自動(dòng)化專業(yè)導(dǎo)論作業(yè)

1、1）根據(jù)你目前的理解, 自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的核心是什么？自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn)是什么？答：自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的核心是控制與系統(tǒng)和反饋。，控制與系統(tǒng)不但是自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)與其他科學(xué)技術(shù)最大的不同點(diǎn)，更是自動(dòng)化科學(xué)對(duì)其他許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展所做的重要貢獻(xiàn)所在。自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn)：“強(qiáng)弱電并重，軟硬件兼顧，控制理論和實(shí)際系統(tǒng)相結(jié)合，面向運(yùn)動(dòng)控制、過程控制和其他對(duì)象控制”，具體來說自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：多學(xué)科交叉：自動(dòng)化是當(dāng)代高技術(shù)的集中體現(xiàn)與應(yīng)用，自動(dòng)化學(xué)科是一門多學(xué)科交叉的高技術(shù)學(xué)科，不僅覆蓋的面非常寬廣，而且在自動(dòng)化學(xué)科的結(jié)構(gòu)體系中，還包含了其他學(xué)科的一些交叉分支。方法論突出：在自動(dòng)化科學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展過程

2、中，出現(xiàn)了許多重要的科學(xué)方法與科學(xué)思想，不僅對(duì)自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展起了極其重要的推動(dòng)作用，使自動(dòng)化學(xué)科成為最具方法論性質(zhì)的學(xué)科之一，而且也對(duì)其它技術(shù)學(xué)科以及自然科學(xué)、管理科學(xué)乃至哲學(xué)的發(fā)展都做出了貢獻(xiàn)。系統(tǒng)、集成的特點(diǎn)：自動(dòng)化的核心是控制與系統(tǒng)?？刂频淖罨締栴}是如何對(duì)系統(tǒng)施加控制作用使其表現(xiàn)出預(yù)定的行為。 2）開環(huán)控制和閉環(huán)控制的差異是什么？解釋閉環(huán)PID控制的作用?答：開環(huán)控制和閉環(huán)控制的差異；若系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用沒有影響，則稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。特點(diǎn)是：控制量與被控制量之間只有前向通道而沒有反向通道,信息的傳遞路徑不是閉合的，則稱開環(huán)。在控制系統(tǒng)中，控制裝置對(duì)被控對(duì)象所施加的控制

3、作用，若部分或全部取自被控量的反饋信息，即根據(jù)實(shí)際輸出來修正控制作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的任務(wù)，這種控制原理稱為反饋控制原理。正是由于引入了反饋信息，使整個(gè)控制過程成為閉合的。則為閉環(huán)。閉環(huán)PID控制的作用： PID是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的一種控制方式，PID調(diào)節(jié)儀表也是工業(yè)控制中最常用的儀表之一，PID 適用于需要進(jìn)行高精度測(cè)量控制的系統(tǒng)，可根據(jù)被控對(duì)象自動(dòng)演算出最佳PID控制參數(shù)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便。PID就是比例積分加微分控制。比例環(huán)節(jié)作用：    成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減小偏差

4、。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。積分環(huán)節(jié)作用：    控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)T,T越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。微分環(huán)節(jié)作用：    反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)，并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。PID控制系統(tǒng)是結(jié)合三種作用，從而達(dá)到穩(wěn)定系統(tǒng)的目的。3）計(jì)算機(jī)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中充當(dāng)什么角色？為什么要

5、用A/D和D/A裝置與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連？與模擬控制系統(tǒng)相比，它有哪些特點(diǎn)？ 試舉一個(gè)應(yīng)用的實(shí)例？ 并畫出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖？闡述他們的工作原理。答：計(jì)算機(jī)在直接數(shù)字控制系統(tǒng)充當(dāng)控制器。因?yàn)橛?jì)算機(jī)不能直接處理模擬信號(hào)只能處理數(shù)字信號(hào)，要實(shí)現(xiàn)數(shù)控就必須進(jìn)行這兩種轉(zhuǎn)換用，A/D和D/A裝置與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連是為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與被控對(duì)象之間的信號(hào)變換與信息傳輸，起橋梁作用。直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）的特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，控制器的控制規(guī)律是通過計(jì)算機(jī)程序形式實(shí)現(xiàn)的，修改一個(gè)控制規(guī)律，只需修改相應(yīng)的程序，不需要改變硬件電路，因此具有很大的靈活性和適應(yīng)性。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有豐富的指令系統(tǒng)，很強(qiáng)的運(yùn)算能力和邏輯判斷功

