内蒙古科技大学：《材料成型控制工程基础》课程教学课件（PPT讲稿）第1章 概述（2/2，主讲：李振亮）

窗内麦古科私大拳 目录 ■本章要点 ■生产过程自动化的发展概况（重点） ■过程控制的要求和任务 ■过程控制系统的组成与分类 ■过程控制系统的性能指标（重点) ■自动控制技术在材料成形领域中的应用 ■复习思考题 2

2 目 录 ■ 本章要点 ■生产过程自动化的发展概况 （重点） ■过程控制的要求和任务 ■过程控制系统的组成与分类 ■过程控制系统的性能指标 （重点） ■自动控制技术在材料成形领域中的应用 ■复 习 思 考 题

内喜古科私大举 本章掌握要点： 本章是全书内容的概述，主要介绍生产过程自动化的 发展、过程控制系统组成、动态性能指标，以及过程控制 在轧制生产中的应用。 学习本章应掌握以下基本内容： ①控制理论与过程控制的区别； ②过程控制的定义、组成、分类、特点及动态性能指标； ③了解自动控制理论与技术在冶金、轧制生产中的应用。 3

3 ■ 本章掌握要点： 本章是全书内容的概述，主要介绍生产过程自动化的 发展、过程控制系统组成、动态性能指标，以及过程控制 在轧制生产中的应用。 学习本章应掌握以下基本内容： ①控制理论与过程控制的区别； ②过程控制的定义、组成、分类、特点及动态性能指标； ③了解自动控制理论与技术在冶金、轧制生产中的应用

内麦古科私大率 生产过程自动化的发展概况 (重点) 理论 应用 连续过程工业（过程 控制即自动化) 一工业过程 高散过程工业 自动控制理论 生产过程 间隙过程工业 其他 20世纪50年代：古典控制理论 如：PID控制，Smih控制、解耦控制等 控制理论发展 20世纪60年代：现代控制理论 典型控制策路 如：自适应控制、，变结构控制等 20世纪80年代：智能控制理论 如：模特糊控制、专家控制、神经 网络控制等 图1-1自控理论与自动化发展的比较 4

4 ■生产过程自动化的发展概况（重点） 图1-1 自控理论与自动化发展的比较

(1)第一阶段：20世纪50年代以前 这一时期的自控理论为经典控制理论，其特点是：主要 研究对象是单入一单输出线性定常反馈系统，数学基础是 拉普拉斯变换，系统的数学模型以传递函数为主；系统的 设计、分析法基于频率法和图解法（即根轨迹法）。 20世纪40~60年代是经典控制理论的发展与成熟阶段，古 典控策略主要包括PID控制，Smith控制和解耦控制等，目 前90%的工业控制回路仍采用各种形式的PID控制。 5

5 （1）第一阶段：20世纪50年代以前 这一时期的自控理论为经典控制理论，其特点是：主要 研究对象是单入－单输出线性定常反馈系统，数学基础是 拉普拉斯变换，系统的数学模型以传递函数为主；系统的 设计、分析法基于频率法和图解法（即根轨迹法）。 20世纪40~60年代是经典控制理论的发展与成熟阶段，古 典控策略主要包括PID控制，Smith控制和解耦控制等，目 前90％的工业控制回路仍采用各种形式的PID控制

窗内害古科私大举 (2)第二阶段：20世纪60年代 50年代后期，贝尔曼(Bellman)等人提出使用状态空间法， 标志着现代控制理论开始形成。1960年，卡尔曼 (Kalman)在控制系统研究中成功地应用了状态空间法 并提出了可控性与可观测性的概念，这使得现代控制理论 在上世纪六十年代迅速发展起来。 它适用于多输入一多输出、时变参数、分布参数、随 机参数、非线性等复杂控制系统的分析设计。现代控制理 论以状态空间法为数学模型，矩阵理论为数学基础，主要 研究内容有：线性系统分析、系统的稳定性、极大值原理 与最优控制、卡尔曼滤波和系统辨识等。 6

