自動化概論課程考核論文

1、自動化概論課程考核論文姓名：劉子洋 學(xué)號：21B12214 專業(yè)：交通學(xué)院第一部分：必答核心概念問題（1）專業(yè)知識對自動化系統(tǒng)實現(xiàn)的作用（需求和應(yīng)用）答：在我看來，專業(yè)知識對自動化系統(tǒng)實現(xiàn)的作用主要體現(xiàn)在閉環(huán)控制系統(tǒng)即反饋控制系統(tǒng)?；诜答佋斫⒌淖詣涌刂葡到y(tǒng)。所謂反饋原理，就是根據(jù)系統(tǒng)輸出變化的信息來進行控制，即通過比較系統(tǒng)行為（輸出）與期望行為之間的偏差，并消除偏差以獲得預(yù)期的系統(tǒng)性能。在反饋控制系統(tǒng)中，既存在由輸入到輸出的信號前向通路，也包含從輸出端到輸入端的信號反饋通路，兩者組成一個閉合的回路。閉環(huán)控制性能指標(biāo)：上升時間tr,，超調(diào)%，穩(wěn)定時間ts，穩(wěn)態(tài)精度閉環(huán)傳遞函數(shù)：反饋控制作用

2、:綜上，它具有抑制干擾的能力，對元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。反饋回路的引入增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且增益選擇不當(dāng)時會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。（2）反饋控制系統(tǒng)中控制輸入和擾動輸入的作用特點和要求有什么不同？ 答：控制輸入：控制輸入就是用戶發(fā)出指令，系統(tǒng)跟隨指令做出相應(yīng)的反應(yīng)。擾動輸入：擾動輸入就是對系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的偏離通過擾動補償進行抑制。擾動補償，從頻域特性角度考慮，補償就是改變時域特性（超前，滯后，滯后/超前）（3）反饋控制系統(tǒng)中回路特性補償和控制器控制作用兩種方法的作用和特點；答：<1>回路特性補償：【1】 作用：將系統(tǒng)的輸出信息返送到輸入端，與輸入信息進行比較，

3、并利用二者的偏差進行控制的過程。 【2】 特點：在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，對元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。<2>控制其控制：【1】 作用：接受傳感器（變送器）來的測量信號，并與被控制量的設(shè)定值（Set Point）進行比較，得到實際測量值與設(shè)定值的偏差，然后根據(jù)偏差信號的大小、變化率和被控制對象的動態(tài)特性，經(jīng)過思維和推理，決定采用什么樣的控制規(guī)律，以使被控制量快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確地到達所預(yù)定的目標(biāo)值?！?】 特點：用較抽象的方式來研究一切控制系統(tǒng)的信息

4、傳輸與信息處理的特點和規(guī)律，研究不同的控制規(guī)律，達到不同的控制目的.（4）PID（比例-積分-微分）三作用控制之所以有效，是因為分別利用了哪三類信息？ 答：比例控制作用：利用偏差當(dāng)前信息產(chǎn)生快速響應(yīng)微分控制作用：利用偏差歷史信息產(chǎn)生控制累計積分控制作用：利用偏差未來信息產(chǎn)生預(yù)報（5）參考（3）的概念，簡單說明作出科學(xué)決策的依據(jù)，或必要的過程答：1、建立被控制對象的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，找出被控制對象的輸出與輸入之間的動態(tài)關(guān)系，即輸入與輸出之間的因果關(guān)系。建立被控制對象的動態(tài)數(shù)學(xué)模型的方法：機理的方法（Mechanism Based） 依據(jù)被控制對象內(nèi)在的機理，運用各種物理、化學(xué)、社會和經(jīng)濟規(guī)律建立模型

5、的方法；辯識方法（Identification） 不論內(nèi)在的機理如何，僅依據(jù)動態(tài)過程中被控制對象的輸出和輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理，并采用特定的算法建立數(shù)學(xué)模型的方法。這種方法又稱黑箱(Black Box)方法。2、自動化（控制）科學(xué)嚴(yán)密嚴(yán)格的數(shù)學(xué)（深厚的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)）3、控制論中的三大要素：同構(gòu)理論，信息的流通、交換，反饋機制4、面向(參數(shù)化)模型的分析、設(shè)計和控制（1）建立近似微分方程式(關(guān)于時間t自變量) （2）簡化微分方程式線性化常用方法 (3) 手工或借助計算機(仿真)計算時域特性 (4) 借助工程數(shù)學(xué)方法(算子)變換到頻率域分析、設(shè)計（5）時域檢驗（仿真或物理實驗）第二部分：研究學(xué)習(xí)

6、報告研討問題：結(jié)合所學(xué)專業(yè)/行業(yè)以及感興趣的社會生活，探討提出對自動化系統(tǒng)的要求;題目：自動化與交通運輸正文：交通運輸對任何地區(qū)而言，就有如血液循環(huán)系統(tǒng)之余人體一樣的重要，因此世界各國無不努力積極改善擴充交通運輸系統(tǒng)的乘載能力及運輸效能。但隨著運輸需求的不斷膨脹，不斷地擴充硬件設(shè)施或增加道路面積，不但可能力有未逮，人稠地峽的區(qū)域，也會碰到難以施展的困難。 因此，如何在現(xiàn)有的交通建設(shè)基礎(chǔ)上，以目前已知的科技，如計算機、網(wǎng)絡(luò)、通訊、控制及先進管理等技術(shù)，提升交通運輸?shù)男?、安全與舒適，也讓智能交通發(fā)展成敗的自動化技術(shù)，變得更加重要。1、自動化技術(shù)對交通運輸?shù)膸椭胍行н_到交通運輸自動化的目標(biāo)，首

