动力系统自动化设计技术概论
自动化概论PPT课件(38页)精选全文
自动控制理论的经典著作
控制系统的一种自然模型
控制器(计算机) 大脑 控制理论 思想、智能 传感器 感觉器官 执行器 肌肉 能量 食物
更好的执行器 提供更好的体能
更好的传感器 提供更好的视觉
更好的控制 使传感器和执行器的组合以更智能的方式提供更灵巧 的作用
自然模型
自动化技术的发展
检测、计算、通信、执行和复杂性技术成本/性能曲线
机械化（应用机器系统） 电气化（加入电机、网络） 自动化（加入自动控制器） 数字化（应用数字计算机） 网络化（实现计算机网络） 先进自动化（系统、管理） 智能化（引入智能） 知识化（处理知识）
工业化 信息化 知识化
社 会 总 发 展
嫦娥一号 中国自主研制、发射的第一个月球探测器
北京现代汽车车身车间焊接机器人
清华大学提出的电力系统的混成控制
离散逻辑控制指令～连续动态
底层（动态电力系统） 电厂、变电站&FACTS设备
电力 系统 混成 控制
中间处理与操作层 Processing & Operating
最高决策与指挥层 Decision–making & Commanding
小结
自动化是一个发展充分、工程概念强、内容丰富、应用领域广泛的技术学科，是人类文明进步和社会现代化的标志。 自动化是信息化的必然，是智能化的基础，是人类体能和智力扩展的关键技术，是从信息社会迈向知识社会的必经之路。 自动化专业培育高素质的控制、管理、决策人才，要求：理论与实践（抽象思维与动手，数学方程与物理概念）、硬件与软件、强电与弱电并重
中间层信息
控制指令 (事件驱动)
Data
底层设备的反馈控制
操作命令
底层信息
自动化 概论
所谓自动化(Automation)，是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。
广义地讲，自动化还包括模拟或再现人的智能活动。
自动化技术广泛用于工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务以及家庭等各方面。
采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展、放大人的功能和创造新的功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。
因此，自动化是一个国家或社会现代化水平的重要标志。
与自动化密切相关的一个术语是自动控制(Automatic Contr01)，两者既有联系，但也有一定的区别。
自动控制是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和技术。
一般地说，自动化主要研究的是人造系统的控制问题，自动控制则除了上述研究外，还研究社会、经济、生物、环境等非人造系统的控制问题。
例如生物控制、经济控制、社会控制及人口控制等，显然这些都不能归人自动化的研究领域。
不过人们提到自动控制，通常是指工程系统的控制，在这个意义上自动化和自动控制是相近的。
目前，在我国的高等院校中，有的设置的是自动化系，有的设置的是自动控制系，它们都是同样属性的系别。
为了强调信息(1nfor mation)在自动化或自动控制中的重要作用，有的高等院校将该类专业系名取为信息与控制工程系。
在系统总结自动控制中反馈等思想的基础上，i948年M维纳(Wiener)提出r控制论(Cybernetics)，将控制论定义为“研究动物和机器中控制和通信的科学”。
但随着电子计算机技术的高速发展和应用，控制论已经成为研究各类系统中共同的控制规律的科学。
由于自动化或自动控制具有明显的工程特点，一般又将本学科称为控制科学与工程(Control Science and Technology)，以此作为本类专业较有包容性的统称。
控制科学与工程的核心问题是信息，包括信息提取、信息传播、信息处理、信息存储和信息利用等。
自动化专业概论范文
自动化专业概论范文自动化专业是近年来兴起的一门新兴学科，涵盖了机械、电子、计算机、信息等多个领域的知识与技术。
本文将对自动化专业进行概论，包括自动化的定义、自动化系统及其要素、自动化专业的发展和应用前景等方面进行介绍。
自动化可以简单地定义为利用先进的技术手段实现人机交互、机器自主决策和执行任务的一种方式。
它旨在提高生产效率、减少人力资源投入和提高产品质量。
自动化技术广泛应用于工业生产、交通运输、农业、医疗卫生等各个领域，对提高社会生产力和改善人类生活水平具有重要意义。
自动化系统是实现自动化的关键，它由传感器、执行器、控制器和决策器等要素组成。
传感器用于采集环境信息和物体状态，执行器用于实现动作控制，控制器用于对传感器信息进行处理和决策器用于制定行动方案。
这些要素通过信息传递和处理实现了系统的自动化运行。
自动化专业的发展离不开各个学科领域的支持。
机械设计与制造、电气工程、计算机科学和技术等学科为自动化专业提供了强大的基础。
