自动化导论 温少杰

自动化导论

第一章 绪论

1.1 常见的控制现象和自动化技术

1.1.1 控制的“身影”随处可见

经过了长期的发展之后，面向人造系统的自动控制技术在工业生产中的应用已经越来越普遍，自动化生产线也屡见不鲜，原来需要人来完成的许多工作或操作，如今借助机器就能够又快又好地完成。

1.1.2 一起进入自动化时代

有学者认为，从控制论的观点出发，人类社会发展至今已经经历了两个时代：人力时代和机械化时代，现在开始步入第三个时代-----自动化时代。 自动化时代的到来得益于电磁波的发现和电子管、半导体、集成电路、无线电以及电子计算机等的先后问世，这些技术几乎同步解决了信息变换的速度问题。

生产过程自动化和办公室自动化可极大地提高社会生产率和工作效率，节约能源和原材料消耗，保证产品质量，改善劳动条件，改进生产工艺和管理体制，加速社会产业结构的变革和社会信息化的进程。

1.2 基本概念和术语

1.2.3控制与自动化

所谓控制，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。

自动控制是指在无人直接干预的情况下，利用外加的设备或装置（简称控制装置或控制器），使机器、设备或生产系统等（可广义地统称被控对象）的某一工作状态或参数（称被控量，如温度、PH值、产值等）或某过程自动、准确地按照预期的规律运行。

自动控制系统的组成中包含了：

（1） 检测比较装置

（2） 控制器

（3） 执行季候

（4） 被控量

1.3控制理论与自动化技术发展简史

1.3.3 现代控制理论的发展

经典控制理论虽然具有很大的实用价值，但也有着明显的局限性。其局限性表现在以下两个方面：第一，经典控制理论建立在传递函数和频率特性的基

础上，而传递函数和频率特性均属于系统的外部描述（只描述输入量和输出

量之间的关系），不能充分反映系统内部的状态；第二，无论是根轨迹法还

是频率法，本质上是频率法（或称复域法），都要通过积分变换（包括拉普

拉斯变换、傅里叶变换、Z变换），因此原则上只适宜于解决“单输入——

单输出”线性定常系统的问题，对“多输入——多输出”系统，特别市对非

线性、时变系统则显得无能为力。

现代控制理论所包含的科学内容十分广泛，主要的方面有线性系统理论、非

线性系统理论、最优控制理论、随机控制理论和自适应控制理论。

第2章 自动控制系统的描述原理

2.1自动控制系统的组成

（1）测量元件

测量元件的基本功能就是检测和转换

（2）比较元件

（3）放大元件

（4）控制元件

（5）执行元件

2.4自动控制理论

2.4.1 基本理论问题

1.单项性能指标

（1）衰减比

（2）最大偏差和超调量

（3）误差稳态

（4）调节时间

第3章 自动控制系统的基本控制过程

3.1 人工控制与自动控制

3.2 自动控制系统的基本控制方式

3.2.1 开环控制方式

开环控制方式只适用于干扰较小的情况，且由于对干扰无能为力，系统会存

在误差，控制精度低。

3.3 不同输入信号作用下得控制

3.3.1 自动控制系统的典型输入信号

1.阶跃信号

2.脉冲信号

3.陡坡信号

4.正弦信号

3.3.2 不同输入信号下的控制

1.恒值控制

在恒值控制系统中，参据量可以随生产条件的变化而改变，但一经调整后，

被控量就应与调整好的参据量保持一致。

2.随动控制

这类控制系统的参据量是预先未知的随时间任意变化的函数，要求被控量以

尽可能小的误差跟随参据量的变化，故有称为随动控制系统。

3.程序控制

这类控制系统的参据量是预先规定的随时间变化的函数，要求被控量快速、

准确地加以复现。

第4章 自动控制系统的基本控制方法

4.1 PID控制

4.1.1 PID控制简介

在工程实际中，应用最为广泛的控制规律为比例、积分、微分、控制，简 称PID控制，又称PID调节。

4.1.2 PID控制的原理和特点

PID控制是依据被控量与参据量之间的差值（偏差），通过比例（P）-积分

（I）-微分（D）运算计算出驱动执行元件的控制信号，进而影响整个系统偏

差和性能的一种控制策略。了解P、I、D控制的特点是理解PID控制的基础。

在控制工程中，视实际情况和要求，PID控制可以分为P、PI、PD、PID几种

基本类型。

1. 比例控制

2. 积分控制与PI控制

3. 微分控制

4. PD控制

5. PID控制

4.3 最优控制

4.3.1 最优控制发展概况

最优控制理论的先期工作应该追溯到维纳等人奠基的控制论研究。

4.3.2 最优控制理论研究的内容

最优控制理论所研究的问题可以概括为：对一个被控的动力学系统或运动

过程，指定一目标性能函数，从一类容许的控制方案中找出一个控制方案，

能使系统的运动按预定要求运行，即由某个初始状态转移到指定的目标状

态，同时，其目标性能函数值达到最优。这样的一个控制方案称为最优控

制方案。

自动化专业作为一门理论与技术相结合的学科，其学习方法与纯理论知识和纯实践技术的学习有很大的不同。那么究竟该如何学习自动化呢？我认为有以下几个值得注意的地方。

一．数学

数学，作为几乎一切工科知识的必备理论工具，应该首先引起我们的高度重视。

一个数学好的人不一定专业知识也那么出众，但一个专业强的人必定拥有扎实的数学功底。道理很简单，“工欲善其事，必先利其器”。一个电工没有必要的仪表如何能完成一个电路检测的工作？一位医生没有必要的医药材料，如何能治愈奄奄一息的病人？静坐湖边的老者若没有手中的鱼杆、鱼钩、鱼线，如何能钓起湖中的游鱼？同样，一个没有扎实数学功底的人，如何能够学好自动化专业呢？

因此，自动化专业的学习应该把数学的学习放在首位。

二．专业理论知识

没有深厚广博的专业理论知识就不可能在本专业方向有所成就。牛顿为什么会成为数学家、物理学家而非“自动化学家”呢？就是由他的专业理论知识所决定的。

其次，自动化学科内容繁多，对于更高层次学习之前，应该对自己的发展方向有一个大致的规划设想。不求面面俱到，而应有所突破；不求泛泛而谈，而应深刻领会，使自己对于专业知识不仅“广博”而且“精专”。这样才能在未来的人才战场上得到一个较好的军衔。

三．实践

自动化专业不仅仅是一门理论，更是一门广泛应用于生产实践的技术，因此理论实践对于自动化的学习而言，是不可或缺的。

“实践是检验真理的唯一标准”，一门理论只有应用于实践才能显现出其本来的面貌。对于自动化而言，专业的学习最终是指向工作的，因此，在学习阶段就加强理论的实践环节，无疑对以后工作有百益而无一害。

四．知识更新

自动化，作为新兴的前沿学科，几乎每天都在发生着巨大的变化。真正要学好自动化专业，最起码得保证自己能跟上时代发展的进程。对于飞速发展的科技知识要保持高度的敏锐感和终生学习的基本素质。

“活到老学到老”不应仅仅是一句漂亮的口号，作为我们学习自动化的人而言，应该真真正正将其溶进自己的血液里，始终以饱满的 …… 此处隐藏：1696字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……