智能控制技术及其发展趋势

智能控制技术及其发展趋势（共8篇）

智能控制技术及其发展趋势 篇1

智能控制技术及其发展趋势

智能控制（intelligent controls）在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。对许多复杂的系统，难以建立有效的数学模型和用常规的控制理论去进行定量计算和分析，而必须采用定量方法与定性方法相结合的控制方式。定量方法与定性方法相结合的目的是，要由机器用类似于人的智慧和经验来引导求解过程。因此，在研究和设计智能系统时，主要注意力不放在数学公式的表达、计算和处理方面，而是放在对任务和现实模型的描述、符号和环境的识别以及知识库和推理机的开发上，即智能控制的关键问题不是设计常规控制器，而是研制智能机器的模型。此外，智能控制的核心在高层控制，即组织控制。高 层控 制 是 对实际环境或过程进行组织、决策和规划，以实现问题求解。为了完成这些任务，需要采用符号信息处理、启发式程序设计、知识表示、自动推理和决策等有关技术。这些问题求解过程与人脑的思维过程有一定的相似性，即具有一定程度的“智能”。

随着人工智能和计算机技术的发展，已经有可能把自动控制和人工智能以及系统科学中一些有关学科分支（如系统工程、系统学、运筹学、信息论）结合起来，建立一种适用于复杂系统的控制理论和技术。智能控制正是在这种条件下产生的。它是自动控制技术的最新发展阶段，也是用计算机模拟人类智能进行控制的研究领域。1965年，傅京孙首先提出把人工智能的启发式推理规则用于学习控制系统。1985年，在美国首次召开了智能控制学术讨论会。1987年又在美国召开了智能控制的首届国际学术会议，标志着智能控制作为一个新的学科分支得到承认。智能控制具有交叉学科和定量与定性相结合的分析方法和特点。

一个系统如果具有感知环境、不断获得信息以减小不确定性和计划、产生以及执行控制行为的能力,即称为智能控制系统。智能控制技术是在向人脑学习的过程中不断发展起来的,人脑是一个超级智能控制系统,具有实时推理、决策、学习和记忆等功能,能适应各种复杂的控制环境。

智能控制与传统的或常规的控制有密切的关系,不是相互排斥的。常规控制往往包含在智能控制之中,智能控制也利用常规控制的方法来解决“低级”的控制问题,力图扩充常规控制方法并建立一系列新的理论与方法来解决更具有挑战性的复杂控制问题。

1． 传统的自动控制是建立在确定的模型基础上的,而智能控制的研究对象则存在模型严重的不确定性,即模型未知或知之甚少者模型的结构和参数在很大的范围内变动,比如工业过程的病态结构问题、某些干扰的无法预测,致使无法建立其模型,这些问题对基于模型的传统自动控制来说很难解决。

2． 传统的自动控制系统的输入或输出设备与人及外界环境的信息交换很不方便,希望制造出能接受印刷体、图形甚至手写体和口头命令等形式的信息输入装置,能够更加深入而灵活地和系统进行信息交流,同时还要扩大输出装置的能力,能够用文字、图纸、立体形象、语言等形式输出信息。另外,通常的自动装置不能接受、分析和感知各种看得见、听得着的形象、声音的组合以及外界其它的情况。为扩大信息通道,就必须给自动装置安上能够以机械方式模拟各种感觉的精确的送音器,即文字、声音、物体识别装置。可喜的是,近几年计算机及多媒体技术的迅速发展,为智能控制在这一方面的发展提供了物质上的准备,使智能控制变成了多方位“立体”的控制系统。

3． 传统的自动控制系统对控制任务的要求要么使输出量为定值(调节系统),要么使输出量跟随期望的运动轨迹(跟随系统),因此具有控制任务单一性的特点,而智能控制系统的控制任务可比较复杂,例如在智能机器人系统中,它要求系统对一个复杂的任务具有自动规划和决策的能力,有自动躲避障碍物运动到某一预期目标位置的能力等。对于这些具有复杂的任务要求的系统,采用智能控制的方式便可以满足。

4． 传统的控制理论对线性问题有较成熟的理论,而对高度非线性的控制对象虽然有一些非线性方法可以利用,但不尽人意。而智能控制为解决这类复杂的非线性问题找到了一个出路,成为解决这类问题行之有效的途径。工业过程智能控制系统除具有上述几个特点外,又有另外一些特点,如被控对象往往是动态的,而且控制系统在线运动,一般要求有较高的实时响应速度等,恰恰是这些特点又决定了它与其它智能控制系统如智能机器人系统、航空航天控制系统、交通运输控制系统等的区别,决定了它的控制方法以及形式的独特之处。

5． 与传统自动控制系统相比,智能控制系统具有足够的关于人的控制策略、被控对象及环境的有关知识以及运用这些知识的能力

6． 与传统自动控制系统相比,智能控制系统能以知识表示的非数学广义模型和以数学表示的混合控制过程,采用开闭环控制和定性及定量控制结合的多模态控制方式。

7． 与传统自动控制系统相比,智能控制系统具有变结构特点,能总体自寻优,具有自适应、自组织、自学习和自协调能力。

8． 与传统自动控制系统相比,智能控制系统有补偿及自修复能力和判断决策能力。

总之,智能控制系统通过智能机自动地完成其目标的控制过程,其智能机可以在熟悉或不熟悉的环境中自动地或人—机交互地完成拟人任务。

[编辑本段]智能控制的主要技术方法

智能控制是以控制理论、计算机科学、人工智能、运筹学等学科为基础,扩展了相关的理论和技术,其中应用较多的有模糊逻辑、神经网络、专家系统、遗传算法等理论和自适应控制、自组织控制、自学习控制等技术。

专家系统

专家系统是利用专家知识对专门的或困难的问题进行描述。用专家系统所构成的专家控制,无论是专家控制系统还是专家控制器,其相对工程费用较高,而且还涉及自动地获取知识困难、无自学能力、知识面太窄等问题。尽管专家系统在解决复杂的高级推理中获得较为成功的应用,但是专家控制的实际应用相对还是比较少。

模糊逻辑

模糊逻辑用模糊语言描述系统,既可以描述应用系统的定量模型也可以描述其定性模型。模糊逻辑可适用于任意复杂的对象控制。但在实际应用中模糊逻辑实现简单的应用控制比较容易。简单控制是指单输入单输出系统(SISO)或多输入单输出系统(MISO)的控制。因为随着输入输出变量的增加,模糊逻辑的推理将变得非常复杂。

遗传算法

遗传算法作为一种非确定的拟自然随机优化工具,具有并行计算、快速寻找全局最优解等特点,它可以和其他技术混合使用,用于智能控制的参数、结构或环境的最优控制。

神经网络

神经网络是利用大量的神经元按一定的拓扑结构和学习调整方法。它能表示出丰富的特性：并行计算、分布存储、可变结构、高度容错、非线性运算、自我组织、学习或自学习等。这些特性是人们长期追求和期望的系统特性。它在智能控制的参数、结构或环境的自适应、自组织、自学习等控制方面具有独特的能力。神经网络可以和模糊逻辑一样适用于任意复杂对象的控制,但它与模糊逻辑不同的是擅长单输入多输出系统和多输入多输出系统的多变量控制。在模糊逻辑表示的SIMO 系统和MIMO 系统中,其模糊推理、解模糊过程以及学习控制等功能常用神经网络来实现。模糊神经网络技术和神经模糊逻辑技术：模糊逻辑和神经网络作为智能控制的主要技术已被广泛应用。两者既有相同性又有不同性。其相同性为：两者都可作为万能逼近器解决非线性问题,并且两者都可以应用到控制器设计中。不同的是：模糊逻辑可以利用语言信息描述系统,而神经网络则不行;模糊逻辑应用到控制器设计中,其参数定义有明确的物理意义,因而可提出有效的初始参数选择方法;神经网络的初始参数(如权值等)只能随机选择。但在学习方式下,神经网络经过各种训练,其参数设置可以达到满足控制所需的行为。模糊逻辑和神经网络都是模仿人类大脑的运行机制,可以认为神经网络技术模仿人类大脑的硬件,模糊逻辑技术模仿人类大脑的软件。根据模糊逻辑和神经网络的各自特点,所结合的技术即为模糊神经网络技术和神经模糊逻辑技术。模糊逻辑、神经网络和它们混合技术适用于各种学习方式 智能控制的相关技术与控制方式结合或综合交叉结合,构成风格和功能各异的智能控制系统和智能控制器是智能控制技术方法的一个主要特点。

