控制系统理论精选(九篇)

第1篇：控制系统理论范文

关键词：管理系统 最经济控制 研究

中图分类号：O232 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0140-02

最经济问题最初是在20世纪70年代对外提出，在学术界得到了重视，是研究经济控制的重要理论之一，影响至今。同时，这一理论也被广泛运用于各个领域，但随着社会经济、高科技的不断发展，最经济控制问题的缺点也逐渐暴露，若使最经济控制问题的缺点彻底解决，则需要对管理系统的最经济控制问题进行透彻的剖析。

1 最经济控制问题的提出和探讨

1.1 最经济控制问题的提出

最经济问题是在最优控制理论和最经济结构的问题重合而产生的，最经济控制的含义即在特殊的控制要求下，能够使技术的设计可行，使设备投资、运作系统用的费用最优的方案，也就是说，在特定的能控性和能观性技术指标当中，使得系统的经济费用在设备投资资金和系统运作成本中耗费最低，用线性关系对其表示即：

1.2 管理系统的最经济控制

基于最经济控制概念的提出，将最经济控制的概念运用于经营管理领域上，对其分层阶梯性构架控制，包括组织管理级、优化协调级和现场执行即三种[1]。组织管理级即肯定并认同管理带来的经济效益。越是先进有效的管理技术越是能够提高经济效益和生产效率，这也就是说，我们应当重视管理技术的选取和管理水平的提高，保障最经济控制的最终实现。

1.3 最经济控制的研究

现在，最经济控制问题是在传统的控制理论上经过发展、调整而产生的，是以简单的局部硬件管理系统、系统的线性关系包括其中的稳定作为假设条件进行研究的。所以，在研究最经济控制这一问题上，要求我们建立正确的数学模型，利用数学中的微积分和线性代数等方法对这一问题进行探究，力求找到最优的答案。

由于在实施方案的现实当中有着不可预知的复杂问题或是系统与系统之间会出现一定的非线性关系，这些不确定因素导致了我们要用数学方式需求最有答案困难重重，这就要求我们不光利用数学建模等方法找寻答案，在遇到复杂关系如非线性控制、离散事件系统控制[2]等等这类问题时，要拓宽思路，寻找更多的解决办法。

2 管理系统中最经济控制问题的提出和研究

2.1 管理系统中最经济问题的可靠性

在管理系统中，最经济问题影响到管理系统的正常运作，若是管理系统的可靠性较高，则在运作过程中，即可降低意外的发生，保障管理系统的使用效率和质量。因此，最经济问题的可靠性问题的重中之重，即要求全面提高系统的可靠性。在初级阶段，若要增加经济成本，则$hp和$kp增加，但$yp会随之大幅下降，且$p呈下降趋势：

Ge=（）

从这一共识来看，随着Ge增大，经济效益才能不断增多。另外，我们注意到其意义的不断提高还对其他方面也有一定影响。最经济控制问题的可靠性不单通过管理系统的运作周期提高而成本降低，还需要通过产品的质量来获得直接经济效益。

2.2 WSR的最经济问题分析

WSR是物理、实力、人理三个词的汉语拼音首字母缩写而组成的：物理指的是管理系统自有关物质运动的相关理论，主要表现为物与物之间联系；事理指的是做某事的道理，主要表现为对物的安排和处理事与事之间的关系；人理指的是做人的道理，表现为建立人与人之间的关系[3]。在这一系统中，相互独立也相互制约着，因此，要实现管理系统最经济控制问题，要全面考虑到WSR的问题。

2.3 ABC、BDA模型分析法对最经济问题的分析

ABC分析法来源自19世纪意大利经济学家巴雷托（V.F.Pareto）从调查研究国民收入分布中发现了关键的少数及一般的多数规律，在调查过程中发现，占人口比重小的少数人，他们的收入反而占了总财富的较大比例，占人口比重大的多数人，他们的收入在总财富比例中仅占有很小一部分[4]。经过这一研究的现象，巴雷托的除了ABC模型管理法理论，其其本原理是：按照管理对象在技术等方面的重要特征，对管理对象进行分类，分别为A类B类和C类[4]。

ABC分析法在管理法中被广泛应用，因为其所指出的关键性少数和一般性多数的概念是一种常见的社会经济现象，所以在商业、工业等等领域也有对ABC分析法的应用。针对这一方法的分析我们可以将管理系统的最经济问题进行分类，即在保障管理系统的正常运作的情况下，将资金投入到另一系统上，达到系统的最经济控制投入与效果成比例，这时的$yp为最科学值。

将最经济控制问题利用BDA模型进行简单分析：事前控制指的是管理系统在开始正常运作之前的控制机制，主要表现在企业的所有制、资本运作和管理制度等，还可以表现为产品的开发、原材料的采购、其他资源配置等等；始终控制指的是在管理系统运作中的具体控制，包括对机械设备原型、产品质量、生产调度、市场运行、财务管理等等的管理；事后控制指的是在管理系统完成一个周期后、进入下一个周期前的反馈控制情况，主要是通过事后总结经验教训、对运行后的结果进行全面评价、对工作技术人员的考评和在专业技术上的改进等等[5]。事后控制不仅直接关系到整个控制系统的效果，更是一种具有一定规模的调整控制形式，其最经济控制的BDA模型可以用下述函数进行表示：

上述公式中，C*d表示BDA模型系统的最经济控制代价（成本），v*d表示BDA模型系统的最经济控制效益，d表示多状态含义，F表示最经济控制的控制功能和品质函数，C表示为最经济控制的控制成本函数，B为事前控制，D为事中控制，A为事后控制，AB即使变量也是函数。

这一模型系统是用来表示系统动态的，其中的最经济控制问题中的经济可以认为是“节约”也可以认为是“合算”，在其模型中的目标函数可以理解为是“节约”和“合算”的综合[5]。从整个系统来看，最经济控制问题应当从“节约”和“合算”的角度来看，BDA三个变量也应当是印象最经济控制问题的综合整体变量。

3 结语

现在，我国在管理系统的最经济控制问题仍需要进一步的研究和探讨，其中的可靠性、周期成本和系统的经济价值也可能影响到经济效益，也包括人为因素对其的影响。本文利用WSR、ABC、BDA三种模型方法对管理系统的最经济控制问题作出了简单分析，随着社会经济的不断发展，我们应当对管理系统的最经济控制问题进行更加深入的探究，以便找寻最优方案。

参考文献

[1] 卢润德.一种以可靠性为对象的最经济控制问题求解方法[J].统计与决策，2008（2）：153-154.

[2] 刘运妙.广义系统的最经济控制结构综合问题[J].青岛建筑工程学院学报，2000（2）：83-89.

[3] 罗亚康.管理系统的最经济控制问题分析[J].战略研究，2013，4（2）：40-41.

第2篇：控制系统理论范文

目前，还没有一个控制教学中的平衡点的方法，但学习者和计算机控制程序，确实存在着一种平衡关系，如果程序设计符合之间的平衡，将最大限度地提高学习平台控制交互功能。一个很好的描述的平衡点控制教学的意义。相互作用发生在优化学习者和计算机控制的平衡。以下三种教学情况，可以帮助我们理解一：案例，老师站在学生前面教学，然后离开；案例二，老师站在学生面前，只听说话的学生；案例三，教师和学生讨论，相互反应，互相学习。显然，最丰富的教学情况，在三种情况下，通过在第三种情况下的平衡提出了前面的极端现象，其中最强的互动平衡和人类的互动，当双方之间的相互作用是计算机和人平衡同等重要。

2远程教育平台的功能

网络远程教育平台包括网络环境，网络（网络学校，学生），课件，图书馆资源和其他因素，它是基于网络的，通过一套完整的支持软件和管理软件来保证服务管和体育整个网络教学发展的有序运行。达到以下网络远程教育平台服务的具体需要：（1）综合信息服务。综合信息服务将成为远程教育的网络信息交互平台的基础上，它可以释放和课外教育信息沟通，介绍了网上众多的大学和培训机构，同时，教师和学生可以在线交流教学经验。（2）教育教学管理服务。服务教学和教育管理是远程教育的核心网络平台的一部分。这主要包括：课程学习管理系统，浏览课程系统，多媒体教学系统，多媒体操作系统，答疑系统分析，远程测试系统，课件的开发和管理系统，学校管理和信息查询系统。（3）虚拟校园管理服务。在虚拟校园管理系统的上行链路和教学活动的桥梁作用，在整个教学活动、校园管理的各个环节，涉及所有的对象和教学资源。它主要包括：教师管理，数据统计分析系统，计费功能，安全管理，日志管理，行政公文管理，在线图书馆，学生社区管理。

