自动控制理论发展历史.pdf

控制理论的分析

自动控制理论是自动控制技术的基础理论，根据自动控制技术的发展进

程，自动控制理论可分为以微分方程、传递函数为基础的经典控制理论和以状态

空间为基础的现代控制理论。同时，随着自动控制理论的发展，自动化技术逐步

发展到基于专家系统、模糊控制和人工神经网络的智能时代。控制理论早在公元

前就有体现，在1400BC-1100BC，中国、埃及和巴比伦就出现自动计时漏壶，而

在100年，中国张衡发明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动仪等等。而

控制理论作为一门科学，它的产生可以追溯到18世纪中叶的第一次技术革命。

1788年瓦特发明了蒸汽机，应用离心式飞锤调速器原理控制蒸汽机；后来，在1922

年美国N.Minorsky研制出用于船舶驾驶的伺服机构，提出PID控制方法，这是经

典控制理论时期；1954年，美国GeorgeDevol研制出第一台工业机器人样机，

这是现代控制理论时期。现代控制理论是建立在状态空间法基础上的一种控制理

论，是自动控制理论的一个主要组成部分。在现代控制理论中，对控制系统的分

析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是时间域方

法。现代控制理论能处理很多系统，线性系统和非线性系统，定常系统和时变系

统，单变量系统和多变量系统，所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上

进行。

所谓的自动控制，就是指应用自动化仪表或自动控制装置代替或者部分代替

人的直接参与，自动地使运行设备或工业生产过程达到预期的状态或性能指标的

一切技术手段，由相互制约的各个部分按一定的规律组成的、为达到一定目的、

具有一定功能的整体。自动控制理论研究的是如何按受控对象和环境特征，通过

能动地采集和运用信息，施加控制作用使系统在不确定的条件下正常运行并具有

预定功能。它是研究自动控制共同规律的技术科学，其主要内容涉及受控对象、

环境特征、控制目标和控制手段以及它们之间的相互作用。自动控制技术在工农

业生产、国防、航空航天等各个领域中起着重要的作用，广泛应用于各种工程学

科领域，并扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域，尤其

在一些恶劣环境下，比如高温高压有毒等的生产过程中，自动控制显得尤为重要。

它是一门独立的学科，并与其它学科相互渗透、相互促进。我们知道，电力行业

的生产特点是点能不能直接储存，必须连续地发电，输电，供电。为了确保生产

安全性和经济性，必须大量的采用自动化设备和技术。所以，自动控制理论在电

厂中的应用很广，火电厂的热工自动化就是指在没有人直接参与下，经过自动检

测，信息处理，分析判断，操纵控制，实现预期的目标。因此，热工自动控制系

统已经成为与单元机组中机，炉，电等主要生产设备不可分割，同等重要的组成

部分。电厂大型单元机组热工控制系统以分散控制系统为基础，应用先进的计算

机技术，自动控制技术，通信技术和CRT图形显示技术，实现了对单元机组启，

停以及运行过程的综合的控制与管理。电厂热工自动控制涉及生产运行的过程包

括（1)自动检测：自动的检查和测量反应生产过程运行状态以及生产设备工作状

态的各项参数的变化，以监视生产过程和设备的状态及变化趋势。（2)顺序控制：

按照生产过程和运行要求预先设定的程序，自动对生产过程和相应设备进行操作

和控制。（3）闭环自动控制：自动维持生产过程在规定的工况下使被控量尽可

能快的等于设定值。（4）自动保护：事故发生时，自动采取保护措施，以预防

事故进一步扩大或保护生产设备使之不受严重破坏。（5）远方操作：利用辅助

动力装置对远离主控室的设备进行遥控操作。如对气动阀和电动阀的开，关操作，

对泵和风机的启停操作等。跟随着自动控制理论的发展脉搏，火电厂热工自动调

节理论也逐渐发展起来，目前在火电厂中应用最多的仍然是以PID调节器为基

础的各种控制策略，包括单回路调节，串级调节等。自1990年以来，随着智能

控制理论研究的热潮的兴起，计算机技术的飞速进步，自动控制装置性能的极大

改善特别是DCS投入运行，现代控制理论被引入达到火电厂热工自动化中。在

电厂中，气温调节十分重要。锅炉汽温控制系统主要包括过热蒸汽和再热蒸汽温

度的调节。主蒸汽温度与再热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行是非常重要

的。过热蒸汽温度控制的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许的范围之内，并

保护过热器，使其管壁温度不超过允许的工作温度。过热蒸汽温度是锅炉汽水系