智能控制技术及其发展趋势 篇2

1 电气控制技术概念

电气控制技术指的是电与气方面的科学技术, 它所涉及的内容比较多, 涵盖的信息量也比较大。设计到数字电子、电力电子、通讯电子、模拟电子、电气技术、电子电气等多个内容和范畴, 从专业的角度对电气控制技术进行分析, 得出电气控制技术是结合实践和理论的综合性的技术科目。目前, 电气工程技术实现了自动化控制、智能化控制和信息化处理, 综合的应用了多种技术, 促进了电气技术相关企业的不断发展。但是在电气控制技术的实际应用当中, 也会出现一些问题, 这就需要我们不断学习先进控制技术, 对控制系统进行熟练操作, 及时发现问题的所在并加以控制。电气控制技术虽然设计内容多, 技术相对复杂, 但是其操作简单、抗干扰能力强的优点, 在一定程度上得到企业广泛的应用。

2 电气控制技术的现状

随着科学技术的不断发展, 电气技术也在不断的改进和创新, 同时也在不断在发展中得到提高, 不仅实现了自动控制、智能控制, 还应用了多种技术。我国电气自动化与国外先进国家电气控制技术水平有很大的差距, 但是电气控制技术的发展也有了长足的进步, 实现了从简单化到自动化的成长。在实现电气技术自动化之后, 逐渐向更高的技术层面发展, 技术专家开始研究如何能够让电气控制技术更加智能。智能化的出现, 让电气控制技术迈上了智能化台阶, 也是电气控制技术到了一个新的阶段, 电气智能技术的应用减少了很多人为失误, 而且机器自我纠错能力也增强了, 从电气控制技术的自动化到其智能化控制, 实现了质的飞跃。我国的电气工程技术发展过程中, 需要不断创新工作理念、总结工作经验, 对自动化程序进行不断优化, 找到更好的解决问题的方法。根据电气工程相关企业的发展加强工程方面的控制, 通过研究推动自动化技术的发展, 促进电气自动化的创新和改革。

3 电气控制技术的发展趋势

3.1 智能化趋势发展

以人工智能技术为核心的神经网络、模糊逻辑等技术在电气系统中得到应用, 对相关技术的研究也在不断的进行。目前, 神经网络作为非线性映射解决无法列出方程式的现行问题, 成为了电气系统中的关键技术。当系统出现电阻短路的情况, 神经网络技术可以对故障进行大面积的分析, 并找出故障加以解决。其他技术也都在电气工程中发挥着重要作用, 各技术的特点不同, 也有着不同的优势, 将这些人工智能技术有效的结合, 才能更好的解决电气系统中出现的问题。

3.2 网络化趋势发展

随着互联网技术飞速的发展, 电气控制也在向着互联网化趋势发展, 这也对电气控制装置的要求逐渐提高, 需要电气控制装置能够准确切除故障, 同时, 又具备比较强的通信功能, 更好的保障电气系统的安全。电气控制技术的提升需要提高保护装置的可靠性, 通过网络化对相应的装置进行保护, 从而获得更多的信息, 方便对故障的分析, 准确的找到故障位置, 对故障进行排查, 提高保护装置的可靠性。电气装置网络化保护的原理是将传统式的母线保护分散成为不同母线保护单元, 并将其显示在不同回路保护屏幕上, 这样可以实现对装置的有效保护, 可以用计算网络将不同的母线保护进行连接, 通过接收相应的回路电量和网络流量获得回路电流量信息, 计算出不稳定的数据, 来找到母线出现故障位置。用网络计算手段来保护装置与传统集中式母线保护相比较, 网络计原理可靠性更高。

3.3 开放性趋势发展

电气控制系统中的硬件设备不断发展, 软件系统也在升级换代。新的电气控制技术下, 系统硬件设计直接关系到电气系统的工作效率和稳定性。电气系统为电气相关企业提供了多个系统平台, 随着技术的更新, 使得电气控制技术得到广泛的应用。现代化电气控制技术提供给我们更多的通信方式, 带给我们更加广阔的思路, 在不断提高控制技术的稳定性和可靠性上, 使电气控制装置的整体性能得到了提升, 开放性趋势发展是电气控制技术重要的发展趋势。

3.4 安全性趋势发展

电气控制技术体现了多个技术, 包括控制技术、电子技术、传感器技术、网络技术和通信技术等。这些技术手段服务于工业自动化, 在不断创新发展中, 其安全性非常重要, 要在技术升级的同时考虑其安全的运行。同时, 还要顾及到自然资源和自然环境等问题, 让电气控制技术的应用, 可以与自然和谐发展, 保障大自然生态不被破坏。

结束语

电气控制技术来说, 其涉及到的内容比较多, 不仅有线路、电气原理还有自动化和网络技术。同时, 电力控制方法比较多, 将电气控制方法和相应的内容进行结合, 才能更好的为电气控制技术服务。随着科技时代的不断发展, 电气技术也在不断的更新, 只有对电气控制技术不断的研究, 才能更好的满足时代发展的需求。

参考文献

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[4]武芳军.工业电气自动化的重要性和发展趋势[J].中小企业管理与科技 (上旬刊) , 2011 (4) :296.

智能控制技术及其发展趋势 篇3

摘要：随着精细化工市场的快速成长，对于产品的需求也在不断发生着变化，从而使得目前的精細化工一般采用小批量的方式进行生，同时其生产过程具有典型的间歇性、时变性、工艺复杂等特点。而且，大部分的精细化工材质具有一定毒性或者腐蚀性，因此精细化工的过程控制环节是至关重要的。为了进一步提升精细化工的水平，需要对其过程控制的技术特点以及发展趋势进行研究。本文主要对当前精细化工过程控制进行研究，对精细化工的技术特点进行分析，并且结合国外先进经验对精细化工过程控制技术的发展趋势进行分析。

关键词：精细化工；过程控制；技术特点；发展趋势

一、引言

精细化工的发展是以快速发展的市场为导向的，其核心是高新技术，并且产品定位于高附加值、多层次、小批量特点的生产。随着我国精细化工市场需求的增加，在过去的几年时间我国精细化工技术取得了快速发展，而且已经成功实现了由商品化学产品向功能化学品的转换，而且其生产也由大规模转向小规模，由依靠价格竞争向质量竞争转换，使得精细化工在技术以及市场化方面取得了巨大进步。目前，在化工产业中精细化工已经占到了很大的比重，然而由于精细化工规模娇小、间歇性生产以及复杂的过程控制等特点，我国的精细化工信息化与自动化水平还较低，与国外发达国家相比还有着较大的差距。因此，当前对于精细化工技术特点及其发展趋势的研究具有十分重要的现实意义，对于提升我国精细化工的自动化水平至关重要。

二、精细化工过程控制的技术特点

结合目前精细化工发展的实际情况，其生产过程控制主要具有以下几个方面的特点：

（1）精细化工生产规模小、品类多、换代周期短

目前我国的精细化工已经涉及到几十个行业，其产品的类型十分繁多，通常具有较强的专用性，这也就导致精细化工的生产规模不大。而且由于目前精细化工的市场需求变化较快，这使得产品的寿命周期较短、产品更新换代较快。快速变化的市场需求要求精细化工的生产周期要尽可能缩短，提高工艺的研发效率。因此，在精细化工的开发阶段需要加强对于生产工艺的数据采集工作，尽可能减少试验的次数，同时通过深化处理和分析数据获得进一步可用的数据信息。

（2）精细化工呈现出显著的间歇性以及半连续性

这一特点主要是由精细化工自身的市场需求决定的，这主要是由于精细化工的产品生规模较小，因此采用半连续生产工艺可以尽量保证产品的质量。同时由于产品的工艺参数会随着时间发生变化，因此其过程控制具有动态、变化范围大、工作点不稳定等特点，这就要求过程控制系统具有更大的适应性以及调节范围。

（3）精细化工的生产流程较多，操作复杂，而且劳动强度较大

目前的精细化工大部分采用间歇生产工艺，因此其生产过程中的流程较多，每个流程都需要进行复杂的操作，同时由于目前我国的精细化工过程控制自动化水平较低，这也在很大程度上加大了工作人员的劳动强度。

