数学应用前沿课程论文
论文题目: 自动控制发展的应用及未来
年级专业：数学F1001班
学生姓名：**
学号： ************
评阅教师：张应奇
提交时间： 2013—2014—1
自动控制发展的应用及未来
摘要：
我们从小就开始学习数学，数学科学是研究数、量的关系和空间形式的一个庞大科学体系,它包含纯粹数学、应用数学以及这二者与其它学科的交叉部分。

它是一门集严密性、逻辑性、精确性和创造力与想象力于一体的学问,也是自然科学、技术科学、社会科学、管理科学等的巨大智力资源。

自动控制是以数学的系统理论为基础的工程科学的一个分支。

它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。

150多前过程控制理论体系体制至今，自动控制经历了极大的发展，尤其是与数字技术的结合更是使自动控制产生了质的飞跃，正在向着低成本、高效率、柔性化、智能化的方向发展。

研究自动控制技术的发展前沿，有助于增进我们对现代自动控制的方向有一个更加准确的把握。

关键字：数学自动控制发展应用未来
前言：
随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段——现代控制理论。

主要研究具有高性能、高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方
法是以状态为基础的状态空间法。

目前，自动控制理论还在继续发展，正向以
控制论，信息论，仿生学为基础的智能控制理论深入。

一、自动控制的应用：
我国95%的既有建筑都是高耗能建筑，每年要消耗大量的能源。

粗放式的能源管理方式已经不适合低碳社会的发展要求。

建筑领域的节能减排势在必行。

随着我国城市化进程的快速推进,大型公共建筑在一、二线城市里鳞次栉比。

然而，这些矗立在“水泥森林”中的大型公共建筑，往往都是高耗能建筑。

相关机构的调查数据显示，目前，我国公共建筑的数量还在以每年3000万
~4000万平方米的速度持续增长，如果不对这些公共建筑采取节能措施，他们还将继续“吞噬”大量能源。

目前，我国主要通过两个途径实现建筑节能：在大楼建设过程中采用环保型、节能型的建筑材料;在大楼运行过程中，对空调、照明、电梯等能耗大、能源消耗不易察觉的机电设备采用智能化控制方式，通过系统优化，提高能耗利用率。

智能建筑分会能源管理专业组组长赵哲身认为，智能建筑行业中的楼宇自控产
品和相关的解决方案就是针对空调、照明产品等建筑内的机电设备，对其进行自动化控制，达到高效、便捷的目的。

在节能需求不断攀升之时，建筑智能化
行业将迎来巨大的发展空间。

二、自控控制在楼宇中的应用
楼宇自动控制系统（BAS）是智能大厦的重要组成部分。

该系统由中央管理站、各种DDC控制器及各类传感器、执行机构组成的，能够完成多种控制及管理功能的网络系统。

它是随着计算机在环境控制中的应用而发展起来的一种智能化控制管理网络。

以TuringControl做为上位监控支撑软件的楼宇自控系统数据采集速度快，管理能力强，人机界面形象逼真，运行可靠稳定。

系统结构组成：由TuringControl组态软件做为上位机监控系统的支撑软件，采集和控制下位各类传感器及各种DDC控制器、执行机构。

该监控系统分为八大子系统，分别是高压配电监控系统、低压配电监控系统、供水监控系统、排污监控系统、中央空调系统、照明监控系统、电梯集群管理系统、停车场监控系统。

系统的控制原理及设计：
1、高压配电监控系统：高压配电监控主要实现对市电进线和高压出线的电压、电流、不平衡电流、有功功率、无功功率、功率因数、相角等参数的采集显示。

包括对变压器各参数的采集显示。

2、低压配电监控系统：低压配电监控主要是对各控制柜（包括：市电进线柜、市发电转换柜、低压联络柜、空调动力开关柜、供水动力开关柜、排污动力开关柜、自设备间动力柜、电梯动力开关柜、路灯照明开关柜、安防动力开关柜、楼层动力开关柜、停车场动力开关柜、地下层动力开关柜）电参数的采集显示。

