过程控制系统论文精选(九篇)

第1篇：过程控制系统论文范文

关键词：机械工程控制；控制理论；教学改革；教学方法

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）22-0061-02

随着现代科学的迅猛发展，传统的机械工程学科发生了极为深刻的变革。控制理论、微电子技术、计算机技术与机械制造理论与技术的结合，促使机械工程领域各个方面发生根本性的变化，并且促进了机械工程中先进制造技术的发展，《机械工程控制基础》课程的开设就是为了适应这一现代科学技术变革的需要。“机械工程控制”是一门研究“控制论”在“机械工程”中的应用的科学，同时，它又是一种方法论，是科技工作者分析和解决问题的有效手段。《机械工程控制基础》课程是一门专业基础课，主要面向机械设计制造及其自动化专业本科生开设，既为后续的数控技术、机电一体化技术、机械工程测试技术、机器人技术等专业课程提供理论基础，也为学生毕业后进一步深造，以及从事机电一体化控制相关领域的应用与研究工作打下必要的理论基础。本文从课程的教学目标出发，结合课程的特点，对课程的教学方法进行分析研究，提高学生学习兴趣，培养学生的知识综合能力，使课程教学达到良好的效果。

一、明确课程教学目标

教学目标是课程教学的主线，教学过程中要时刻谨记课程的教学目标，深入理解课程的教学要让学生掌握什么、理解什么、最终要达到怎样的效果，所有的教学手段、教学方法应紧紧围绕这一主线进行。我校开设的机械工程控制基础面向机械设计制造及其自动化专业，总学时40学时（其中实验6学时），根据学时的设置和课程内容的系统性要求，我们制定课程的教学目标如下：①使学生理解控制系统的基本概念和掌握自动控制系统分析、设计（校正）的基本方法。②学会运用Matlab进行控制系统辅助设计和分析。③使学生能以动态（动力学）的观点而不是静态观点去看待一个机械工程系统；从整体而不是分离的角度，从整个系统中的信息传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为。④能结合工程实际，应用经典控制理论中的基本概念和基本方法分析、研究和解决其中的具体问题。教学目标的设定针对学生的个体发展需要，分层次，逐步提高。其中，既有共性，即所有学生必须掌握的，又包含个性，即体现学生自我发展的需要。

二、针对课程特点，制定教学方法

教学方法的制定应从课程的特点出发，才能达到良好的教学效果。工科类课程大多枯燥乏味，机械工程控制课程更加如此。机械工程控制基础课程内容涉及面广，课程的内容侧重理论，使得课程内容复杂且抽象，因此，如何提高学生学习课程的兴趣，从而发挥学生学习的主动性，是该课程教学中存在的普遍问题。

1.精彩的绪论，是激发学生兴趣的关键。机械工程控制基础课程的特定决定了该课程丰富的内涵，通过精彩的绪论内容，让学生进入课程中来，体会到课程的重要性，激发学生学习该课程的愿望，是整个课程教学成败的关键。①感性认识阶段。通过控制理论的发展历史、丰富的多媒体素材、控制理论在军事中的应用以及控制理论在家用智能电器中的应用，不但让学生耳目一新，又让学生感受到它与自己息息相关。②理性思考阶段。经典的实例和素材不单是简单的堆积，更要带领学生去深入的思考，通过讨论和师生互动的方式，让学生体会控制论的思想、方法，从而为理论教学奠定基础。

2.深入理解课程教学目标，系统化理论教学内容。课程的教学内容以系统建模―系统分析―系统校正为主线，首先让学生了解课程教学的总体结构。①了解系统模型：系统的微分方程、传递函数、频率特性模型之间的转换关系。②了解系统分析：时间响应分析、频率特性分析、系统的稳定性分析。③理解系统建模和系统分析的目的：系统的综合校正。通过使学生了解课程的总体结构，使学生明确学习目的。

3.深入理解课程教学目标，系统化理论教学方法。①侧重结论，淡化过程。结论的理解和总结贯穿于课程的始终，对结论的理解是课程教学目标的基本要求。结论的产生通常的教学过程是：物理模型―抽象―数学模型―分析―结论。在教学过程中应让学生理解和掌握这一分析结论的过程和方法，并淡化每一次结论分析过程中的数学推导过程，避免教学内容的枯燥和抽象使学生产生厌学的心理。②侧重应用，深化综合。通过具体化物理模型，应用基本概念与基本理论解决具体问题，最终使学生深入理解概念和理论的内涵。

三、理论与实践结合，提高学习兴趣

机械工程控制基础课程实验采用Matlab软件进行仿真分析，将课程理论应用通过软件进行实践应用，提高了学生对课程理论学习的兴趣，并加深了对理论知识的理解。课程的实验具体设置如下：①Matlab软件基本操作实验：应用Matlab软件进行基本的数学运算。②控制理论仿真基本操作实验：应用Matlab软件进行控制系统建模、时间响应分析、频率特性分析和系统的稳定性分析。③综合性试验：针对给定的系统及其性能指标要求，建立系统模型，应用Matlab软件进行系统的综合与校正。④设计性实验：自己设计控制系统，建立系统数学模型，进行Matlab仿真分析，应用自动控制原理实验箱，连接控制电路，分析系统。

四、以教学目标要求为基础，制定考试内容

机械工程控制基础课程中的基本概念、基本理论和基本方法，贯穿于课程的始终，对课程中基本概念、基本理论和基本方法的理解是课程的基本要求，但课程的教学目标更注重对知识综合应用能力的培养。因此，在考试内容的设置上应以综合试题为主，突出教学目标，通过知识的综合应用体现学生对基本概念、基本理论和基本方法的理解，避免学生考前突击、死记硬背、甚至考试作弊等现象。

五、改革考核方式，建立全程考核模式

机械工程控制基础课程的考核采用期末考试占60%，考勤占10%，作业占10%，实验占10%，文献查阅实例分析占10%的考核方式。采用全程考核模式，降低了期末考试在总成绩中的比重，使成绩构成多样化。作业的布置应少而精，使学生更多的思考问题，查阅资料，分析和解决问题，不但减轻了学生的学生负担，更锻炼了学生的自主学习能力。

本文就机械工程控制基础课程的教学目标和课程特点，分析了课程的理论教学方法，制定了课程实践教学内容与考试内容的设置，提出了课程的考核改革方法，实践证明，采用该教学方法，提高了学生的学习兴趣，锻炼了学生的自主学习能力，达到了良好的教学效果。

参考文献：

[1]杨叔子.机械工程控制基础[M].第六版.武汉：华中科技大学出版社，2011.

第2篇：过程控制系统论文范文

[论文摘要]控制论的认识论是一种建构主义的认识论，本文结合控制论早期和1970年代以来的研究成果和方法，从知识、认知形式、层次、目的这些最基本的认识论和控制论概念着手，挖掘出控制论在认识论上的意义。控制论的知识就是模型，认知不是被动反映而是能动建构，认知建构的多层次以及它对目的的新的解释都丰富和发展了哲学认识论。

控制论作为一门交叉学科，它给哲学研究提供了很丰富的素材。在认识论研究中，控制论方法尤其值得我们借鉴。控制论从上个世纪中期创立以来不断发展，在认识论研究中也给我们越来越多的启示。控制论奠基人维纳在他的黑箱理论中已经提到模型在认识和科学发现中的作用，黑箱理论实际上就是早期控制论的认识论。上个世纪70年代以来控制论有了一次新的发展，西方出现了几个新的控制论学派。从认识论的角度来看，它们的共同特征就是对主体认识过程有了更精细的分析，主体认知的能动性更受重视。本文将从知识观、认知过程分析、认知本质分析等几个方面展示控制论的认识论意义。

一、“知识-模型”说

控制论认识论的基本观点是知识即模型。一个系统有知识就是该系统建构了被感知的外部环境的模型。因为现实世界很复杂，要想认识和控制它，人们必须对它抽象，建立关于它的模型，一系列的模型就构成了对世界的知识。

这种观点最早出现在早期黑箱理论中。维纳和另一个控制论奠基者艾什比的著作中都有这方面的论述。艾什比《控制论导论》第六章讨论的就是黑箱问题。黑箱理论中的“黑箱”就是认知客体，所谓黑即不为人了解或认识。认识黑箱就是建构它的模型，在不影响黑箱原有结构的情况下，向黑箱输入物质、能量或信息，从而得到相应的输出。根据输入和输出的对比能得到黑箱的若干可能结构，建立关于黑箱的模型。随着输入输出的增多，黑箱的理性模型也逐渐完善，从相对简单的、高度抽象的模型发展为比较复杂的、更加具体化的模型[1]。