7、先要能搜集、處理、應(yīng)用及傳遞大量的交通資料與交通信息，才能讓自動化科技做出正確判斷，達到實時、穩(wěn)定及安全的三大目標(biāo)。為了能有效解決嚴(yán)重堵塞問題、提供行旅交通信息、加速處理交通事故，以及解決行旅突發(fā)困難等交通運輸?shù)闹饕康模瑠W地利國家交通管理中心的運行平臺，是以電子地圖為顯示操控狀態(tài)之底層，可點選各種設(shè)備、事件等，以圖層方式顯示于電子地圖上，再點選各種圖例進入設(shè)備執(zhí)行操控，交通管理中心的操控人員可利用鼠標(biāo)、鍵盤，同時進行跨屏幕的操作，并且具有事件管理功能，可以登錄、確認及修改事件信息，另外也可以查詢各項實時路況。類似的管理方式，目前也已普遍應(yīng)用于國內(nèi)的交控系統(tǒng)，如高速公路中區(qū)交通控制中心的控制臺

8、已于2011年12月時，將屏幕尺寸予以集成統(tǒng)一，并利用KVM切換器，讓各個控制席位僅留用一組鍵盤鼠標(biāo)，桌面雜亂的現(xiàn)象獲得很大的改善；南區(qū)交通控制中心也已于2012年7月時比照辦理。奧地利國家交通管理中心在信息發(fā)布及用路人信息提供部分也很多元化，行前信息服務(wù)方面，可透過手機、網(wǎng)絡(luò)查詢及行動化應(yīng)用裝置(App)查詢實時交通信息；行駛途中，除可利用路上的動態(tài)顯示板DRS(Dynamic Road Signs)、信息可變標(biāo)志VMS(Variable Message Signs)及轉(zhuǎn)板標(biāo)志RS(Rotation Signs)獲取實時路況信息外，并可利用手機、平板計算機或車上導(dǎo)航機取得實時交通信息。 值得

9、一提的是，奧地利國家交通管理中心有一項很特別的交通控制與管理策略，也就是在控制中心監(jiān)看車流狀況時，如產(chǎn)生不穩(wěn)定的車流時，會利用主線每一車道上所設(shè)置的動態(tài)顯示板DRS(Dynamic Road Signs)，針對每一車道的行駛速率進行管制，俾達到主線車流穩(wěn)定及行駛速率均勻化的目的。 2、交通建設(shè)積極導(dǎo)入自動化技術(shù)因應(yīng)交通運輸自動化的需求，各類科技應(yīng)用也不斷開發(fā)中，并已進入實用階段。如日本NEC所開發(fā)的HOV/HOT車道乘員數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，主要是利用近紅外線照相機及偵測系統(tǒng)，同步偵測車輛前窗及側(cè)窗之影像，有效篩選可能違規(guī)之小客車車輛影像、車牌號碼、時間及里程等資料，以避免未滿3人之小客車占用高乘載管制

10、路段。國內(nèi)即將于2013年完工通車的國道1號五股至楊梅段拓寬工程，也將導(dǎo)入HOV車道乘員數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，但由于為國內(nèi)首次建置之試辦計畫，目前的系統(tǒng)偵測率準(zhǔn)確度，僅要求要達50%以上且誤報率小于30%，離全面取代人工取締，還有一段距離，但隨著影像辨識技術(shù)的逐步提升，相關(guān)應(yīng)用的推廣將是指日可待。而在防止交通災(zāi)難方面，類似技術(shù)也已出現(xiàn)。奧地利業(yè)者SICK就推出一套進入隧道前可偵測車輛溫度之設(shè)備(Hotspot Detector)，利用熱影像攝像機(thermal imaging cameras)及雷射掃描儀(laser scanners)偵測過熱車輛，若在隧道入口前建置此一系統(tǒng)，可避免高風(fēng)險車輛進入隧道

11、中，如發(fā)生2012年5月7日國道5號雪山隧道火燒車的交通事故，若當(dāng)時就已經(jīng)有這套系統(tǒng)，就可能提早提出警告，不但可能避免后續(xù)災(zāi)難的發(fā)生，也可提早引導(dǎo)車流，避免交通堵塞的現(xiàn)象發(fā)生。 3、自動化技術(shù)讓智能交通進入實用階段隨著交通運輸自動化技術(shù)迅速成熟，智能交通系統(tǒng)也正由建置階段，迅速進入實用階段，如我國運輸政策白皮書中的智能型運輸系統(tǒng)(Intelligent Transportation System；TIS)，已將轉(zhuǎn)型為智能型運輸服務(wù)(Intelligent Transportation Services)，下一階段的推動策略，將以集成式運輸服務(wù)(Integrated Transportation Services)為核心，將現(xiàn)有的ITS各項服務(wù)與各項交通基礎(chǔ)設(shè)施進行更緊密的集成，以提供更符合民眾與交通管理單位需求之服務(wù)。根據(jù)運輸政策白皮書揭櫫的優(yōu)先方案及預(yù)期具體目標(biāo)，包括提升全國2,000個號志路口的車流運轉(zhuǎn)效能，減少平均車輛停等延滯達5%；完成全國鐵路平交道路口之安全控制系統(tǒng)，降低平交道事