自动化概论教学课件ppt作者夏洪永编自动化概论3PPT格式课件下载.ppt

1、n自动化设备/自动化理论/自动化系统1.2.1 自动化设备发展n自动化设备（装置）是实现自动化的工具。n自然界动力代替人力畜力。古代中国的指南车以及近代欧洲出现的钟表和风磨控制装置 n第一次工业革命-自动调节装置对付工业生产控制1788年英国机械师J.瓦特将离心式调速器（又称飞球调速器），调节稳定蒸汽机转速 俄国人用浮子式阀门水位调节器调节稳定的蒸汽锅炉水位 1.2.1 自动化设备发展图1-3 瓦特蒸汽机转速控制系统1.2.1 自动化设备发展n电的发明、磁的应用开始了电气化时代电动设备、电磁机构代替体力劳动，解放手脚；n1868年法国人发明了反馈调节器（叫伺服机构）自动调节器或装置代替大脑的部

2、份工作，使一些物理量保持在设定值附近，继电装置实现逻辑控制；自力式（液压、气压）调节装置自动检测、调节稳定工艺参数。n自动化设备的第一次改革与创新微电子技术检测装置、控制装置、执行装置、显示装置等功能自动化仪表，以及电子组装控制装置、继电联锁装置1.2.1 自动化设备发展n计算机、数字与存储器技术自动化设备第二次飞跃多参数、自诊断、可编程等数字化设备（可编程序控制器（PLC）、智能化仪表、数控生产装置、，机器人、自动机械手成为工业生产中重要的劳动者。n信息技术自动化设备向数字化、网络化、人工智能化方向发展，DCS系统控制装置、FCS网络控制装置、集成制造系统（CIMS）等。J机械装置继电装置气

3、动与电动仪表可编程仪表与设备网络型仪表与设备网络系统装置。随着传感技术、信息处理技术与人工智能研究与应用的进一步深入，自动化设备将有更新的发展及更为有效的应用。1.2.2 自动化理论发展n自动控制理论是自动化的理论基础分析自动化工程实践问题并提出解决方法。包括控制手段、策略与分析方法。n控制手段与策略：离心式调速器与蒸汽机阀门的连接，利用蒸汽机转速变化改变调速器飞球张角控制蒸汽阀门稳定蒸汽机转速，开创了反馈概念、闭环反馈控制系统的工程应用。n分析方法：调速器与蒸汽构建一个系统整体建立微分方程进行研究。Z系统分析思想与微分方程分析方法开创了基于反馈控制概念的理论研究 1.2.2 自动化理论发展n

4、二战期间军事需要，二战后工业需要n欧美及苏联等国开始了反馈控制系统的结构、性质的深入研究经典控制理论1945年美国数学家维纳.N把反馈推广到一切控制系统的控制论，54年钱学森在美国研究出版的工程控制论分析法频率响应、根轨迹法；控制策略PID控制策略。自动控制理论体系基于反馈概念的闭环控制系统结构，以传递函数为基础、通过拉普拉斯变换，针对控制系统单输入-单输出、线形定常数系统的分析和设计1.2.2 自动化理论发展n1960年到1980，空间技术需要多变量、不确定、复杂系统的最优控制/工具数字计算机n现代控制理论状态变量、时域分析n分析手段未知对象或系统能通过系统识别、数学模型及仿真获得；自适应控

5、制与自校正调节器，对被控对象、系统在线评估，自动修正控制参数n控制策略最佳控制、自适应和学习控制、专家系统、模糊控制深入研究与应用；n80年代以后，工业生产系统及自动化的概念不局限于生产过程层面，更关注“管理-控制一体化”、人工智能n控制理论鲁棒控制、神经网络控制、预测控制及大系统控制基于控制论，信息论，仿生学的智能控制理论后现代控制理论。1.2.3 自动化系统发展n“系统”由若干相互依存和相互作用的子系统为达到某些特定目组成的完整综合体。n若系统的构建目标为实现自动化功能任务，这样的系统就是自动化系统。n典型自动控制系统，它是为了实现各种控制任务，将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来