三、精细化工过程控制技术的发展趋势

随着当前计算机以及自动化技术的快速发展，加之市场对于精细化工的需求不断扩大，结合国外的先进技术经验，在今后的精细化工过程控制技术发展中，主要有以下几个趋势：

（1）过程控制向着计算机化发展，提升精细化工过程控制的自动化水平

在传统的精细化工过程控制中，出于节省成本等方面的考虑，其控制一般采用仪表的方式进行，使得过程控制的自动化水平较低。目前，随着计算机和自动化技术的成熟，加之市场对于精细化工过程控制精度的提高，采用自动化过程控制系统已经成为精细化工过程控制的必然趋势。

（2）控制的方式向着自动批量方向发展

由于精细化工间歇性的生产特点，因此在传统的生产过程中多采用一次投料的方式，采用批量的生产方式，在每个批次的生产结束以后才能够进行下一个批次的生产，以此往复循环。可以发现，在间歇性的精细化工生产过程中，大部分的操作是进行重复性的投料以及开关机。同时应该发现间歇性生产只需要按照事先设定的参数以及流程进行即可，这也为自动化过程控制带来了便利。由于目前的精细化工大部分需要提升生产过程的柔性，因此必须依照ISA SP88间歇过程控制标准进行，这可以在计算机控制系统的操作下进行，通过设计不同类型的过程控制策略，并且根据具体的生产计划对控制策略进行切换，从而可以实现精细化工柔性生产的目的。目前，国外已经出现了包含多种控制策略的软件，如用于生产过程控制的I/A Batch等，同时也可以采用计算机控制的方案进行控制策略的切换，以更好的降低生产成本。

（3）向智能化过程控制技术发展

目前的精细化工在生产过程中大都采用预先设定的控制策略进行，其生产温度、加工速度、压力等参数都是提前设定的，这种控制策略可以保证每一个批次生产过程都基本相同。然而，在实际的生产过程中，由于受到外界环境以及内部因素变化的影响，精细化工会受到不同程度的影响，而传统的方式是通过操作人员对其进行干预，实际效果完全取决于操作人员的技术水平，从而使得每个批次产品的质量不尽相同。在间歇性生产过程中没有稳定工作点，这就使得大部分的精细化工生产都有着一定的动态变化范围，相关的环境参数都是随着时间变化的，然而常规的PID过程控制方式范围较窄，无法保证在较大参数改变情况下产品的质量。因此，可以借助于迭代学习控制的思想对精细化工控制参数进行校正。目前，该技术在精细化工过程控制领域的应用已经受到了广泛的关注，然而由于迭代控制方法尚处在研究阶段，其在精细化工过程控制中的应用还需要进行大量的研究。

（4）过程控制向着综合性控制方向发展

目前的精细化工过程控制主要是以简单的参数控制方式为主，即在生产的开始、中间以及结束三个点进行参数的测定，然而操作的失误以及过程干扰使得生产工艺往往与实际有较大差距，因此单纯的经验理论很难保证过程控制的质量。同时由于大部分的精细化工生产都是不可逆的，因此一旦出现质量问题是很难进行补救的，这样就会使得大量的物料报废，造成很大的经济损失，同时还会影响生产的进度。与此同时，精细化工生产过程中的质量波动是不可避免的，主要是由外部环境因素、机器设备等导致的。统计过程控制是目前进行生产过程控制的又一重要理论，可以对生产过程进行综合性的评价，并且可以根据具体的反馈信息对生产异常状况进行预判，同时还可以采取一定的措施对故障机械能修复，保证整个生产过程始终处于受控状态。与此同时，随着目前计算机以及数据库系统的普及，对于加工过程的数据采集能力大大增加，因此可以结合实时的统计数据对生产过程中的参数变化进行判断，从而为生产过程监控以及保证产品质量提供技术支持。

四、总结

精细化工的发展适应市场的需求，同时由于其间歇性、生产复杂等特点，使得精细化工的生产过程控制变得十分复杂。因此，为了保证产品的质量，必须进一步提高生产过程控制的自动化水平，采用先进的过程控制算法以及设备，提升生产过程的控制能力，做到对生产过程中的问题早发现、早解决，以更好的保证精细化工的生产质量。（作者单位：濉溪县巨成精细化工有限公司）

参考文献

[1]黄一龙.浅论精细化工过程中的关键性控制技术[J].化工管理，2013，03.

[2]李小强，李留钢，关民普.中国精细化工的现状和发展前景展望[J].科技信息，2011，23.

智能控制技术及其发展趋势 篇4

1、IPTV业务简介

IPTV即交互式网络电视，是一种利用宽带IP网络，集互联网、多媒体、通讯等多种技术于一体，以电视机或PC机作为接收终端，向用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新技术。IPTV利用ADSL或以太网或者有线电视网络等接入宽带网，通过互联网协议(IP协议)来传送电视信号，是互联网和传统电视相融合的结果。IPTV的主要特点在于它的交互性和实时性，目前能够提供的业务不仅有传统的电视业务即BTV业务，还有时移电视业务(Time-shift TV)、VOD视频点播业务、传统互联网业务及互联网的增值业务。

2、IPTV的网络架构

IPTV网络大致可分家庭网络、内容承载及分发网络、内容制作及管理中心三个部分，下面分别就三个部分进行阐述。

2.1 家庭网络

由电视机、PC机、STB(机顶盒)、DSLModem、家庭网关等组成。DSL Modem通常工作于桥接方式，提供多个接口分别连接PC、STB等终端。也可以使用单口的Modem，再通过HUB连接终端。

2.2 内容承载及分发网络

包括IP骨干网、城域网、宽带接入网络、内容分发网络等几个部分。内容承载及分发网络主要实现内容从节目源到用户层的分发，以实现IPTV的各类点播及广播业务。

2.3 内容制作及管理平台

实现视频业务管理、用户管理、EPG发布、视频编码、数字版权管理等功能。

3、IPTV技术实现

3.1 IPTV技术原理

IPTV其工作原理和基于互联网的电话服务VoIP相似，它把呼叫分为数据包，通过互联网发送，然后在另一端进行复原。其实与大多数的数据传输过程大致一样。首先是编码，即把原始的电视信号数据进行编码，转化成适合INTERNET传输的数据形式，然后通过互联网传送，最后解码，通过电脑或是电视播放。

3.2 IPTV涉及的技术

IPTV涉及的主要技术包括：视频编解码、流媒体、数字版权管理、CDN、组播、电子节目单和中间件技术等；视频编解码技术是IPTV的关键技术之一，国际上主流的视频编解码标准有WMV、MPEG-

2、MPEG-

4、H.264等。目前对IPTV业务而言，最佳的编解码标准是MPEG-4，随着H.264技术的进一步成熟将来逐步过渡到H.264。

3.3 IPTV用户的认证方式

IPTV用户的认证方式有PPPOE和DHCP+web两种。

3.3.1 PPPOE认证方式

PPPoE类似于传统的拨号方式，用户端采用一个拨号软件，发起PPP连接请求，通过以太网交换机或者xDSL设备，终结在接入网关(BRAS)设备上。接入网关设备负责终结PPP连接，并与RADIUS服务器配合实现用户管理和策略控制。

目前PPPoE认证技术在以太网接入和ADSL接入方式中已广泛应用，采用该认证方式可充分利用网上现有BRAS设备的管理功能实现IPTV用户的管理，对BRAS以下的接入层设备不要求支持组播，缺点是用户端和宽带接入服务器之间为点对点的通道，开展组播必须由BRAS作为组播复制点，BRAS到接入层及用户之间为单播，大大消耗了BRAS到接入层设备的带宽资源。

3.3.2 DHCP+web认证方式

DHCP即动态主机配置协议，基于client-server方式。需要DHCP server配合进行认证和地址分配。IPTV机顶盒(STB)作为DHCP的Client向DHCP Server发送认证请求，DHCP Server可以由具备DHCP功能的BRAS来承担，也可采用旁挂专用的DHCP Server。采用该认证方式的优点是用户主机和DHCP Server之间没有点到点的限制，可启用组播协议来开展组播，利用组播的作用来减轻网络的带宽压力，但要求BRAS以下的接入层设备要支持组播，同时DHCP技术本身存在安全问题。

3.4 播出与传输

IPTV视频流在终端用户看来不外乎两种接收方式：点播和广播。点播和广播这两种方式属于不同的技术范畴，广播方式采用多播(MultiCAst)技术；点播方式采用视频分发(VDN/CDN)技术。

