自动化概论总复习Word文档下载推荐.docx
《自动化概论总复习Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动化概论总复习Word文档下载推荐.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
2.科学的任务：
揭示事物发展的客观规律，探求真理，作为人们改造世界的指南。
3.在科学属性上，本学科属于技术科学。
4.科学家（Scientist）：
专门从事科学研究的专家称为科学家。
5.技术（Technology）：
技术是指人类根据生产实践经验和自然科学原理改变或控制其环境的手段和活动，是人类活动的一个专门领域。
6.技术的任务：
利用和改造自然，以其生产的产品为人类服务。
7.在技术属性上，本学科属于工程技术。
8.技术家（Technologist）：
专门从事技术工作的专家称为技术家。
9.工程（Engineering）：
工程是指应用科学知识使自然资源最好地为人类服务的专门技术。
10.工程师（Engineer）：
专门从事工程活动的专家称为工程师。
11.工程师（包括其他技术家）和科学家的职责不同：
科学家的任务是如何认识，因而他可以选择自己感兴趣的研究课题；
工程师的任务是如何实现，所以他必须解决面临的实际问题。
12.系统（System）：
系统是指由相互关联、相互制约、相互影响的一些部分组成的具有某种功能的有机整体。
13.信息（Information）：
信息是指符号、信号或消息所包含的内容，用来消除对客观事物认识的不确定性。
14.控制（Control）：
控制是指为了改善系统的性能或达到特定的目的，通过信息的采集和加工而施加到系统的作用。
15.控制部分一般由传感器（Sensor）、控制器（Controller）和执行器（Actuator）组成。
16.传感器用来采集信息，并把它变换到合适的形式，传送到控制器。
17.控制器用来加工信息、产生控制信号，这是控制系统的核心。
18.执行器则将控制器产生的控制信号进行放大和变换，以此产生控制作用，最终施加到被控对象上。
19.控制算法（Algorithm）：
通常把进入可控系统的信息加工成控制信息的规则，称为控制算法。
20.反馈（Feedback）：
反馈是指将系统的实际输出和期望输出进行比较，形成误差，从而为确定下一步的控制行为提供依据。
21.反馈的过程是信息传递的过程。
22.反馈控制又称为闭环控制，与此完全不同的控制方式是开环控制，或称程序控制，它按事先规定的顺序或逻辑控制系统。
23.调节（Regulation）：
调节是指通过系统的反馈信息自动校正系统的误差，使诸如温度、速度、压力或位置等参量保持恒定或在给定X围之内的过程。
24.管理（Management）：
管理是指为了充分利用各种资源来达到一定的目标而对社会或其组成部分施加的一种控制。
25.决策（DecisionMaking）：
决策是指为最优地达到目标，对若干准备行动的方案进行选择。
1.4当前自动化类专业对所培养人才的素质要求
1.人的素质的概念：
人在先天生理基础上手后天环境、教育影响，通过个体自身的认识和社会实践，养成的比较稳定的身心发展的基本品质。
2.自动化专业人才的素质要求：
1）认知和技能方面
1掌握数理等基础理论的原理和方法；
2了解机械、力学、电器、化工等相关学科的一般原理和方法；
3掌握计算机、通信、电子等关联学科的基本原理、方法以与相应的实验仪器和设备的使用技能；
4掌握控制系统分析和综合（设计）等专业知识和方法；
5掌握系统仿真、科学计算、软硬件开发等科学实验方法和技术；
6具有哲学、方法论、经济学、历史、法律、伦理、社会学、文学、艺术等人文社会科学方面以与军事方面的基本知识；
7具有良好的资料收集、文献检索以与口头表达和书面写作等技巧和能力，并形成很强的自主学习能力，培养终身学习的观念；
