《第四章 安全控制工程.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章 安全控制工程.doc（9页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第四章 安全控制工程第一讲 控制论理论基础教学目的 通过本讲的学习，使同学们了解控制论的定义、发展过程与研究对象，掌握调节方式、控制方式，系统的状态空间模型。理解控制论的研究方法、主要研究内容以及控制论的重要作用。 教学重点1 调节及其方式2 控制及其方式3 系统的状态空间模型教学难点1调节方式2控制方式第一节 控制论理论基础一、 控制论的基本概念（一） 控制论的定义与发展过程控制论是研究系统的调节与控制的一般规律性的科学。1948年，美国数学家、生物学家诺伯特维纳专著控制论，或关于动物和机器中控制和通讯的科学控制论的发展大致经历了三个阶段。（1） 经典控制论：4050年代（2） 现代控制理论
2、：5070年代（3） 大系统理论：70年代以来（二） 控制论的研究对象控制论是以各种系统作为其研究对象的。系统具有如下特征：（1） 关联性（2） 目的性（3） 整体性（4） 相对性系统的划分是相对的。（5） 环境适应性任何一个系统都是在一定的外部环境下存在和发展的，系统与外部环境之间有着信息、能量和物质的交换，系统要对这些信息、能量和物质进行转换和加工，见图4-1。“输入”：外部环境对系统的影响和作用“输出”：系统对外部环境的影响和作用（三） 调节与控制的概念1 调节及其方式调节：对耦合运行的系统从数量上或程度上进行调整，使之适合既定目标的要求。调节的主要方式有：（1） 平衡偏差的调节方式。根
3、据系统的实际输出值与所需的标准水平的偏差进行调节。（2） 补偿干扰的调节方式。在调节系统受到干扰影响时，通过原设计补偿系统的补偿作用，减轻或消除有损于系统耦合运行的干扰。（3） 排除干扰的调节方式采用一定的装置来排除外界对调节系统的影响。（4） 复合调节方式上述二种或三种方式的组合。吸取各调节方式的优点。2、控制及其方式1） 控制的概念指在各种耦合运行的系统中，通过采取一定的手段，保持系统状态平衡或不超出标准范围，实现系统行为的预期目的。控制系统由被控系统和控制器两大部分组成。控制的目标有两种：恒值调节：在发生振动时使系统状态恢复到给定值，如恒温调节；随动控制：使系统状态跟随某个变化着的目标，
4、如导弹控制。2） 控制的基本方式（1） 开环控制系统的输入不受系统输出的影响，而是按预先确定的规律进行控制，如图4-2。（2） 闭环控制系统的输入受系统输出的影响，通过对输出取样消除被控制量与给定目标间的偏差。（3） 程序控制在已知系统的状态变量和控制变量的前提下，预先确定出控制变量的时间序列，保证系统状态的时间序列沿既定步骤运行。实施过程分为三个阶段：确定控制目标编制控制程序实施预定程序（4） 跟踪控制如雷达跟踪飞机（5） 最优控制使系统状态满足控制目标，使某些性能指标取得最优。（6） 自适应控制自动适应环境干扰和系统结构变化，主动调整其自身结构和行为参数。（四） 控制论的研究方法1、 信息
5、方法从信息及其变换过程方面来研究控制系统的功能，探寻控制的最佳途径。2、 “黑箱”辨识方法通过外部观测、主动试验，分析“黑箱”的输入和输出关系及其动态转换过程，据此掌握“黑箱”的运动特征和功能结构。3、 功能模拟方法对系统原型的功能进行描述的模拟，展现出与系统原型行为相似的行为，揭示系统原型内在特点和属性。（五） 主要研究内容（1） 控制系统的模型（2） 控制系统的性质（3） 控制系统的设计（4） 系统控制规律的求解（5） 系统状态估计（6） 系统辨识（六） 控制论的重要作用（1） 控制论对自然科学和社会科学研究具有普遍方法论的意义（2） 控制论在促进人类社会进步和经济发展方面有重要作用（3）
6、 运用控制论的原理和方法，有助于提高制定政策的科学性、准确性和有效性（4） 提高企业生产管理和经营水平二、 系统的状态空间模型1、 状态的概念状态是系统在特定时刻的运行状况的总称。在任意时刻，系统的状态用状态变量xi, i=1, 2, , n来刻划状态变量可以写成n维列向量，x=(x1,x2,xn)T，称状态向量系统在某一初始时刻t0的状态与从t0时刻后系统所受作用一起决定系统在未来某一时刻t1的状态。2 系统的状态方程式中，输入向量 系统的状态向量3 系统的输出方程4 系统的状态空间表达式小结主要讲述了控制论的基础知识，包括控制论的定义，常用的概念、控制方式、控制内容、状态空间模型等。思考题