机械设计与制造领域的发展为自动化提供了基础设施，电气工程的进步使得电子传感器和执行器的性能得到了提高，计算机科学的快速发展则为自动化系统提供了高性能的控制和决策能力。
随着自动化技术的不断进步和应用场景的扩大，自动化专业的发展和应用前景变得越来越广阔。
在工业领域，自动化技术可以实现生产线的智能化和自动化控制，提高生产效率和产品质量；在交通运输领域，自动化技术可以实现车辆的自主导航和自动驾驶，提高交通安全和节约能耗；在农业领域，自动化技术可以实现农田的无人化管理和精准农业，提高农产品质量和产量。
当然，自动化技术的广泛应用也带来了一些挑战和问题。
首先，自动化系统的设计和开发需要跨学科的合作，需要工程师们对多个领域的知识和技术进行融合和创新；其次，自动化系统的安全性和可靠性是一个重要的考量因素，特别是在涉及到人身安全和财产安全的场景中；最后，自动化技术的推广和普及需要大量的投入和支持，包括政策支持、人才培养和产业链的完善等。
自动化概论课程报告
1．自动化的基本概念1.1什么是自动化自动化是指由一个或多个制动控制系统或装置所构成的，没有人直接干预的生产过程。
自动化系统包括人造系统和自然系统。
本专业培养的学生要具备电工技术、电子技术、控制理论、自动检测与仪表、信息处理、系统工程、计算机技术与应用和网络技术等较宽广领域的工程技术基础和一定的专业知识，能在运动控制、工业过程控制、电力电子技术、检测与自动化仪表、电子与计算机技术、信息处理、管理与决策等领域从事系统分析、系统设计、系统运行、科技开发及研究等方面工作的高级工程技术人。
1.2自动化研究的主要内容自动控制装置理论、自动控制处理、现场总线及工程实现技术、控制软件、控制装置、信号处理、现场总线和以太网等。
其中自动控制理论与方法是实现自动化的理论支柱，计算机技术、电动机、PLC、电力电子、微电子技术和自动化和仪表技术等是实现自动化的硬件基础。
从应用观点来看，研究内容有生产过程自动化、机械制造自动化、武器季军是自动化、办公室自动化和家庭自动化、控制软件、控制装置、信号处理、现场总线等。
其中，计算机技术、电动机、PLC、电力电子、微电子技术和自动化仪表技术等是实现自动化的硬件基础。
2．自动控制系统的组成2.1自动控制装置系统由那几部分组成自动控制系统主要由四个基本部分组成：被控对象、检测装置或传感器、控制器、执行器。
如图：①被控对象：被控对象是指系统的工作对象施加一种控制作用，以达到人们所期望的目标。
②检测装置：检测装置能将一种物理量检测处理并转换成另一种容易处理和使用物理量的装置。
③控制器：控制器接受传感器来的检测信号，并与被控制量的设定值进行比较，以到实际检测值与设定值得偏差，然后根据偏差信号的大小和被控对象的动态特性，经过思维和推理，决定采用什么样的控制规律，以使被控制量快速、平稳、准确的达到所预定的给定值。
④执行器：也称执行机构。
其直接作用于控制对象，使被空置量达到所要求的数其作用为自动化系统的手和脚。
自动化概论课程标准
自动化概论课程标准一、课程定位(一)课程性质本课程属于中等职业院校机电类相关专业的专业方向课，时对学习了机电专业基础课程及专业课程后对于机电专业的理解有更深入的拓展和延伸，通过本课程的学习，让学生较深入地理解:(1)自动化的内涵、外延与自动化技术的核心 ;(2) 自动化技术的信息载体信号的传递—信息技术(3)自动控制技术及自动化系统分类与构建 (4) 自动化设备及控制装置;(5)自动控制的策略—控制规律以及自动化技术的应用。
(二)课程理念本课程的学习旨在使学生在毕业上岗之前对自动化相关专业的知识领域加强了解，熟悉自动化的工作对象，工作手段，工作地点及工作岗位，使学生具有自动化核心思想，熟悉工业自动化技术，掌握自动化专业的应用技能，成长为一位具有中等职业资格的专业人材。
(三)课程设计思路教学中对于自动化专业涉及到的知识点更加关注其在应用实践中的职业岗位，职业活动，与职业能力的需求，从基础层面描述自动化技术及自动化专业。
分层次对自动化的职业活动涉及到的四方面内容： 1) 自动化工具使用及维护； 2)自动控制系统的构建； 3)信号的传递； 4) 自动控制方法的调整和优化做出了详细的解析，为自动化专业及相关专业学习者提供了初步的引导。
在本课学习中将前面所学的电工基础、电子路线、维修电工、 PLC、单片机以及机械等相关专业知识以及数理文化知识通过自动化系统的搭建，控制方法的选取等工作流程的讲解得到了有效地结合和知识的巩固积累。
(四)课程结构和学时分配课程开设时间为二年级第二学期，由于本校机电专业学生在二年级第二学期的 6 月份面临顶岗实习，因此本课程课时周期惟独三个月，十二周时间，周课时 3 节，总课时为 36 学时。
根据校内机电专业实际情况对课程内容及学时分配如下表所示：序号项目名称课时1 自动化及技术核心 62 信息与信号 83 自动控制基本形式与系统构建84 自动化设备及控制装置65 自动控制策略 46 自动化技术应用 4总课时 36二、课程目标(学习目标)通过本课程学习，使学生具备本专业高素质劳动者和高技能应用人才所必需的自动化相关领域的理论基础知识，熟悉构建工业自动化技术应用轮廓，熟悉自动化系统的构建，及各关键技术的应用层面，熟悉相关岗位的职业能力需求，较全面地认识、体味自动化技术，拓展认知领域、思维空间，同时培养学生正确的职业观念，健康的价值观以及爱岗敬业、团结协作的职业精神。
