆记质大学自动化学院吴敏 控制技术在控制系统的应用 ·经典控制： PID控制（现代工业控制的基础） ·现代控制： LQG控制（在实际工业控制中的应用是非常困难的） 预测控制（在过程控制特别是石化过程控制中大量采用） ·先进控制： 鲁棒控制（建模的困难和高阶次的控制器限制了应用》 智能控制（专家控制、模糊控制和神经网络控制） 集成控制（在工业控制中开始得到应用） e0。●00 166 2021年9月13日
166 2021年9月13日 控制技术在控制系统的应用 • 经典控制: PID控制（现代工业控制的基础） • 现代控制: LQG控制（在实际工业控制中的应用是非常困难的） 预测控制（在过程控制特别是石化过程控制中大量采用） • 先进控制： 鲁棒控制（建模的困难和高阶次的控制器限制了应用） 智能控制（专家控制、模糊控制和神经网络控制） 集成控制（在工业控制中开始得到应用） …… 先进控制理论与控制工程 吴 敏
先进控制理论与控制工程 中圆记质大学自动化学院吴敏 控制软件在控制系统的应用 操作系统(OS): 专用OS Z80单板机的监控程序 办公自动化OS—DOS和UNIX 视窗系统—Windows •设计用软件： 上世纪80年代后期，CAD 上世纪90年代初期，MATLAB,G2 最近十年来，DSP,FPGA,EDA •控制用软件： 汇编语言程序，C++程序，VC++程序，组态软件 167 2021年9月13日
167 2021年9月13日 控制软件在控制系统的应用 • 操作系统（OS）: 专用OS——Z80单板机的监控程序 办公自动化OS——DOS和UNIX 视窗系统——Windows • 设计用软件: 上世纪80年代后期，CAD 上世纪90年代初期，MATLAB，G2 最近十年来，DSP，FPGA，EDA • 控制用软件: 汇编语言程序，C++程序，VC++程序，组态软件 先进控制理论与控制工程 吴 敏
先进控制理论与控制工程 中圆记质大学自动化学院吴敏 控制软件的开放性设计 早期的DCS在数据交换方面具有封闭性 DDE (Dynamic Data Exchange): 动态数据交换(DDE)是一种进程间通信形式，采用客户/服务器关 系模式，建立的数据连接通道是双向的，即客户不但能够读取服务 器中的数据，而且可以对其进行修改。 OPC (OLE for Process Control): 是OLE在过程控制领域的扩展，它使不同控制系统、设备和应用软 件之间的接口标准化，使过程控制的数据交换易于进行。 使用OPC,软件开发的自由度很大，因而可以集中力量，开发出基 于自身独特技术的高性能软件。 168 2021年9月13日
168 2021年9月13日 控制软件的开放性设计 早期的DCS在数据交换方面具有封闭性 DDE (Dynamic Data Exchange)： • 动态数据交换(DDE)是一种进程间通信形式，采用客户／服务器关 系模式，建立的数据连接通道是双向的，即客户不但能够读取服务 器中的数据，而且可以对其进行修改。 OPC (OLE for Process Control)： • 是OLE在过程控制领域的扩展，它使不同控制系统、设备和应用软 件之间的接口标准化，使过程控制的 数据交换易于进行。 • 使用OPC，软件开发的自由度很大，因而可以集中力量，开发出基 于自身独特技术的高性能软件。 先进控制理论与控制工程 吴 敏
先进控制理论与控制工程 中国地质大学自动化学院吴敏 控制系统的分层设计思想 实现质量、产量、能耗等 全局优化与协调层 综合生产目标的优化与协调 实现过程状态参数的优化控制 先进控制层 实现过程操作参数的稳定控制 基础自动化层 三级控制：综合生产目标 过程状态参数 复杂工业生产过程 过程操作参数 169 2021年9月13日
169 2021年9月13日 复杂工业生产过程 基础自动化层 先进控制层 全局优化与协调层 实现过程操作参数的稳定控制 实现过程状态参数的优化控制 实现质量、产量、能耗等 综合生产目标的优化与协调 三级控制：综合生产目标 过程状态参数 过程操作参数 控制系统的分层设计思想 先进控制理论与控制工程 吴 敏