3远程教育平台的设计方案

3.1的目标和内容。硬件系统的设计和远程教育网络平台的设计包括系统软件平台的选择开发平台的设计。远程网络教育平台作为网络虚拟大学园系统平台，技术支持和保障，提供全方位的远程教育合作单位和其他在线教育机构，避免重复投资，为了适应网络教育系统发展的需要，新的信息和网络的建立。该平台的建设目前流行的ASP，IDC和其他先进的概念和网络技术，结合经典的网络技术，视频传输技术，多媒体技术和软件工程技术，考虑以下几方面的具体需要：（1）硬件系统是可扩展的，灵活的，安全的，有效的。硬件平台的主机，网络设备，通讯设备，数据存储设备的要求是安全的，稳定的和有效的，先进的阶段和良好的可扩展性（2）的通用性，提高软件支撑环境的功能。结合国家教育部现代远程教育平台，资源管理系统和远程教育软件支持标准的研究成果，对远程教育系统和标准的建立。（3）接入环境灵活，方便快捷。网络教育网络平台将建立专门的光纤连接各区域网络的网络数据中心。学校校园网和远程教育的节点可以方便地通过各种类型的数据网络接入。（4）在整个远程教育各普通节点。在一个镜像网站和教学网站建设网络范围逐渐利用网络教育网络的通用平台，形成整个网络范围内的网络教育系统。3.2网络硬件设计。远程教育网络教学环境主要是由在一个分层的形成一个中央控制节点和远程教育通过网络连接。该系统的硬件和软件配置控制中心，实现需要的教学管理，节点的硬件和软件环境的远程教育教师教学与学生学习方式的要求。3.3网络环境。开展远程教育活动，在远程教育平台主要依靠网络，在实施计划的控制中心和教学实验阶段，在这所学校或私人数据中心的建立，分散在一个试点单位的远程教学点，他们通过网络连接。目前，已经建立了一个快速和大部分的大学校园网千兆，提供远程教育的信息传输通道。远程教育平台的网络连接结构。信息与控制中心，老师教的节点和数据在内部配置中心大学和其他元素，是远程教育的关键设施。目前，远程教育的实现依赖于网络环境中的两种不同类型的大学，他们的私人信息网和SDH网。大学校园网络和网络是由一个千兆网络网通光学互连设计各分园连接，提供远程教育网络平台的基本要素。3.4信息控制中心的组成和功能。信息控制中心是远程教育平台的核心部分，是远程教育的顺利实施的关键。在信息控制中心的远程教育平台的软件主要的硬件和系统，如VOD点播系统，视频会议控制平台，课件数据库，数据中心管理系统，远程教育，远程教育技术支持的主要提供者。信息控制中心实现远程教育中的节点控制，远程教育的学生必须登录到远程教育平台的信息控制中心，并根据浏览需要和其他的学习活动，相应的制度和教师开发课件等教学资源存储在信息控制中心。3.5配置节点功能和异步。异步教学节点具有多媒体计算机，计算机通过局域网与网络连接。学生可以通过学习需求的异步教学的多媒体视频在线注册，教学与其他教学资源，学习和研究活动的浏览，课程考试。教学同步节点提供教师和学生之间的实时双向通信，建立教师与学生的教学为导向的环境中，学生可以实时看到老师的照片，听老师的，老师看到学生和在实时的各种情况的讨论问题的学生。其他节点配置异步教学设备在教学同步节点，还配备了一个视频会议系统，课件播放系统，电子白板，音响系统和其他一些设施。

4结束语

第3篇：控制系统理论范文

[关键词]化学水处理；控制系统；设计；应用

中图分类号：S611文献标识码： A

一、前言

随着当前社会经济的不断发展，电厂的规模也在不断的扩大，化学水处理的作用就显示更加的重要，化学水处理的控制系统也得到了快速的发展，我们要根据电厂的实际情况对化学水处理控制系统进行设计，保证其应用效果。

二、化学水综合控制系统是发展的有效选择

1、化学水综合化控制可达到完善的控制工艺

（一)控制工艺

原有的化学水处理各系统的可控设备采用的设计不够合理，因此，要在改造工艺上进行创新，可以选择增加电动门或气动门的方式，完善各个子系统以及它们之间的联系和功能。

（二)加药工艺

原有的加药点和加药方式设置的不够合理，需要进行很好的改进，可以采用先进的自动加药装置，统一进入PLC进行控制加药，提高自动加药水平。

（三)监测参数

重新按综合系统考虑各子系统测点及监测参数的合理性、可靠性及准确性，优化国产和进曰仪表的使用，使化学水系统在线监测的工艺参数可靠而经济。

2、通信网络的适用性

各PLC厂商为适应未来联网需要，开发出具有多种解决方案的网络模式，可根据电厂各化学水系统的不同，进行相应的综合化控制配置方案。对各化学水子系统不同厂商的PLC产品和相应的通信协议，可采用网关技术或专用以太网卡进行联网，将化学水集控化;针对各子系统采用同一家PLC厂商的产品，通过厂家局域网的方式，使化学水集中化。

3、控制系统具有较高的安全性

由于综合控制系统全部采用PLC。硬件的平均故障率大大下降，同时由于控制功能、运算功能等模块化消除了由于连线不当或接触不良引发的事故。综合系统完善的自诊断功能使维护人员及早发现设备故障，从而缩短设备平均修复时间，提高利用率。

三、电厂化学水处理系统的特点表现在以下几个方面：

1、处理系统类型的多样集点

在电厂的生产发电过程中，所产生的化学水可能包括许多种，而相应的化学水处理系统则是由较为复杂的多个处理装置构成，将这类多样化的处理设备通过化学水处理系统的集中化设计，使得电厂的化学水处理形成一个独立集中的庞大系统，形成化学水处理系统内设备“多而不乱”的特点。比如水处理系统中的净水预处理系统、锅炉补给水系统、凝结水精处理系统、各种废水处理系统等等，虽然各自发挥着各自的作用，但对于整个化学水处理系统来说，都是至关重要的组成部分。电厂化学水处理系统的这种多样化设备集中控制的特点，不仅能够方便日常的化学水处理工作进行，在应对一些突况的时候，也能够针对突发的情况做出更快的应对措施，是化学水处理过程系统化的直接表现。

2、处理系统工艺的实时更新特点

随着时代的发展进步，传统的化学水处理工艺已经逐渐不能满足现代电厂生产发展的需要，需要更多新型的化学水处理工艺来满足电厂的发展。特别是近几年来，电厂化学水处理系统不断完善，根据电厂的生产需求，化学水的处理工艺越来越多样化，许多从前没有使用过的新技术在现在也逐渐成为了电厂化学水处理的必需工艺，完善的化学水处理系统具有“与时俱进”的特点，为电厂的经济效益提升起到明显的推动作用。比如将超滤、反渗透膜处理以及EDI电除盐等技术应用到化学水处理中，代替原来离子交换除盐，就是化学水处理系统中新工艺应用的最直接表现，不仅提高了化学水处理效果，降低了工人劳动强度，更重要是杜绝了离子交换处理时，再生交换器所产生的酸碱废液，避免了对环境所产生的污染，提升了经济效益，还简化了离子交换化学水处理设备的繁琐系统，使化学水处理工艺变得更加高效，也更加简单高效。

3、处理系统理念的生态环保特点

在我国推行可持续发展道路的背景之下，传统的化学水处理理念已经并不适用于当今的电厂发展，与国家的经济发展方针背道而驰。为了响应国家生态环保的经济发展理念，在化学水处理系统中，也应该以生态环保为基本原则，实现化学水的零污染排放。如今，生态环保理念下的化学水处理系统最为突出的特点也正是其“绿色处理”的特点，也是化学水处理工艺改进的主要依据原则。

另外，除了化学水的零污染排放之外，电厂化学水后处理系统的“绿色处理”特点还表现在提高水资源的利用率，以及节约使用水资源等方面，真正实现了“节能减排”的发展理念。

四、化学水处理全自动控制系统技术方案

1、系统概述

化学水处理自动控制系统采用”集中监测,分散控制”的方式。主要由两层组成,第一层为现场控制层,该层是生产控制的执行层,包括锅炉补给水处理、凝结水精处理等各子系统的PLC,以及就地控制室上位监控系统;第二层为系统监控层,采用光纤、光纤收发器、交换机、服务器及工控机,构成第二层完整的监控系统。监控层与现场控制层之间采用冗余星型网络连接,使得整个系统具有极高的可靠性。

2、网络结构

各子系统通过以太网或光纤形成网络,通常采用双缆冗余星形拓扑结构。星形拓扑中的所有节点都连接到一个中心点,此点称作网络的主交换机。各子系统就地控制室均配置有冗余以太网交换机和PLC的冗余以太网接口模块。PLC的以太网接口模块与现场交换机连接,再连接到主交换机上。根据化学水系统的大小,选择网络结构和主交换机。当系统所含子系统不多时,可以选择一个主要子系统的交换机为主交换机,其他子系统均与此主交换机相连,形成星形网络。当系统所含子系统较多,系统庞大时,可以单独设置主交换机,其余子系统均连接到此主交换机上,设置专门的冗余数据服务器,采用客户端/服务器的模式。这样设计的优点在于:

(一)控制室中的操作员站仅与两台服务器进行数据交换;

(二)只有服务器与各个辅助车间子系统进行数据交换,避免了网络负荷的过度集中及冲突;

(三)数据采集及存储仅在服务器上进行;

(四)系统维护及安装方便。

3、硬件配置

各子系统尽量选择同一品牌的PLC、交换机、工控机。这样,一方面同一品牌的PLC通讯方式相同,提高了服务器和操作员站的效率和实时性。另一方面,选择同一品牌的硬件,备品备件可互相使用,减少业主维护成本。各子系统配置就地工程师站,方便在就地进行操作,也增加了系统的可靠性。主控制室设置至少一台操作员站,一台工程师站。硬件配置时要考虑留有与上一级网络(DCS,SIS或辅网)的接口。

4、程序设计

根据不同系统的控制要求,实现对系统的流程及设备的自动控制。流程控制大致分为以下几种控制方式:手动、自动、半自动。在自动、半自动方式中,将仪表参数、设备状态考虑在控制流程当中,当仪表参数超限,设备发生故障时,对流程进行相应的保护措施,同时产生报警,提醒运行人员。泵、电机的控制:当泵、电机处于连锁状态时,可根据液位、压力等连锁信号实现自动启停;当运行设备发生故障时,备用泵自动启动。调节阀门、变频电机的控制:可根据设定值以及实际值实现自动调节。

5、监控画面

主要包括系统画面、操作画面、报警画面、历史趋势画面、报警查询画面、参数设定画面、报表画面、登录画面等。画面要求有中文说明,便于操作;每操作一个设备,不超过3个操作步骤。监控画面要求设置权限,防止误操作

五、化学水处理中膜技术的运用

膜分离技术是近几年才开始采用的化学水处理技术，其较传统工艺相比具有较多的优点。在传统的化学水处理当中，特别是电厂锅炉补给水的处理，存在着较多的手段，通常情况下会经过过滤-软化-分离等一系列的过程，而在这个过程中，每一项工艺都是会应用到酸碱再生电子传递树脂，从而实现性能的恢复，所以在整个过程中会有酸碱化学污水的排放，而其工艺较为复杂，不仅需要大量的劳动力，而且处理起来也有一定的难度，需要占较大的面积及投入较高的成本才能完成。最主要的是其所排放的酸碱废液无法满足当前环保的排放标准要求。而利用膜分离技术则可以有效的将传统水处理技术的弊端进行克服，其不仅操作较为简单，同时其所需分离设备较少，结构简单，不需要占有大面积的地方，整个过程都是自动化控制，劳动强度较小，最重要的一点即是在整个处理的过程中都没有酸碱废液排出，对环境的污染极小，同时在处理过程中实现了高效率低能耗，同时有效的保证水品的质量。