6、能，便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，而傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬電路或機(jī)電的形式只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的控制規(guī)律。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)一般一個(gè)控制器只能控制一個(gè)回路。而在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)高速的運(yùn)算處理能力，可以采用分時(shí)控制等方式，同時(shí)控制多個(gè)回路，并可方便的實(shí)現(xiàn)各控制回路之間的協(xié)調(diào)和管理。直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）實(shí)例：VAV空調(diào)系統(tǒng)中的自動(dòng)控制如圖所示，空調(diào)冷凍水系統(tǒng)循環(huán)泵，由初級(jí)泵和次級(jí)泵組成。 初級(jí)泵為定頻泵，其流量只需滿足冷水機(jī)組的額定流量。次級(jí)泵采用變頻泵根據(jù)供回水之間的壓差P，控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速從而改變水泵的供水量?？刂七^程如下圖所示控制過程：當(dāng)空調(diào)負(fù)荷逐漸減小，空調(diào)機(jī)組送風(fēng)溫度t達(dá)到設(shè)定值時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)

7、DDC控制器自動(dòng)將空調(diào)機(jī)組的回水電動(dòng)閥開度m減小，以減少機(jī)組水流量，此時(shí)系統(tǒng)供回水壓差P隨之增大。通過DDC控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率使水泵轉(zhuǎn)速n下降，從而減小系統(tǒng)水流量。同理，當(dāng)空調(diào)負(fù)荷增大時(shí)，相應(yīng)的増大系統(tǒng)的水流量。當(dāng)次級(jí)泵b1滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，流量仍不能滿足空調(diào)系統(tǒng)需要時(shí)，DDC控制器自動(dòng)開啟次級(jí)泵b2。此時(shí)次級(jí)泵的流量大于初級(jí)泵的流量，系統(tǒng)回水通過旁通管回到次級(jí)泵進(jìn)口，旁通的水量通過流量計(jì)q進(jìn)行檢測(cè)。如果旁通的水量大于某一設(shè)定值時(shí)，說明一臺(tái)制冷機(jī)的制冷量不能滿足負(fù)荷的需要。同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)第二臺(tái)制冷機(jī)。反之，停止一臺(tái)制冷機(jī)。上述過程中電動(dòng)閥、系統(tǒng)壓差均采用PID的調(diào)節(jié)方式?？刂葡到y(tǒng)中干

8、擾量是空調(diào)負(fù)荷，檢測(cè)變送裝置是溫度傳感器、壓差傳感器，控制器是DDC執(zhí)行器是電動(dòng)閥、變頻水泵。由于空調(diào)負(fù)荷的滯后性、每個(gè)房間空調(diào)負(fù)荷的不均勻性，使得末端空調(diào)機(jī)組電動(dòng)閥不可能同時(shí)開大或同時(shí)關(guān)小，從而造成水系統(tǒng)壓差的不穩(wěn)定性。采用PID的調(diào)節(jié)方式可以實(shí)現(xiàn)超前調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)控制更加平穩(wěn)。水泵變頻調(diào)速的節(jié)能原理如圖所示，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)剛開始運(yùn)行時(shí)由于負(fù)荷大，系統(tǒng)的水流量為Q1，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后負(fù)荷減小并且趨于穩(wěn)定，水流量變?yōu)镼2。根據(jù)水泵流量Q、壓力P、轉(zhuǎn)速n和功率N間的如下關(guān)系：可以看出改變水泵轉(zhuǎn)速，使流量適應(yīng)空調(diào)負(fù)荷的變化。水泵效率12const ,水泵功率大幅度下降，具有顯著的節(jié)能效果