知识即模型这个观点在1970年代以来的控制论专家中得到更进一步地贯彻，他们对控制过程的动态分析以模型为基础。控制论研究对象包括两个系统，控制者系统和被控制系统，或者建模系统和被建模系统，前者在认识论意义上即认知主体，后者也被称为环境、外界、世界等等。它们之间会有相互作用，大量信息从环境流到控制系统，控制系统采取的行动作用于环境，构成一个反馈环。控制过程中的认识大致是这样的:系统观察或感知那些对它的最优状态发生影响的外界变量，感知过程就是系统对外界建立模型的过程，感知生成了对外部状况的内部表现。这种新的控制论的模型具有下面一些特点:

第一、模型是用来预测世界的工具。主体控制外界的过程中模型起着十分重要的作用。模型不是对环境静态的、机械的反映，而是动态的建构。由于模型要比它反映的环境简单，这样它的运行要比它反映的环境领先一步，因而主体即控制者系统能做出预见。系统可以在干扰还没有对它造成破坏之前，提前做出补偿行动。

第二、同样的外界环境，模型可以有很多，不存在实在的“绝对真实”的模型。建立模型是从世界到模型之间的一种对应，对应好像是世界中的客体和它们在模型中的表现之间客观一致。实际并非如此，否则的话主体能动性就没有了任何地位。认识论上的机械反映论把真实的知识视为不依赖观察者和外部实在的完美反映。但控制论的认识论本质上跟它是不同的，具体表现为两个方面:1.它不承认认识的目的是发现外部的客观世界。2.系统对外界的认识是有目的的认识，它只是感知对自己目标的潜在干扰的前兆。它的主体性很明显，不关心也无法获知客观存在于外在世界的东西。

二、“认知-建构”说

如果知识是模型，那么认知过程就是一个建立模型的过程。控制论的认识论本质上是一种建构主义的认识论。根据建构主义认识论，认识并非是主体对客体实在的简单的、被动的反映(镜面式反映)，而是一个主动的建构活动，这就是说，所有的知识都是主体建构出来，在这一点上它是与机械反映论的认识论直接相对立的。它的另一特点就是在建构的过程中主体已有的认知结构发挥了特别重要的作用，此处它仍区别于机械反映论。建构主义认识论反对心灵白板说。主体能够对知识建构逻辑上要求主体在认识之前有一套“建构的工具”，心灵因而不是一块白板而是具有某种构成。

康德认识论差不多是最早的建构主义认识论。在康德那里，这样的一套“建构工具”就是他所谓的“我们固有的知识能力”。他认为这是先天的东西，认识过程就是主体把先天形式加诸感性材料的过程。控制论认识论中也不难发现这样的建构工具。在1970年代美国控制论专家鲍威斯的感知控制论里我们很容易能找到这种建构工具，它就是控制系统的基准信号。基准信号和下面要提到的感知信号、偏差信号一样都是神经信号，是在神经细胞中传输的电脉冲，但是它占着支配地位。基准信号相当于控制系统行动的目的。

感知控制论研究对象是人体这个控制系统。控制的基本进程是这样的:人通过传感器得到外界信息，此即感知过程。感知是有选择的，由基准信号来指导，主体只是对它的环境的某些特定方面进行反应。传感器模拟变量的状态产生了感知信号，在系统内部感知信号与基准信号相比较，比较结果输出为偏差信号;偏差信号使得系统产生行动即输出，实现控制。感知信号如果没有相应的基准信号指导，就是盲目的、杂乱的，不会得到理解，也不会有相应的行动。真正的控制过程不会有那样的情况，它必需有基准信号，基准信号规定感知信号的种类、大小，进而决定了控制过程。控制过程就是基准信号对感知的约束过程。正常运作的控制系统里感知信号和基准信号一致，所以我们说控制系统通过基准信号建构了它的外部世界模型，它对外部世界的控制实际上是对模型的控制。

感知信号与基准信号一致可以是感知信号向基准信号靠拢，我们还可以设想基准信号趋向于感知信号。后一种情况即基准信号的变动由上一层的控制系统来决定。高层的基准信号总要比低层的基准信号稳定，最高层的基准信号就不是个体所能变更的了，它来自于基因，是亿万年就生物进化的结果。鲍威斯的神经系统各个认知的模型就是康德的“范畴”，它是康德意义上的先天形式。

三、控制论认识论中的目的

认识是主体对环境的有目的建构。控制论对目的的全新解释改变了之前学者对目的的不公正的态度，同时也丰富了建构主义认识论。

近代科学具有机械论的特征，把目的看作是非科学的东西，从而把它排除在研究范围之外。尤其是活力论所说的目的性把合理的目的论声誉败坏之后，正统的科学家很少涉足目的论领域。活力论者断言，生命过程中的明显的目的性现象是无法用物理或化学的方式加以说明的，因而只能归因于神秘的活力、灵魂、生命力之类的东西。在生物学史上最有名的活力论者是杜里舒(HansDriesch)，他的最重要论据是海胆胚胎的早期发育实验。这个实验表明个体发育具有明显的目标取向和等结果性。无论用一个完整的卵，或半个卵还是两个卵合并的卵作原料，最终结果相等:都是一个完整的海胆个体。于是杜里舒断言，这个生命过程的目的性只能归因于超自然的活力。

这样占主导地位的近代科学家在反对神秘的超自然的活力论时，连同一切合理形式的目的论也统统一起抛弃掉了。弗兰克(L.Frank)等人在1948年的一次控制论会议上对此作了很好的说明:“目的性行为和目的论的概念长期以来与神秘的、自我完善的、自动寻觅的能力或终极原因联系在一起，通常具有超人或超自然的起源。进展到事实的研究，科学思想不得不拒绝关于目的的那些信条和目的论的那些概念，而赞成一种严格机械决定的自然观。”[2]

现代系统科学的兴起，从科学的角度给予目的概念以新的解释，把“目的”带到科学的殿堂。贝塔朗菲把目的性问题看作一般系统论的最基本问题之一来加以讨论。他所谓的等终极性(果决性)就是目的性。贝塔朗菲认为，作为绝大多数无生命系统的基本对立标志的目的性，首先就是与系统的开放性相联系的，开放系统才有异因同果或等终极性。“对开放系统行为的研究导致自然哲学上具有深远意义的结果:在生命事件中尤为明显的目标追求性的等终极形式，是从作为一个开放系统的有机体的特性中必然地合乎规律地得出的，而人们曾把目标追求看作只有活力论才能得到解释的生命本质。”[3]

维纳等人对目的性行为的研究得出一个重要的结论，人的随意活动中的一个极端重要的因素就是控制工程师们所谓的反馈作用。就是说，从结构上看，技术系统与生物系统都具有反馈回路，表现在功能上则是它们都具有自动调节与控制的功能。说得更具体一些，由于负反馈使得一个控制过程得以趋近其目标值(目的)，因此，“一切有目的的行为都可以看作需要负反馈的行为。”[4]这就是说，行为、目的以及控制都是以系统的反馈为基础的。他们还写道:“目的性行为成了受负反馈控制的行为的同义语，它由于充分限制了内涵而得到了精确的含义。按照这个作为限制的定义，目的论与决定论不是对立的。”[5]

所以我们可以说控制系统的认知都是有目的的行为，因为它们无一例外的都是反馈行为。鲍威斯的认知系统是一个典型的控制论认知系统，我们可以明显地从中看到这个反馈环的存在。控制论认知系统是一个闭合的环路，其中描述的系统是一个闭环系统，系统的输出端与输入端存在反馈，系统的输出能够影响输入，使得系统的基准信号能够和输入信号一致，系统的目的得以实现。

四、结语

控制论在认识论上给予主体极大的自主空间，并从反馈的角度给目的性以解释。这使认知主体能动性有了一个更牢靠的科学基础。控制论的建构主义认识论给我们提供一种新的视野，即使我们不能从中完全把握复杂世界，它仍不失为理解复杂世界的一种途径。

参考文献

[1]庞元正，李建华.《系统论控制论信息论经典文献选编》北京:求实出版社1989年版，第294页

[2]贝塔朗菲《一般系统论》，林康义、魏宏森译，北京:清华大学出版社1987版，第14页

[3]庞元正，李建华编.《系统论控制论信息论经典文献选编》，北京:求实出版社1989年版，第19页

第3篇：过程控制系统论文范文

关键词：税务系统;内控机制;反腐倡廉

国家税务总局局长肖捷同志在2010年全国税系统党风廉政建设工作会议上提出,2010年的党风廉政建设工作:“要突出重点,完善内控机制”。要“把完善内控机制作为惩防体系建设和反腐倡廉制度建设的重要载体,全面推进。”如何建立和完善税务系统内控机制是摆在我们各级税务机关面前的一项全新的重要工作。为了做好这项工作,我们应当对其理论渊源、制度结构内容和构建方式等问题在理论上进行深入分析,并在此基础上,结合税务系统的工作实际,提出具有操作性的政策建议。