8具有辩证的、逻辑的、形象的和创造的可学思维方式和对事物进行统计、分析、综合、归纳的技能，并形成较强的发现问题、分析问题和解决问题的能力；
9具有一定的适应、协调、合作、组织和管理能力。
2）思想和情感方面
1政治品质热爱祖国、关心集体、尊敬师长、爱护同志和家人，关心国家大事、时事政治，有较强的法治、法规观念；
2思想品质树立了积极向上的人生观、正确的价值观和辩证唯物主义世界观，对我国自动化事业有情感、有信念、有责任心；
3道德品质有良好的品德修养和文明的行为准则，具有敬业精神和职业道德。
3）意识和意志方面
1实践意识坚持一切从实际出发，不迷信书本、不迷信权威。
2质量意识认认真真做好每一件事，在研制和开发的每一个环节都坚持质量至上的思想。
3协作意识现代科学研究和现代工程已经很少是一个人可以独立完成的了，所以要能与同事协同工作、协调配合。
不会和他人协作的工程师，一定不会是一个合格的人才。
4创新与竞争意识现代社会是充满挑战和竞争的社会，只有那些不断追求新意境、新见解、敢于竞争的人才能把握机遇、走向成功。
那些墨守成规、固步自封的人只会在抱怨声中错失良机。
5坚毅意志人生路漫漫，每个人在生活、学习和工作中都可能遇到这样或那样的困难和挫折，要敢于面对困难、善于克服困难。
只有拥有坚强的意志和顽强的精神，才可能克服眼前的困难，实现预定的目标。
4）其他方面
1学风上勤奋、严谨、XX、进取；
2作风上谦虚、谨慎、朴实、守信；
3具有健康的心理、务实的心态；
4具有健全的体质、良好的体能；
5拥有旺盛的精力、敏捷的思路。
二自动化的概念和发展简史
2.1控制和自动化的概念
1.自动化的概念：
自动化表示机器或设备在无人干预的情况下，按规定的程序或指令自动进行操作或控制以达到预定的要求。
2.基本概念举例
1）智能电子装置：
2）防空导弹制导系统：
3.自动化的研究内容有自动控制和信号处理两个方面，包括理论、方法、应用硬件和软件等。
从应用观点来看，研究内容有过程自动化、机械制造自动化、武器与军事自动化、办公室自动化和家庭自动化等。
2.2我国古代自动装置
1.指南车：
指南车是中国古代用来指示方向的一种具有能自动离合齿轮系装置的车辆。
2.铜壶滴漏：
漏壶，中国古代的自动计时（测量时间）装置，又称刻漏或漏刻。
3.饮酒速度的自动调节
4.计里鼓车
5.漏水转浑天仪
6.候风地动仪
7.水运仪象台
2.3控制和自动化技术发展简史
1.控制和自动化技术的发展经历了四个历史时期。
1）自动装置的出现和应用（18世纪以前）
1古代自动装置
2近代自动装置
a.法国物理学家B.帕斯卡在公元1642年发明的加法器；
b.荷兰机械师C.惠更斯于公元1657年发明钟表；
c.英国机械师E.李在公元1745年发明带有风向控制的风磨；
d.俄国机械师И.波尔祖诺夫于公元1765年发明为蒸汽锅炉水位保持恒定用的浮子式阀门水位调节器。
2）自动化技术形成时期（18世纪末至20世纪30年代）
1自动调节的广泛应用公元1868年法国工程师J.法尔科发明反馈调节器，称之为伺服机构。
2自动调节系统的稳定性问题
a．自动调节器和被控对象组成自动调节系统
b．公元1877年英国数学家E.劳思、1895年德国数学家A.胡尔维茨提出代数稳定判据，沿用到现在。
3反馈控制和频率法
a.1927年美国电气工程师H.布莱克引入反馈概念
b.反馈调节（控制）系统
c.1932年美国电信工程师N.奈奎斯特提出著名的稳定判据（称为奈奎斯特稳定判据），可以根据开环传递函数绘制或测量出的频率响应判定反馈系统的稳定性。
d.1938年，前苏联电气工程师A.米哈伊洛夫提出根据闭环（反馈）系统频率特性判定反馈系统稳定性的判据。
e.稳定判据加上1922年N.米诺尔斯基《关于船舶自动操舵的稳定性》和1934年美国H.黑曾发表的《关于伺服机构理论》的论文标志着经典控制理论的诞生。
3）局部自动化时期（20世纪40~50年代）
1经典控制理论的形成和发展
a.