六、结束语

我们要不断对化学水处理的工艺进行优化，对控制系统进行优化设计，保证化学水处理的正常运行。

参考文献

第4篇：控制系统理论范文

“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”是哈尔滨工业大学（原哈尔滨建筑大学）承接的项目，由哈尔滨工业大学和北京德达数据系统有限责任公司合作开发。该项目采用LONWORKS技术开发研究并在住宅示范小区工程中试运行。1、对住宅居住环境（湿度、湿度）及设备进行监控；2、住户三表（水表、电表、煤气表）远传；3、住户三防（防火、防灾、防盗）；4、厨房设备监控；5、卫生间排风控制。这些功能用LON总线一节点实施，即每一住户为一LON节点，然后再用棗服务器管理各个用户的节点构成LON总线系统。该项研究已在北京翌景嘉园示范小区通过试运行，下面对其自评估如下：

一、攻关的任务、考核目标及主要技术指标：

经过论证，我们在专题合同中将各种指标定位在：

本专题的攻关任务：研究智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统，该系统包括两项任务，其一是开发家用管理软件，其二是开发家庭智能控制装置，实现对居室温度、湿度进行自动调节；对厨房用具进行时序控制；对卫生间的排风进行控制。而家用电脑管理软件要对家庭设施进行管理并提供若干家政服务程序。

本专题的考核目标：提供具有居室空调、厨房监控、卫生间自动排风功能的微机控管装置一套；提供家用电脑管理软件一套；住宅温、湿度等参数应满足智能住宅规定标准；在示范工程中应用该项成果。

本专题的技术经济指标：温度、湿度等主要被控参数应满足智能小康住宅标准（温度18℃～28℃，湿度30％～70％）；系统运行可靠。

在进行该项专题的进一步研究的过程中，结合当前先进技术的发展以及我国智能住宅发展状况，在原有的合同的基础上，我们对家庭智能控制器又增加了三表远传、安防等功能。

二、专题执行情况评价

本专题按两个部分实施，即家庭智能控制器和家用电脑管理软件的研究：

1、家庭智能控制器

（1）功能

本专题所开发的家庭智能控制器即智能节点具有4路模拟输入，12路数字输入，12路数字输出，其所实现的功能如下：

通过对室内温度监测，得到实际温度与设定温度比较：当实际温度低于设定温度一定值时，在夏季关空调，在冬季开暖气；当实际温度高于设定温度一定值时，在夏季开空调，在冬季关暖气。温度控制达到智能小康住宅规定标准：18～28℃。

通过对室内湿度监测，得到实际湿度与设定湿度比较：当实际温度高于设定温度一定值时，关加湿器；当实际湿度低于设定湿度一定值时，开加湿器。湿度控制达到智能小康住宅规定标准：30～70％。

对三表实行脉冲计数，并发送到上位机。

当门磁或红外报警时，在设防状态下，声光报警和自动拨号器启动，并有报警信号传到上位机。

玻璃破碎报警时，声光报警启动；在设防状态下，自动拨号器启动：有报警信号传到上位机。

紧急按钮报警时，自动拨号器启动，并有报警信号传到上位机。

排风扇按钮控制排风扇，排风扇运行一段时间自动关闭。

烟感探头报警时，煤气闭阀器关闭，声光报警和自动拨号器启动，并有报警信号传到上位，此外，通过判断烟感探头输入信号可识别探头是否有故障。

煤气泄漏报警时，排风扇启动，煤气闭阀器关闭，声光报警和自动拨号器启动，并有报警信号传到上位机。

探头复位输入控制火灾探头掉电复位及开启煤气闭阀器。

通过上位机运作，可以控制厨房设备按一定时序启动。

温度的设置可以通过上位机或者设定按钮实现。

湿度的设置可以通过上位机或者设定按钮实现。

与本专题预期目标相比，我们在设备监控的基础上，增加了安防功能，三表远传功能；我们经过认真研究，考虑研发产品的应用和推广，我们单片机来完成这些功能，而是采用了先进的现场总线棗LON总线。

（2）应用的LONWORKS技术特点

本专题采用了LONWORKS技术进行开发，该技术有如下特点：

开放性：网络协议开放，对用户平等；

通信媒介的多样性：可采用任何媒介进行通信，如双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线电波、红外等，并且同一网络可以有多种通信媒介；

互操作性：其通信协议Lontalk是符合ISO定义的OSI模型，任何制造商的产品都可以实现互操作性；

网络拓扑：有星型、总线型、环型以及自由型；

网络结构：主从式、对等式或客户/服务式结构；

通信的每帧有效字数可从0至228个字节；

通信速率可达1.25MB/S，此时有效距离为130M；78KB/S的双绞线，直线通信距离可达2700M；

其技术核心器件棗Neuron芯片内部装有三个8位微处理器、34种I/O对象和定时器以及LONTALK通信协议等。该芯片具有通信和控制功能。

近年来，该技术在国内外的智能建筑领域都得到了应用和发展，其开发工具平台强大，开发者在短期内就可以完成开发工作；在韩国、日本、澳大利亚、加拿大等国都已经利用该技术完成多项工程；并且，总体来看，该技术适用于中国，而且还在无线扩频等方面有继续加强的潜力，能在家庭智能系统上有更大的突破。

（3）解决的技术关键

功能集成：在目前智能住宅产品中，实现单一功能（如抄表、安防）的产品很多，本装置将三表收费、三防、厨房设备监控、室内环境监测、卫生间排风扇控制等功能集成在一起，真正实现了功能集成。

采用了Lonworks技术：Lonworks技术作为先进的总线技术，在本专题得以采用，将会更有利于家庭智能控制装置的推广。

模拟量的引入：从长远来看，将模拟量引入智能住宅将是必然，而目前国内几乎没有智能住宅产品将其引入，本装置将模拟量引入，也体现装置的前瞻性。

软件编程语言采用NeuronC语言，利用该语言事件驱动任务的特点，增强了装置的实时性。

本装置可灵活组态：如果用户不需要该模块中的模拟输入，我们就会在设计硬件电路时预留出端口，而不焊接模数转换模块，这样可为用户省下投资，也为其将来扩展做好准备；12路数字输入点被开关量或脉冲信号来触发，其可以配置成电表水表煤气表输入，可以配置成安防信号输入，也可以是二者结合；12路输出只是一个开关信号，也可根据实际情况进行灵活配置。

与目前系统集成商所提出智能小区方案相比，本专题将家用电脑引入家庭智能控制系统来管理家庭设施。

住宅节能：我们认为，智能住宅在提供给人们安全、舒适的环境的同时，也应将节能的概念引入智能住宅中。在本专题中，我们对卫生间排风采取实时控制，使其在满足室内排风要求的同时做到节省电能；我们通过对室内温度的设定，在不同季节内对空调或供暖设备进行控制，使其在一定的条件下工作，当达到预期要求时，立刻停止工作，进而达到节能的目的。

模数转换通信匹配问题：在本专题中，我们利用Max186芯片对采样的温湿度信号进行模数转换。Max186芯片具有12位精度，其与LONWORKS技术的neurowire方式进行通信需要匹配，本专题解决了这个问题。

本专题所开发出来的家庭智能控制器比较成熟，可作为产品投入市场，并且，该家庭智能控制器已经在北京翌景嘉园使用。与目前国内同类产品相比，其性能价格比是最优的（具体情况见效益分析）。

2、家用电脑管理软件

家用电脑管理软件是在Delphi5.2平台上开发而成，其功能、设计特点如下：

（1）功能

提供家庭生活服务信息。主要有：医疗保健知识、家庭菜肴、点心制作方法及饮食科学知识、女性美容装饰常识、花鸟鱼种值饲养方法、旅游知识、保险知识及家庭生活中的一些常用信息等。

提供家庭事物管理手段。这部分主要内容有：家庭财务、亲友通讯录、个人档案管理。

该软件通过网卡直接对家庭设施进行管理：三表计费、设备状态显示、厨房设备时序控制、温湿度设定。

（2）软件特点：

是软、硬件技术成功结合的典范：考虑到“小康住宅”的特点，将计算机硬件、软件技术相结合，通过LON控制模块成功地实现了对住宅内的环境监测及设备监控。

实用性强：在本软件中，我们以科学实用为原则，从医学、美食、旅游、保险、美容装饰、花鸟鱼种植饲养、财务管理、通信录管理等方面为用户提供了及其丰富的生活服务信息，以便为用户的工作、学习提供更多的方便。

易学易用：在软件开发过程中，我们在不影响功能及生动性的前提下，尽量使界面简洁、直观，并具有逻辑性，从而使得用户容易掌握软件的思路及操作方法。

三、成果应用前景及效益分析

建筑业是国家的支柱产业，住宅建设占总房产建设投资的80％左右，国家十分关注住宅建设，继“解困”、“安居”工程后，又努力实施“小康”工程。为了加大“小康”工程力度，国家把“2000年小康城乡科技产业工程”列为国家重大科技产业项目。可见，投身于住宅小区智能化以及相关产品的研发，既有利于推动建筑业的发展，又能带来可观的经济效益和社会效益。

1、国内智能小区市场预测

随着计算机技术、现代通信技术和自动控制技术等高新技术的延伸，智能建筑应运而生。智能小区是智能大厦的基本含义中扩展出来的。以1999年为例，国家在99年对住宅的投资1700～1800亿元人民币，根据建设部对小区初、中、高三个等级的划分，小区智能化为住宅小区总投资的1％～3％。以此比例计算，则仅99年度对小区智能化的需求就达17～54亿元人民币，而随着住房体制改革的不断深入及人们对住宅环境要求的不断提高，该数值还会将大幅度提高。由此可见，小区智能化市场前景广阔。

2、本专题的实用性及前瞻性

“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”作为2000年小康城乡科技产业工程“的一个专题，该项研究应用LONWORKS技术开发并在住宅示范小区工程中试运行。该家庭智能控制器具有很强的灵活必一，根据用户需要，可以进行灵活配置，例如：如果用户不需要该模块中的模拟输入，我们就会在设计硬件电路时预留同端口，而不焊接模数转换模块，这样可为用户省下投资，也为其将来扩展做好准备；12路数字输入点被开关量或脉冲信号来触发，其可以配置成电表水表煤气气输入，可以配置成安防信号输入，也可以是二者结合；12路输出只是一个开关信号，也可根据实际情况进行灵活配置。总之，该家庭智能控制器即适合现在智能住宅的要求，也会在一定程度上满足将来发展的需要。