多播(又称组播)传输允许同时发送单一的数据包到多个接收者的网络技术。在IPTV里，即使用户数量成倍增长，主干带宽不需要随之增加，因为无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条主干链路上只传送单一视频流，减少了主干网出现拥塞的可能性。视频分发技术：视频分发把经过用户选择的、访问率极高的流媒体内容从初始的流媒体服务器复制、分发到最靠近终端用户的缓存服务器上，当终端用户请求某视频业务时，由最靠近请求终端的缓存服务器提供服务，目前视频分发技术在电信运营商的网络中已得到广泛应用。

3.5 接收终端

IPTV接收终端，即IPTV机顶盒，主要功能包括：

●支持LAN或xDSL网络传输，接收及处理IP数据和视频流；

●支持MPEG-

4、WMV和Real等视频解码；

●支持电视屏幕显示；

●支持相应CA技术；

●支持HTML网页浏览，支持网络游戏等。

从内嵌操作系统来看，IPTV机顶盒有WinCE和Linux两种。

WinCE最大的特点是其API与Win32兼容，有利于在Windows环境开发WinCE应用，缺点是应用源代码不公开，代码庞大，占用很多的ROM和RAM，求有高性能的微处理器支持。

Linux机顶盒以专用的多媒体微处理器为核心，辅以其它接口构成系统。多媒体微处理器本身不但具有嵌入式RISC去运行系统软件和应用软件，而且带有MPEG-2或MPEG-

4实时解码功能芯片，这类机顶盒的优点是源代码公开，系统运行所需资源少；缺点是适应低带宽能力弱。

4、IPTV产业全球发展分析

4.1 IPTV在国外和香港的发展

部署IPTV业务的运营商主要集中在欧美地区、亚太部分国家和地区。电信运营商通常采用高速DSL或FTTX技术为用户提供IPTV业务。到2004年年底，全球IPTV用户数最多的两大运营商分别是意大利的FastWeb和中国香港的电讯盈科，这两家公司的IPTV用户数占据了全球近70%的市场份额。

宽带的发展大大促进了IPTV在亚太地区的部署，许多电信运营商纷纷进入了IPTV市场。其中开展较好的运营商是中国香港的电讯盈科及日本的Yahoo!BB。自2003年初

Yahoo!BB的多频道广播电视及视频点播业务在东京开通以来，Yahoo!BB的电视业务与原有的电话及宽带业务逐渐融合，使用电视业务的DSL用户数量也呈现出较快的增长趋势。中国香港电讯盈科在2003年9月推出了基于DSL的数字电视业务，到2004年11月签约用户达到了36.7万户。

推动IPTV发展的主要力量来自于技术的进步、运营商盈利需求和用户需求的增强。IPTV关键技术之一视频压缩技术的进步使得视频节目能够以较低的码流达到较高的画面质量；运营商大力发展宽带网络却没有从中得到足够的收益，赢利方式仅局限在接入费用的收取上，运营商急需寻找新的盈利手段；因此从20世纪90年代末以来，电信运营商对IPTV的兴趣越来越浓厚，越来越多的运营商开始进入这一市场。

4.2 IPTV在国内的发展

2005年5月，广电总局发给了上海文广中国第一块IPTV牌照。而由央视联台多家企业组建的中视网络迅速圈地，有望获得第二张牌照。2005年5月27日，“央视网络电视”在河北省宽带门户网站——“燕赵新天地”落地推广。此时，电广传媒、赛迪传媒、东方明珠、歌华有线、上海贝岭、广电网络等八大上市的广电运营企业都在蓄势待发。在电信方面，广东电信正在推广网络电视业务，目前用户增长迅速，安装模式也比较灵活，如“星空影院”等。已安装ADSL宽带业务的消费者只需再交纳100元初装费和800元的“视频MODEM”的“押金”，以及每月交纳50元的收视费即可，前三个月均免费试

看。虽然广电总局在节目播放上有审批权，但在实际市场操作中电信方面实际上是走到了前面。中国网通在黑龙江、辽宁也开通了IPTV的商用测试系统。

中国的彩电巨头们也一直努力把握未来的电视产业方向，以摆脱利润低薄的现状，在竞争中获得优势。彩电企业在选择发展数字电视与网络电视时表现出都不放弃的思路。对于IPTV，2005年初，长虹与中国电信签订战略合作备忘录，明确了双方在视讯、IPTV和互联星空等领域的合作意向，展开从终端到渠道的全方位合作，终端层面的合作主要涉及可视电话终端解决方案及IPTV终端解决方案等。

盛大网络寄希望于借助IPTV在更大范围内推广它的网游相关产品，并且与长虹就IPTV开展了合作。UT斯达康等也对IPTV雄心勃勃，它于2001年底开始对?端的全面供应商，产品在全球都有使用。

5、电信运营商建设IPTV系统面临的问题

5.1 组播的开展

组播的开展通常存在以下三种方式：

●由接入层设备(DSLAM或接入交换机)实现组播分发、组播数据不经过BRAS(旁路)。●由接入层设备(DSLAM或接入交换机)实现组播分发、组播数据经过BRAS。●由BRAS实现组播分发。

第1、2种方式都由接入层设备进行组播分发，可节省城域网汇聚层到接入层的带宽，但要求接入层设备(DSLAM或接入交换机)支持组播。目前传统运营商网络上的接入层设备对组播支持能力较差，有的设备不支持组播，有的设备支撑组播但需要进行软件及硬件升级。因此，采用上述两种方式规模开展IPTV业务时必须进行接入层设备的改造。第3种方式，由BRAS实现组播分发，优点是不要求接入层设备支持组播，但会大量占用BRAS和接入层设备之间的带宽。

5.2 视频分发网络的建设

点播业务采用视频分发(VDN/CDN)技术来实现，电信运营商目前大多都建立了VDN/CDN网络，但是针对PC终端的业务应用、采用适合PC终端的编码技术、开展IPTV业务、支持针对IPTV终端的编码技术，同样需要新建或改造现有的视频分发(VDN/CDN)网络。

总之，电信运营商在建设IPTV系统时，将会面临巨大的网络改造问题。

5.3 IPTV的牌照问题

2004年10月，国家广电总局颁布《互联网等信息网络传播视听节目管理办法》，其中明确规定电信企业只能开展PC端的IPTV业务，限制其经营“机顶盒+电视机”的业务。2005年5月，广电总局发给了上海文广中国第一块IPTV牌照，广电总局在IPTV牌照发放文件上的具体表述是：“上海文广新闻传媒集团下属上海电视台正式获得国家广电总局批准开办以电视机、手机设备为接收终端的视听节目传播业务。”其中，并没有把基于PC的IPTV业务作为许可的范围，那么也就限制了电信运营商的介入。

智能控制技术及其发展趋势 篇5

电力系统继电保护结课论文

题目：智能电网下的继电保护技术发展趋势 专业：电气工程及其自动化

一、智能电网概述：

所谓智能电网，即为电网的智能化，也被称为“电网2.0”。它是以集成、高速双向通信网络为基础，通过对传感和测量技术等先进技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好的目标。智能电网自愈和自适应强，安全稳定和可靠高，经济、优质高效。

智能电网一个重要的功能特性是自愈性强。就是把电网中有问题的元件从系统中隔离出来,并且在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态而几乎不中断对用户的供电服务。智能电网将安全、无缝地容许各种不同类型的发电和储能系统接入系统,简化联网的过程。

二、智能电网的发展历程及未来趋势：

在未来智能电网中,电网的自愈特征将会对继电保护的选择性、可靠性、速动性、灵敏性提出更高的要求,对常规继电保护的配置方法提出新的要求,常规保护在这几个方面根据实际情况的不同会有所侧重。特高压电网的建设、电网规模的扩大等因素,将导致短路电流增大很多,因此,应对短路电流增大造成的定值可靠性降低。同时,智能电网将给继电保护的发展带来新的契机,智能电网是以物理电网为基础,充分利用先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术、控制技术、新能源技术,把发、输、配、用各环节互联成一个高度智能化的新型网络。智能电网的技术特点将影响现有继电保护的应用，它主要特征有：数字化、网络化、广域化、输电灵活化等。

近年来,由于信息技术和电子技术的发展,继电保护专业得到了较大的发展,继电保护装置的可靠性、功能的完善性、操作的方便性及操作界面的人性化等要求已基本满足。我国继电保护在原理上能够满足我国电网运行的要求。智能电网的规划和发展改变了电能传输的某些特点,信息化和数字化的特征使智能电网与传统电力系统产生了本质的差别,作为继电保护专业,也需要适应其发展,进行相关的研究工作。它的特点如下：利用数字化提高保护性能、网络化将改变继电保护的配置形态、提高安全自动装置性能、与传统保护的配合、在线整定技术、继电保护新原理与新技术等。