6、所构成的一个有机的总体。1.2.3 自动化系统发展n早期的自动化系统功能目标单一，生产设备间不存在关联或关联不强，主要是解决单一设备、单一过程、单一参数的检测与控制问题，被称为单机自动化。图1-3 瓦特蒸汽机转速控制系统1.2.3 自动化系统发展n二战期间及后期任务主要局限于生产过程监测与控制，主要功能局限于稳定系统，实现定值控制，系统规模通常被限定在一个工段或一个车间，被称之为局部自动化。n系统控制装置一般都可以分装两个机柜：一个机柜（仪表屏）装各种PID调节器、显示记录仪表如图1-4所示的仪表控制系统；另一个机柜则装许多继电器和接触器，作起动、停止、联锁和保护之用。因而在结构上显得相当复杂

7、,控制速度和控制精度都有一定的局限性，可靠性也不是很理想的 1.2.3 自动化系统发展图1-4 锅炉控制系统与仪表控制屏1.2.3 自动化系统发展n现代控制理论系统性能扩展到自适应、最优化等先进控制策略综合自动化n功能：不局限于面向生产过程的控制，更是向管理自动化发展；n系统规模：不局限于单个车间，可能包括整个企业甚至整个制造集团。n50年代末出现了计算机控制的化工厂，60年代末出现了大型自动化生产线，70年代产生了专用机床组成的无人工厂，80年代初出现在了柔性制造系统组成的无人工厂。1.2.3 自动化系统发展图1-5 专家控制策略在锅炉燃烧系统及化工生产中的应用1.2.3 自动化系统发展n现

8、代控制理论使复杂的控制问题容易解决n传感检测技术能获取以前难以得到的信息n计算机技术使复杂信息处理更为简单迅速n网络技术促进了信息的传递与丰富自动化系统构建进入网络时代，在网络实现整个生产过程各环节的信息互通互联，面向生产过程的网络体系形成分散型控制系统（DCS）以及现场总线型控制系统（FCS）。1.2.3 自动化系统发展（a）DCS网络结构 （b）FCS网络结构图1-6 DCS控制系统及FCS控制系统1.2.3 自动化系统发展n计算机集成制造系统（CIMS）生产综合自动化与组织管理自动化相结合n设想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）集成

9、为一个统一的系统n通过多层次网络实现信息综合应用，实现企业管理、生产组织、生产过程控制一体化，同时引入人工智能，构建自动识别、评估、决策能力，对整个系统的运行加以优化。管-监-控”一体化自动化系统1.2.3 自动化系统发展（图1-7 “管-监-控”一体化自动化系统 PCS1.2.4 自动化的发展特性n实践性发展和社会重大需求联系。离心调速器与蒸汽机的蒸汽阀门连接稳定转速不稳定研究稳定性系统稳定性判据控制理论的研究。n时代性最先进技术作自动化技术主要内容。初期，反馈理论为基础的自动调节原理，用于工业控制；二战期间解决军事设施控制；二战后解决迅速发展的工业控制问题，再后来主要为解空间技术问题。n系

10、统性从“系统”的角度来分析、研究和实现各种目标。自动控制理论从初期到现在的整个发展过程都是基于最基本反馈概念的闭环控制系统来研究的。n交叉性涉及信息与网络技术、电气技术、数学及生产设备相关的机械、工艺领域知识，需要与更多学科交叉、融合。小结n自动化技术发展：自动化设备、控制理论、系统n自动化设备机械装置继电装置气动与电动仪表可编程仪表与设备网络型仪表与设备网络系统装置n自动化理论（分析方法、控制策略）经典控制理论（控制论、工程控制论）反馈控制、频率响应、微分方程、PID策略现代控制理论多变量控制、状态变量、时域分析、系统辨识、数学模型、专家控制及模糊控制后现代控制理论（管-监-控一体）人工智能（控制论、信息论、仿生学）人工智能n自动化系统单机自动化局部综合（网络化）管监控一体