一、税务系统内控机制理论渊源

税务系统内控机制是国家税务总局在建立健全税务系统惩治和预防****体系的过程中,认真总结多年来税务系统党风廉政建设工作成功经验的基础上,结合税务系统的工作特点,“将内部控制理论引入税务系统反腐倡廉建设”而创造的一个全新的专有名词,是税务系统各级工作人员对税务行政执法权和行政管理权运行中的执法风险和廉政风险自我发现、自我防范、自我控制的一系列制度、方法、措施的总称,是税务系统反腐倡廉工作理论创新的一个标志:也是税务系统在新形势下开展反腐倡廉工作的具体方向和思路。

1　税务系统内控机制理论是对党中央关于预防行政****理论的继承、创新和具体应用。改革开放以来,我们党的几代领导人都对如何在新形势下开展反腐倡廉工作进行了深入的研究和探讨,提出了一系列理论观点,以指导我们的工作实践。我们党对反腐倡廉战略方针的调整和一系列重大决策的部署和实施,表明党中央对预防****的理论认识越来越深刻,对反****的实际工作越来越重视,对反腐倡廉建设的工作思路越来越清晰,对惩治和预防****体系建设规律的认识和把握越来越明确。当前,国家税务总局在认真总结系统内多年来反腐倡廉工作经验的基础上,结合部门的工作特点,将在企业界行之有效的内部控制理论,作为一种理论方法和技术手段,引入到税务系统的反****倡廉工作之中,形成系统的具有部门特色的反腐倡廉工作思路和方法。应当说,这是我们党关于反腐倡廉理论与税务部门的实际工作相结合的产物,是对反腐倡廉理论的继承应用和发展创新。

2　税务系统内控机制理论,是对税务系统多年来反腐倡廉工作实践经验的总结和升华。多年来,全国各级税务机关在反腐倡廉工作中注意与税收业务相结合,积极探索,创造了一系列与税收工作相匹配的工作思路和方法,并取得了比较好的效果。为了加强对税务干部行使行政权力时的监督制约,有效预防****行为的发生,从上世纪80年代末期开始,全国各级税务机关就改“一人进厂,各税统管”,为“征、管”两分离或“征、管、查”三分离的税收征管新模式,随着形势的发展又经历了以“纳税申报、税务、税务稽查”三位一体的征管模式和“以纳税申报和优化服务为基础,以计算机网络为依托,集中征收,重点稽查”为标志的税收征管模式。在注重对税务行政执法权监督制约的同时,国家税务总局在90年代中期又提出要加强对于部人事管理、大宗物品采购等税务行政管理权进行监督制约,形成了有税务部门特色的“两权监督”理论,在实践中发挥了重要的作用。与此同时,全国各级税务机关按照国务院“建立法制国家、推进依法行政”的总体战略,结合税务工作的特点,建立并实施了以细化税收执法岗责体系,统一规范税收执法行为,明确执法责任为特点的税务行政执法责任制和税务行政执法过错追究制度体系,强化了对税务干部在行使权力过程中的责任意识和对违法、违纪、执法过错行为责任追究的力度。在此过程中,一些税务机关还积极学习、借鉴现代行政管理理论,将流程再造理论、iso9000质量管理体系等理论和方法引入到税收管理之中,通过对税收征管流程的再造,强化各环节的监督制约,使目标管理落实到每一个具体岗位和环节,进而达到规范化、精细化管理的目的。税务机关的这些探索和实践,为建立行为规范、权责明确、运转流畅的内部控制积累了实践经验,奠定了坚实的基础。

3　税务系统内控机制理论是企业内部控制理论在税收管理中的具体应用和进一步拓展。内部控制理论近年来发展迅速,在实践中的应用越来越广泛,对强化企业内部管理、及时发现和防范风险、制止营私舞弊和违法乱纪行为的发生、保证管理权力的顺

畅运行等方面都发挥了重要的作用。内部控制理论的目标、理论方法、技术措施等方面与税务机关加强内部管理的工作机理是一致的,与税务机关依法治税和反廉倡廉的目标要求是一致的。因此,税务系统内控机制的建立和完善,应当认真研究、学习和借鉴内控理论的观点和方法,将内控理论中的风险防范和控制的一系列具体方法应用到税务行政管理工作中,并结合税务部门的工作特点,不断加以丰富和完善。

二、构建税务系统内控机制框架结构的具体思路

国家税务总局肖捷局长指出:“要把内控机制建设作为税收体制机制建设的重要内容,结合税制、征管、内部行政管理等改革,积极完善内部岗责体系,优化流程,健全制度,强化监督,形成权力层层分解、工作环环相扣、相互联系制约的科学严密的管理链条,从源头和机制上防范****风险。”这无疑为各级税务机关建立和完善税务系统内控机制指明了方向。

结合当前税务系统的工作实际和对内控理论的研究、学习和借鉴,当前税务系统内控机制建立和完善的基本思路应当是:坚持依法治税和反腐倡廉的基本原则,以建立健全税务系统惩治和预防****体系为目标;在各级税务机关党组的统一领导下,充分发挥纪检监察、督察内审、巡视、法制等监督部门的组织作用,各有关业务部门积极参与,充分发挥整体合力;根据现有的机构设置和税收征管模式,以建立健全税务机关岗责体系为基础,明确各个工作岗位权力和责任;以优化税务工作流程、科学配置权力为主线,以完善税收工作程序和规范税务工作行为为重点,以风险识别、风险评估和风险控制为主要内容,以信息技术为依托,强化信息传递、沟通;加强税务文化建设,培育、塑造以法治文化、廉政文化为核心的内控环境;建立和完善规章制度,公开办事程序,对税务系统行政权力的行使和运用过程进行全程监督制约。进而构建起工作岗位标准化、权力责任明晰化、办事程序化、监督实时化、追究及时化的体制机制,体现出分权制衡、流程制约、事前预警、事中提醒、事后追究的风险管理功能,实现对税务系统“两权”运行全过程进行监督和制约的内控机制,保证各级税务机关“两权”运行的规范、透明、高效。

1　明确内控目标,把握内控机制的建设方向。依法治税,用法律的手段指导和规范我们的各项工作,是多年来税收工作取得成功的经验总结,是党和国家对税收工作提出的要求,也是各级税务机关的奋斗目标和工作中必须坚持的基本原则。反腐倡廉,加强党风廉政建设,是提高干部队伍素质,保证干部正确履行职责,执法为民的政治保障。因此,将依法治税和反腐倡廉设定为税务系统内控机制的总体目标,将建立健全税务系统惩治预防****体系为内控机制的具体目标,为内控机制的建设指明了方向,为内控机制框架的构建和功能设定提供了理论依据。

2　完善内控机制的领导体制和工作方式。税务系统内控机制的建立和运行,是税务机关的一项全局性的工作,涉及到各个部门和方方面面的工作,必须在党组的统一领导下,由党组书记负总责,纪检组长(或者责成一名分管执法监督工作的副局长)具体抓,纪检监察部门(或者是责成督察内审、巡视、法制等负责执法监督的部门中的一个部门)作为具体牵头部门负责组织协调,各相关部门积极参与配合,共同实施内控。才能有效动员各方面的力量,共同发挥内控机制的作用。牵头部门负责制定内控实施方案,协助党组具体分解和落实内控任务,并对内控机制运行过程进行监督、考核和评价。各相关部门按职责分工,负责制定相关工作制度,梳理工作规范,落实具体内控工作任务。

3　全面梳理权力事项,明确岗责体系。对照有关法律、法规和相关文件精神,结合机构改革,对本级机关各部门的权力事项,特别是税收业务管理权、人财物管理权、税收执法权等进行全面梳理,列出“权力清单”。按照机构设置和征管模式,严格划分不同岗位的权力的使用范围,针对不同类别权力的特征和作用,建立职权清楚、责任明确的岗责体系,同时,将党风廉政建设的要求融入到每一个岗位,实现权力、岗位、责任、义务的有机结合,做到各司其职、各负其责。

4　优化工作流程,科学配置权力。在坚持依法治税和为纳税人提供优质高效服务原则的基础上,针对不同部门的权力事项和用权方式,简化权力运行程序,下放行政权力,提高工作效率,优化权力运行流程,明确具体权力事项的业务操作程序,做到下一道程序对上一道程序进行控制,每道程序之间互相制衡。在“简、放、提、优”的基础上,科学配置权力,编制权力运行流程图,对权力事项的运行程序、行使依据、承办岗位、职责要求、监督制约环节、相对人的权利、投诉举报途径和方式等内容,以图示的方式表达出来,通过流程图将权力行使过程进行固化,使每项权力的行使过程都做到可视可控。

三、构建税务系统内控机制的路径选择

税务系统内控机制的建立和完善,是一个系统工程,涉及税

务机关内部各个部门和方方面面的工作。当前,为了建立和完善税务系统内控机制,应当理清思路,明确工作方向,重点做好如下几项工作:

1　完善制度,规范税务人员行政行为。根据税收法律、法规和税收规范性文件,对税务人员每一项行政行为都要进行梳理、分析和研究,制定出统一的标准规范,使所有的工作行为都有法可依、有据可循。紧紧围绕“两权”运行轨迹,全面清理整合工作规程和内部管理制度,总结实践中的一些行之有效的经验和办法进行规范和固化,并上升为制度。建立起一系列既有实体性内容,又有程序性要求的工作制度,既明确规定应当怎么办,又要规定违反规定后如何处理,形成一整套环环相扣的制度链条,相互监督、相互制约、相互协调和相互促进,保证行政权力的和谐有序运行。”

2　实施科学的风险管理,实现对风险事前预警、事中提醒、事后追究的防范和控制。从分析权力运行风险人手,对税收管理、税收执法和行政管理中可能引发风险的各种信息进行识别,并根据不同风险度和风险成因,采取相应的风险应对策略和措施,实现风险的有效防范、控制和化解。行政执法权力风险查找的重点是一般纳税人认定、优惠政策审批、税款核定、纳税评估、税务稽查、税务行政处罚等环节;行政管理权力风险查找的重点是干部任用、资金分配、项目决定、资产处置,以及许可权、审批权、征收权、处罚权、强制执行权等权力比较集中的重点部位和关键环节。风险点的查找,应当按照“对照岗位职责——梳理岗位职权——找准权力风险点——公示接受建议”的统一流程,由部门和个人结合工作实际主动查找,并将查找出来的结果集中公示。对查找出的风险,要按照权力运行频率高低、人为因素大小、自由裁量幅度的高低、制度机制漏洞的多少、危害损失的严重程度等对风险点进行分级评估,明确各部门在风险管理中的责任,健全防控措施。要把风险排查、风险分析、风险应对等工作落实到具体岗位、具体人员和具体工作环节,使风险管理真正科学、实用。

3　充分利用税收信息管理系统,强化权力运行过程中的信息沟通。将权力行使过程变为信息处理过程,强化程序的严密性,弱化人为因素,遏制随意性,形成机器控权的制约机制。要依托综合税收征管信息系统、税收执法管理信息系统、纪检监察管理信息系统和人事管理信息系统等信息技术手段,逐步将以审批事项为重点的各类权力运行纳入信息化管理,使各类信息互融互通,便于沟通和监控,实现实时监督、控制和综合分析,做到全程留痕,可查可控。要进一步运用好现有的监控决策、执法考核、执法监察等信息系统,切实掌握各类事项的受理、承办、审核、批准、办结等信息,做到实时监控,全程制约。

4　加强税务文化建设,培育、塑造以法治文化、廉政文化为核心的内控环境。税收内部控制机制的顺畅运行,需要有一个与之相适应的包括管理理念、组织机构、岗责体系业务流程等要素构成的内控环境。在内控环境中,人是起决定性作用的,因为所有的制度都需要有与制度要求相适应的人来执行,这其中起重要作用的是人的思想理念和能力素质。因此,必须加强税收文化建设,将依法治税、廉洁行政的观念和实施科学化、专业化、精细化管理的思想内化为税务干部的思想观念,成为全体税务工作人员的共识,并将这种治税思想和管理理念贯穿于税收工作的始终,引导全体税务人员加强对依法治税思想和科学内控管理理念的认知,牢固树立依法行政、防范执法风险和廉政风险的观念,在工作实践中不断调整自己的行为模式,为税务系统内控机制的顺利运行创造良好的实施环境。

5　不断深化政务公开,实行阳光执法。阳光是最好的防腐剂,公开是最好的监督。要认真落实国家有关部门关于政务公开的部署和要求,按照“公开是原则,不公开是例外”的要求,严格执行公开办税制度,对各部门的权力进行汇总统计,审核认定,编制目录,明确公开的要求、时限、范围,实现权力、责任、流程、制度、风险“五个公开”,使权力在阳光下透明、规范地运行,不断提高权力运行的透明度和公信力,拓展监督渠道,促进内部管理制度在运行过程中不断调整完善。

6　加强与外部控制的联系和有效衔接,促进内控机制的不断完善。内部控制与外部控制是各自独立存在的,分别运用不同的方式,从不同的侧面对税务机关“两权”运行进行监督,这两种不同的监督控制机制又可以相互联系,相互补充,共同发挥作用。在税务系统内控机制建设过程中,要注意做好与外部控制的沟通、联系和衔接,更好地发挥两种控制机制的合力作用。税收内控机制是一个系统工程,各级税务机关主要负责人作为内控机制建设的第一责任人,在内控机制建设和运行过程中要注意与公、检、法、纪检监察机关等外部控制部门的沟通、联系,及时发现内控工作中存在的问题,督促各部门把明确权责、规范流程、风险排查、完善制度等要求落实到位,发挥内控的作用。积极学习、借鉴外部控制的一些好的经验和做法为我

第4篇：过程控制系统论文范文

【关键词】智能控制 循环水控制系统

在重工业领域中，循环水控制系统是独立并且十分重要的子系统，循环水泵是循环水系统中不可或缺的执行器件，它供水效率高，但传统的控制方式能耗也相对很高，大约能占一般工厂总用电量的1%-1.5%左右。所以，研究开发循环水控制系统中水泵最佳控制方式，对于节约能源，提高控制系统适用性有很大意义。

1 研究的背景和意义

在大型企业循环水系统中，如果只有一台变频器来调节一台水泵电机，不但很难达到控制要求，而且也会带来资源的浪费和软硬件设计的复杂性等不足。这时一台变频器拖动几台电动机实现循环水控制系统的恒压供水控制手段是个不错的选择，并且在变频器周围提供供水压力的非开环控制调节，能够随着系统的运行实时地进行调节。在设计几台水泵电动机循环不断控制时需要在外部提供相应的逻辑控制，实现水泵之间的循环控制。而在水泵电机从变频运行到工频运行转换的过程中时一般都采用主电路软启动器降低电压的控制方式来完成之间的转换，这样就可以有效地保护好水泵。

循环水控制系统在制造业、电力等产业中很常见，譬如钢铁产业，现在的工业循环水系统有以下几个特点：（1）应用面广，在整个钢铁生产工艺上从钢铁的烧结、焦化到炼铁、炼钢、轧钢等几乎全部生产工艺过程，都需要循环水控制系统为它们冷却。（2）能耗巨大，对于中小型钢铁厂来说，仅水泵年耗电量就达3亿度以上，约占企业生产总耗电量的10%左右。（3）自动化运行程度低，大多数生产工艺过程使用手动操作，降低了生产效率，即使采用自动化控制系统，控制要求和水平也不是很高，同时也缺乏有效的管理和控制技术。（4）节能潜能巨大，循环水系统作为工业生产过程的辅助系统，只要能满足冷却设备的温度要求就可以了，在控制技术与管理上还比较粗放，节能潜力很大。

图1是我们对通钢循环水系统流程框图，其中包括连铸系统和轧钢系统，从图中可以看出，两个系统包含的水泵高达上百台，耗电量非常大，因此对循环水系统的进行优化运行研究，对于企业的节能降耗意义重大。

2 国内外的现状

近年来，在工业过程控制系统中，先后出现了一些先进的智能控制算法，同时一些先进的技术也被运用到其中，不仅可以满足控制系统基本要求，而且还可以使系统的运行更加节能和智能化。研究者们转向了其他的高级控制理论和方法的研究与应用，譬如，最优控制理论、自适应控制理论、遗传算法、神经网络控制理论和模糊控制理论等。把智能控制理论运用到实际控制系统上去，实现控制要求，这是理论联系实际的一个重大突破。

智能控制解除了控制对象精确具体数学模型的限制，它以实时系统工作状态和参数变化情况对系统进行实时控制，不需要精确的数学模型作为控制基础，在干扰多、干扰强，非线性强、强耦合等复杂情况下的控制系统中，其优势将会得到充分的展现。

智能控制算法还具有实时控制、性能识别、存储数据和拟人等优点，在整个控制系统运行中计算机可以实时得到各种参数变化的数据，然后经过控制器实时的处理得出相应的控制决策，在进一步通过参数的不断优化和寻求控制器最佳的控制方式，从而获得整个控制系统的最佳的控制方式。

循环水系统属于大滞后、非线性控制系统，建立数学模型相对困难，模糊控制方法是不需要非线性控制理论和数学模型的情况下建立非线性控制的方法，只要确定好模糊变量、模糊因子、论域、以及模糊规则等参数就行了。很多文献提出将模糊算法与常规PID算法搭在一起构成模糊PID算法去控制系统。把这种控制方式应用到循环水的恒压控制系统中去，这样就可以在很大程度上改善了循环水系统的响应时间和稳态精度。

3 结论

本文介绍课题研究的背景和意义，其次简要说明工业循环水系统现状和发展趋势，并介绍了智能控制理论在工业循环水控制系统中的应用以多Agent理论的历史背景和应用现状。

参考文献

[1]姬鹏军.恒压供水控制系统的研究[D].兰州：兰州理工大学，2009.

[2]翟立哲.济钢生态工业指标体系与模式建立研究[D].济南：山东大学，2009.

[3]杨丽芝.基于多Agent和GSM的城市供水优化调度系统研究[D].兰州：兰州理工大学，2009.