智能电网的建设是电力系统的一次重要变革,是电网未来的发展方向。传统的保护系统已是各个互联电网不可缺少的保护稳定、避免灾难性事故的保护手段；如今,智能电网的建设已经开始,建设过程中新技术和新设备的应用将给继电保护专业领域带来革命性的变化。随着智能电网建设的推进,相关研究的深入,继电保护专业要适应电网需求向智能化方向发展,跟进电网建设步伐,为智能电网建设提供技术支持。

按照相关规划，2011年至2015年为全面建设阶段，形成坚强智能电网建设标准，滚动修订发展规划，坚强智能电网的建设全面铺开。智能电网的加紧建设，对电力系统的第一道防御手段一继电保护技术提出了更高的要求。1 我国的智能电网

云南省电力公司一直以来非常重视智能电网的研究，不断增强驾驭高海拔特高压交直流混合电网能力，建设信息化电网企业，抢占电力科技制高点。结合云南电网公司实际情况，努力抢占高海拔特高压交直流混合输电技术、复杂电网安全稳定运行控制技术、高温超导技术、发展智能电网和建设信息化企业关键技术制高点。积极实现传统电网向智能电网、企业信息化建设向建设信息化企业两个根本性转变。切实抓好“智能微网可行性研究”、“智能配电网建设研究”、“云南电力大厦光伏建设方案研究”等一批重点科技项目的前期研究。

2010年9月，全国首个智能电网“全覆盖、全采集、全费控”在浙江海盐武原镇竣工。至此，浙江省海盐县武原镇36000用电客户率先进入“三全”信息时代，从而成为全国首个智能电网的“三全”镇。智能电网信息“三全”工程是国家电网公司建设智能电网的重组成部份。

2010年，国家电网将在河北、北京、上海和重庆四个省市开展智能楼宇和小区试点工程建设，初步计划建成两个智能楼宇和6个智能小区。居民们将见证国内一项尖端技术在身边变成现实，在我们的生活中，这种机会并不常有——他们的身边将建起“智能用电小区”。

可见，尽管智能电网在我国的建设正处于起步阶段，2009年，建设“坚强智能电网”的概念才由国家电网公司首次提出，目前，全国各级电力公司都已经加快了建设坚强智能电网的步伐，智能电网已经由一个“概念股”转变为我们身边切切实实存在的“热点股” 2 智能电网的继电保护

继电保护是实现电力网络及相关设备监测保护的重要技术，向计算机化、网络化、智能化，以及保护、控制、测量和数据通信一体化发展是该领域的长期发展趋势。有关数据显示，截止到2006年底，全国220kV及以上系统继电保护装置的微机化率已达91．41％。继电保护装置的微机化趋势充分利用了先进的半导体处理器技术：高速的运算能力、完善的存贮能力和各种优化算法，同时采用大规模集成电路和成熟的数据采集、模数转换、数字滤波和抗干扰等技术．因而系统响应速度、可靠性方面均有显著的提升

然而，智能电网将极大地改变传统电力系统的形态，电子式互感器、数字化变电站技术、广域测量技术、交直流灵活输电及控制技术的大量应用，必然对电力系统继电保护带来影响。（1）智能电网继电保护构成

智能电网的分布式发电、交互式供电对继电保护提出了更高要求，另一方面通信和信息技术的长足发展，数字化技术及应用在各行各业的日益普及也为探索新的保护原理提供了条件。

智能电网中可利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控，然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后对数据进行分析。利用这些信息可对运行状况进行监测．实现对保护功能和保护定值的远程动态监控和修正。

另外，对保护装置而言，保护功能除了需要本保护对象的运行信息外，还需要相关联的其他设备的运行信息。一方面保证故障的准确实时识别．另一方面保证在没有或少量人工干预下，能够快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。

所以，智能电网继电保护装置保护动作时不一定只跳本保护对象，有可能在跳本保护对象时还需发连跳命令跳开其他关联节点，也有可能只发连跳命令跳开其他关联节点，不跳开本保护对象。（2）继电保护技术的升级

智能电网的规划和发展改变了电能传输的某些特点，信息化和数字化的特征使智能电网与传统电力系统产生了本质的差别，作为继电保护专业，也需要适应其发展，进行相关的研究工作。数字化 互感器传输性能的提高和互感器故障的减少使继电保护不需要再考虑电流互感器饱和、二次回路断线、二次回路接地等互感器故障问题。电气量信息传输的真实性也为继电保护装置性能的提高带来了便利条件。如何简化继电保护的辅助功能．利用数字化传感器提高继电保护的整体性能，是未来继电保护发展需要研究的核心问题 网络化

新一代的数字化变电站改变了传统继电保护信息获取和信号发送的媒介，利用网络上共享的站内其它相关电气元件的信息提高主保护的性能，利用共享的控制信号网络简化继电保护配置．是智能电网中继电保护研究的前沿性问题。 自动整定技术

传统的自适应保护仅能根据被保护线路的运行情况对定值进行调整，不能利用全网信息准确、实时地判断运行方式来调整定值。智能电网的继电保护应实现全网的联网自动整定和自动配置，从分散独立的保护变为系统分布协同的保护.（3）员工技术提升

电力系统继电保护是电网安全稳定运行的第一道防线，安全责任重大，对人员的业务能力要求高。而广泛开展技能竞赛活动，能够给生产一线员工提供充分展示才华的机会和舞台，更能在广大员工中产生强烈的争先意识和激励作用，形成比、学、赶、帮、超的良好氛围，促进提高员工的业务素质和能力。

广大基层电力企业应当适应电网快速发展要求，加快推进“两个转变”，积极实施人才强企战略，培养高素质人才，对进一步提高继电保护专业人员的技术水平和岗位技能。

三、结束语：

我国自2009年5月提出智能电网的发展计划以来．先后在全国开展了21个试点项目，提出了智能电网关键技术框架．并开始进行多项技术攻关。许多在智能电网建设实践和重大专题研究方面已取得重要进展。继电保护装置是电网中的“卫士”，起着将电网故障与系统隔离、防止事故扩大的作用。

智能控制技术及其发展趋势 篇6

1 我国化工自动化控制现状

我国目前对于化工自动化控制系统的研究已经到了实际应用阶段, 尤其是对DCS集散系统的研究, 国内已经研究出大量的产品, 但他们大多是适用于中小企业的中、小规模的系统。而大型的化工企业使用的自动化控制系统大都以引进为主。但在改造、扩建、新建企业过程中大多是采用的DCS系统。目前我国化工企业存在行业之间发展不平衡、企业之间技术发展不平衡的问题。因为经济因素和技术水平的影响, 大中型化工企业的自动化发展十分迅速, 而中小型企业的发展速度相对缓慢。行业与行业之间也存在同样的问题, 农药、氯碱等行业的自动化水平相对较低, 石油化工、橡胶、化肥等行业的自动化水平相对较高。近年来, 很多企业开始认识到采用DCS进行企业管理为生产水平的提高有很大的促进作用。

2 DCS控制进技术

DCS系统中包含控制站、操作站和工程师站几个本部分。控制站是以一台完整的计算机系统, 它可以在操作站不参与的情况下对生产设备进行控制策略, 保证生产装置能够正常运行。控制站主要以现场的输入输出为I/O设备, 其中包括A/D、D/A转换和信号的调理等, 在信号的变换过程中为了防止来自现场的信号干扰, 采用了隔离技术。输入输出信号物理位置的确认、现场端子的连接都是重要的需要加以注意的问题。控制站的安全可靠是整个DCS系统的基础, 他应该最大限度的避免控制失灵、死机、电磁干扰等情况的发生。

系统通用功能、系统维护、系统组态是工程师站的主要功能, 早期的DCS系统的操作站与工程师站合二为一。操作站具有工程师功能、操作员工能、高级语言功能、通信功能等功能。DCS操作系统具有丰富的人机界面和外围设备, 他必须能够完成数据处理和存储两方面的功能。要能够通过端子的连接确定物理位置, 从而达到对操作人员的操作的控制目的, 这些数据既具有独立性又具有共享性。