我们开发的家庭智能控制器再加上各种传感器构成的控制系统，其价格为4000元左右，即每个住户用于智能化投资在4000元左右，与当前国家制定普及型智能住宅价格（5000元）相比，相对价位下降20％；而从长远来看，随着人民生活水平的提高以及家庭智能控制器各类相关器件价格的下调，大多数用户对智能化的投资是可以接受的，并且其所带来的各种效益是无法估量的。

4、本专题的社会效益

本专题是以小康住宅智能化宗旨，旨在为人们提供舒适、安全、健康的环境。这一方面提高了人们生活水平，另一方面也为人们的高效率快节奏提供了条件。

智能住宅设施的自动控制和管理，既需要相关行业的支持，也促进相关行业的发展。智能住宅建设的兴起，将使许多相关企业投入建筑市场，又为许多人提供了就业机会。

此外，对于生产智能控制器的厂商来说，他们在推广应用这项成果中，将会获得可观的经济效益。

四、专题调协的科学性和合理性的后评估

本专题设置的科学性和合理性可从以下几方面反映出来：

1、专题在智能小区的地位

智能小区在智能化大楼的基础上扩展和延伸出来，人们通过对小区建筑群的四个基本要素（结构、系统、服务、管理）进行优化考虑，提供一个投资合理，又拥有高效率、舒适、温馨、便利以及安全的人居环境。从以上的定义可以看出，人们通常提出的智能大厦的3A（建筑设备自动化、办公自动化、通信自动化）或5A（在“3A”的基础上加上安防自动化和防火自动化）也适合智能小区，所以智能小区的“智能”很大一部分都体现在其自动化的程度。此次国家制定的该课题与以往课相比，其对智能建筑的功能定位更加合理（功能多而必要），并且具有一定的前瞻性（厨房设备的自动化以及模拟量的引入随着人民生活的提高也将会被人们接受）。总之，本专题对智能小区“智能”的研究，在智能小区的整体研究中起着相当重要的作用。

2、未来市场走向

笔者认为，建筑业是国家的支柱产业，住宅建设将占房产建设投资的80％左右，其中对智能小区投资占总房产建设投资的8～24％，在这种背景下，国家将会进一步加大对智能化建筑的投资。由于智能小区的概念是近几年才形成的，单个功能或系统如抄表、报警功能在一些住宅小区中已经有些应用，但是还没有哪个厂家能够推出从总体上设计和规划成熟的智能小区网络化综合管理系统，目前的市场还处于群龙无首阶段。此时，国内市场急需一种性能价格比较高的智能化产品，这时研究智能型住宅家庭设施控制和管理系统将有更重要的意义。

3、用户需求

随着生活水平的提高，一方面，人们对住宅的追求不仅仅局限于外表的装饰，人们对住宅的智能已经有了初步的认识；另一方面，在一些发达的城市中已经出现智能小区并为人们所接受。此时研究本专题开发出适合人们要求的智能化产品也具有很重要的意义。

4、科技含量

可以说智能小区是随着计算机技术、通信技术、自动控制等的发展而提出和发展起来的。智能小区的“智能”也可理解成为其科技含量，其科技含量的高低反映了智能小区智能化的水平。本专题所采用的LONWORKS技术是最近几年内流行的先进的现场总线技术，运用该项技术研究本专题并开发出基于该技术的产品，将更有利于该产品的推广，并且随着LONWORK技术本身的改进和提高，智能化产品也利于更新换代。

总之，“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”专题的完成，一方面，为家庭设施智能化的可行性提供了依据；另一方面，也为制定家庭设施智能化规范提供了参考。并且，本专题开发出来的成果正在转换成产品，这进一步证明了专题设置的科学性和合理性。

五、经费决算和经费使用评价

国家科委为“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”专题攻关拨款10万元，于1999年9月拨款到哈尔滨建筑大学，课题组将其分成两个子项实施，即智能家庭控制装置和家用电脑管理软件，经过一年多的研发，现已完成。其经费使用情况如下：

收入

支出

科目实际数（万元）科目金额（万元）单位自筹2仪器设备费1.5国家拨款10材料费0.5加工费0.5试验费1.0管理费3.0劳务费2.0软硬件费1.0调研费1.5其他1.0合计12合计122、经费使用评价

本专题的研究采用LONWORK技术，并要求在示范小区试运，这样做可保证技术的先进性和成果的推广。但应用该技术必须在其开发平台上完成，我们没有（国内仅少数单位具有）开发工具，该开发系统由美国ECHLON公司专卖，价值二十万元。其次选择示范小区，也要花费相当数量的费用。面对这两项主要开销，国家科委下拨的十万元是明显不足的。为了解决经费的不足，我们采取如下措施：

（1）将该专题分成两个子项，即智能住宅家庭控制装置和家用电脑管理软件。其中智能住宅家庭控制装置由于采用LONWORKS技术，我们决定采用合作开发的办法，而家用电脑管理软件采用自主开发，经费分项使用。

（2）选择北京德达数据系统有限责任公司作为合作伙伴，主要原因是该公司作为国内智能建筑领域起步最早的企业之一，其在智能建筑科研、设计、安装颇具实力，并且还备有开发技术产品的成套设备。与该公司合作，他们可提供开发设备和安装调试条件，我们出技术、人力，这样做就不需购买专题开发用的设备，也就节省了这笔大的开销。

（3）确定北京翌景嘉园示范小区作为试运点，该智能住宅小区是北京德达数据系统有限责任公司承接工程，其中有该公司科研、开发、实验样板间，利用该样板间提供的条件（其中包括智能住宅的多种传感器），可以节省现场安装调试所需的硬件费用。

（4）本着节省的原则办事情，由于合作单位、示范小区均在北京，而我们在哈尔滨，两地的差旅费将要占科研经费的三分之一，我们利用北京德达数据系统有限责任公司提供给校方人员的食宿条件以及按每次出差要集中高效办事的原则，使差旅费的花销仅用原计划的一半。

由于利用以上一些措施，使得该项目实际用费基本与国家科委拨款持平。

六、存在的问题

目前，国内没有一个完整的智能小区规范，这为定位智能住宅的功能带来一定难度，本专题对家庭智能控制装置的功能是结合我国智能小区现状及各种技术资料定位的，并且对每个家庭所配置节点数还有待进一步研究。

在本专题中，由于目前厨房设备的种类和数量的不可预测性，我们仅定义了两个厨房设备，并对其进行一定的时序控制，对厨房设备数量及实时监控还需深入探讨；家庭智能控制装置对设备控制只局限于开关控制，对设备的进一步控制有待于进一步研究。

第5篇：控制系统理论范文

论文关键词：控制，干扰

 

“控制包括三个基本步骤：1）确立标准；2）衡量成效；3）纠正偏差。为了实施控制，均需在事先确立控制标准，然后将输出的结果与标准进行比较；若现有偏差，则采取必要的纠正措施，使偏差保持在容许的范围内。【1】”造成这种偏差的主要原因就是干扰，所以，要设计一个优良的控制系统，设计者首先要能够对实现该控制系统可能受到的干扰因素进行全面而准确的判断，然后才能想办法“采取必要的纠正措施”。如何全面而准确的判断出一个控制系统可能受到的干扰因素就尤为重要。实际上，“什么才是干扰因素”这一问题在通用技术课程教学中老师们还存在着很多疑惑，例如，在一次公开课上，授课教师让学生把一张纸折叠后，用吸管吹向天花板，课堂上有的学生吹的高，有的学生吹的低。老师在总结时说，“叠纸的形状、吹力的大小和方向、空气的阻力等都是影响叠纸吹高要考虑的主要因素，这些就是干扰因素”。这一说法在听课老师中引起了很大的反响，大家都在议论纷纷。这一说法是对是错呢？再如教材中出现的：电冰箱、空调等电器在使用过程中的干扰因素有那些；热水器水温控制系统中的干扰因素有哪些；干扰因素都是有害的吗等问题初中物理论文，对于我们这些非本专业的老师来说，解释起来都具有一定的困难。要从根本上解决这一问题，就得先要来了解什么是“干扰”的问题。

关于什么是控制系统中的干扰因素的问题的界定有多种说法：如：在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量发生变化的各种因素称为干扰因素【2】；在实际的控制系统中，常常会有一些变化不定的因素对系统的行为造成不利的影响，这种有害的因素我们称其为干扰【3】；对于一般的控制系统来说，多余的、不需要的、强制的“输入”便称为系统的干扰。另一方面，如果削减系统生存所必需的输入也是干扰；对系统来说，不仅输入端有干扰，输出端同样有干扰，如制约输出或强制作过量的输出等都是干扰，制约输出，如企业的产品受市场制约而减少了销量，强制过量输出如“竭泽而渔”，系统的输入和输出的“过与不及”都是干扰；对于复杂控制系统而言，干扰是不可避免的，因为复杂系统由多层次、多品种的诸多子系统构成，各子系统都有其自由度和相对独立性，各子系统间的输入和输出不可能配合得尽善尽美，必有多余和不足的输入和输出，这些多余和不足的输入和输出就成了系统的干扰；对于社会系统来说，其输入是自然界给予的一切，人们从自然界获取空气、阳光、雨露，及生产生活所需要的一切资源，这是社会系统“输入”的需要，但自然界会“发威”，各种自然灾害是社会系统所不需要的，但生活在地球上的人们不得不接受自然灾害的干扰，而社会系统对自然界的“输出”，一方面是人们对自然界的“改造”，另一方面是废物的排放，废气、废水、废渣、垃圾排向自然界，这是自然界所不需要的，但人类强迫自然界接受这些废物，就是对自然界生态平衡的干扰【4】。