[4]高今.轨道交通地下车站循环冷却水系统设计的探讨[J].地下工程与隧道，2006（4）：34-37.

作者单位

1.长春工程学院 吉林省长春市 130012

2.沈阳供电公司东陵分公司 辽宁省沈阳市 110000

第5篇：过程控制系统论文范文

关键词：现代控制理论；教学内容；教学方法；教学改革

中图分类号：G64 文献标识码：A

文章编号：1009-0118（2012）08-0106-02

《现代控制理论》课程内容广泛，包括建立系统状态空间表达式的数学模型，分析系统状态的运动规律，分析系统的可控性、可观性、稳定性等基本特性，设计基于状态反馈和输出反馈的控制器等内容［1,2］。课程具有跨学科、理论性强等特点及概念抽象、难于掌握等问题。为了促进学生对课程内容的学习，培养学生掌握知识的能力和运用理论指导实践的能力，提高学生创新能力和综合素质，本文探讨了以实际的物理对象为背景，紧密联系工程实际，学以致用的理论与实践相结合的教学模式，并相应地对教学内容、教学方法进行了配套改革。

一、课程教学的改革

（一）激发学习的兴趣，坚持课程地位

《现代控制理论》课程不但是高校本科自动化专业、电气工程及其自动化专业的重要专业基础课程，并且将为学生今后从事各种实际控制系统的分析、设计工作提供理论基础，其在教学上的地位可见一般。

如何让学生真正理解和体会到这一点，从而主动地、积极地学好该课程呢？子曰：知之者，不如好之者；好之者，不如乐之者。兴趣是最好的老师，从第一堂课开始就应该着重激发、培养学生对课程的兴趣。在绪论中，摒弃了传统教学中发展历史的简单罗列，取而代之的是声情并茂的图文、视频展示。根据自动控制系统在工业、农业、交通、国防、航空航天等多个领域的应用，组成多个视频资料，包括工厂自动化、自动化喷灌系统，城市智能交通系统、海陆空天一体的指挥体系、月球探测机器人、中国第一个目标飞行器“天宫一号”等，既融入了大量专业信息，又激发了学生的求知的欲望、探索的兴趣和激情。使学生感觉到控制理论在生产、生活和国防等方面的重要作用，体会到控制理论对于个人职业发展的美好前景，从而明确自己学习的目标，提高课程学习的主动性，由被动地“听”转变成主动地“看”，转变成积极地“探索”，牢固地树立了该课程在专业学习中所处的重要地位。

（二）理论联系实践

《现代控制理论》是一门理论性很强的课程，如何做到深入浅出、通俗易懂，避免繁琐公式机械的推导，复杂理论苍白的陈述呢？所谓“实践是认识源泉”，“理论来源于实践”，所以在授课过程中，紧密结合工程实践是非常必要的［3-5］。

比如，在讲述第一章节控制系统的状态空间表达式的时候，我们引入倒立摆系统。倒立摆就其本身而言是一个不稳定的非线性多变量复杂系统，如何保持小车上的倒立摆杆不倒是一个集控制技巧性与趣味性于一体的课题。倒立摆本体主要由小车和摆杆组成。因此，我们可以运用牛顿力学原理，分别建立小车、摆杆两部分的微分方程模型［5］。由于倒立摆是一个非线性系统，因此当我们采用线性方法进行控制器设计时，需要将非线性的模型在其工作点附近进行线性化，根据线性化后的微分方程，建立倒立摆本体的状态空间表达式。通过倒立摆的状态空间表达式建立，状态方程、输出方程、系统矩阵、输入矩阵、输出矩阵及直接转移矩阵等基本概念及建立状态空间表达式的机理更有利于学生掌握并理解。然后再推广到一般的线性定常系统状态空间表达式，考虑到参数矩阵与时间的关系，再引深到线性时变系统。通过这样由实践到理论的授课方式，不但避免了复杂理论苍白的陈述，繁琐公式机械的推导，并且加深了学生对理论知识的理解、掌握和记忆，增强了学生分析问题、解决问题的能力及探索科学的积极性。

（三）强调课程知识单元之间的逻辑性

课程过程中注重各个知识单元之间的衔接，强调各个知识单元之间的逻辑性，避免死记硬背、生搬硬套，帮助学生构建出本课程的知识体系整体结构。比如在讲述系统的运动分析过程中，可以以倒立摆为例，首先建立倒立摆的数学模型，然后讨论如果施加一个恒定的推力（相当于输入一个阶跃信号），结果会怎么样，显然小车的位移是一直增加的，摆杆的角度也是增加的。这就说明施加恒定的推力作为输入是不合适的，那么什么样的输入是合适的，这就是控制器设计问题了，这就涉及到状态反馈、输出反馈以及极点配置的课程内容了。在设计控制器之前，我们首先要判断所建立的倒立摆系统模型是否可控，这就是涉及到系统可控性、可观性的课程内容了。通过这样的授课方式，加强了课程各个知识单元之间的顺承性、连贯性及逻辑性，形成一个系统的知识体系，前后章节的课程内容相互依存，相互渗透，不但有利于记忆，还有利于培养系统的思维方式。

（四）加强数学基础

控制理论学科，通常又被视为一门应用数学学科。可见，良好的数学基础对于学好现代控制理论课程是非常重要的。所以在教学过程中，教师应当根据课程的进度，有计划地给学生补习诸如线性代数、微分方程、矩阵分析、拉普拉斯变换等数学知识，尤其是前期学习教科书中没有介绍但必须用到的数学知识。比如课程中多次用到的约当标准型矩阵，矩阵指数函数以及最优控制部分所需的变分法基础。通过加强数学基础，帮助学生跨过“数学关”，更有利于专业课程的学习，同时给学生创造一个轻松的心理环境。

（五）重视“学就是为了用”

如果学习仅仅停留在学知识表面，则课程的教学效果、教学目的将大打折扣。所谓“学而不思则罔”，学习就是为了应用，所以要给学生“活学活用”的机会和平台，真正地将知识传授、能力培养、素质教育融为一体。比如，我们提供一个恒温箱控制系统实例，给出控制性能指标的要求。由学生自己建立数学模型，分析其运动特性，判断其可控性、可观性及稳定性，继而设计合适的控制器，最后应用MATLAB仿真来验证系统分析和设计的效果。这种理论指导应用的过程不仅使学生综合使用了所学知识，更使其能力向深层次拓展，并进一步衍生出新的学习和研究的动力。

二、结束语

本文根据现代控制理论课程的特点和目前在教学方面存在的问题，探讨了教学内容和教学方法上的一些改革措施。教学实践表明，新的教学方式提高了教学质量和效率，培养了学生掌握知识和运用理论指导实践的能力，增强了学生创新能力和综合素质，为培养自动化领域高水平人才打下了坚实的基础。

参考文献：

［1］刘豹.现代控制理论［M］.北京:机械工业出版社,2006.

［2］谢克明.现代控制理论基础(第一版)［M］.北京:北京工业大学出版社,2000.

［3］张梅,苏为洲,刘海明.控制理论基础课程改革实践［J］.高教探索,2007,(S1):99-100.

第6篇：过程控制系统论文范文

关键词：自控原理;一级直线倒立摆;案例教学;卓越工程师计划

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）43-0170-02

一、引言

自控原理是自动化专业的核心专业课程之一，也毫无疑问地成为在自动化类专业学生中实施卓越工程师教育培养计划时必须重点进行教学改革的科目。本文尝试引入结合案例控制系统特性分析的教学模式，这样可使得枯燥的纯理论学习有了理解上的具体参照对象，加强学生对理论课程的自发思考和理解，引导学生理论学习的工程应用导向。

各种倒立摆系统作为典型的非线性不稳定系统，可以很好地反映许多工程控制对象的动态特性，成为开展各种控制实验和理论校验的理想平台。自控原理和线控理论中许多抽象的数学概念，如对控制系统的建模、稳定性、可控性的模型特性分析、系统收敛速度和鲁棒性能指标等，都可以通过倒立摆系统非常直观地表现出来。

二、结合一级倒立摆系统的自控原理教改思路

（一）对象物理特性及其数学建模

为了从理论上对控制系统进行定性的分析和定量的计算，对象系统的数学模型的建立是关键的第一步[1]，以下结合倒立摆详细说明数学模型建立的过程。

图1所示F是施加于小车的水平方向的作用力，x是小车的位移，θ是摆杆与竖直向上方向的夹角，m为摆杆质量，l为摆杆转动轴心到杆质心的长度，I为摆杆惯量，N和P为小车与摆杆相互作用力的水平和垂直方向的分量[2]。控制目标是控制小车的水平运动，使摆杆保持在竖直向上的位置不倒，即倒立稳定。

