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1.1.3 控制理论的形成
自动化技术的实际应用划分为自动化技术形 成、局部自动化和综合自动化三个阶段
自动化技术形成时期为18世纪末~20世纪30 年代
局部自动化时期是在20世纪40~50年代 ，期 间形成了经典控制理论
20世纪50年代之后，是综合自动化阶段，出 现了各种复杂的控制系统，如：多环控制、 多变量控制、分级控制、集散控制系统等。
详细设计阶段编制3版
设计任务书 初步设计 详细设计 现场调试 资料归档
详1版（或称研究版，简称E版）
详2版（或称设计版，简称F版）
施工版（简称G版）
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设计任务书 ① 工艺流程或对象特征 ② 重要工艺参数及指标要求 ③ 系统运行环境 ④ 特殊工艺要求 ⑤ 系统设计目标
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自动化工程阶段划分与内容
自动化工程设计要分阶段进行，主要有一下 几方面的原因：
便于审查 随时纠正错误，以免施工中返工 协调各专业之间的矛盾
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1.2.2 自动控制系统的工程设计流程
基础设计阶段编制4版
初版（简称A版） 内部审查版（简称B版） 用户审查版（简称C版） 确认版（简称D版）
等系统的设计 顺序控制、信号报警和联锁系统、安全仪表系统
和紧急停车系统的设计
完成这些基本设计任务时，要选择自动化装置，确定信号的传递连接。同时
还要考虑自动化工程中辅助设备及附件、电气设备材料、安装材料的选型设计，
自控的安全技术措施和防干扰、安全设施的设计，以及控制室、仪表车间与分
析室的设计。
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解决的问题
安全性 稳定性
安全性是指在生产过程中，要 保证人员的安全、设备的安全、 以及生态平衡和环境卫生的安 全。越限报警、联锁保护、视频监视、
远程监控、安全栅等
稳定性主要指系统的抗干扰能 力，在出现各种可预见的干扰 的情况下，系统都要保留一定 的稳定裕度
经济性
经济性是指节省投资、提高产 品产量质量、节能降耗、提高 经济效益和社会效益等
1877年英国数学家劳斯（E.J.Routh）提 出了著名的劳斯稳定判据
1895年德国数学家A.胡尔维茨提出著名
的胡尔维茨稳定判据.
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自动控制理论的早期发展过程
1892年俄国数学家李雅普诺夫发表了 《论运动稳定性的一般问题》的专著 。 以数学语言形式给运动稳定性的概念下 了严格的定义﹐给出了判别系统稳定的 两种方法
浑天仪和地动仪
指南车
水运仪象台
自动开启装置、自动洒圣 水的铜祭司、投币式圣水 箱、青铜小鸟
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3
钟壶滴漏
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指南车
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17~19世纪
1642年法国物理学家 帕斯卡
加法器
1657年荷兰机械师 惠更斯
钟表
1745年英国机械师 E.李
风磨
1765年俄国
波尔祖诺夫 水位调节器
1788年英国科学家 瓦特
离心式节速器
➢ 连续控制与逻辑控制 ➢ 安全与防爆 ➢ 集中控制方式与就地控制方式
项目实施过程
➢ 项目组成 ➢ 项目实施过程 ➢ 项目过程参与方
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1.2 自动控制系统设计的基本知识
1.2.1 设计的主要任务和解决的问题
自动化工程设计的基本任务
工艺生产装置与公用工程、辅助工程系统的控制 检测仪表、在线分析仪表和控制及管理用计算机
第一章 绪论
本章主要内容
自动控制系统的发展及技术现状(技术和理论) 自动控制系统设计的基本知识
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1.1.1 自动控制系统的发展及技术现状
发展过程
自动控制技术的发展经历了机械自动化 机械、电气自动化的过程
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2
古代
中国，埃及和巴比伦等 汉朝 张衡 三国 公元1090年 苏颂 古埃及 希腊
自动计时漏壶
程序控制、逻辑控制和自动机的思想同时得到了发展
1833年英国数学家C.巴贝奇在设计分析机时首先提出 程序控制的概念
1936年英国数学家图灵提出著名的图灵机﹐成为现代 数字电子计算机的雏形。图灵机定义可计算函数类﹐
建立了算法理论和自动机理论。
1938年美国电气工程师香农和日本数学家中岛﹐以及 1941年苏联科学家В﹒И﹒舍斯塔科夫﹐分别独立地 建立了逻辑自动机理论﹐用仅有两种工作状态的继电 器组成了逻辑自动机﹐实现了逻辑控制
李雅普诺夫第一法
李雅普诺夫第二法
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自动控制理论的早期发展过程
1925年英国电气工程师O.亥维赛把拉普拉斯 变换应用到求解电网络的问题上﹐提出了运 算微积分，求得瞬态过程
利用拉普拉斯变换描述线性定常系统或线性 元件的输入输出关系，就得到了传递函数
在传递函数基础上，发展了频率响应法
1927年美国贝尔电话实验室在解决电子管放 大器失真问题时，电气工程师H.S.布莱克从 电信号的角度引入了反馈的概念
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自动控制理论的早期发展过程
1932年美国电信工程师奈奎斯特提出著名 的奈奎斯特稳定判据﹐可以直接根据系统 的传递函数来画出奈奎斯特图，判定反馈 系统的稳定性
1938年苏联电气工程师A.B.米哈伊洛夫应 用频率法来研究自动控制系统的稳定性﹐ 提出著名的米哈伊洛夫稳定判据
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自动控制理论的早期发展带动了其 它领域的发展
自动调节器的稳定性问题、蒸汽机的剧烈振荡问题、自 动操舵机的稳定性问题
一些数学家尝试用微分方程来描述和分析系统的稳定性
问题。
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自动控制理论的早期发展过程
英国物理学家麦克斯韦，在1868年发表 了《论调速器》的文章，总结了无静差 调速器的理论，对控制系统进行了最初 的数字描述
俄国机械学家И﹒А﹒维什涅格拉茨基 1876年发表《论调节器的一般理论》的 文章﹐进一步总结了调节器的理论。
1854年俄国
康斯坦丁诺夫 电磁调速器
1868年法国工程师 法尔科
反馈调节器
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惠更斯发明的钟表
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1.1.2 自动控制理论的早期发展
自动控制理论是自动控制系统工程设计的基础
自动控制装置的优点：改进生产技术，提高生产效率
17~18世纪是自动化技术的逐渐形成时期
18世纪之后是自动化技术的发展时期，期间数学描述和 理论分析起到了至关重要的作用 。
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前期课程/知识准备 过程工业原理
关于被控过程的知识。 过程控制系统
关于控制方案及策略的知识。
自动化装置
关于控制工具的知识。
检测技术
关于检测工具的知识。
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过程工业的特点
➢ 连续性 ➢ 变化不可见性 ➢ 强关联性 ➢ 物料流体形态 ➢ 生产过程多样性 ➢ 生产的高危险性
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