9、?？照{(diào)末端變風(fēng)量系統(tǒng)的自動(dòng)控制變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中的空調(diào)機(jī)組采用變頻風(fēng)機(jī)，送入每個(gè)房間的風(fēng)量由變風(fēng)量末端裝置VAVbox控制，每個(gè)變風(fēng)量末端裝置可根據(jù)房間的布局設(shè)置幾個(gè)送風(fēng)口。如圖所示，  室內(nèi)溫度通過末端裝置設(shè)在房間的溫控器進(jìn)行設(shè)定，溫控器本身自帶溫度檢測(cè)裝置，當(dāng)房間的空調(diào)負(fù)荷發(fā)生變化實(shí)際值偏離設(shè)定值時(shí)，VAVbox根據(jù)偏離程度通過系統(tǒng)計(jì)算，確定送入房間的風(fēng)量。送入房間的實(shí)際風(fēng)量可以通過VAVbox的檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)，如果實(shí)際送風(fēng)量與系統(tǒng)計(jì)算的送風(fēng)量有偏差，則VAVbox自動(dòng)調(diào)整進(jìn)風(fēng)口風(fēng)閥以調(diào)整送風(fēng)量。例如夏季，當(dāng)室內(nèi)溫度高于設(shè)定值時(shí)，VAVbox將開大風(fēng)閥提高送風(fēng)量，此時(shí)主

10、送風(fēng)道的靜壓P將下降，并通過靜壓傳感器把實(shí)測(cè)值輸入到現(xiàn)場(chǎng)DDC控制器，控制器將實(shí)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較后，控制變頻風(fēng)機(jī)提高送風(fēng)量，以保持主送風(fēng)道的靜壓。如果室內(nèi)溫度低于設(shè)定值時(shí)VAVbox將減小送風(fēng)量。冬季和夏季的調(diào)節(jié)方式相同，但調(diào)節(jié)過程相反。具體控制過程如下圖所示上述控制過程中，控制對(duì)象為室內(nèi)溫度、主送風(fēng)道靜壓P，檢測(cè)裝置為靜壓傳感器，調(diào)節(jié)裝置是現(xiàn)場(chǎng)DDC控制器，執(zhí)行器是變頻風(fēng)機(jī)，干擾量是VAVbox風(fēng)閥開度、空調(diào)負(fù)荷。另外，送風(fēng)道的嚴(yán)密性也是不可避免的干擾量，但可以通過改善施工工藝使之減小到最小程度。由泵與風(fēng)機(jī)的相似律可知，變頻風(fēng)機(jī)和變頻水泵的節(jié)能原理是一樣的，這里就不在重復(fù)敘述。 由于變風(fēng)

11、量系統(tǒng)在調(diào)節(jié)風(fēng)量的同時(shí)保持送風(fēng)溫度不變，因此在實(shí)際運(yùn)行過程中必須根據(jù)空調(diào)負(fù)荷合理的確定送風(fēng)溫度。例如夏季，當(dāng)送風(fēng)溫度定的過高，空調(diào)機(jī)組冷量不能平衡室內(nèi)負(fù)荷時(shí)，空調(diào)機(jī)組可能大風(fēng)量工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)起不到節(jié)能效果?？照{(diào)機(jī)組的送風(fēng)溫度可以通過現(xiàn)場(chǎng)DDC控制器進(jìn)行設(shè)定，并且通過控制空調(diào)機(jī)組回水電動(dòng)閥，對(duì)送風(fēng)溫度進(jìn)行有效的控制，控制過程如前所述。為了使變風(fēng)量系統(tǒng)更加穩(wěn)定的工作、充分發(fā)揮節(jié)能效果，保持良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)?，F(xiàn)場(chǎng)DDC可以對(duì)空調(diào)機(jī)組進(jìn)行起?？刂?，通過設(shè)定時(shí)間表，使機(jī)組按時(shí)工作按時(shí)停止。對(duì)于有幾十臺(tái)甚至上百臺(tái)空調(diào)機(jī)組的大廈來說，可以節(jié)省很多人工。DDC控制器通過監(jiān)測(cè)新風(fēng)與回風(fēng)的焓值，確定新風(fēng)與回風(fēng)的