一方面，对摆杆垂直方向上的受力分析得到：

另一方面，对摆杆水平方向受力分析得到：

注意到，摆杆与小车间连接铰链的力矩平衡方程是：

将式（1）与（2）代入式（3），整理可得：

如果考虑以倒立摆的小车加速度作为倒立摆系统的控制输入量，x和θ作为系统的测量输出，则以上经过受力分析得到的系统输入输出之间的非线性微分方程就是对象的原始模型。由于非线性的存在，不利于基于该类模型的分析与设计，为此考虑模型简化，建立所谓的近似模型。

注意到，在摆杆竖直向上的平衡位置周边的狭小角度区域内，可以将以上模型近似线性化，此时由于θ较小，则近似认为cosθ=1，sinθ=θ，则式（4）可以线性化为：

对于质量均匀分布的摆杆有I=ml2，进而式（5）可变为：

选取状态向量

并代入参数l=0.25m;g=9.8m/s2，得系统的线性状态空间表达式为：

由于上述建模过程是基于物理形象和定理/定律来给出的，学生很容易理解模型的工程意义，于是基于该模型的控制对象特性的分析与设计，就有了非常直观的关联参照。

（二）基于模型的系统能控性分析

由倒立摆系统的状态空间表达式（7）和（8），构造可控性矩阵并进行秩条件判断，有

rank（Q）=rank[B AB A2B A3B]=4=n（9）

由判别可控性的矩阵秩判据可知上述考虑的被控系统是完全能控的，从而可通过状态反馈实现任意配置闭环系统极点。这意味着倒立摆系统在摆杆垂直位置附近的邻域内，通过对小车加速度大小与方向的调整可以对其系统整体的状态向量进行控制以实现摆杆垂直平衡控制。

（三）基于模型的极点配置反馈镇定设计

由倒立摆系统的模型（7）计算出矩阵A的特征值为5.422，-5.422，0，0，由线性定常系统的特征值判据[3]可知系统不稳定，即开环系统的摆杆垂直向上的平衡点不是稳定的，需要引入状态反馈进行系统镇定。

取闭环系统主导极点

非主导极点取为μ3=-10，μ4=-10。相应的期望闭环特征多项式为：

p*（s）=（s-μ1）（s-μ2）（s-μ3）（s-μ4）

=s4+24s3+196s2+720s+1600 （10）

对由（7），（8）定义的被控系统∑0（A，B，C），引入形如K=[k1 k2 k3 k4]静态状态反馈后，相应的闭环系统特征多项式为：

pF（S）=det[sI-（A-BK）] （11）

令pF=（S）=p*（s），可得到反馈增益矩阵：

K=[-54.4218 -24.4898 93.2739 16.1633]

上述增益矩阵表明利用小车位置、速度的负反馈和摆杆角度、角速度的正反馈形成小车的加速度控制量作用到小车上，就可以在模型（7）（8）描述的倒立摆系统状态范围内实现摆杆垂直平衡控制目标。

三、结语

本文结合倒立摆系统，详细具体地探讨了自控原理课程中一系列抽象概念的内涵，加深学生的理解，达到了理论与实践的有益结合，为在自动化类专业学生中实施卓越工程师教育培养计划过程的自控原理教学做有益探索。

参考文献：

[1]宋潇潇，张力.结合自动控制理论的现代控制理论教学研究[J].科技世界，2015，（6）：101-102.

第7篇：过程控制系统论文范文

摘 要：本文追寻控制理论的发展过程，首先简单回顾了经典控制理论的产生、发展，接着引出了现代控制理论及并介绍了其发展概况，并通过两者之间的简单对比，彰显现代控制理论的不同之处。最后，对现代控制理论的发展方向提出了一些预见。

关键词：经典控制理论；现代控制理论；发展趋势

一.经典控制理论的产生、发展与局限

维纳曾定义，控制论是“关于在动物和机器中控制和通信的科学”。

在20世纪30到40年代，奈奎斯特、伯德、维纳等人的著作为自动控制理论的初步形成奠定了基础；二战后，又经过众多学者的努力，在总结了以往的实践和关于反馈理论、频率响应理论并加以发展的基础上，形成了较为完整的自动控制系统设计的频率法理论。1948年又提出了根轨迹法。至此，自动控制理论发展的第一阶段基本完成。这种建立在频率法和根轨迹法基础上的理论，通常被称为经典控制理论。

经典控制理论以拉氏变换为数学工具，以单输入――单输出的线性定常系统为主要的研究对象。将描述系统的微分方程或差分方程变换到复数域中，得到系统的传递函数，并以此作为基础在频率域中对系统进行分析和设计，确定控制器的结构和参数。通常是采用反控制，构成所谓闭环控制系统。它有以下几个特点：

第一，经典控制理论只限于研究线性定常系统，即使对最简单的非线性系统也是无法处理的；出描述方式，这就从本质上忽略了系统结构的内在特性，也不能处理输入和输出皆大于1的系统。实际上，大多数工程对象都是多输入――多输出系统，用经典控制理论设计这类系统都没有得到满意的结果；

第二，经典控制理论采用试探法设计系统。即根据经验选用合适的、简单的、工程上易于实现的控制器，然后对系统进行分析，直至找到满意的结果为止。虽然这种设计方法具有实用等很多优点，但是，在推理上却是不能令人满意的，效果也不是最佳的。

综上所述，经典控制理论的最主要的特点是：线性定常对象，单输入单输出，完成镇定任务。经典控制理论具有明显的局限性，突出的是难以有效地应用于时变系统、多变量系统，也难以揭示系统更为深刻的特性。当把这种理论推广到更为复杂的系统时，经典控制理论就显得无能为力了，即便对这些极简单的对象、对象描述及控制任务，理论上也尚不完整，从而促使现代控制理论的发展――对经典理的精确化、数学化及理论化。

二.现代控制理论的五个分支

I.线性系统理论，性系统理论是现代控制理论的基础，也是现代控制理论中理论最完善、技术上较成熟，应用也是最广泛的部分。主要研究线性系统在输入作用下状态运动过程的规律和改变这些规律的可能性与措施；建立和揭示系统的结构性质、动态行为和性能之间的关系。线性系统理论主要包括系统的状态空间描述、能控性、能观测性和稳定性分析，状态反馈、状态观测器及补偿的理论和设计方法等内容。

II.最优控制理论，在给定约束条件和性能指标下，寻找使系统性能指标最佳的控制规律。主要方法有变分法、极大值原理、动态规划等。其中极大值原理是现代控制理论的核心（使系统的性能指标达到最优――最小或最大）。一般而言，最优化方式有离线静态优化方式和在线动态优化方式，而最优化问题的求解方法大致可分为四类：解析法、数值解法（直接法）、解析与数值相结合的寻优方法、网络最优化方法。

优化方法的新进展包括：一，在线优化方法，基于对象数学模型的离线优化方法。含局部参数最优化和整体最优化设计方法、预测控制中的滚动优化算法、稳态递阶控制、系统优化和参数估计的集成研究方法.。二，智能优化方法，含神经网络优化方法、遗传算法、模糊优化方法、模糊优化方法。

最优控制理论的应用领域十分广泛，如时间最短、能耗最小、线性二次型指标最优、跟踪问题、调节问题和伺服机构问题等。但它在理论上还有不完善的地方，其中两个重要的问题就是优化算法中的鲁棒性问题和最优化算法的简化和实用性问题。

III.自适应控制。在控制系统中，控制器能自动适应内外部参数、外部环境变化，自动调整控制作用，使系统达到一定意义下的最优。有模型参考自适应控制与自校正自适应控制之分。

自适应控制和常规的反馈控制和最优控制一样，也是一种基于数学模型的控制方法，所不同的只是自适应控制所依据的关于模型和扰动的先验知识比较少，需要在系统的运行过程中去不断提取有关模型的信息，使模型逐步完善。具体地说，可以依据对象的输入输出数据，不断地辨识模型参数，这个过程称为系统的在线辩识。随着生产过程的不断进行，通过在线辩识，模型会变得越来越准确，越来越接近于实际。既然模型在不断的改进，显然，基于这种模型综合出来的控制作用也将随之不断的改进。在这个意义下，控制系统具有一定的适应能力。比如说，当系统在设计阶段，由于对象特性的初始信息比较缺乏，系统在刚开始投入运行时可能性能不理想，但是只要经过一段时间的运行，通过在线辩识和控制以后，控制系统逐渐适应，最终将自身调整到一个满意的工作状态。再比如某些控制对象，其特性可能在运行过程中要发生较大的变化，但通过在线辩识和改变控制器参数，系统也能逐渐适应。

IV.系统辨识。根据系统的输入输出时间函数来确定描述系统行为的数学模型。通过辨识建立数学模型的目的是估计表征系统行为的重要参数，建立一个能模仿真实系统行为的模型，用当前可测量的系统的输入和输出预测系统输出的未来演变，以及设计控制器。对系统进行分析的主要问题是根据输入时间函数和系统的特性来确定输出信号。对系统进行控制的主要问题是根据系统的特性设计控制输入，使输出满足预先规定的要求。而系统辨识所研究的问题恰好是这些问题的逆问题。