由以上的论述可知，判断什么是干扰要从两方面来看，一方面初中物理论文，对于控制系统的整体而言，属于系统之外的，是多余的、不需要的、强制的“输入”便称为系统的干扰；另一方面，对于控制系统的部分而言，如果前一子系统的输出与下一子系统所需要的输入不匹配，就会造成下一子系统的输入的多余和不足，这种多余和不足的输入和输出就成了系统的干扰中国期刊全文数据库。由此可见，叠纸的形状是物体的结构设计问题，通过改变叠纸的形状可以减少叠纸飞行时的阻力，吹力的大小和方向是控制的输入问题，这两个因素虽然是影响叠纸飞行高度的主要因素，但不属于我们的干扰的界定范围。所以不是干扰因素，把系统的设计问题和对系统所产生的干扰混淆的案例还很多，如：。对于电冰箱、空调等电器在使用过程中的干扰因素分析，门的开启、环境温度的变化、电压的变化等都是属于系统之外的可能引起被控量发生变化的因素，所以这些因素就是这两个控制系统的干扰因素。一般情况下，对于简单控制系统较为规范和严谨的判断方法是：先要确定所要设计的控制系统，然后对所设计控制系统本身的各个环节进行具体分析，找出各环节可能受到的干扰因素（属于系统之外的，是多余的、不需要的、强制的“输入”），再分析这些干扰可能会对系统的输出造成什么样的影响，哪些是必须考虑的，那些是可以忽略的，那些是要综合考虑的，那些事要独立考虑的，最后整理出系统设计所要考虑的主要的干扰因素，这样的分析才会针对性更强，对控制系统如何克服这些干扰的设计帮助更大。以下对热水器水温控制系统的干扰因素的分析过程为例进行说明，第一、根据设计目的画出控制分析方框图（图一），分析方框图并不是最终的控制方框图，控制方框图是控制系统设计的结果，控制分析方框图是控制系统设计的过程，就像设计草图一样，是用来进行设计分析用的。

第二，对控制系统的各环节进行分析。在这个控制系统中，可能受到的干扰因素有，在输入端，电源电压的波动、由于开关灯元件的原因输入电压可能降低；在控制器和执行器部分初中物理论文，随着使用时间的变化，控制装置的不稳定、各种元件、加热装置的老化等；热水箱的大小、保温性能的好坏、热水箱深浅、水的散热面大小、水箱装水的多少等；在输出部分，周围空气的流动、气温的高低、用水量的快慢等。以上这些因素都是影响温度的干扰因素。第三，根据对干扰因素的分析，选择合适的控制方法来克服这些干扰对输出的影响（比如最简单的方法就是采取终端反馈的方式，当然，如果对水加温的时间有要求的话，这种控制方法就不能完全克服所有的干扰了，如图二）。

对于“在有些情况下，却可以[i]利用干扰因素实现某种目的【1】”这一说法也没有错，因为这种“干扰”是我们所要设计的控制系统的输出量，这一输出的最终目的是想使另一控制系统的目标不能实现，这种“干扰”对于第一个控制系统来说不是干扰而是输出，对于第二个控制系统来说这是系统需要克服的干扰。通过分析可以看出，就控制系统而言，干扰一定是有害的，它是控制系统要实现控制的最终目标需要考虑和克服的

分析和判断控制系统可能存在的干扰因素的最终目的，是为了使我们设计的控制系统“在干扰影响控制之前就进行必要的防范和修正，”使得控制系统能够“对控制对象进行有效控制以减小乃至消除偏差。”【5】所以要准确判断一个控制系统所存在的干扰因素，还要结合系统所要实现的最终目标进行综合考量，搞清楚这种干扰产生的原因、可能对控制系统所造成的后果和它将对控制系统的哪个环节产生影响等，这种干扰因素的分析才对我们进行控制系统的设计有所帮助。

参考文献：

【1】《控制论》（美）维纳著；赫季仁译；北京；北京大学出版社，2007.12

【2】《技术与设计2》主编：顾建军江苏教育出版社2008.12

【3】《技术与设计2》主编：刘琼发广东科技出版社2007.7

【4】《系统论信息论控制论》马丽扬河北：河北人民出版社，1987.2

【5】《机械控制入门》雨宫好文（日）著王献平译科学出版社2001.4

第6篇：控制系统理论范文

关键词 虚拟实验 LabVIEW 自动控制系统 传递函数

中图分类号：TP13-4 文献标识码：A

0 引言

在理工科专业的教学科研过程中，要想紧跟技术的发展，就要不断地更新教学和实验设备。而随着各学科实验项目和学生人数的增多，传统的实验室和实验仪器数量很难满足学生的需求。因此，虚拟仿真教学和实验室作为一种有效的解决方案应运而生，在各大高校已经获得了广泛的应用，并且成为高等教育实验课程发展的新方向。

虚拟仪器技术自1986年面世以来，已在各工程领域得到广泛的应用，①②在教学实验系统中也得到了应用发展。

在控制理论实验系统开发研究中，许多学校根据自己的需要，利用LabVIEW开发了多种实验系统。②③④⑤⑥

上海开放大学具有11万注册的在校生，教学与实验的条件受场地、时间、空间和设备的限制，较普通高校更为严峻。网络课程与虚拟实验在开放大学的应用显得尤为重要。

本文根据本校实验要求内容，利用虚拟仪器软件开发虚拟实验系统，从而方便学生进行不定时、不定点地实验。

1 系统总体设计思路

上海开放大学学生多为在职，他们利用晚上和周末进行继续学习，这使得他们具有以下特点：具有比较丰富的工作经验，学习更侧重理解并应用，学生的学习时间受限制。赵教授的实验指导书正是基于学生的特点而编写的。通过实验，加深学生对控制系统传递函数、控制系统构成、控制系统稳定性、典型二阶系统与参数的之间的关系等的理解。根据这些内容，系统设计了一个初始界面和五个功能模块：传递函数建立、典型连接、零极点模型、控制系统分析、二阶瞬态响应（如图1）。

控制仿真工具包能够很好地完成上述功能。

2 系统模块设计及展示

2.1 初始界面

系统设计一个初始界面，它通过选项卡和菜单按钮方式进入各功能模块。初始界面显示该实验系统可完成从传递函数构建、系统特性分析到系统运行仿真的整个过程。

2.2 传递函数构建模块和连接典型

LabVIEW提供一个控制仿真工具包。应用此工具包，在传递函数模块，通过输入系统微分方程的分子和分母系统，构建传递函数。如图2所示左端构建函数，右侧进行典型连接，完成各个环节的串联、并联及反馈连接。

2.3 零极点模型模块

此模块用来判断系统的稳定性。根据微分方程得出传递函数，得出系统的零极点图和伯德图，以便于判断其稳定性（如图3）。

2.4 控制系统分析模块

本系统设计了典型的一阶、二阶系统的时域响应。调整其参数，可得到不同的响应曲线，以便进行对比分析。模块运行界面如图4所示。

2.5 二阶瞬态响应模块

此模块专门分析二阶系统的时域响应。影响二阶系统的各个参数都可以进行调节，以便观察系统的响应特性，从而更为清楚地理解系统特性。模块运行界面如图5所示。

3 结语

仿真的实验界面能够加强学生对实验的兴趣，通过调节不同参数，可直接观测到各种实验过程。采用虚拟仪器代替传统实验仪器，有效的降低了硬件配置和实验成本。

实验充分利用了LabVIEW语言的灵活、开放，人机界面友好等特点，使用方便，具有良好的通用性和扩展性。

注释

① 郑红梅，梅加化，韩方强.基于LabVIEW的虚拟测试实验教学系统.电子科技，2012.25卷（8）.

② 陆蕴香.基于LabVIEW的机械工程控制基础的实验.制造业信息化，2011（1）.

③ 袁微，卢明阳.基于LabVIEW和Simulink的过程控制工程虚拟实验平台开发.实验室研究与探索，2012.6.

④ 浦龙梅，杨增强.基于LabVIEW软件开发的控制工程基础课程教学软件的研究.自动化与仪器仪表，2007（1）.

第7篇：控制系统理论范文

一、价值链理论与成本控制

价值链理论是哈佛大学商学院教授迈克尔・波特于1985年提出的。波特认为，每一个企业都是在设计、生产、销售、发送和辅助其产品的过程中进行种种活动的集合体。所有这些活动可以用一个价值链来表明。

简而言之，价值链就是为生产有价值的产品而发生的一系列活动。价值链理论将企业的管理视角细化，认为在生产活动的每个环节都与企业的整体竞争力息息相关。在这种视角下，企业之间的竞争不在是宏观的整体实力的对抗，而是每一个生产环节的各自比拼。以这种理论指导企业的管理，就要求企业着力于价值链的每个环节，力争在在每个环节上控制成本、扩大收益，提升每个环节的竞争力，进而提升企业整体的竞争力。

价值链理论的提出对于管理学的发展意义重大。价值链理论从作业管理和作业增值管理的角度阐述管理思路，被广泛运用于管理学的各个方面。在成本控制方面，价值链理论的作用主要体现在以下三个方面。

其一，价值链理论能够用于分析企业的价值链。将价值链理论用于分析企业的价值链，将企业整个价值创造过程完整分解再现为各个具体作业环节。明确各个作业的成本产生原因，进而揭示影响企业成本的结构性动因和执行性动因，确立控制哪些重要的成本动因。

其二，着力于控制各个环节的成本，增加各个环节的收益，分析在此环节压缩成本的可能性，以及有无其他更低成本的方式替代本环节。

其三，价值链理论还应当用于分析整个行业的价值链，分析每个企业在该行业的价值链中所处的位置以及与竞争对手的关系。明确企业自身的定位和成本管理的努力方向。

二、中小企业成本控制面临的问题及其原因

（一）成本控制缺乏主动权，受上下游企业影响大 中小企业在成本控制方面存在的一个首要问题就是缺乏应有的成本控制主动权。中小企业普遍议价能力低，只能被动接受供货企业和零售商的要价，而无力采取有效还价手段，这导致许多中小企业强行忍受高成本，微利生产。

中小企业的规模较小，生产能力有限，只能将生产经营范围局限于行业中的少数环节。现代企业生产是社会化生产，一个行业就是一个生产价值链，每个企业都只是这个价值链上的一个环节，而价值流动发生在整个价值链中。中小企业的生产活动局限于有限的若干环节，其对于同行业上游产业和下游产业的成本变动只能被动接受，难以主动控制。

（二）缺乏高效成本管理工具、制度和优秀的管理人才 中小企业的成本管理大多采用原始的管理工具，缺乏有效的成本管理制度和优秀的财务管理人才。成本控制是一项复杂而系统的流程，只有具备优秀的财务人才才能运用先进的管理工具，构建高效的管理制度。但是中小企业缺乏对优秀财务人才的吸引力，这一点影响了中小企业的成本控制。