自动化技术概论_自动控制发展-控制技术篇
常用的数字化控制装置包括单片机、工业控制计算 机、可编程逻辑控制器、数字信号处理器等。
单片机
单片机是在一块芯片上集成了微处理器、存储器 及接口电路等，在计算机家族里体积最小、价格最 便宜、应用非常普遍，一辆普通轿车里常常有几十 个单片机在工作。
工业控制计算机
工控机类似普通微机，但提高了 工作的可靠性，配备了用于工业控 制的输入输出接口，并特别加强了 针对工业环境的抗干扰措施。
可编程逻辑控制器
数字信号处理器
（ Digital Signal Processor，简称“DSP” ）
DSP的计算和处理功能相当强大，早期主要用 于信号处理领域，价格也较昂贵，但随着计算机技 术的发展，价格不断降低，因而近年来在控制领域 的应用也越来越多
计算机控制方式的演变
第一阶段：集中控制
用一台计算机同时控制多台机器或设备，轮流采集反馈 信息，计算出所需要的控制量后轮流输出给每台机器或设 备，属于“分时控制”，主要缺点是可靠性差。
反馈信号
计算机
反馈信号
控制信号
受控设备1
受控设备2控制信号…受控设备N第二阶段：单机控制
一台计算机只控制一台 机器或设备，主要优点是 控制风险小。这种方式在 今天也很常见，如冰箱、 空调 、电饭煲的控制等。
计算机
反馈信号 控制信号
受控设备
第三阶段：分散控制
对于多台相互关联的机器或设备，每台机器或 设备都单独用一个数控装置来控制（单机控制方 式），但与上层的协调和管理计算机有信息交互， 属于网络化的控制系统。
自动化专业概论与职业发展第4章
推理机
数据库
规则库
输入
-+
PID控制器 误差
-
工业过程
输出
图4.16 由智能决策单元（IDU）来修正控制器
4.7 非线性系统及其控制
自动控制系统由各种环节（元件 组成，而环节或元件按其特性，可 分为线性元件和非线性元件。
输出（V）
0Hale Waihona Puke 输入（误差）（mV）图4.17 电子放大器的静特性图
输出（V）
第四章 基本控制方法
4.1 自动控制系统行为描述
uf uf
ur
0
t
图4.1 自动控制系统中被控制量的振荡
从图4.1上可以看出电炉炉膛温度
uf在t=0冷工件进入后，稍后温度开
始下降，接着就开始产生力图校正 误差的控制作用（图上曲线上的向 上箭头，表示电炉受到的新增电能 供应）。
当uf向上升并与ur的横线相交时uf =ur，△u=0，此时放大器输出为0， 电动机降速至停止转动。
⑵ 非线性系统的平衡运动状态 （即稳态，Steady State），除平衡 点外还可能有周期解；
⑶ 线性系统的输入为正弦函数时， 其输出的稳态过程也是同频率的正 弦函数，两者仅在相位和幅值上不 同。但非线性系统的输入为正弦函 数时，其输出为包含有高次谐波的 非正弦周期函数。
⑷ 复杂的非线性系统在一定条件 下还会产生突变、分岔和混沌等现 象。
扰动补偿
扰动测量
给定
输入+ 误差
给定环节
控制器
+
- 反馈信号
放大环节 执行环节
扰
动 输出
被控对象
反馈环节
图4.6 复合自动控制系统框图
4.3 比例积分微分控制
自动化专业概论-23页文档资料
自动化的研究内容
有反馈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、武器及军事自动 化、办公室自动化和家庭自动化等。
主要工具：数学/计算机
[控制科学与工程]学科组成
自动控制 电气工程及其自动化 工业自动化 机械制造自动化 电力系统自动化
作业及考勤：20% 闭卷考试：80%
考核内容：
教材80% 补充20% 名词解释、判断题、问答题、论述题等
教材
200多家高校采用
万百五、韩崇昭、蔡远利： 《自动化（专业）概论》 武汉理工大学出版社， 2019年/2019年/2019年
有些内容初学者比较不易理解 适用于大学学习的整个过程 可以作为在校期间专业学习的导引
具有创新和开拓精神以及从事科学研究的基本素质。
如何将培养目标具体化、时代化
学科属性
科学（Science）是指对各种事实和现象进行观察、分 类、归纳、演绎、分析、推理、计算和实验，从而发 现规律，并对各种定量规律予以验证和公式化的知识 体系。科学的任务是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。
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及军事方面的 基本知识；
认知和技能素质要求
⑦具有良好的资料收集、文献检索以及口头表达 和书面写作等技巧和能力，并形成很强的自主 学习能力；
思想品质 树立了积极向上的人生观、正确的价值观和 辨证唯物主义世界观；
自动化概论PPT课件(38页)