控制站、操作站、工程师站都必须紧密的联系在一起相互协调工作, 才能达到化工自动化控制的目的。而这种连接是通过数据通信网络来完成的, 每一个站都为这个网络中的一个独立的节点。每个DCS系统的可充性、安全性、可靠性、实时性都与DCS通信网络息息相关。DCS系统的规模大小主要是与DCS系统的通信能力有关, 越是复杂稳定的通信系统可靠性就越强, 因此在加强DCS系统的建设过程中应该增加DCS通信系统功能的扩展性。

3 化工自动化控制技术的发展趋势

随着信息技术的快速发展, 互联网的应用技术越来越普及, 微电子技术的迅速发展, 使得现代工业逐渐向智能化方向发展。多计算机联网作业早已取代了单机作业。不管是在仪表测试还是仪表控制方面微电子技术都得到了广泛的应用。在现代化工行业的发展领域应用微电子技术进行工业工程线路的检测、工业仪表仪器的检测、工程作业监控、企业信息资源的管理、智能化控制已经成为普遍现象。在加上网络技术、系统软件技术的应用, 通过对工业工程线路的检测、工业仪表仪器的检测、工程作业监控、企业信息资源的管理、智能化控制的有机整合, 将他们放在一个数字化的平台当中, 实现实时监控和实时查询功能。

现在化工自动化技术已经发展的相当成熟, 但一些自动化系统只适用于一些中小型的企业, 因此还有一些方面是有很大发展空间的。在未来的发展当中, 应该加强自动化控制系统当中通信网络的通信可靠性, 增大通信网络的规模, 使得通信系统的规模增大, 可以适用于大中型企业。提高自动化控制系统的远程功能, 利用微电子技术, 将现场采集的信息通过通信网络远程给控制、操作终端、工程师终端。这样工程师可以随时对采集到的数据进行监控, 发出操作指令后, 操作人员可以根据相应指令对相应区域进行操作, 实现远程化的化工自动化控制。

4 总结语

电子信息技术的快速发展, 使得化工自动化控制成为必然趋势, 我国目前的自动化控制系统在规模和可靠性上还有很大的发展空间, 尤其是对于自动化控制系统中的通信网络稳定性的研究, 未来化工自动化控制机不仅要想自动化方向发展还应该提高通信系统的稳定性, 往远程控制的方向发展。使得化工生产企业在自动化控制生产过程当中工作效率达到更高的水平。

摘要：随着社会市场经济的迅速发展, 信息化技术不断地更新进步, 自动化技术也被广泛的应用于工业生产当中。化工设备的信息化、自动化发展亦成了化工控制技术发展的必然趋势。我国经济建设发展的技术是自动化技术的快速发展。我国在化工自动化控制技术的发展上投入了很大精力, 并给予厚望, 本文将对我国化工自动化技术现状作出分析, 并对未来化工自动化控制技术的发展技术做出分析探讨。

关键词：化工自动化,控制技术,发展趋势

参考文献

[1]王维德.化工自动化的发展趋势一先进控制技术的应用.化工装备技术, 2010 (4)

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[3]梁瑜.DCS系统应用小结[J].河南化工, 2009 (6)

[4]王朋.提高DCS的应用水平[J].石油化工自动化, 2012 (3)

智能控制技术及其发展趋势 篇7

关键词：电气自动化；工程控制系统；发展趋势

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 16-0000-01

随着科学技术的发展，电气自动化工程也在不断的升级，电气自动化工程控制系统对企业的发展具有十分重要的作用。在企业中使用电气自动化技术能够最大限度上解放企业的人工劳动力，提高企业的生产效率。电气自动化工程控制系统可以提高企业控制信息的传递速度，及时、准确的对电气自动化工程进行控制，减少安全事故的发生机率，维持企业的正常生产经营活动。

一、电气自动化工程控制系统的现状

随着科学技术水平的不断提高，电气自动化工程控制系统也取得了一定的进步，发展出不同形式的电气自动化工程控制系统，电气自动化技术有了很大的提高。

（一）电气自动化工程控制系统的标准语言

目前，电气自动化工程控制系统的标准语言规范是Windows NT以及IE。电气自动化工程在不断的发展，其发展领域的主要方向是向着人机合一的界面发展[1]。利用电脑控制系统对电气自动化工程进行控制，具有灵活性的特点，同时比较容易达成集成，在企业中的应用越来越广泛，更容易被使用者接受。标准控制语言的使用也很容易对其进行护理。

（二）分布式电气自动化工程控制系统

企业对于分布式的电气自动化工程控制系统应用比较广泛，在实际利用的过程中，也发现了一些问题。分散式的电气自动化工程控制系统采用的是模拟数字的混合体系，仪表装置的使用比较落后，缺乏较高的可靠性，维修难度大。生产商家也没有统一的协议，维修使用缺乏互换性，使用成本较高。

（三）信息集成化电气自动化工程控制系统

电气自动化工程控制系统之中需要信息技术，信息技术的使用主要体现在两个方面，首先是管理层面的深层次延伸，其次是在自动化的设施和机器之中进行横向的发展[2]。企业的管理层可以对财务信息、人力资源信息进行查阅和管理，及时准确的对企业的生产经营状况进行掌握，从而完成对企业的管理。随着科技的发展，微型的电子处理设备应用技术越来越广泛，与之相对应的设备、机器等都需要进行合理的使用。

（四）集中监控式电气自动化工程控制系统

对电气自动化工程进行集中控制是要将系统中的全部功能集中在一个处理器之中，这种情况使得控制系统的处理速度无法满足需求，降低了整个系统的运行速度。集中监控式的电气自动化工程控制系统把电子自动化机器和设备都放在监控之中，大量的监控对象使得主机中的空间不断变小。集中监控会使电缆的数量增加，提高了投资成本，并且也降低了控制系统的可靠性。

二、电气自动化工程控制系统中存在的问题及优化措施

电气自动化工程控制系统的应用已经十分广泛，但是在系统之中还存在一些问题，阻碍了控制系统的发展[3]。首先，电气自动化工程控制系统的不同类型之中，都具有各自的优势，但同时也存在明显的缺点，比如集中式控制系统的处理功能很强大，但同时它的稳定性以及效率也存在问题；其次，控制系统还没有形成统一标准化的接口，缺乏规范化的标准，增加工程成本，资源共享率低；第三，电气自动化工程控制系统的专业化程度不高，相关的技术人员在设计、安装、维修等方面都缺乏相应的技术，并且在控制系统方面缺乏自主创新能力。

针对电气自动化工程控制系统之中存在的这些问题，可以采取相应的措施对其进行解决。首先，加强电气自动化工程控制系统的一体化进程，在现有控制系统的基础上对控制技术进行有效的提高，增加系统的可靠性；其次，采用国际化标准的电气自动化工程控制系统接口，利于企业之间进行数据的转换，提高企业信息资源的利用效率；第三，提高电气自动化工程控制系统的专业化水平，引进专业的技术人才，对现有人员进行专业的培训，采用先进的技术，对控制系统进行自主研发[4]。

三、电气自动化工程控制系统的发展趋势

电气自动化工程控制系统的发展前景十分广阔，我国在电气自动化工程的发展方面也制定了长期的发展战略。在今后的电气自动化工程控制系统的发展过程中，要对电气自动化工程控制系统的技术进行不断的创新，加大对电气自动化工程控制系统的创新研发投入，研发出具有自主知识产权的电气自动化工程控制系统。电气自动化工程控制系统未来的发展趋势是进行统一化的管理，将产品设计、测试、运行、调试、维修等环节进行全面系统的管理，满足客户不同的需求。将电气自动化工程控制系统成功引入到市场机制当中，根据市场的需求对电气自动化工程控制系统进行全面的开发与应用，形成高效的产业化链条，在市场竞争中促进电气自动化工程控制系统的发展[5]。

四、结束语

随着我国与国际间贸易往来的加强，企业竞争力的提升成为管理者共同关注的问题。电气自动化工程控制系统对企业的发展以及国民经济的腾飞具有重要作用，必须加大对电气自动化工程控制系统的研究。在充分了解电气自动化工程控制系统现状的基础上，正确看待其中存在的问题，采取积极的措施对其进行改进，并对电气自动化工程控制系统未来发展趋势进行了展望，希望能够促进电气自动化工程控制系统的健康发展。

参考文献：

[1]钟红举.电气自动化工程控制系统的现状及发展态势探究[J].电子制作，2013（03）：195.

[2]郝杰.如何加强电气自动化工程控制系统建设[J].旅游纵览（下半月），2013（15）：274-275.