中小企业始终受制于资金缺乏这一难题，中小企业普遍缺乏稳定充足的融资来源，这给中小企业的成本控制带来了很大困难。许多中小企业不得不为此压缩管理成本，吝于花费资金构建成本控制制度，聘请优秀的财务人员。同时，中小企业过分依赖传统的成本控制方法，这种方法以财务报表为导向，只核算生产中的显性成本，而对管理成本等隐性成本的核算严重缺位。这些都导致中小企业成本管理的不规范。

（三）额外损失严重，造成成本居高不下 此处所指额外损失是指由滞销产品和计划外的废品造成的非必要的库存成本、废品损失和库存损失。中小企业普遍存在的一个问题是滞销，产品滞销会影响企业的资金链运作，增加管理和销售费用，拉高产品成本。另外中小企业废品率和库存损失也高于管理规范的大型企业。滞销产品和废品实质上是对企业的运营资金的占用，在无形中又增加了企业的资本成本。

因为滞销、废品和库存损失而产生的作业实质上是无效作业，这些作业浪费了企业资源却不能给企业增加价值，在企业价值链中属于应当剔除的环节，这些作业环节的存在浪费了企业资源，拉高了中小企业的成本。

三、中小企业成本控制中价值链理论的运用

（一）将价值链理论运用于中小企业成本管理的可行性首先，传统的成本控制已经难以适应现阶段中小企业生产经营中面临的成本问题，中小企业迫切需要变革现有的成本管理方式，以一种新的、有效的、适合中小企业现状的成本控制模式取而代之。其次，价值链理论自提出以来，已经被不断完善充实。阎达五教授提出的价值链会计理论更是价值链理论运用于成本管理的重要实践。伴随着生产社会大分工的发展，价值链理论尤其是全球价值链的先进性日益显现。价值链理论运用于中小企业成本控制是可行的。

（二）运用价值链理论加强中小企业成本控制具体包括：

其一，中小企业在外部价值链的定位。在开放式社会化的生产中，企业的价值链已不能局限于企业内部的价值链，而应将视角扩大到整个行业，整合企业内部生产与外部交易流程，建立覆盖从初级材料提供商到最终用户的全过程价值链。而对于每个企业，就要获得自己在同行业中的准确定位，进而依据实际采取合适的成本策略。各个环节上的企业应尽可能的做到财务信息共享。只有财务信息的共享，同行业价值流链的确定才能发挥应有的作用。要分析整个行业的价值流程，明确自身所处的价值环节，确定自身所处环节的上游环节和下游环节。确定每个环节的价值增值，进行经营成本合理分摊，确定每个环节应分摊的成本，尤其企业自身应负担的成本。通过核算采购成本和销售成本，确定在与上下游环节发生价值交换时所发生的成本。依据各环节价值增值量确定在与上下游进行价值交换时的合理成本。将企业成本控制从内部延伸到外部，将企业内部成本控制与整个行业的成本控制结合起来，形成跨企业跨价值环节的成本控制作业，减少中小企业生产局限于少数环节而带来的额外成本，提高中小企业成本控制效率。

其二，利用价值链构建全新内部成本控制系统。分析中小企业内部价值流动过程，将中小企业内部价值流动从纵向分为采购、加工、销售三大环节，横向分为生产、后勤、管理三大模块，财务部门单独列出，作为成本核算、监督部门。首先，在纵向价值流动中，每个环节独自与财务部门进行财务信息交流，由财务部门对各个环节作单独核算分析。找出每个价值环节的增值点，核算各个环节的增值量，找出关键价值环节。对每个价值环节采取不同的财务对策，有针对性的进行成本控制。其次，在横向价值流动中，对后勤、生产、管理这三大模块采用相同标准但互不混淆的核算方法。各个模块向财务部门提供各自的财务信息，由财务部门单独核算出各个模块的成本，并针对各个模块的问题采取相应的成本控制方法。在具体实施中，可以按照作业成分分析法，依据以下步骤实行。利用作业分析识别各个价值链环节的作业。利用作业分析对企业所有经营活动进行分析，确定各个作业所属价值链环节。同时对每个作业单独分析，确定其属于增值作业还是非增值作业。确定成本动因。成本动因（包括资源动因和作业动因）是作业成本分配的基础。确定成本动因需要企业各个部门的人员的广泛参与，在充分了解企业的生产活动的基础上确定各个环节合理的成本动因。依据成本动因将发生的成本分配至成本目标。作业成本计算耗费的分配主要包括两个方面，一是将资源耗费分配至作业;二是将作业成本分配至成本目标。其中直接耗费可以直接分配到各个作业，间接耗费则需要采用相应的成本分配方法合理分摊。依据上述三个步骤最终确定各个价值环节的成本耗费。企业应在以上分析的基础上压缩非增值作业的成本，提高增值作业环节的效率，从整体上控制成本。

其三，在整个价值链流程中突出库存和销售环节。企业的额外损失是企业在成本控制管理中十分重要的一项，根据价值链理论，任何一个价值流动环节的成本增加都会导致整个企业成本不可抑制的增加。销售和库存是企业创造价值十分重要的两个环节，同时也是成本支出较多的两个环节。中小企业受制于自身的劣势，在库存和销售等环节存在很多问题，导致很多额外成本的发生。因此应将销售和库存等环节置于整个价值链流程之中更加重要的位置。很多中小企业将成本控制局限在生产环节，刻意压缩生产成本，却忽视了库存和销售环节高涨的库存损失和滞销损失，结果导致成本控制收效甚微。根据价值链理论，企业整个生产运作过程是一个有机的循环体，任何一个环节都是至关重要且不可或缺的。中小企业在成本控制实践中应当挑出既有的重生产环节轻其他环节的误区，真正的认识到库存和销售环节的重要性，采取必要措施，例如：改善库存管理、调研市场需求、开展营销推广等降低库存和滞销成本，将少额外损失，从价值链的各环节入手进行高效的成本控制。

参考文献：

［1］胡建新：《浅谈我国中小企业成本管理》，《现代商业》2009第年14期。

［2］时红秀：《中国地方政府债务的形成机制与化解对策口》，《山东财政学院学报》2005年第1期。

第8篇：控制系统理论范文

关键词：国库；控制论；财政；管理信息系统

文章编号：1003－4625（2008）09－0031－04中图分类号：F830.44文献标识码：A

Abstract: Market economy countries generally establish the treasury management information system to support the modern treasury functions. The treasury functions have been enlarged from the traditional state coffers to the control of budget executive and management of state debt and cash. The functions involve the ministry of finance, the people’s bank of China, and etc. Building Chinese modern treasury management information system is a complex system engineering, which need the guidance of the control theory and etc. This articlemainly illustrates the implementation of the control theory in Chinese treasury management information system, providesexperience to relative system construction.

Key Words: Treasury; Control Theory; Finance; Management Information System

一、控制论及国库管理相关理论

（一）控制论相关理论

控制论是研究各类系统的调节和控制规律的科学，对现代社会和科学技术的发展产生了重要的影响，如我国著名科学家钱学森等人将控制论应用于两弹一星的研制中，发挥了重要的指导作用。

1.系统、子系统与外部环境

从控制论角度看，系统是处于一定相互联系中的与环境发生关系的各组成成分的总体。系统最基本的特性是整体性，即系统各部分相互关联、相互作用共同构成系统整体的特性。一个系统既是一个独立的整体，又是高一层母系统的有机成员；同时，系统与环境也处于有机联系之中。有机联系使得系统整体大于各孤立部分之和。

2.行为、目的、反馈与控制

行为指一个对象相对于环境做出的任何变化。目的指预期的结果。简单地讲，控制就是对被控对象施加某些作用，使对象行为符合或接近目标，实现行为的目的。反馈是系统输出信息返回输入端，经处理，再对系统输出施加影响的过程。如果反馈导致系统的输出值与目标值的差值越来越大，离目标越来越远，就是正反馈；如果差值越来越小，和目标完全或基本上吻合，就是负反馈。控制论认为：反馈是控制的机制。

控制论研究的对象是控制系统。带有负反馈回路的闭环控制系统是控制论研究的一个重点。闭环控制系统可以检验、纠正偏差，从而达到目的。虽然有的目的是固定的，有的是不固定的，但达到目的这一目标是一致的。当存在偏差时，系统处于不稳定状态，一旦偏差纠正，则达到稳定。

3.信息与控制

反馈回路与信息是闭环控制系统的两个必要条件。在控制系统中，反馈是否启用，如何使用，使用到何种程度等都需要信息的指挥、调度。信息是表征事物之间联系的消息、情报、指令、数据或信号。实体的行为产生信息，而控制过程也需要信息。

控制论认为：控制的实质在于，巨大质量的运动和行动，巨大能量的传送和转变，可通过带有信息的不大的质量和不大的能量来指挥和控制。

4.控制论方法

控制论是一门具有方法论特点的系统科学，主要的研究方法有信息方法、功能模拟方法、黑箱方法、白箱方法等。信息方法是把研究对象看作一个信息系统，通过分析系统的信息流来把握事物规律的方法。功能模拟法是用功能模型来模仿客体原型的功能和行为的方法。所谓功能模型就是只以功能行为是否相似为基础而建立的模型。黑箱方法指通过考察系统的输入与输出关系认识系统功能的研究方法，是探索复杂大系统的重要工具。所谓黑箱是指那些不能打开箱盖，又不能从外部观察内部状态的系统。白箱方法是通过黑箱方法等认识了系统的内部结构后，按一定的关系式表达出来，形成“白箱网络”，通过它对系统进行再认识，或者利用这种“白箱网络”去控制系统以后的行为或预测系统未来行为的研究方法。白箱则指具有已知结构的物体。

（二）国库管理相关理论

1.国库管理

国库管理主要包括以下内容：（1）预算授权管理。总体上看，预算授权管理包括预算的分配、预算指标的控制和管理、预算的转移以及预算的追加四个部分。（2）承诺管理。承诺管理用权责制或者修正的权责制会计核算基础更加精确地反映政府资产、负债及运营状况。（3）收入管理。收入管理重在财政资金的筹集，包括税收收入和非税收入等。（4）采购管理。采购管理在既定的标准和正当程序范围内以富有竞争力的价格及时获得合适的、质量高的商品和服务。（5）支出管理。支出管理重在财政资金的支付，包括商品和服务支出、工资支出等。（6）现金管理。现金管理目的在于提高国库现金管理绩效，降低管理成本。与承诺管理、收支管理、债务管理相关联。（7）债务和援助管理。债务和援助管理包括债务的记录、捐赠收入管理、贷款收入管理、发行公债等。