课程基本情况
学时：27 作业：（无） 成绩评定：
平时（考勤）30% 期末考查（开卷笔试）70%
专业的前身
工业企业电气化及自动化专业 （简称工企专业 ）
工业电气自动化专业 工业自动化专业
生产过程自动化 仪表自动化
自动化概论
本课程的主要内容
1.自动化的概念和发展简史 2.自动控制系统的类型和组成 3.基本的控制方法 4.控制和自动化的应用范畴 5.控制和自动化的展望 6.自动化专业概览
教材与参考书
[1] 西安交大万百五主编《自动化（专业）概论》（第二版），武 汉理工大学出版社，2005年。
[2] 电子书《信息爆炸时代的控制》——关于控制、动力学和系统 未来方向的专家小组报告，2003年。
自动化技术的发展
检测、计算、通信、执行和复杂性技术成本/性能曲线
自动化与工业化、信息化、知识化的关系社 会来自机械化（应用机器系统）
电气化（加入电机、网络）
工业化
自动化（加入自动控制器）
总
数字化（应用数字计算机） 网络化（实现计算机网络）
信息化
发 先进自动化（系统、管理）
展 智能化（引入智能） 知识化（处理知识）
先进自动化（综合集成了系统、管理）
实现先进自动化，就完成（工业）信息化 先进自动化是信息化的最重要标志
（国内总体，数字化、网络化已有一定规模）
（基础）自动化（核心是控制） 是工业化完成与否的标志
自动化技术是工业化的核心技术
先进自动化（核心是信息、控制、系统） 是信息化完成与否的标志
先进自动化技术是信息化的核心技术
自动化专业概论(自动控制系统结构介绍及设计)单元习题与答案
一、单选题1、仿真的()很关键，不能太大也不能太小，太大会丢信息，太小会增加计算机仿真的复杂程度.A.采样周期B.时间C.仿真步数D.计算步距正确答案：D2、仿真时间要求涵盖被仿真对象的全部（）过程。
A.扰动B.稳定C.动态D.静态正确答案：C3、衡量控制系统的三个品质指标（）、准确性、快速性。
A.动态性能B.稳态性能C.快速性能D.稳定性正确答案：D4、目标函数的设计过程中除了体现控制品质的要求还需要考虑（）的输出。
A.控制器B.被控对象C.检测变送器D.执行机构正确答案：A5、目标函数中对控制品质的要求一般是通过（）的平方来体现的。
A.测量值B.期望值C.被调量D.偏差正确答案：D6、（）随着搜索维数的增加，其计算量呈指数增加，因此适合于低维空间。
A.遗传算法B.粒子群C.穷举法D.最小二乘法正确答案：C7、（）属于群体智能，思想来源于蚂蚁找食物的过程。
A.粒子群算法B.模糊算法C.蚁群算法D.遗传算法正确答案：C8、遗传算法的第一步是（），种群规模和种群中个体的多样性尤其重要。
A.确定遗传因子B.确定遗传规则C.确定种群个数D.选择初始种群正确答案：D9、()是指给输入扰动加载单位阶跃输入，得到的输出曲线的形式。
A.脉冲曲线B.飞升曲线C.斜波曲线D.加速度曲线正确答案：B10、最小二乘方法适用于对()系统进行辨识。
A.单入单出B.多输入多输出C.单入多输出D.多输入单出正确答案：A11、（）的设计目的在于克服单一的扰动。
A.前馈B.回路C.反馈D.前向通道正确答案：A12、史密斯预估控制特别适合于具有（）特性的被控对象。
A.慢速B.大纯迟延C.稳定D.快速正确答案：B13、大纯迟延特性的被控对象的传递函数中τ表达的是（）。
A.积分时间B.比例系数C.纯迟延时间D.微分时间正确答案：C14、（）是当被控对象的输入发生变化时被控对象的输出要经过τ时间段内才能产生变化。
A.调节时间B.峰值时间C.微分时间D.纯迟延时间正确答案：D15、盲人爬山的路径优化需要解决两个问题。
自动化专业概述总结
自动化专业概述总结
自动化专业是一个涉及面广泛、应用性强的学科，旨在培养学生掌握自动化领域的基本理论、基本知识和基本技能，具有自动化系统的设计、开发、应用和维护能力。
自动化专业涵盖了控制理论、电子技术、计算机技术等多个方面，主要研究如何通过各种传感器和执行器实现自动控制和智能控制，以提高生产效率、降低能耗和减少人力成本。
自动化专业的主要课程包括电路理论、电子技术基础、计算机原理及应用、控制理论、信号与系统分析等。
学生需要掌握自动控制系统的基本原理、设计方法、系统集成等方面的知识，并具备一定的实验能力、工程实践能力和创新能力。
自动化专业的就业前景非常广阔，可以在工业、农业、军事、科研等领域从事自动化系统的设计、开发、应用和维护工作。
同时，自动化专业也是考研的热门专业之一，研究生阶段可以从事更加深入的理论和应用研究。
总的来说，自动化专业是一个充满挑战和机遇的学科，对于喜欢电子技术、计算机技术和控制理论的同学来说是一个不错的选择。
同时，自动化专业也是一个实践性很强的学科，需要学生在实践中不断积累经验，提高自己的技能水平。
自动化概论论文
自动化概论论文概述：自动化是一门研究如何利用机械、电子、计算机等技术来实现自动控制和操作的学科。
它涵盖了自动化系统的设计、开发和应用。
本论文将介绍自动化的基本概念、发展历程、应用领域以及未来发展趋势。