代数稳定判据和传递函数、频率法判据的基础上加上W.埃文斯1948年的根轨迹法，奠定了适宜用于单变量控制问题的经典控制理论的基础。
b.反馈控制系统通称为自动调节系统，后称为自动控制系统。
c.经典控制理论的奠基人：
美国数学家N.维纳于1948年出版了《控制论》。
d.中国自动控制的学术泰斗：
钱学森出版了《工程控制论》。
2局部自动化的广泛应用
a.模拟计算机
b.气动单元组合仪表
c.智能化的仪表和控制器
3电子数字计算机的发明
a.1943~1946年，美国电气工程师J.埃克脱和物理学家J.莫奇利为美国陆军研制成世界上第一台基于电子管的电子数字计算机——电子数字积分和自动计数器（ENIAC）。
b.1950年美国宾夕法尼亚大学莫尔小组研制成世界上第二台存储程序式电子数字计算机——离散变量电子自动计算机（EDVAC）。
c.电子数字计算机内部元件和结构，经历了电子管、晶体管、集成电路和大规模集成电路的四个发展阶段。
4）综合自动化时期（20世纪50年代末起至今）
1现代控制理论的形成和发展
a.公元1956年，前苏联数学家JI.庞特里亚金提出极大值原理。
b.同年美国数学家R.贝尔曼出阿创立动态规划。
c.1960年美国数学家R.卡尔曼提出能控性和能观性两个概念，还引入状态空间法。
d.以上新概念和新方法标志着现代控制理论的诞生。
e.20世界60~70年代，英国学者H.罗森罗布克将频率法推广到分析和设计多变量系统，称为现代频率法。
2现代控制理论的分支：
a.系统辨识、建模与仿真
b.自适应控制和自校正控制器
c.遥测、遥控和遥感
d.综合自动化
e.大系统理论的诞生
f.模式识别和人工智能
g.智能控制
2.控制理论的发展：
1）成熟于20世纪40年代的经典控制理论时不变、定常系统SISO（单输入单输出）
2）成熟于20世纪60年代的现代控制理论时不变系统MIMO（多输入多输出）
2.4中国的自动化教育、科研机构和学术团体
1．中国自动化科学技术工作者组成全国性的学术团体——中国自动化学会。
2．各国自动控制学术团体联合组成国际自动控制联合会（IFAC）。
3．国际自动控制联合会出版高水平的英文学术期刊《Automatics》（自动学）、《ControlEngineeringPractice》（控制工程实践）。
三自动控制系统的类型和组成
3.1恒值自动调节系统
1.给定环节是恒值。
2.恒指自动调节系统的功能就是，要克服各种对被调节量的扰动而保持被调节量为恒值。
3.2程序自动控制系统
1.程序控制系统：
当自动控制系统的给定信号是已知的时间函数时，称这类系统为程序控制系统。
2.程序自动控制系统的功能，就是要按照预定的程序来控制被控制量。
即自动控制系统给定环节给出的给定作用为一个预定的程序。
3.3随动系统（伺服系统）
1.随动系统：
在反馈控制系统中，若给定环节该处的输入信号是预先未知的随时间变化的函数，这种自动控制系统称为随动系统。
2.随动系统的功能就是，按照预先未知的规律来控制被控制量。
即自动控制系统给定环节给出的给定作用为一个预先未知的随时间变化的函数。
3.连续控制系统：
在控制过程中系统的所有的结构始终没有变化，因此系统中各元件（环节）输出端的信号是作用和时间的连续函数，这类系统称为连续控制系统，其中的信号称为连续信号，或模拟信号。
3.4自动控制系统的组成
1.自动控制系统由下列几部分组成：
（1）给定环节产生给定的输入信号
（2）反馈环节对系统输出（被控制量）进行测量，将它转换成反馈信号
（3）比较环节将给定的输入信号和反馈信号加以比较，产生误差信号
（4）控制器（调节器）根据误差信号，按一定能规律，产生相应的控制信号，控制器是自动控制系统实现控制的核心部分
（5）执行环节（执行机构）将控制信号进行功率放大，并能使被控对象的被控量变化
（6）被控对象控制系统所要控制的设备或生产过程，它的输出就是被控量
自动控制系统的各环节功能：
3.5自动化仪表
1.传感器：
实现对信号的检测并将被测的物理量变换为另一个物理量（通常是电量）。
2.变送器：
与传感器配套，使输出成为标准信号。
3.控制器（调节器）：
接受来自被控对象的测量值和给定值或它们的误差，并根据一定的控制（调节）规律产生输出信号以推动执行机构（执行器）。