2.国库管理周期

按国际货币基金组织、世界银行对多个国家国库管理流程所作的分析来看，国库管理一般包括以下管理周期，如图1所示：

此图包含一个年度完整的国库管理周期，主要包含以下三个周期：

（1）国库管理周期（即预算执行周期）。包含图中步骤1至步骤6。此周期描述了预算执行的管理内容及各环节的关系。图中步骤1至步骤2反映了支出不超越批准的拨款限额，资金支出控制在国库支付命令的数额之内的控制；步骤2至步骤4以及步骤4至步骤5分别体现了支付管理控制和债务管理控制两个周期。这两个周期的结合点是现金管理，可实现政府收支管理、债务管理与现金管理的联动。图中步骤6至步骤1的反向箭头反映了对当年预算执行情况的纠偏。

（2）支付管理周期。包含图中步骤2至步骤4。此周期描述了从承诺资金到现金管理各环节的关系。图中步骤2至步骤3体现了承诺资金的支付控制。步骤4至步骤2的反向箭头反映了国库收付管理与现金管理的互动关系，如国库可能出于流动性资金约束（如收入短缺情况）的考虑，在一定时期内对承付款项采取限制。

（3）债务管理周期。包含图中步骤4至步骤5。此周期描述了债务及捐赠管理与现金管理的关系。图中步骤5至步骤4的反向箭头，表明现金管理与债务管理之间的协调关系，如国库可能出于流动性资金需求的考虑，在一定时期内发行债务进行融资。

此外，当支出管理不正常时，图中还可能形成步骤4到步骤3的反向箭头，即拒付应付款，以实现国库对不正常支出的控制。

二、从控制论角度分析国库管理信息系统

系统具有整体性和闭环控制回路是使用控制论方法研究系统的前提。用控制论的理论分析，国库管理信息系统具有系统的整体性和闭环控制回路。

（一）国库管理信息系统的整体性

国库管理信息系统是推进国库各项改革，支持现代国库管理职能的重要技术支撑，包含多个子系统。我国国库管理信息系统借鉴了国际货币基金组织推荐的系统结构模型并结合我国实际进行了相应调整，相关系统尚按规划分步实施。国际货币基金组织推荐的系统结构如图2所示。从控制论角度分析，国库管理信息系统是一个具有整体性的大系统，各子系统分工协作，构成一个有机的整体，系统也与外部环境进行信息交换，处于有机联系中。

该图展示了国库管理相关系统的结构，表明了系统整体和子系统之间以及整体与外部环境之间的有机关联：

从国库管理功能角度看，国库管理信息系统主要包含：（1）预算授权管理系统，对下达给各支出机构、支出单位的预算授权进行管理，作为支付过程的控制依据。（2）支付管理系统，依据预算授权管理用款计划、支付申请及付款等。（3）总账系统，包括总分类账、日记账等，可完整纪录国库单一账户中每一笔支付资金的详细信息。（4）现金管理系统，对国库现金进行实时管理，实现与支付管理、收入管理、国债管理、政府采购管理等系统的信息共享。（5）收入管理系统，管理税收、非税收入，实现与支付管理、现金管理、宏观经济预测等系统的信息共享。（6）国债管理系统，提供国债发行计划、国债发行及清偿管理、国债风险评估、国债经济效益分析等功能，并实现与支付管理、现金管理、宏观经济预测等系统的信息共享。（7）政府采购管理系统，与政府采购预算、采购订单相衔接，与支付管理、固定资产管理等系统实现信息共享。（8）资产管理系统，建立固定资产总分类账，支持固定资产添置、折旧、重估、报废等管理工作。同时，国库管理系统与外部独立的相关系统相互交换信息，如支持征收、管理各类税收以及非税收入的系统，为国库管理系统提供各类收入信息；支持支出机构人事管理的系统，为国库管理系统提供发放工资的人员信息等。

从职能角度看，国库管理信息系统子系统主要包含：（1）财政部分，对预算执行过程、资产和负债的管理等做出决策并进行相应管理等。（2）中央银行和商业银行部分，具体办理国家财政资金的收付和支出，与财政系统交换国库单一账户体系的支付及收入报告等信息，提供金融服务。（3）支出部门部分，对本部门、单位的预算执行过程进行管理，与财政系统协同管理预算执行过程等。同时，国库管理系统与外部税务、海关等独立的相关系统相互交换信息，协同工作。

（二）国库管理信息系统的闭环控制回路

国库管理信息系统的行为表现为系统及其子系统的功能处理过程，反映了国库管理的各项内容，如预算授权管理、支付管理、收入管理等。

国库管理信息系统的目标表现为系统功能处理过程的目标值，即以信息表示的国库管理的各项要求，如资金支出要求控制在国库支付命令的数额之内等。

国库管理信息系统以信息方式实现了国库管理周期。从控制论角度分析，国库管理周期是一个闭环控制回路。如前所述，图1中，步骤1至步骤6描述了预算执行的管理内容及各环节的关系，步骤6至步骤1的反向箭头形成了国库管理周期的反馈回路。同理，步骤4至步骤2及步骤5至步骤4的反向箭头分别形成了支付管理周期、债务管理周期的反馈回路。反馈回路使国库管理周期具有检查、纠正预算执行偏差的能力，保证了这个有机整体的稳定性。国库管理周期中的各个环节对应国库管理信息系统中相应的子系统，如预算授权管理环节对应用款计划管理系统，支付及收入环节分别对应财政国库集中支付系统、人民银行系统（国库单一账户）、商业银行系统等。系统及子系统通过对信息的获取、传递、处理等实现了国库管理信息系统的闭环控制回路。

三、控制论的方法论在我国国库管理信息系统建设中的应用

控制论的研究思想和科研方法为我们进行国库管理信息系统建设提供了重要的方法论启示。以国库管理信息系统财政部分建设为例，控制论的方法主要有以下应用：

（一）信息方法

按照规划，总账子系统是国库管理信息系统的“数据仓库”，综合了与预算、会计、财务管理等相关的各类信息。账目分类（即会计科目表，COA）结构是总账系统的核心信息，其获取、传递、加工处理、输出、反馈等处理过程反映了国库管理信息系统中核心信息流的调整过程。国际货币基金组织和世界银行推荐，原则上，账目分类结构应融合以下几项因素：资金、计划、组织和支出单位、项目、支出分类。计划应该能够鉴别各项计划因素以及下至各基层计划决策单位的补充因素。组织应该能够鉴别预算和成本中心。支出分类应该同时为行政和经济分类服务，并各自分成类别以达到控制的目的。账目分类结构还应该与用于产生国家会计账户或政府统计数据的经济分类规范相一致。

由于账目分类结构具有特殊的重要性，2001年系统建设伊始，我们即借鉴国际经验并结合我国实际，使用信息方法对财政部内系统的账目分类结构进行了分析、设计。此后，随着改革的推进，我们又运用该方法对系统的账目分类结构进行了调整，根据管理要求增加了信息项，确保了总账系统的信息完整性、控制完整性和可扩展性。通过账目分类信息在国库管理周期各个环节的流动，可以对系统行为进行多目标的控制，如通过资金性质、单位、功能分类、经济分类等信息的判断，可以实现预算执行与预算授权是否一致的分析并进行相应调整；通过在付款阶段对银行分类进行判断，可以控制资金的去向等。

（二）黑箱方法

黑箱方法主要有以下两方面的应用：

一是协助国库管理信息系统中国人民银行系统（国库单一账户）、商业银行系统的建设方面。人民银行系统（国库单一账户）、商业银行系统对财政端系统而言是一个个“黑箱”，我们主要通过对这些系统的输入与输出关系进行研究，对相关系统建设提出改进意见。2004年，通过使用黑箱方法进行指导，财政端系统与人民银行系统（国库单一账户）实现了信息交换的全电子化处理，与商业银行实现了支付业务的全网络化处理。2008年，黑箱方法又在指导地方财税库银横向联网软件（财政与人民银行国库部分）的建设过程中发挥了重要的作用。

二是使用成熟系统方面。2001年，我们采用了资源管理系统搭建了国库集中支付系统的基本框架。由于采用的是成熟的系统，我们主要运用黑箱方法指导了系统的建设。具体做法是，应用已有系统，对系统的输入和输出关系进行改造，建立符合我国国库管理要求的资金支付和账务处理的核心支付流程。黑箱方法的运用，大大节省了系统建设时间，实现系统当年正式上线运行的目标。而从多个国家的实施经验看，若从头设计、建设并实施相关系统，至少需要3-5年的时间。

（三）白箱方法

随着我们对国库管理信息系统认识的不断加深，以及国库改革的深化对系统建设提出了更多更高的要求，2004年系统改造中，我们广泛应用了白箱方法，下面从两个方面进行说明：

一是用白箱方法指导系统行为的实现。以支付管理子系统为例，我们首先通过账目分类结构中相应的子分类信息对支付资金进行剖析，形成了系统行为的“白箱网络”，以此指导系统中各种具体行为的设计、实现，如从资金性质看，支付资金包含一般预算、基金、预算外资金等，系统可按此区分不同的资金支付交易、审批流程、操作权限等；从支付方式看，支付资金分为财政直接支付、财政授权支付等方式，系统按此设计不同的支付流程等。

二是用白箱方法指导反馈――矫正的实现。负反馈回路可分解为反馈――矫正行为。以支付管理子系统为例，由于资金承诺和债务承诺的管理机制尚未建立，支付管理的负反馈回路主要表现为用款计划数额――可用资金数额――支付资金数额之间的反馈――矫正行为，即保证“用款计划数额=可用资金数额+支付资金数额”恒等式的成立。

回顾几年的系统建设历程，我们认为，用控制论方法指导国库管理信息系统建设取得了较为理想的效果，有力地支撑了国库改革的深入开展。系统建设按照国库改革目标分步推进，为建立现代国库管理制度，提升国库管理水平发挥了重要的作用。

随着改革的不断深化，需要开展对与控制论相关的信息论、系统论等系统科学的研究，综合运用系统科学的理论和方法指导系统建设，力图形成一个比较完整的理论体系；进一步总结经验和规律，以更科学、更熟练的方法指导系统建设工作，为今后统筹安排系统建设，科学地进行分步实施打好基础。

参考文献：

[1]翟钢.现代国库制度研究[M].北京:中国宇航出版,2006.