引言：自动化技术的出现和发展，极大地改变了人类社会的生产方式和生活方式。
通过自动化技术，可以实现生产过程的高效率、高质量和高安全性。
自动化系统的广泛应用，不仅提高了生产效率，还为人们创造了更多的便利和舒适。
一、自动化的基本概念和原理1.1 自动化的定义自动化是指利用机械、电子、计算机等技术手段，对生产过程、工业设备和系统进行控制和操作的过程。
1.2 自动化的基本原理自动化系统的基本原理是通过传感器获取实时数据，经过信号处理和分析，然后通过执行器控制设备和系统的运行状态，实现自动化控制和操作。
二、自动化的发展历程2.1 自动化的起源自动化的起源可以追溯到工业革命时期。
人们开始利用机械设备代替人力，提高生产效率和质量。
2.2 自动化的发展阶段自动化的发展经历了三个阶段：机械自动化、电气自动化和计算机自动化。
每个阶段都有其特定的技术和应用。
2.3 自动化的现状和趋势当前，自动化技术已广泛应用于各个领域，包括工业生产、交通运输、医疗卫生、家庭生活等。
未来，随着人工智能和物联网技术的发展，自动化将更加智能化和普及化。
三、自动化的应用领域3.1 工业自动化工业自动化是自动化技术最早和最广泛应用的领域。
通过自动化系统，可以实现工厂生产线的自动化控制和操作，提高生产效率和质量。
3.2 交通运输自动化交通运输自动化是利用自动化技术对交通系统进行控制和操作的领域。
例如，自动驾驶汽车、智能交通信号灯等。
3.3 医疗卫生自动化医疗卫生自动化是将自动化技术应用于医疗卫生领域，例如，医疗设备的自动化控制和操作，医疗信息系统的自动化管理等。
3.4 家庭生活自动化家庭生活自动化是指利用自动化技术对家庭生活进行控制和操作的领域。
例如，智能家居系统、智能家电等。
自动化专业课程介绍
自动化专业课程介绍引言概述：自动化专业是一门涉及自动控制系统、机器人技术、传感器技术等领域的学科。
在当今高度发达的科技时代，自动化已经渗透到各行各业中，因此学习自动化专业课程对于培养学生的综合能力和适应未来社会发展的需求至关重要。
本文将详细介绍自动化专业课程的内容，以帮助读者更好地了解这一领域。
一、控制理论1.1 控制系统基础：介绍控制系统的基本概念、组成和分类，包括开环控制和闭环控制的原理。
1.2 控制系统分析：讲解控制系统的数学模型建立方法，以及对系统的稳定性、响应特性等进行分析的技术。
1.3 控制系统设计：介绍控制系统的设计方法，包括根轨迹法、频率响应法和状态空间法等，以实现系统的性能要求。
二、机器人技术2.1 机器人基础知识：介绍机器人的定义、分类和基本组成，包括机械结构、传感器、执行器等。
2.2 机器人运动学与动力学：讲解机器人的运动学和动力学模型，以及机器人的轨迹规划和运动控制方法。
2.3 机器人感知与决策：介绍机器人的感知技术，如视觉、力觉和声觉等，以及机器人的决策算法和路径规划方法。
三、传感器技术3.1 传感器分类与原理：介绍传感器的分类和工作原理，包括光学传感器、压力传感器、温度传感器等。
3.2 传感器信号处理：讲解传感器信号的采集、滤波、放大和数字转换等处理方法，以提高传感器的精度和可靠性。
3.3 传感器应用案例：介绍传感器在自动化控制系统中的应用案例，如温度控制、压力监测和位置测量等。
四、自动化系统集成4.1 自动化系统设计：讲解自动化系统的设计原则和方法，包括系统需求分析、硬件选型和软件开发等。
4.2 自动化系统调试与优化：介绍自动化系统的调试方法和优化技术，以提高系统的性能和可靠性。
4.3 自动化系统案例分析：通过实际案例，分析自动化系统在工业生产、交通运输等领域的应用，以加深对自动化系统集成的理解。
五、工程实践与创新5.1 实验设计与实施：介绍自动化专业实验的设计原则和实施方法，培养学生的实际操作能力和创新思维。
自动化学科概论-第2章
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生活中的辛苦阻挠不了我对生活的热 爱。20.12.1220.12.12Saturday, December 12, 2020
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。19:23:0119:23: 0119:2312/12/2020 7:23:01 PM
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做一枚螺丝钉，那里需要那里上。20. 12.1219 :23:01 19:23D ec-201 2-Dec-2 0
自动化学科概论 第3章 自动化的基本原理
自动化学科概论
3.1 自动化、自动控制系统与自动控制理论 3.2 被控对象及其数学模型的建立 3.3 自动控制基本原理 3.4 数字控制及计算机控制系统 3.5 自动化基本设备 3.6 小结
第3章 自动化的基本原理
自动化作为一种行为和一种状态，它是通过自 动控制系统实现的。
(1)高实时性要求。网络堵塞以及网络传输 引起的大延时在控制系统中都是不允许的。