7、1 举出生活中一些运用控制技术的例子。2 调节与控制的联系和区别。作业题1 控制论的研究方法主要有哪些？2 系统的状态空间模型是什么？第二讲 安全控制工程理论教学目的 通过本讲的学习，使同学们了解安全控制工程的定义、安全控制系统的分类，掌握安全系统的控制特性、安全系统的控制原则。理解促进安全管理现代化、安全控制的基本策略。了解降低事故发生概率的措施、降低事故严重度的措施、加强安全管理的措施。教学重点1. 安全系统的控制特性2. 安全系统的控制原则3. 安全控制的基本策略教学难点1安全系统的控制原则第二节 安全控制工程理论一、 基本概念（一） 安全控制工程的定义安全控制工程是应用控制论的一般原理
8、和方法研究安全控制系统的调节与控制规律的一门学科。安全控制系统由各种相互制约和影响的安全要素所组成的，具有一定安全特征和功能的安全整体。安全要素包括：1 安全物质：工具设备、能源、危险物质、人员、资金等。2 安全信息：政策、法规、指令、情报等。安全控制系统的特点：1 具有一般技术系统的全部特征2 是其他生产、社会、经济系统的保障系统3 包括人这一最活跃的因素4 受到的随机干扰非常显著，研究更复杂。（二） 安全控制系统的分类1 宏观安全控制系统指各级行政主管部门，以国家法律、法规为依据，应用安全监察、检查、经济调控等手段，实现整个社会、部门或企业的安全生产目标的全部活动。如图4-8、4-9。被控
9、系统：各种生产、经营系统控制器：各级安全监察管理部门2 微观安全控制系统被控系统：具体的生产和经营活动反馈手段：安全状态检测控制器：安全技术和安全管理二、 安全系统的控制方式（一） 安全系统的控制特性1 安全系统状态的触发性和不可逆性系统的状态常表现为由无事故时0至事故时1的突然跃变。系统从0变到1后，状态是不可逆的2 系统的随机性事故的发生具有极大的偶然性。3 系统的自组织性自组织性：在系统状态发生异常情况时，无须外部指令，管理机构和各子系统自行采取措施，以控制危险的能力。（二） 安全系统的控制原则1 首先前馈控制方式。前馈控制：对系统的输入进行检测，以消除有害输入或针对不同情况采取相应的控
10、制措施，以保证系统的安全。前馈控制的工作模式如图4-12所示。如对工作人员的选拔、培训、添置新的安全装备等。2 合理使用各种反馈控制方式有以下几种不同形式：（1） 局部状态反馈对各种状态信息实时检测（2） 事故后反馈（3） 负反馈控制合理、适度使用对缺点错误批评、惩罚（4） 正反馈控制对安全上表现好的职工或部门进行表扬、奖励3 建立多级递阶控制体系提高下属层次的自组织能力，使之具有较高的控制能力。4 力争实现闭环控制第三节 安全控制的实现一 促进安全管理现代化（一） 建立符合安全控制工程原则的管理体系1 安全管理机构的设置应采用多层次的递阶控制结构2 实行全过程安全控制将安全控制贯穿于系统生命
11、周期的各个阶段（二） 建立完善的安全信息系统建立安全信息网络建立危险源结构信息库和危险源动态信息库重视人为失误和管理失误方面信息积累。二、安全控制的基本策略几点结论：（1） 系统的不安全状态是系统内在结构、系统输入、环境干扰等因素综合作用结果；（2） 系统的可控性是系统的固有特性（3） 在系统安全可控的前提下，采取适当的控制措施，可系统控制在安全状态（4） 安全控制系统中人是最重要的因素基本策略：（一） 建立本质安全型系统指系统的内在结构上具有不易发生事故，且能承受人为操作失误，部件失效的影响，在事故发生后具有自我保护能力的系统。（二） 消除人的不安全因素（1） 对特殊岗位工作人员进行职业适应性测评（2） 加强安全教育与训练。（3） 充分发挥安全信息的作用。第四节 系统危险控制的基本措施一、 降低事故发生概率的措施二、 降低事故严重度的措施三、 加强安全管理的措施小结 讲述了安全控制工程的基本概念、控制方式，安全控制的实现，人机系统危险控制的基本措施。其中安全系统的控制方式是本单元的重点。作业题1 安全系统的控制特性是什么？2 安全系统的控制原则是什么？3 如何建立符合安全控制工程原则的管理体系？