V.最佳滤波理论，亦称为最佳估计理论。当系统受到环境或负载干扰时，其不确定性可以用概率和统计的方法进行描述和处理。也就是在系统数学模型已经建立的基础上，利用被噪声等污染的系统输入输出的量测数据，通过统计方法获得有用信号的最优估计。经典的维纳滤波理论阐述的是对平稳随机过程按均方意义的最佳滤波，而现代的卡尔曼滤波理论用状态空间法设计最佳滤波器。克服了前者的局限性，适用于非平稳过程并在很多领域中得到广泛应用，成为现代控制理论的基石。

三. 现代控制理论与经典控制理的差异

现代控制理论基于经典控制理论，两者之间存在的关联与差别的发展中，扩大了控制理论所能解决问题的范畴。根据自动控系统的目标――认识与改进控制系统来说，主要在研究对象、数学模型及基本方法、应用领域来讨论上，存在着不同之处。前两者在上述论述中，已有阐述。在应用领域上，现代控制理论是经典控制理的进步与补充，但由于现代控制理论的发展晚，而经典控制理论的趋于成熟，因此按作者的观点，两者在相应的领域仍有不可替代的作用。

参考文献：

[1] 郑应平.充满魅力的现代控制理论[J].自动化博览2003（5）

第8篇：过程控制系统论文范文

【关键词】分层递阶控制理论；自动化；电力系统

随着电力业的发展以及科学技术的进步，电力系统的结构组成及运行方式越来越复杂多变，对电力系统的可靠性及运行的经济性都提出了更高的要求。近年来，控制技术在不断地拓展，控制方法也越来越多样化，尤其是智能控制技术，在电力、冶金、化工、建材等行业得到了广泛的应用。本文探讨了职能控制技术在电力系统中的应用。

一、分层递阶控制理论

（一）分层递阶控制理论产生及发展

1977年，Saridis在针对机器人控制提出了一种智能控制的三级递阶结构。该思想在智能控制中有广泛应用，并进一步推广到了结合信息融合的集散递阶智能控制系统。分层递阶是人们分析和组织复杂系统的一种常用方法。无论是信息分析、还是行为控制，都有其层次性，在高层负责宏观的信息和决策，在低层负责具体的数据和控制。其基本控制原理是精度随智能降低而增大，即IPDI（Increasing　Precision　with　Decreasing　Intelligence）原理。分级递阶控制系统是由一个三层结构组成的，三层结构的主要内容包括组织级、协调级和执行级三个层次。分级递阶控制系统的结构示意图见图1。

1.组织级

组织级代表控制系统的主导思想具有最高的智能水平，负责整个系统的推理、规划、决策、长期记忆、信息交流，并由人工智能起主导作用，主要进行基于知识的各种信息处理和决策。

2.协调级

协调级为组织级和执行级之间的连接装置，涉及决策方式的表示，主要负责将组织级的指令进行整合分配成为各项子任务，并将任务的执行信息反馈出来，由人工智能和运筹学起主导作用。

3.执行级

执行级是智能控制系统的最低层次，要求具有最高的控制精度，并由常规控制理论进行控制，一般是由多个硬件控制器组成的，负责具体过程的控制。

（二）仿人智能控制

我国著名学者周其鉴、李祖枢教授提出的仿人智能控制理论（HSIC）是分层递阶控制理论的一个重要发展分支。仿人智能控制理论（HISC）研究的基本方法是：从分级递阶智能控制系统的最低层（运行控制级）着手，充分应用已有的控制理论成果和计算机仿真结果，直接对人的控制经验、技巧和各种直觉推理逻辑进行测辨、概括和总结；并将其编制成各种简单实用、精度高、能实时运行的控制算法，并直接应用于实际控制系统。仿人智能控制理论认为，智能控制为对控制问题求解的二次映射的信息处理过程，即从“认知”到“判断”的定性推理过程和从“判断”到“操作”的定量控制过程。

类似与Saridis的三元机构，仿人智能控制提出了由任务自适应级（TA）、参数自校正级（ST）和运行控制级（MC）组成的2阶产生式系统结构，作为仿人智能控制体系中最基本的单元控制器（UC），如图2所示。

仿人智能控制系统（如图3）的单元控制级UC具有二阶产生式系统结构，能够独立地面向实际被控制的对象，自组织、自适应和自校正地完成实时控制任务。作为一高阶产生式系统的各级，MC、ST和TA三级都有各自的规则库RB、各自的特征辨识器Cl和推理机IE，三级之间蕴含的信息交换通过对公共数据库CDB直接存取数据来完成。这种紧藕合的并行运行机制，便于单元控制器快速自适应过程的完成。对于某一个单一的被控对象，一个单元控制器已足以自主地完成控制问题的求解。同时，其中各级产生式系统还可通过特征记忆，实现学习功能，不断提高控制品质。

此外，仿人智能控制理论提出了智能控制的分层信息处理与决策机构，是求解控制问题的一种高阶产生式系统结构.按层次高低可分为，中枢司令级（CC）、组织协调级（（X二）和单元控制级UC。

总之，仿人智能控制系统在结构和功能上具有以下基本特征：分层递阶的信息处理和决策机构（高阶产生式系统结构）、在线的特征辨识和特征记忆、开闭环控制结合和定性决策与定量控制、结合的多模态控制、启发式和直觉推理逻辑的应用。

二、仿人智能控制理论和电力系统自动化

（一）仿人控制理论在电力系统自动化中的应用

1995年，汪涛基和吕林等人把仿人智能控制理论中的部分理论和成果运用到了同步发电机组励磁控制器中。由于励磁控制过程可以理解为一个单输人单输出的单一被控对象，一个单元控制器已足以自主地完成控制问题的求解，汪涛基和吕林等人只使用了单元控制级中的ST和MC两层。采用同步发电机组的Pe、、I、UG及其导数作为特征量，制定9条推理规则，即达到了比常规控制以及PSS控制方式更为优越的控制效果。1996年6月，依据仿人智能控制理论设计的励磁控制器在云南省大寨电厂1#机组上正式投人运行，设备运行情况良好，性能稳定。但目前还没有明确给出其设计的理论来源。对HSIC理论的应用在于对基本理论的应用。因此将HSIC理论全面地引人电力系统运行与控制中来，有利于集思广义，促进电力系统自动化的进一步发展。

（二）电力自动化系统结构

电力系统自动化通常指对电力设备及系统的自动监视、控制和调度。按电力系统运行管理区域，可以将电力系统自动化分成电力系统调度白动化、发电厂自动化和变电站自动化。调度自动化系统的基本构成如图4所示。其中主站（MS）安装在调度所，远动终端（RTU）安装在各发电厂和变电站。MS和RTU之间通过远动通道相互通信实现数据采集和监视与控制。主计算机是主站的核心，负责信息加工和处理，检测一些参数是否越限，断路器是否有变位等，将结果通过人机联系设备向调度员报告，或向上级调度中心转发等。电力系统调度自动化系统构成的一个重要特点是其分层结构。电力系统调度控制一般分为主调度中心、区域调度中心和地区调度中心三级。电力系统调度自动化的结构，与分层递阶的高阶产生式智能控制系统非常一致。

电力自动化系统运作过程中，符合Sar-idis的“精度随智能降低而提高”的原理。主调度中心只分配大的电网运行指标，低层的单元控制器只负责根据上级的指令，具体地实施对本单元内设备的控制。层次越低，则控制系统的被控量、控制量和参考值等指标越具体。

三、结束语

自动控制理论在电力系统的控制与运用中的应用有利于促进电力系统的自动化、智能化水平的提升，在今后的电力系统自动化发展过程中，广大科研人员还应加强对分层递阶控制理论等先进的控制理论的理解和应用，并将其利用与仿人智能控制理论的研究和发展中，以加快电力系统自动化的发展，提高供电的安全性和可靠性。

参考文献

[1]周建平，林韩，温步瀛等.基于层次分析法与灰关联理论的输电网规划方案综合决策[J].电网与清洁能源，2011，27（9）：66-70.

[2]杨星.电力系统自动化的实现及其发展[J].科技致富向导，2011（24）：42.

[3]智静.电力系统自动化与智能技术分析[J].机电信息，2011（30）：39-39，41.