控制器起了给定环节、比较环节和控制器三者的作用。
4.放大器：
用以增加信号的幅度或（和）功率。
5.执行结构：
接收控制器来的信息并对被控对象施加控制作用。
3.6控制器控制和计算机控制
1.模拟信号：
随时间连续变动的信号，如输入信号、误差、控制器输出和输出量等。
2.计算机控制系统框图：
3.计算机控制系统的特点：
1）系统中一处或几处的信号具有数字代码，此外还有离散信号（采样信号）的出现；
2）以计算机程序来实现PID控制规律或更复杂的控制规律。
4.离散控制系统或采样控制系统：
将连续偏差信号通过一个采样开关而形成的，相当于误差信号的传输结构有了周期性的连通和中断。
3.8线性和非线性控制系统
1.自动控制系统的分类：
1）按照它们的功能或给定环节给定作用（输入作用）的性质或按照系统XX号的性质来进行：
1恒值自动调节系统
2程序自动控制系统
3随动系统（伺服机构）
2）按照自动控制系统的固有内在性质来进行
1线性控制系统
2非线性控制系统
四基本的控制方法
4.1自动控制系统的行为描述
1.研究自动控制系统的稳定性和控制的品质等重要问题。
2.用微分方程、拉普拉斯变换等高等数学的工具，来描述每一个环节或元件以与它们组成的自动控制系统。
4.2反馈控制和扰动补偿
1.反馈控制的基本结构：
2.反馈控制：
控制器由误差引起了动作，因此在反馈控制系统的调节过程中误差的发生不可避免。
而误差的产生是用来力图消灭误差。
有时这会导致在调解过程中出现较大的误差甚至引起振荡。
3.扰动补偿：
消除被控制对象由于外界扰动引起误差的方法，称为扰动补偿。
4.扰动补偿的原理：
在于扰动进入被控制对象的同时也进入了对象的前部的控制器，两个通道的作用是相反的（相互抵消的），结果可使得对象的输出即被调节量——方向维持近似不变。
5.扰动补偿形成了另一个回路，称为前馈回路或前馈通道。
6.复合控制系统：
反馈控制加上前馈控制的自动控制系统。
4.3比例微分积分控制
1.比例控制：
比例项的作用是放大误差的幅值，实行反馈控制的基本要求
2.微分控制：
微分项能预测误差变化的趋势
3.积分控制：
消除稳态误差
4.比例+微分的控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
5.比例+积分的控制器，可以使系统在稳态时无稳态误差。
6.PID控制器（调节器）：
比例-微分-积分控制器，关系式如下：
五控制与自动化技术的应用X畴
5.1引言
1.控制与自动化技术发展至今，可以说是已从“人类手脚的延伸”扩展到“人类大脑的延伸”。
控制与自动化技术时时在为人类“谋”福利，可谓无所不在、无处没用、
2.控制与自动化技术的应用X畴举例：
1）机械制造自动化
2）过程工业自动化
3）电力系统自动化
4）飞行器控制
1导弹控制系统
2导航系统
3制导系统
4姿态控制系统
5飞行控制电子综合系统
6测试与发射控制系统
5）智能建筑
1楼宇自动化系统
2通信自动化系统
3办公自动化系统
4综合布线系统
6）智能交通系统
1先进的交通管理系统
2先进的旅行者信息系统
3先进的公共交通系统
4营运车辆调度管理系统
5先进的车辆控制系统
6应急管理系统
7电子收费系统
7）生物控制
1体温调节系统
2心血管系统生物反馈治疗
3仿生技术
8）生态与环境控制
9）社会经济控制
10）大系统控制与系统工程
1多级（递阶）控制
2多层控制
3多段控制
5.2机械制造自动化
1.机械制造自动化技术从20世纪50年代至今，经历了：
1）单机自动化、刚性生产线
2）数控机床、加工中心
3）柔性生产线、柔性制造
正向计算机集成制造（CIM）发展
2.数控技术和数控系统
1）数控技术是一门以数字的形式实现控制的技术。
2）传统的数控系统的核心——数字控制装置，是由各种逻辑元件、记忆元件组成的随机逻辑电路，是采用固定接线的硬件结构，它是由硬件来实现数控功能的。
这类数控系统称之为硬件数控。
3）计算机数字控制系统是由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置、可编程序控制器（PC）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。