6 （2）第二阶段：20世纪60年代 50年代后期，贝尔曼(Bellman)等人提出使用状态空间法， 标志着现代控制理论开始形成。1960年，卡尔曼 （Kalman）在控制系统研究中成功地应用了状态空间法， 并提出了可控性与可观测性的概念，这使得现代控制理论 在上世纪六十年代迅速发展起来。 它适用于多输入－多输出、时变参数、分布参数、随 机参数、非线性等复杂控制系统的分析设计。现代控制理 论以状态空间法为数学模型，矩阵理论为数学基础，主要 研究内容有：线性系统分析、系统的稳定性、极大值原理 与最优控制、卡尔曼滤波和系统辨识等

内古科私大 (3)第三阶段：20世纪80年代末 随着计算机的发展与社会对工业控制的不断需求，出现 了智能控制策略。它主要以智能控制理论为指导，其典型 控制策略有：神经网络、专家系统、模糊控制系统等等。 90年代末至21世纪初，以“精确控制”为主要特点的 “智能化加工”技术，综合利用相关智能控制策略在轧钢 厚度控制、无模拉拔等工艺中得到了迅速发展。 >

7 （3）第三阶段：20世纪80年代末 随着计算机的发展与社会对工业控制的不断需求，出现 了智能控制策略。它主要以智能控制理论为指导，其典型 控制策略有：神经网络、专家系统、模糊控制系统等等。 90年代末至21世纪初，以“精确控制”为主要特点的 “智能化加工”技术，综合利用相关智能控制策略在轧钢 厚度控制、无模拉拔等工艺中得到了迅速发展

内麦古科私大幸 ■过程控制的要求和任务 ●概念：过程、生产过程、过程控制 所谓过程控制，主要是指连续过程工业的控制，其被控量 是温度、压力、流量、液位（或物位)、物理特性和化学成 分，这六大参数是物流性质和操作条件在工业过程的体现。 ●工业生产对过程控制的要求最终可以归纳为三项要求，即安 全性、经济性和稳定性。 8

8 ●概念：过程、生产过程、过程控制 所谓过程控制，主要是指连续过程工业的控制，其被控量 是温度、压力、流量、液位（或物位）、物理特性和化学成 分，这六大参数是物流性质和操作条件在工业过程的体现。 ●工业生产对过程控制的要求最终可以归纳为三项要求，即安 全性、经济性和稳定性。 ■过程控制的要求和任务

内书古科私大举 过程控制系统的组成与分类 ●过程控制系统的组成 ●过程控制系统分类 9

9 ■过程控制系统的组成与分类 ●过程控制系统的组成 ●过程控制系统分类

窗内麦古科私大拳 ●过程控制系统的组成 △e 控制器 执行机构 被控过程 =y() 检测和变送仪表 图1-2过程控制系统基本结构图 10

10 ●过程控制系统的组成 图1-2 过程控制系统基本结构图

《内专右科私大举 ●过程控制系统分类 (1)按被控参数分类，可分为温度控制系统、压力控制系统、流 量控制系统、液位或物位控制系统、成分控制系统； (2)按被控量数分类，可分为单变量过程控制系统、多变量过程 控制系统； (3)按设定值分类，可分为定值控制系统、随动（伺服）控制系 统； (4)按参数性质分类，可分为集中参数控制系统、分布参数控制 系统； (5)按控制算法分类，可分为简单控制系统、复杂控制系统、先 进或高级控制系统； (6)按控制器形式分类，可分为常规仪表过程控制系统、计算机 过程控制系统。 11

11 （1）按被控参数分类，可分为温度控制系统、压力控制系统、流 量控制系统、液位或物位控制系统、成分控制系统； （2）按被控量数分类，可分为单变量过程控制系统、多变量过程 控制系统； （3）按设定值分类，可分为定值控制系统、随动（伺服）控制系 统； （4）按参数性质分类，可分为集中参数控制系统、分布参数控制 系统； （5）按控制算法分类，可分为简单控制系统、复杂控制系统、先 进或高级控制系统； （6）按控制器形式分类，可分为常规仪表过程控制系统、计算机 过程控制系统。 ●过程控制系统分类