[2]Ali Hashim, Bill Allan. 国库参考模型[M].北京:中国财政经济出版社,2003.

[3]维纳.控制论[M].北京:科学出版社,1963.

[4]王雨田.控制论・信息论・系统科学与哲学[M].北京:中国人民大学出版社,1988.

第9篇：控制系统理论范文

【关键词】VC++；Matlab；混合编程；现代控制理论

一、引言

现代控制理论是建立在状态空间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，包括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，它们在建模之后都表达为矩阵形式，因此通过计算机进行控制系统的仿真，实质就是利用计算机来进行矩阵运算。小型控制系统进行仿真时，所涉及的控制算法以及矩阵运算量都是有限的，因此对仿真的效能要求较低。而当需要进行复杂系统的仿真试验时，不仅编写相应的控制算法消耗大量的人力，较低的程序执行效率也将消耗大量的计算机运算能力，因此选取和使用快捷高效的仿真开发方法显得尤其必要。

Matlab是一种应用广泛的数学类科技应用软件，在数值运算尤其是矩阵运算方面有着非常好的表现，用户不需要深刻了解算法及编程技巧，只需掌握了入门的数学知识和程序设计能力就可以利用其进行复杂的科学计算，如今已经成为学界理论分析和实验研究所必须掌握的软件工具之一。但限于其本身是一种解释方式运行的高级计算机语言，在进行重复计算工作时执行效率较低，且运算过程不能脱离计算机环境进行。VC++是微软公司推出的开发环境Visual Studio中的一个组成部分，用户可以利用其进行快速的Windows应用程序开发，设计出图形界面丰富的功能软件，但是在编写矩阵运算时缺少专业的数据类型变量，当编写复杂的算法时不免要消耗大量的编程时间[1][2]。

比较两者的优缺点后不难发现，Matlab易于使用但是在仿真时程序运行效率低[3]，实时性较差，使用条件有限，VC++不便于直接进行矩阵计算但是代码运行效率高，实时性较好，应用范围广，也就是说，如果通过混合编程能让两者的优势互补，在工作中将大大减少在算法编程方面的工作量，并且能够改善仿真程序代码的运行效率以及实时性，为科研工作和工程开发提供更强大的技术支持。

二、混合编程方法简介

目前VC++与Matlab相结合的混合编程主要有以下几种方法[4]：

1.在VC++中调用Matlab引擎（Engine）

这种处理方法不要求链接整个Matlab，只需嵌入必要的Matlab引擎库，节省了大量的系统资源，使应用程序整体性能更好，处理效率更高，但这种混合编程的方法需要Matlab在后台适时运行不能脱离Matlab环境，严重影响了程序的通用性，因此这种方法在实际开发过程中很少采用。

2.Matlab调用由C/C++编写编译为mex文件的函数

这种方法是对Matlab函数库和一种补充，用户可以自已编写一些高效或者具有特定功能的函数，利用编译器把它们编译为mex文件，供Matlab调用，相当于添加自定义的Matlab函数。

3.在VC++中调用Matlab生成的动态链接库

这种方法通过指定的编译器，把由Matlab编写的m函数文件编译成动态链接库文件（dll）。只需在程序开发和中包含其生成的动态库，就可以在VC++程序中调用封装好的Matlab函数，实现数值算法的运用。这种方法可以使程序脱离Matlab运行环境，减少文件外部存储空间的占有量，并实现了代码共享。

4.使用COM组件对象模型技术实现混合编程

COM技术是一种应用广泛、方便灵活的方法，是利用Matlab提供的Deploy Tool工具实现Matlab与C/C++的混合编程。COM给软件开发人员提供了一种共享二进制代码的方法，但是由于缺乏可视化界面，其应用范围受到一定限制。

三、混合编程实例与验证

从实际应用角度考虑，前两种编程方法虽然简便，但适用范围狭窄，第四种方法适用性好于前两种方法，但需要用户掌握较高的程序设计水平，不便于科研人员使用。本文选用第三种方法进行编程，并以控制工程中经典的单级倒立摆系统的LQR线性二次型调节器的设计为例，描述这一方法的实现过程，验证其在控制系统仿真中能够带来的优势之处。

本文所采用的软件版本是Visual Studio 2008和Matlab R2010a。

1.混合编程步骤

（1）Matlab编译环境的设置

控制算法从Matlab到VC++的代码转制要通过编译器来进行，所以首先要设置Matlab的编译环境。启动Matlab R2010a，在命令窗口中输入命令mbuild-setup，根据出现的提示选择合适的编译器，本文所使用的是Microsoft Visual C++ 2008。

（2）编写包含函数算法的m文件并且进行编译

本例中m文件实现了单级倒立摆系统矩阵和LQR控制反馈增益矩阵的函数function[K，S，E]=myLQR（Info，Q，R，N）的求解过程。这里需要说明的是，m文件应是函数的实现而不是单纯的脚本文件，而且从混合编程的角度来讲，编译脚本文件不具备实际意义。

Matlab提供了三种使用Matlab编译器的方式[5]：①在Matlab环境中使用mcc命令；②在系统命令环境中使用mcc.exe（在Windows上）；③在Matlab环境中使用Deployment Tool。

以第①种方法为例，m文件编写完成后，在Matlab中修改当前工作文件夹路径为包含m文件的文件夹路径。在Matlab命令窗口中输入：mcc-W cpplib：myLQR-T link：lib myLQR.m即可将m文件编译为动态链接库文件。

（3）建立VC++工程并进行属性设置

新建一个空白的对话框工程。

如图1所示，在项目-属性-配置属性-C/C++的附加包含目录中加入”MATLAB PATH＼R2010a＼extern＼include”，其中MATLAB PATH是Matlab在硬盘中的安装路径。

在项目-属性-配置属性-链接器的附加库目录中加入”MATLAB PATH＼R2010a＼extern＼lib＼win32＼microsoft”。

在项目-属性-配置属性-链接器-输入的附加依赖项中加入”mclmcrrt.lib myLQR.lib”。

将上一步中由m文件生成的头文件、动态链接库文件和静态链接库复制到VC++工程文件夹目录下。

（4）VC++界面设计及数据接口编程

根据单级倒立摆的基本参数，以及LQR线性二次型调节器的加权参数，设计VC++对话框的图形界面，并使用mwArray类型变量配置动态链接库函数的数据接口，如图2所示。

2.验证编程有效性与运行速度

（1）Matlab中的运算结果

在Simulink中依据单级倒立摆的系统仿真框图建立仿真程序模型，如图3所示。

选取一组适当的单级倒立摆系统参数[6]。

根据单级倒立摆系统的系统模型[7]。

，

可以计算得到线性系统的系数矩阵和。选取输出矩阵和直接传递矩阵分别为，。

线性系统最优二次型性能指标为，由于本文以验证演示混合编程方法和有效性为主，故直接选取性能指标中权矩阵和分别为，，选取噪声为[8]，再由Matlab中的lqr函数计算可以得到此单级倒立摆系统的最佳反馈增益矩阵。

将得到的最优反馈增益矩阵加到Simulink仿真模型中的反馈增益环节上。仿真后得到输出结果为小车位移和摆杆倾角，如图图4所示。

（2）VC++中的运算结果

在求解LQR二次型最优控制反馈增益矩阵的程序中输入与前文中单级倒立摆系统相同的系统参量，并进行计算，得到最佳反馈增益矩阵，如图5所示。

选择时间轴T=0：0.005：10，使用lsim命令可以求得此单级倒立摆系统的输出响应分别为小车位移和摆杆倾角，如图6所示。

对比两次仿真的结果可以得出结论，利用编译器编译m文件得到的动态链接库文件所包含的函数能够正确进行矩阵运算，得到LQR二次型最优控制反馈增益矩阵。

在Matlab中使用其自带的Profiler工具统计myLQR函数求解反馈增益矩阵时所消耗的时间为514毫秒如图7所示。

而在VC++中，在调用myLQR函数的语句前后分别使用GetTickCount（）函数查询当前系统时间，两次查询的结果作差后，即得到VC++执行函数myLQR求解矩阵所消耗的运算时间，如图8所示。

程序运行后得到VC++中调用myLQR函数消耗时间为442毫秒，如前文图5所示。说明了在进行相同的矩阵运算时，VC++环境下具有略优于Matlab环境下的代码运行效率。

四、结论

可以看到，通过使用混合编程技术把Matlab中有关于控制算法的函数转编为VC++可用的动态链接库形式，在用户没有进行任何控制算法编写的情况下，就可以完成在VC++中对控制系统的控制变量的求解，进而完成控制系统仿真。免去了用户需要亲自编写C/C++控制算法的繁琐工序，只需用户编写一部分接口程序即可，而且通过单级倒立摆系统最优控制反馈增益矩阵的求解实例还可以论证，这种编程方法集成了两个软件的优点，使得生成的程序同时具备较好的运行效率和实时性、普适性，拓展了Matlab在现代控制理论系统仿真中的适用范围，有助于缩减新型控制算法的编程周期，为新型控制算法的研究与开发提供了一种新的编程思路。

参考文献

[1]张亮，王继阳.MATLAB与C/C++混合编程[M].人民邮电出版社，2008.

[2]刘维.精通Matlab与C/C++混合程序设计（第二版）[M].北京航空航天大学出版社，2006.

[3]李曦，唐琳.在MATLAB中运行其他可执行软件的方法[J].微计算机信息，2006，22（3-3）.

[4]杨刚，姚华.实用航空发动机LQR权阵选取方法[J].南京航空航天大学学报，2006（4）.

[5]Robin G.Qiu and Yongfeng Ju Research on MATLAB Programming Efficiency.Mei Xiao et al.，2011，Applied Mechanics and Materials，135-136，788.

[6]BaiLi Zhang，JiangGuo Wang，The Analysis and Simulation of First-Order Inverted Pendulum Control System Based on LQR.ISIP2010 Third International Symposium.