3.柔性制造系统（FMS）
1）柔性制造系统是在计算机直接数控（DNC）基础上发展起来的一种高度自动化加工形式。
2）柔性制造系统由统一的控制系统和输送系统连接起来的一组加工设备，包括数控机床、材料和工具自动运输设备、产品零件自动传输设备、自动检测和试验设备等，不仅能进行自动化生产，而且还能在一定X围内完成不同工件的加工任务。
3）柔性制导系统由加工系统（多台制造设备）、物流系统（设备间自动传输材料、工具和产品零件）、中央管理系统（执行整个系统的生产计划与作业调度、集中监控以与加工程序管理等工作）组成。
4.计算机集成制造系统（CIMS）
1）计算机集成制造系统是在自动化技术、计算机技术与制造技术的基础上，通过计算机与其软件，将制造工厂全部生产活动（设计、制造与经营管理，包括市场调研、生产决策、生产计划、生产管理、产品开发、产品设计、加工制造以与销售经营等）与整个生产过程有关的物料流与信息流实现高度统一的综合化管理，把各种分散的自动化系统有机地集成起来，构成一个优化的完整的生产系统，从而获得更高的整体效益，缩短产品开发制造周期、提高产品质量、提高生产率、提高企业的应变能力和竞争能力。
5.3过程工业自动化
1.从控制的角度出发，人们可以把现代工业分成三类：
连续型、混合型和离散型。
2.在连续型工业中，主要对系统的温度、压力、流量、液位（料位）、成分和物性等六大参数进行控制。
3.在离散型工业中，主要对系统中的位移、速度、加速度等参数进行控制。
4.人们一般把过程工业生产过程的自动化控制称为过程控制，它是过程工业自动化的核心内容。
5.过程控制自动化的特点：
1）连续型工业生产过程的变化机理十分复杂，有的还非常不清楚。
2）过程工业往往处于十分苛刻的生产环境。
3）过程工业生产过程一般具有较大的惯性或滞后性，不像机器人、机床等控制对象那样反应迅速，属于一种较难控制的对象。
4）过程工业的生产过程是连续的，因而强调生产控制和管理的整体性，应把各种装置和生产车间连接在一起成为一个整体来考虑，实现了个别设备或装置的优化不一定是整体最优的，应谋求全厂的最优化。
6.基于计算机技术的过程控制系统
1）直接数字控制系统（DDC）
2）分布式计算机控制系统（DCS）
3）两级优化控制系统
4）现场总线控制系统
7.计算机集成生产系统（CIPS）
1）计算机集成生产系统将计划优化、生产调度、经营管理和决策引入计算机控制系统，使市场意识与优化控股制相结合，管理与控制相结合，促使计算机控制系统更加完善，将产生更大的经济效益和技术进步。
2）计算机集成生产系统也称为生产过程计算机集成控制系统。
5.4电力系统自动化
1.电力系统自动化的基本目标与任务就是保障电力系统安全、可靠与经济地运行。
2.供电质量主要指电压质量和频率质量。
3.频率变化是电力系统内电力盈亏的标志。
5.6智能建筑
1.智能建筑的定义：
通过对建筑物的结构、系统、服务和管理这四个基本要素以与它们之间的内在关联的最优化组合，而获得的一个投资合理且高效、舒适、安全、便利的环境。
2.智能建筑的三大基本要素：
楼宇自动化（BA）系统、通信自动化（CA）系统和办公自动化（OA）系统。
3.3A智能建筑的构成
六控制和自动化的展望
6.1计算机集成制造系统
1.计算机集成制造系统（CIMS）的产生和发展：
在制造业中产生了利用计算机不仅实现单元生产柔性自动化，并把制造过程（产品设计、生产计划与控制、生产过程等等）集成为一个统一系统的设想，同时企图对整个系统的运行加以优化。
2.效益包括：
1）降低生产成本
2）提高生产效率
3）提高生产的柔性
4）增强产品对市场的适应性
5）提高产品质量
6）减少生产准备时间和库存
7）增加企业员工对企业的满足感
8）增加用户满意度
3.计算机集成制造系统所涉与的自动化技术
1）数控技术
2）计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）等
3）立体仓库与自动化物料运输系统
4）自动化装配与工业机器人
5）计算机辅助生产计划制定
6）计算机辅助生产作业调度
7）质量监测与故障诊断系统
8）办公自动化与经营辅助决策
6.2机器人应用于生产和社会生活的各方面
1.机器人主要分为两大
升级会员 