[3]王宇杰.刍议电气自动化工程控制系统现状及发展方向[J].科技创新导报，2013（21）：46-47.

[4]李瑞东.电气自动化控制系统的设计及其发展趋势[J].技术与市场，2013（07）：119.

[5]林之娜.电气自动化工程控制系统存在的问题及优化对策[J].河南科技，2014（18）：83.

智能控制技术及其发展趋势 篇8

摘 要:通用变频器能量回馈PWM控制系统是一种采用有源逆变方式把电动机减速制动时产生的再生能量回馈电网的装置。它可以克服通用变频器传统制动电阻方式低效、难以满足快速制动和频繁正反转的不足，使通用变频器可在四象限运行。本文首先回顾了变频调速能量回馈控制技术的发展历史及现状。设计了一种基于智能功率模块IPM的新型控制系统，并详细介绍了主电路、控制电路、驱动和保护电路的设计思路。最后指出了能量回馈技术的发展趋势。关键词:变频调速技术 能量回馈 再生制动 PWM控制 智能功率模块 检测技术 1 引言 变频调速技术涉及电子、电工、信息与控制等多个学科领域。采用变频调速技术是节能降耗、改善控制性能、提高产品产量和质量的重要途径，已在应用中取得了良好的应用效果和显著的经济效益[1]。但是，在对调速节能的一片赞誉中，人们往往忽视了进一步挖掘变频调速系统节能潜力和提高效率的问题。事实上，从变频器内部研究和设计的方面看，应用或寻求哪一种控制策略可以使变频驱动电机的损耗最小而效率最高？怎样才能使生产机械储存的能量及时高效地回馈到电网？这正是提高效率的两个重要途径。第一个环节是通过变频调速技术及其优化控制技术实现“按需供能”，即在满足生产机械速度、转矩和动态响应要求的前提下，尽量减少变频装置的输入能量;第二个环节是将由生产机械中储存的动能或势能转换而来的电能及时地、高效地“回收”到电网，即通过有源逆变装置将再生能量回馈到交流电网，一方面是节能降耗，另一方面是实现电动机的精密制动，提高电动机的动态性能。本文讨论的就是变频调速系统节能控制的第二个环节－变频调速能量回馈控制技术。在能源资源日趋紧张的今天，这项研究无疑具有十分重要的现实意义。2 通用变频器在应用中存在的问题 通用变频器大都为电压型交-直-交变频器，基本结构如图1所示。三相交流电首先通过二极管可控整流桥得到脉动直流电，再经电解电容滤波稳压，最后经无源逆变输出电压、频率可调的交流电给电动机供电。这类变频器功率因数高、效率高、精度高、调速范围宽，所以在工业中获得广泛应用。但是通用变频器不能直接用于需要快速起、制动和频繁正、反转的调速系统，如高速电梯、矿用提升机、轧钢机、大型龙门刨床、卷绕机构张力系统及机床主轴驱动系统等。因为这种系统要求电机四象限运行，当电机减速、制动或者带位能性负载重物下放时，电机处于再生发电状态。由于二极管可控整流器能量传输不可逆，产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上，产生泵升电压。而以GTR、IGBT为代表的全控型器件耐压较低，过高的泵升电压有可能损坏开关器件、电解电容，甚至会破坏电机的绝缘，从而威胁系统安全工作，这就限制了通用变频器的应用范围[2]。3 国内外能量回馈技术研究现状 为了解决电动机处于再生发电状态产生的再生能量，德国西门子公司已经推出了电机四象限运行的电压型交-直-交变频器，日本富士公司也成功研制了电源再生装置，如RHR系列、FRENIC系列电源再生单元，它把有源逆变单元从变频器中分离出来，直接作为变频器的一个外围装置，可并联到变频器的直流侧，将再生能量回馈到电网中[3]。同时，已见到国外有四象限电压型交－直－交变频器及电网侧脉冲整流器等的研制报道[4-9]。普遍存在的问题是这些装置价格昂贵，再加上一些产品对电网的要求很高，不适合我国的国情。国内在中小容量系统中大都采用能耗制动方式[10-13]，即通过内置或外加制动电阻的方法将电能消耗在大功率电阻器中，实现电机的四象限运行，该方法虽然简单，但有如下严重缺点[14-18]: [!--empirenews.page--](1)浪费能量，降低了系统的效率。(2)电阻发热严重，影响系统的其他部分正常工作。(3)简单的能耗制动有时不能及时抑制快速制动产生的泵升电压，限制了制动性能的提高(制动力矩大，调速范围宽，动态性能好)。上述缺点决定了能耗制动方式只能用于几十kW以下的中小容量系统。国内关于能量回馈控制的研究正在进行，但基本上都处于实验阶段，目前已经见到有关的文献报道[14-18]，但尚未见这方面产品的报道。4 能量回馈系统的拓扑结构 按照所选用的功率开关器件的不同，能量回馈系统的拓扑结构可分为半控器件型结构和全控器件型结构两大类。4.1 半控器件型(晶闸管型)结构 由于晶闸管的耐压、耐流、耐浪涌冲击能力是全控型功率器件所无法比拟的，加之驱动、保护电路简单，价格低廉等原因，采用晶闸管构成有源逆变电路在七、八十年代获得人们普遍的研究，即使在现阶段也仍有一定的实际意义。下面将要介绍几种基于晶闸管的有源逆变电路的结构、基本原理以及优、缺点的对比。(1)可控整流-可控有源逆变型 该方式是人们早期研究的一种方案。基本思路是在可控整流桥的基础上再反并联一套有源逆变装置，当电动机处于电动状态时，整流桥T’1~T’6工作;而当电动机处于发电状态时，随着直流回路电压的升高，三相可控整流器被封锁，三相可控有源逆变器T1~T6工作，将能量回馈到电网中，同时该方式有效的阻断了环流的发生。其主回路结构如图2所示。众所周知，在晶闸管逆变电路中，为保证逆变器换流的可靠性，对逆变角β有一定的限制，即βmin=300，同时为满足有源逆变的条件，避免直流环流，还应使变频器的最高直流侧电压Udmax小于逆变电压Uβmin，即:(1)式中:E为电源相电压有效值，△Um为允许的最高泵升电压。由(1)式可知，αmin应大于βmin。于是带来了两个问题: 1)较大的αmin将引起波形畸变干扰电网，并降低了电网的功率因数。2)直流回路电压降低将使常规380V交流电机得不到充分利用。为此人们又提出了一种可行的解决办法，就是将有源逆变器通过升压变压器与电网相连，整流电路改为不可控。显然，波形和功率因数都可得到改善，升压变压器可以切断上下桥臂产生的直流环流，同时为了限制交流环流以及满足有源逆变条件在电路中设置了电抗器，但它又有如下缺点: 1)增加的变压器和环流电抗器使装置的成本提高、体积增大。2)因只要Uα虽然可以采用电压、电流滞环控制方法来克服这一缺陷，但所有的控制均基于对逆变角β的控制，这就大大增加了β角的控制难度。特别是在发生误触发时，没有有效的方法防止有源逆变器颠覆而产生的短路电流。(2)可控整流/有源逆变复用型 Keiju.Matsui 等人提出了以下几种拓扑结构[18-19]，其基本思路是利用一套可控整流桥既完成整流，又实现有源逆变，这样就可以减小装置的体积，降低成本。[!--empirenews.page--]1)多脉宽调制(MPWM)方式 主电路结构如图3所示。采用一个电抗器和一个大功率晶体管作为能量暂存环节。α900(β这种方案的优点是巧妙地利用一个整流桥同时实现整流和有源逆变两种功能，结构简单，体积较小。缺点是它的输出波形包含大量的低次奇次谐波，噪声大，同时能量回馈过程间断进行，回馈效率低，能量损耗较大，功率因数低。为减少MPWM输出波形包含的低次奇次谐波，进一步改善电路的结构，Keiju.Matsui等人提出了SPWM方式[20,21]。2)正弦波脉宽调制(SPWM)方式 该方式控制电路仅采用一只晶体管来实现能量的回馈控制，使电路的结构更加简单，且有效的抑制了低次谐波，但它需要晶闸管S1~S6的协调配合，同时该方案的开关损耗较大，能量回馈过程是间断进行的。为了获得连续的电流波形，Keiju.Matsui等人又提出了一种新的方案，即MCC方式。3)可调的库克(MCC)方式 该方案是在MPWM方式的基础上增加一只大型电容器，通过控制电容器的充放电来保证能量回馈过程的连续，工作原理同MPWM一样，先将再生能量储存在电感中，待条件满足后再将能量回馈到电网中。该方案的优点是可以连续的回馈再生能量，保证了电流的连续性，从而使回馈的功率较高，开关损耗较小，但由于引人了大型电容器，使装置体积增大，成本提高，同时该电路输出电流波形包含较大的低次奇次谐波成分，易造成负载转矩脉动、噪声较大。(3)滞环控制斩波-逆变回馈方式 上述几种方案虽然都能实现能量回馈控制，但其缺点是显而易见的，同时由于晶闸管存在强迫换流关断的问题，导致对直流侧电压有限制，若直流侧电压过高，则有可能由于晶闸管换流关断失败而导致逆变颠覆，这就限制了它们的应用。因此Dennis等人提出了一种基于晶闸管的新型回馈装置[22]。其主电路结构如图4所示。主回路主要包括三部分:同步整流器SR、母线换相器BC、电流调节器CR。其基本思想是当直流母线电压达到一定值时启动该装置，通过控制回馈电流的大小，将再生能量有效的回馈到电网中。为了避免整流与有源逆变在一点来回切换，回馈电流采用滞环控制方式。该电路的工作原理如下:当直流母线电压达到一定值(如740V)时开通Q1，将能量回馈到电网，同步整流器SR以a=1800的固定相位角工作。随着回馈电流的增加，当电流传感器检测到电流超过设定值时关断Q1，此时回馈电流开始下降，当电流降到下限设定值时再开通Q1，如此循环往复。母线换相器BC的作用有二:一是为晶闸管的换相提供零电压钳位，以保证它们可靠地关断;二是在紧急状态时为能耗制动提供回路。其中大功率晶体管Q2在每次晶闸管换相时都触发导通一次，即每600相位角导通一次，为晶闸管提供零电压钳位，这样就可以确保晶闸管可靠地换相，并可以省去强迫换流电路[22]。[!--empirenews.page--]该方案采用电流滞环控制回馈电流，为一大类负载提供了一种切实可行的拓扑方案，具有一定的通用性。其特点如下: 1)可广泛应用于PWM交流传动的能量回馈制动场合，克服了晶闸管强迫换相对直流侧电压限制的缺点。