(2)高可靠性、高安全性要求。网络传输过 程中引起的信息出错及信息丢失将导致控制系 统错控或失控，也是不允许的。
(3)良好的确定性要求。网络传输的信息必 须语义明确，解释单一。
控制器
外部信息 内部信息
被控制对象的控制信号
非线性控制系统的分析方面 相平面法 描述函数法
在非线性系统的综合方面 基于几何方法的反馈线性化方法 基于微分代数的代数方法
各种智能控制方法
第3章 自动化的基本原理
3.4.1 从模拟量到数字量 3.4.2 计算机控制 3.4.3 基于网络技术的计算机控制
绝大多控制系统的被控量是连续时间信号 计算机等数字运算装置只能处理数字信号
电动机的控制是多回路控制的 双闭环控制调速系统
3. 位置随动系统
自动化概论(1)
(2) 现代控制理论的发展与应用
① 建模和系统辨识 建模( Modelling )是指建立系统数学模型，使其能 正确反映系统输入、输出之间的基本关系。 从一类给定的模型中，确定一个被研究系统本质特 征等价的模型，若模型的结构和参数需要同时确定，即 是系统辨识(System Identification)。
（2）局部自动化的广泛应用
20世纪20年代，电子管反馈放大器正式诞生
40年代，二次世界大战 经典控制理论
各种电子式控制 器大量应用
形成自动化生产线（1926，美，第一条 汽车底盘自动生产线）
电子式控制器的应用可算是自动化应用 的第二个里程碑！
（3）电子数字计算机的发明
1943～1946年美国宾夕法尼亚大学电气工程师J.P.埃克 脱和物理学家J.W.莫奇利为美国陆军成功研制世界上第一台 基于电子管的电子数字计算机──电子数字积分和自动计算 器(ENIAC)。
自动化概论
自动化工程学院 孙灵芳
(1) 什么是自动化？它在人类社会中的地位和作用如何？
(2) 什么是自动化科学？什么是自动化技术？二者有什 么区别？
(3) 自动化学科的分类、结构和体系如何？
(4) 自动化专业有哪些特点？自动化专业的学生应该学 什么？能干什么？
本课就是对上述问题进行说明，以便于学生对后续 课程学习的安排和选择。
1950年宾夕法尼亚大学莫尔小组研制成功第二台存储程序 式电子数字计算机──离散变量电子自动计算机 (EDVAC)。
电子数字计算机的发明，不但为现代控制理论的发展提 供了强有利的工具，而且为复杂控制系统实现先进的控制和 算法奠定了基础。
1.2.4 综合自动化时期(20世纪50年代末起至今)
自动化学科概论
自动化学科概论姓名：赵聪杰班级：自卓越2012学号：12671062251)根据你目前的理解, 自动化科学与技术的核心是什么？自动化专业的特点是什么？答：自动化科学与技术的核心是信息、控制和系统，控制与系统不但是自动化科学与技术与其他学科技术最大的不同点，更是自动化对其他许多科学技术发展所做的重要贡献所在。
控制的核心是反馈。
自动化专业的特点：强弱电并重，软硬件兼顾，控制理论和实际系统相结合，面向运动控制、过程控制和其他控制，使学生的知识面宽、基础扎实，适应面宽。
2）开环控制和闭环控制的差异是什么？解释闭环PID控制的作用?答：开环控制与闭环控制的区别就在于控制系统中有无反馈环节，所谓闭环控制就是存在反馈环节的控制。
这样的系统能够适时地检测控制的输出结果，并将检测到的信息通过反馈环节反映到输入端，调整输入量，达到修正控制误差、提高控制精确度的目的。
比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用，用以减少偏差。
积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高误差度。
因为有误差，积分调节就进行，直至无差。
积分调节停止。
积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预测性，能预见偏差变化的趋势，因此具有超前的作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。
因此，可以改善系统的动态性能。
微分作用不能单独作用，需与另外两种调节规律相结合，组成PD或PID控制器。
为了使系统更加稳定，易于调节往往使三者结合起来组成P（比例）I（积分）D(微分)闭环控制系统。
3）“实体控制”类知识结构与体系的特点是什么？参照内蒙古科技大学自动化专业培养教学计划，你认为在基础课、专业基础课和专业课中，各有哪几门课程是主要的？你准备如何学好这些课程？答：特点：（1）工程的特点。
学习如何将自动化科学技术的原理和方法转换为工程应用技术；同时学习如何将自动化技术应用于具体对象，使其成为自动化设备，自动化系统或自动化工程。
自动化概论第1章
❖ ⒊自动化科学 自动化科学或控制科学是以控制论为理论基 础，并与系统论、信息论密切相关的一门技术 科学，是一门应用基础科学。
自动化技术或控制技术是实现自动化科学与自 动化工程（包括非工程）之间的桥梁。