3、供水监控系统：供水监控系统主要是对供水加压泵（包括补压泵）的状态监控，地下水池的水位检测（溢出水位、生活水位、消防水位），变频器及进水蝶阀状态的监控。

加压泵组变频调速采用一台变频器代多台泵方式。

启动
时变频器带动1#加压泵工作。

如果压力不够，将1#加压泵接至工频运行，变频器接至2#加压泵变频启动，至工频切换至3#加压泵，以达到节能效果。

压力过大时，依次变频调速到停止各加压泵。

当用水量较小时用补压小泵供压。

为均衡各个加压泵的运行时间，延长加压泵组的使用寿命，每次启动的第一台加压泵是累计工作时间最少的加压泵。

4、排污监控系统：排污监控系统主要对各个排污泵运行状态的监控及污水池污水液位的监测。

控制排污泵定时启动排污，污水池污水液位过低时连锁关闭排污泵。

污水液位过高时自动启动排污泵并报警。

5、中央空调系统：中央空调系统参考供水温度、回水温度及其温差通过DDC控制器对制冷机组进行状态控制。

参考供回水压差控制冷水机组/冷却机组的运行状态。

如下顺序启动和停止冷冻系统,以保证系统正常运转。

启动冷冻水电动阀,冷冻水泵、判断冷冻水管内是否有水流通过、15秒后启动冷水机组。

停止冷水机组、15秒后停止冷冻水电动阀、冷冻水泵。

冷冻水泵备用机制,保证事故情况及延长设备使用寿命。

制冷系统中,各台冷冻水泵互为备用,当任何一台冷冻水泵出现故障时,DDC控制器会根据有关水泵的运行时间累计,投入运行时间最短的水泵运行,补足需要的冷冻水量。

在新风机组及风机盘管的控制中按时间程序和最佳启停控制送风机运行。

起动次数、运行时间累计。

根据新风温度和房间温度设定值,通过最佳启停控制器,计算出空调机开/关的最佳时间,以达到节省能源。

DDC按温度传感器提供的送风温度与其设定值的偏差作PID计算,调节冷冻水阀的开度,以保持送风温度。

可以根据现场的具体情况和用户的要求,对这些程式中的参数及连锁点进行修改和设定。

6、照明监控系统：照明监控系统主要包括各个楼层的照明监控、地下室照
明监控、楼顶照明灯监控、航空指示灯的监控、路灯监控等等。

该系统采集、
控制点多，数据量大，是TuringControl强大的数据处理能力的完美体现。

7、电梯集群管理系统：电梯集群管理系统是由上位机（TuringControl）
完成对电梯运行情况的管理、监测和启动、停止及定时维护等控制工作，由下
位机PLC完成电梯运行过程中的逻辑控制功能。

TuringControl实现功能包括电梯到层数、电梯运行状况和电梯维护、运行、停止状态等等。

8、停车场监控系统：停车场监控系统是对出入车辆的管理系统。

车辆的出入及收费采用IC卡管理系统，对长期用户可用月卡，对来访车辆可用临时IC 卡，所有IC卡均经读卡机自动收费
三、自动控制的未来前景：
1.智能化在自动化的初期阶段，系统比较简单，控制规律也不复杂，采用我们前面介绍的常规控制方法就能完成任务。

然而，随着社会和科学技术的不断进步，各种生产过程的自动化、现代军事装备的控制以及航海、航空、航天事业
的迅速发展，都对控制系统的快速性和准确性提出了愈来愈高的要求。

对于各
种规摸庞大、结构复杂的大系统，仅仅采用常规的控制措施是无法完成综合自
动化的。

不过人们发现，如果把人的智能和自动化技术结合起来，却能收到令
人满意的效果
2.网络化随着互连网技术以及现代通信技术的发展，未来的企业为了适应经济全球化的发展需要，多将通过以太网接口，建立基于WINDOWSNT或WINDOWS 2000构成的企业级局域网，控制系统与管理层和现场仪表级的数据交换日益增加，控制系统的计算机与财务、销售和管理层的计算机实现连网，
实现数据的共享，极大地提高企业的管理水平。

连网系统结构如企业局域网系
统示意图。

企业管理级各网络间可以采用标准以太网相互连接。

管理级的各通
讯网络可以采用多种网络拓扑结构(总线型、星型、环型)，其中星型拓扑结构
以高可靠性、结构简单、建网容易、节点故障容易排除等优点被大量采用。

车
间级计算机网络采用工业以太网相互连接。

工业以太网在物理层上采用高防护
等级的通讯线缆或光纤传输，适用于可能遭受严重电磁干扰，液体浸蚀，高度
污染和机械冲击的工业环境。

现场级总线采用国际标准总线PROFIBUS总线。

3.全集自动化应用全集成自动化可以克服上位机和工业控制器之间、连续控制和逻辑控制之间、集中与分散之间的界限。

同时，全集成自动化解决方案还可
以为所有的自动化提供统一的技万方数据术环境，这主要包括统一的数据管理、统一的通信和统一的组态和编程软件。

基于这种环境，各种各样不同的技术可
以在一个用户接口下，集成在一个有全局数据库的总体系统中。

工程技术人员
可以在一个平台下对所有应用进行组态和编程。

由于应用一个组态平台，工程
变得简单，培训费用也大大降低。

参考文献：
1吴怀宇．自己动手建立企业局域网．清华大学出版社，2000
2王锦标．现场总线和现场控制系统．华工自动化及仪表，1997，24(2)：3～
8
3王时煦等．建筑物防雷设计．北京：中国建筑工业出版社．1985
4中国自动化网.应用案例 2010.10。