2)这种结构不产生任何异常的高次谐波电流成分，同时它控制方便，不需要辅助关断电路，是一种经济可行的方式。3)通过在回路中增加电阻R1和开关Q2，提供了能耗制动的可选方式，可以实现紧急制动。基于晶闸管的再生能量回馈系统的优点是:结构和控制简单，成本较低，耐压和耐浪涌电流的能力较强，在大容量的逆变装置中具有一定的优势。但是其缺点是显而易见的:它输入功率因数低;输入侧有高次谐波存在，谐波损耗大;需要复杂的辅助关断电路，从而使装置成本增加，体积增大，可靠性降低，动态响应慢。故一般用于较大容量和对系统动态性能和快速性要求不太高的场合。4.2 全控器件型结构 全控型器件如GTR、MOSFET、IGBT或IPM具有开关频率高、集成度高和动态响应快等优点。采用上述的全控型器件作为有源逆变的功率开关器件可以提高系统的效率，抑制谐波和机械噪声，这使得基于全控型器件的能量回馈控制系统已经成为研究的重点。目前国内外流行的控制方式仅对电流回路进行滞环控制[14-18]，虽然控制方式和控制电路比较简单，但系统的主要控制对象-回馈电流的控制精度难以保证，从而造成系统的动态性能和抗干扰性能较差，功能不够完善。作者设计了一种全新的控制方案[25-28]，该方案采用PWM控制方式有效地克服了传统控制方式的缺陷，提高了系统的控制精度和动态性能。如图5所示。回馈电流大小的控制是整个系统的核心环节。本系统创新之处是摈弃了传统的滞环控制方式，采用了PID技术和PWM控制技术，利用电压型PWM控制芯片SG3525A作为主控芯片进行闭环控制，综合了滞环控制方式和PWM控制方式的优点，克服了采用滞环控制时回馈电流波形差、其高频分量大、控制不精确的缺限，提高了系统的控制精度、动态性能和抗干扰性能。控制系统包括同步信号获取电路、电压检测与控制电路、电流检测与控制电路、以及故障检测、显示与保护电路。其中，同步信号电路是有源逆变的基础和关键，回馈电流的检测与控制则是系统的控制核心和难点。同步信号获取电路采用同步变压器降压全波整流法获取。实验表明，该方法线路简单，精度高，可以很好地满足控制系统的要求。电压检测和控制电路采用高速高线性度光电耦合器TLP559将直流母线电压线性地变为弱电压信号，该信号经变换后为回馈电流提供控制信号，以决定是否开启逆变装置进行能量回馈。电流检测及控制电路使回馈系统成为闭环控制系统。能量回馈过程中，首先要保证回馈电流的大小要满足回馈功率的要求。同时回馈电流的控制精度和纹波大小直接影响到系统的控制性能，因此对电流的实时检测与控制是一个非常关键的环节。本系统采用霍尔电流传感器对回馈电流进行检测，霍尔电流传感器的特点是体积小、响应速度快、准确度和线性度高，完全可以胜任电路的要求;采用PID调节器和SG3525A型PWM控制芯片进行脉宽调制，综合了滞环控制方式和PWM控制方式的优点，使系统能快速、准确地控制回馈能量。实验结果表明电流控制完全符合设计要求。[!--empirenews.page--]系统提供交/直流过压、欠压、过流、缺相、交直流快熔保护和IPM故障等齐全保护措施，以保证系统和电路的正常工作，减小故障情况下的损失。采用新型功率器件-智能功率模块IPM是本系统的又一特色。IPM内部集成了高速、低耗的IGBT芯片和优化的门极驱动及过流、短路、欠压和过热保护电路，它提高了系统的性能和可靠性，降低了系统成本，缩短了产品开发周期，是值得推广的产品开发途径。5 能量回馈技术的新发展--双PWM控制技术[23] 交-直-交电压型变频器的主电路输入侧一般是经三相不控桥式整流器向中间直流环节的滤波电容充电，然后通过PWM控制下的逆变器输入到交流电动机上。虽然这样的电路成本低、结构简单、可靠性高，但是由于采用三相桥式不控整流器使得功率因数低、网测谐波污染以及无法实现能量的再生利用等。消除对电网的谐波污染并提高功率因数，实现电机的四象限运行以构成变频技术不可回避的问题。为此，PWM整流技术的研究，新型单位功率因数变流器的开发，在国内外引起广泛的关注。传统的制动方法是在中间直流环节电容两端并联电阻消耗能量，这既浪费了能量，又不可靠，而且制动慢;或者设置一套三相有源逆变系统，但增加了变压器，加大了回馈装置的体积，增加了成本而且逆变电流波形畸变严重，电网污染重，功率因数低。而整流电路中采用自关断器件进行PWM控制，可是电网侧的输入电流接近正弦波并且功率因数达到1，可以彻底解决对电网的污染问题。由PWM整流器和PWM逆变器无需增加任何附加电路，就可实现系统的功率因数约等于1，消除网侧谐波污染，能量双向流动，方便电机四象限运行，同时对于各种调速场合，使电机很快达到速度要求，动态响应时间短。图3位变频器双PWM控制结构，其中ia*、ib*、ic*是与电网电压ea、eb、ec具有同频同相位的电流信号，经PWM电流控制器与实际电流ia、、ib、ic比较生成6路PWM开关信号控制整流器中开关元件导通和关断，是实际电流跟随ia*、ib*、ic*、网侧功率因数约等于1。双PWM控制技术的工作原理:①当电机处于拖动状态时，能量由交流电网经整流器中间滤波电容充电，逆变器在PWM控制下降能量传送到电机;②当电机处于减速运行状态时，由于负载惯性作用进入发电状态，其再生能量经逆变器中开关元件和续流二极管向中间滤波电容充电，使中间直流电压升高，此时整流器中开关元件在PWM控制下降能量馈如到交流电网，完成能量的双向流动。同时由于PWM整流器闭环控制作用，使电网电流与电压同频同相位，提高了系统的功率因数，消除了网侧谐波污染。双PWM控制技术打破了过去变频器的统一结构，采用PWM整流器和PWM逆变器提高了系统功率因数，并且实现了电机的四象限运行，这给变频器技术增添了新的生机，形成了高质量能量回馈技术的最新发展动态。