❖ 自动化技术将自动化科学原理与方法转换为工 ❖ 程实用技术（包括工具和手段），使之应用于 ❖ 工程实际，将自动化科学的研究成果迅速转化 ❖ 为生产力。并将工程实际中遇到的问题提炼、 ❖ 抽象成为科学问题，为自动化科学研究提供新 ❖ 的研究对象。
装配机器人
绕线机 注塑机
弯管机
龙门式五轴联动混联机床
高速五轴龙门铣床
全弹自动装配生产线 汽车自动焊接生产线
自动立体仓库
自动搬运车
1.1.2 自动化的一些相关术语
1.系统
系统是指由若干个称为子系统相互依存和相互作用的 部分为达到某些特定目的所组成的完整综合体。
给定
控制器
执行器
控制对象
输出
传感器
1913年美国建成最早的汽车装配流水线 1926年美国建成第一条汽车自动生产线
长春汽车焊接生产线
1.2.3 局部自动化时期
❖ 20世纪40～50年代 ❖ ⒈经典控制理论的形成和发展 ❖ ⒉局部自动化的广泛应用 ❖ ⒊电子数字计算机的发明
1952年美国MIT 研制出第一台 数控机床
1954年第一台工业机器人
1.2.1自动装置的出现和应用
公元前我国的自动计时漏壶
公元132年张衡研制出自动测量地震的候风地动仪
公元235年马钧研制出能自动指示方向的指南车
1.2.2自动化技术形成时期
18世纪末到20世纪30年代
⒈自动调节的广泛应用 ⒉自动调节系统的稳定性问题 ⒊反ห้องสมุดไป่ตู้控制理论和奈奎斯特频率法
机电一体化系统设计第一章概论
第一章 概 论
第二节 机电一体化系统的基本构成 图1-5 机电一体化系统的评价内容
18
第一章 概 论
第二节 机电一体化系统的基本构成 图1-6工业三大要素与机电一体化三大效果
19
第一章 概 论 第三节 机电一体化产品的分类
到目前为止，机电一体化产品还在不断地发展，很难进行正确地分类。下 面按其用途和功能两个方面进行粗略地分类，就可看到机电一体化产品的概 貌。
其主要参数有：系统误差、外扰、废弃输出、变换效率。
7
第一章 概 论
第二节 机电一体化系统能构成、原理
二 机电一体化系统的功能构成
1、主功能
以物料搬运、加工为主，输入物质（原料、毛坯等）、能量（电能、液能、 气能等）和信息（操作及控制指令等），经过加工处理，主要输出改变了位 置和形态的物质的系统（或产品），称为加工机。例如：各种机床（切削、 锻压、铸造、电加工、焊接设备、高频淬火等）、交通运输机械、食品加工 机械、起重机械、纺织机械、印刷机械、轻工机械等。
20
第一章 概 论 第三节 机电一体化产品的分类
3
第一章 概 论
第一节 机电一体化的基本含义
*重点介绍机电一体化概念
三、德国的精密工程技术的定义
图1-1 精密工程技术的含义
精密工程技术定义为光、机、电一体化的综合技术，并用图1-1 来说明其含义。它包括
机械（含液压、气动及微机械）、电工与电子、光学，二者相互 组合电工与电子机械、光电子技术与光学机械，其核心技术为精 密工程技术。
机电一体化系统要素
控制器（计算机等） 检测传感器 执行元件 动力源 机构
功能
控制（信息存储 处理 传送） 计测（信息收集与变换） 驱动（操作） 提供动力（能量） 构造
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动力系统自动化设计技术概论(PPT78 页)
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快速控制原型与硬件在回路 仿真
ECU开发商需要的工作
软件在回路仿真 原型控制器在回路仿真
功能错误 编程错误 编译器错误
硬件在回路仿真
ECU的购买者需要 在做实验时应用
实时响应问题
速度／内存问题
I/O 软件 结果的精度
动力系统自动化设计技术
ECU控制策略与实现
计算机辅助控制系统设计
• 快速地建立控制对象及控制器模型，并对整个控制 系统进行多次的、离线的及在线的试验来验证控制 系统软、硬件方案的可行性，这个过程称为 快速控 制原型（RCP）。
• 已设计完的控制器投入生产后，在投放市场前必须 对其进行详细的测试。现在普遍采用的方法就是： 在系统测试时，控制器是真实的，其余部分能采用 实际的产品就用实际的，不能采用实际的产品，就 采用实时数字模型来模拟控制器的外环境，进行整 个系统的测试，这个过程称为硬件在环仿真 （HILS）。
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当今的开发流程- V循环
功能设计
标定
快速控制原型
dSPACE 原型 实验室与车载测试的可靠方案 通过自动代码H生ar成dw工a具re可-in以-th在e几-L分oo钟p内把 框图变成实时的实验 多种规格的硬件 适用于不同的计算能力与I/O要求
功能设计
标定
Rapid Prototyping
快速控制原型
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硬件在回路仿真 目标代码生成
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当今的开发流程