第9篇：过程控制系统论文范文

关键词：控制工程基础；卓越计划；教学改革；实践教学

作者简介：张段芹（1981-），女，河南浚县人，郑州轻工业学院机电工程学院，讲师；王辉（1977-），男，河南信阳人，郑州轻工业学院机电工程学院，讲师。（河南 郑州 450002）

基金项目：本文系郑州轻工业学院项目（项目编号：000153）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）20-0072-02

教育部启动“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”），旨在培养创新能力强、适应经济社会发展高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。[1]机械制造业是国民经济发展的重要支柱，随着智能化、信息化、数字化的迅速发展，“控制工程基础”作为机械类工科院系的专业基础课，其在工程技术领域中的重要性日益明显。面向“卓越计划”，“控制工程基础”的教学目标不仅是培养工科本科生掌握基础控制理论知识，而且要求培养学生具有工程实践能力与创新能力。本课程理论性和抽象性较高，并且涉及知识面广、可实践性强，按照传统的教学方法很难引起学生的学习兴趣和主动性，影响教学质量，对学生综合分析能力与工程实践能力的培养极其不利。[2]

面向“卓越计划”的“控制工程基础”课程的教学改革是迫切需要解决的问题。根据对这门课多年的教学实践，总结出本课程教学中存在的若干问题；针对这些问题提出教学改革的方案，并分析教学改革的成效。

一、教学中存在的若干问题

“控制工程基础”课程的理论性与实践性均很强，课程安排通常由理论教学与实践教学组成。理论教学的重点是将“控制工程基础”中的基本理论、基本概念、基本分析方法与工程应用思路等传授给学生。实践教学的重点是指导学生如何将理论知识应用在工程实践中，培养学生的工程能力与创新能力。围绕本课程理论教学与实践教学的培养目标，在教学中主要存在以下若干问题：

1.学生对预备基础知识掌握不足

“控制工程基础”是一门综合性很强的专业基础课，其基本理论与分析方法的展开依赖高等数学、复变函数、大学物理、机械学与电工学等基础理论知识。目前普通二本院校的学生对这些基础知识的掌握情况往往不容乐观，导致学生学习本课程的难度增大。

2.学生缺乏对本课程的基本认识，学习积极性不高

“控制工程基础”的理论体系是对机械工程中众多的实际动力学问题的高度概括与凝炼。控制理论中的基本概念抽象度较高，部分学生会问“这门课这么难学，学了有什么用呢”。这个问题可能会贯穿整个理论教学中。学生没有对本课程形成应有的最基本感性认识，学习积极性不高。

3.实践教学内容的合理性有待完善本课程作为工程类专业的必修课，大都开设相关的实践教学环节。目前，实践教学环节存在的问题有：

实践环节与理论教学脱节，主要体现在实践环节内容没有起到辅助理论教学的作用，没有体现对理论体系的综合应用；学生对实践环节重视不足。

4.理论实践教学内容繁多与相对课时较少之间的矛盾

本课程涉及知识面广，理论性与实践性均很强，能够让学生系统性地学习并吸收相关基础理论知识，并将这些理论认识转变为实践能力。相对较少的课时与繁多的理论实践教学内容之间的矛盾突出，如何在有限的时间内完成理论与实践教学内容是本课程艰巨的任务。

二、教学改革措施

1.课堂采用信息化教学

课堂教学以多媒体方式为主，将理论教学环节信息化，具体表现为教学内容的“5化”处理，即抽象概念具体化、复杂原理简单化、数学计算仿真化、分析方法案例化与理论体系系统化，让学生主动成为课堂教学信息的加工处理者，由教师与学生共同作用，提高教学的质量与效率。[3]

抽象概念具体化集中体现在第一章内容（控制工程基础绪论），如工程控制论的研究对象、反馈、稳定性等概念抽象性比较强，应结合工程实际案例，采用图示法或视频观摩法为学生讲解其中蕴含的共性问题，引出这些抽象概念。例如讲解控制论的研究对象时，多数教材以质量—阻尼—弹簧系统为例进行展开，但是此模型对于没有太多实践经验的本科生来说仍然显得抽象性与理论性太强。所以在课堂教学中，教师有必要从原始实际案例出发引出质量—阻尼—弹簧模型，如降落伞打开过程或汽车减震系统。

复杂原理简单化是指将原理的表述简化，使学生在较短的时间内了解原理内容、原理的应用，而对复杂的原理推导点到为止，学习精力充沛的学生可以在课下慢慢吸收与体会。如讲解奈奎斯特（Nyquist）稳定判据时，首先指明此判据是用于判断闭环系统的稳定性。如何判断呢？根据其开环传递函数所对应的开环频率特性曲线即Nyquist图逆时针包围点（-1，j0）的圈数N决定；如果N等于开环传递函数在[s]平面的右半平面的极点数P，那么相应的闭环系统稳定；反之，闭环不稳定。当学生了解此判据后，再向学生讲解如何利用辐角原理、开环与闭环传递函数的零极点关系推导判据。这样讲解不仅可以提高效率，而且兼顾不同层次的学生。基础知识薄弱的学生即使不理解判据推导过程，仍可以形成对此稳定判据的基本认识和应用，不会对其学习的积极性造成太大的伤害。

数学计算仿真化是指将MATLAB软件引入课堂，简化繁琐的数学推导过程，并提高教学效率。控制论中传递函数、时域分析与频率分析中涉及高等数学与复变函数等方面的内容，在讲解这些时，复习拉普拉斯变换与反变换的定义、相关定律与拉氏反变换的求法是必要的，但点到为止最好，讲得太多会增加部分学生的学习压力。例如在分析系统的时间响应时，只要求学生了解采用拉氏变换能够求解系统时间响应，具体的时间响应结果采用MATLAB软件求解，通过图形绘制命令给出响应曲线。数学计算仿真化的优势是提高授课效率，促进学生了解MATLAB软件的各部分功能，为MATLAB用于控制系统仿真打基础。

分析方法案例化是指对于涉及的控制系统，尽可能以真实的控制系统为例，通过实际系统的真实照片的播放直观了解系统的组成部分与相互间的联系。例如在学习闭环控制系统的组成与工作原理时，以恒温箱控制系统为案例，介绍系统的组成（被控对象、执行器、传感器与控制器），各组成部分的功能与特性以及整个系统的工作原理。

理论体系系统化是指在学习各章节时考虑全局，如本课程以控制系统的基本要求“稳、快、准”为主线，各章节均以此展开，整个课程有一个系统性很强的完整理论体系。并且在课堂中，通过典型控制系统的数学建模、MATLAB仿真响应特性，综合分析系统的稳定性、快速性与准确性。

2.实验教学面向工程实践能力培养

为实现理论性与实践性的有机结合，培养学生主动运用基本控制理论思考实际工程问题的能力，需要在实验教学中开展内容与形式多样化的实验教学。[4]本课程实验采用观摩式实验、仿真性实验、综合性实验与设计性实验教学。观摩式实验针对真实的典型控制系统进行观摩，在了解系统的硬件组成基础上了解软件（或控制算法）的控制作用，对系统的工作原理与性能进行分析。例如在实验室实地观摩电机调速控制系统与科研项目中涉及基于压电驱动的微纳定位控制系统。

观摩式实验培养学生对控制系统的感性认识，并且激发学生学习控制理论的激情。另外，对于典型的简单控制系统的设计过程与运行情况可以制作成录像，通过观看视频加速学生对实际控制系统的认识。观摩性实验费时较少，时间安排往往在学习第一章绪论时开始，在此后的学习中不间断进行。

仿真性实验与综合性实验侧重于MATLAB软件及其仿真工具箱Simulink在控制工程中的应用。实验内容包括利用MATLAB软件进行系统的时域分析与频率分析；利用Simulink对系统进行数学建模、仿真与性能分析，以及经典PID的控制原理仿真。

设计性实验是综合性非常高的实验。[5]学生根据设计题目，通过查阅相关文献资料与信息，整理资料，提出系统的整体设计方案（选择合适的执行器、传感器与控制用硬件）；再通过数学建模、系统性能仿真分析、控制算法的融入进行系统的校正，得到满足要求的详尽方案；通过搭建硬件与编写程序，进行实验与数据处理，对实际系统的性能进行分析。通过设计性实验不仅将基本控制理论用于实际控制系统中，而且将其他相关学科的知识融入，培养学生综合应用专业理论知识的能力与实践动手能力。

为了节约有限的实践教学课时，部分视频观摩式实验与部分仿真性实验以作业的形式让学生利用课余时间完成。对于设计性实验，课堂中给出设计题目，总体方案需要以作业的形式提交。

三、结论

“控制工程基础”是大机类专业一门重要的专业基础课， 具有很强的理论性与实践性。积极推进理论与实践教学改革，在理论教学中实施教学内容的“5化”处理，通过引入实际工程案例、MATLAB软件与深入浅出的教学风格，降低本课程的学习难度，提高学生学习的自主性，培养学生对控制理论从感性认识到理论认识的转变。实践教学的多样化不仅辅助理论教学，有利于学生加深对控制理论的感性认识，而且综合性与设计性实验有助于培养学生综合应用专业理论知识的能力与实践动手能力。“控制工程基础”的教学改革面向“卓越计划”，对在工程技术领域培养高素质应用型的卓越工程师具有重要意义。

参考文献：

[1]林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育研究，2010，（4）：21-29.

[2]杨叔子，杨克冲，吴波，等.机械工程控制基础[M].第六版.武汉：华中科技大学出版社，2011.

[3]刘贵富.大学信息化教学模式研究[J].电化教育研究，2006，（10）：58-61.