通用汽车公司的 燃料电池车欧宝 的开发流程
• 目标:在开发过程中使用统一的软硬件平台
– 在办公室作离线仿真 – 在实验室进行原型测试 – 在车上进行标定
信号处理电路
输出
— —驱动电路
实时操作系统
控制功能代码编制
4 、硬件在环仿真（
HILS
）
控制对象仿真硬件研制 在环仿真
5、实验测试
测试监控平台设计
实验测试
通讯接口设计
数据库设计
6 、标定
工作模式选定
各工作模式下的
MAP 图标定
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汽车控制的解决方案
• MATLAB/dSPACE 被用于 ECU开发的所有阶段
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快速控制原型与硬件
在回路仿真
软件在回路
• 控制器与控制对象的功能仿真
原型控制器在回路
• 真实的原型控制器 • 虚拟仿真控制对象
EVM
硬件在回路
•真实的ECU •虚拟仿真控制对象
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当今的开发流程- V循环
功能设计
MATLAB/Simulink/SCtaatleibflroawtio/RnTW 建模与仿真的平台，首先用于离线仿真
把框图作为可执行的技术规范
快速控制原型
Hardware-in-the-Loop
行为模型
Simulink, Stateflow
xPC ，dSPACE MicroAutobox
RTW
快速原型
仿真
代码生成
嵌入式代码
嵌入式系统
TargetLink
硬件在 回路仿真
OSEK
dSPACE Simulator
在集成的设计环境中开发嵌入式系统
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目标代码生成
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任务
数据 I/O
基于模型的设计流程
工程问题
数据分析, 建模与 可视化
行为／ 数学模型
算法／ 系统设计
与分析
系统仿真
快速原型 代码生成 原型代码
实施 嵌入式系统
嵌入式代码
硬件在
回路仿真 测试
模型 对象与 环境模型/源自客户厂商报告生成
仿真
验证与优化 代码生成
测试向量
测试
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文档
快速控制 原型
硬件在 回路仿真
嵌入式系统
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设计流程中使用的工具
测量数据 工程问题
MATLAB
Control Toolboxes
数据分析, 建模与 可视化
控制系统 设计与分析
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例子: 发动机控制 – 在 Simulink中进行功能设计
• 标准的设计描述文件 • 仿真的基础 • 快速控制原型的基础 • 产品代码生成的基础 • 硬件在回路仿真的基础 • 控制单元开发人员的“可执行技术规范”
算法模型
模型被修改, 细化，实施
设计与设计的方法 KNOW-HOW
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基于模型的控制系统设 计
测量的数据
模型
数据分析, 建模与可视化
控制对象 模型
控制系统 设计与分析
用户模型 环境模型 控制器模型
可执行的技术规范
使用者
电 控 单 元 的 开 发 流 程
1、建模及控制原理设计
控制对象建模
控制策略确定
离线仿真
2 、控制仿真
并行方式快速控制原型
（ RCP ）设计
控制器仿真硬件研制
控制对象仿真硬件研制
控制器原理仿真
3、 ECU 设计制造
硬件设计
软件设计
接口电路设计
控制器系统设计
输入
传感器选型
计算机辅助控制系统设计
• 用于发动机电控单元开发的典型产品之一 是德国dSPACE公司开发的dSPACE实时仿 真系统[26]。它是基于MATLAB / Simulink /RTW的控制系统开发和半实物仿真的软硬 件工作平台，它将ECU的开发、编程、测 试集成在一个统一的环境下，从而可以加 速与简化开发流程，快速实现控制参数的 修改，并能与OSEK标准的实时操作系统链 接。
MATLAB / Simulink是基本环境
• 工程计算的标准软件 • 基于模型的控制器设计 • 用Simulink对非线性动态系统仿真 • 大量与定义的图块
动力系统自动化设计技术概论(PPT78 页)
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Stateflow
• 描述有限状态机（控制逻辑）的交互式工具 • 集成于 MATLAB/Simulink • 对事件驱动系统进行仿真