12、混合比。在保持最小新風(fēng)量的同時(shí)充分利用回風(fēng)，以減少制冷機(jī)組能耗。DDC控制器還可以對(duì)空調(diào)機(jī)組過濾網(wǎng)前后的壓差進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)過濾網(wǎng)出現(xiàn)堵塞時(shí)會(huì)及時(shí)報(bào)警，以免長(zhǎng)時(shí)間影響機(jī)組送風(fēng)量。各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的DDC控制器通過網(wǎng)絡(luò)控制器NCU與中央控制室之間進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的集中控制?？照{(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)負(fù)荷，是考慮在最不利環(huán)境下的最大負(fù)荷。在實(shí)際運(yùn)行的過程中，處于最大負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)的比例很小，所以采用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)可以取得良好的節(jié)能效果。4）“實(shí)體控制”類知識(shí)結(jié)構(gòu)與體系的特點(diǎn)是什么？參照內(nèi)蒙古科技大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)計(jì)劃，你認(rèn)為在基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課中，各有哪幾門課程是主要、核心課程？你準(zhǔn)備如何學(xué)好這些課程？答

13、：“實(shí)體控制”類知識(shí)結(jié)構(gòu)與體系的特點(diǎn)：（1）工程的特點(diǎn)。學(xué)習(xí)如何將自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的原理和方法轉(zhuǎn)換為工程應(yīng)用技術(shù)；同時(shí)學(xué)習(xí)如何將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于具體對(duì)象，使其成為自動(dòng)化設(shè)備，自動(dòng)化系統(tǒng)或自動(dòng)化工程。（2）專門自動(dòng)化的特點(diǎn)：針對(duì)不同的對(duì)象，形成具有專門針對(duì)性的自動(dòng)化，如商業(yè)自動(dòng)化、化工自動(dòng)化、交通自動(dòng)化，建筑自動(dòng)化、電力自動(dòng)化等。根據(jù)我校制定的我專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃，我認(rèn)為這些科目比較重要：高等數(shù)學(xué)A、大學(xué)物理、電路原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)、自動(dòng)控制原理、微機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)原理及應(yīng)用、電力電子技術(shù)、電機(jī)與拖動(dòng)、電氣控制與PLC技術(shù)、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、控制系統(tǒng)仿真、工業(yè)企業(yè)供電、自動(dòng)

14、化儀表與過程控制、現(xiàn)代控制理論、變頻器應(yīng)用、+程序設(shè)計(jì)以及實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容金工實(shí)習(xí)、電子實(shí)習(xí)、工程教育、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、微計(jì)算機(jī)應(yīng)用及計(jì)控技術(shù)實(shí)訓(xùn)、電機(jī)拖動(dòng)與PLC實(shí)訓(xùn)、電力電子及拖動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)、流程控制自動(dòng)化技術(shù)實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)實(shí)習(xí)等。在這些科目中，高等數(shù)學(xué)A、大學(xué)物理、電路原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)這幾門課是我們學(xué)習(xí)專業(yè)課的基礎(chǔ)，所以，我們應(yīng)該加強(qiáng)基礎(chǔ)的建設(shè)，為今后的專業(yè)課打下基礎(chǔ)。其他課程，例如自動(dòng)控制原理、微機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)原理及應(yīng)用、電力電子技術(shù)、電機(jī)與拖動(dòng)、電氣控制與PLC技術(shù)、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、控制系統(tǒng)仿真、工業(yè)企業(yè)供電、自動(dòng)化儀表與過程控制、現(xiàn)代控制理論

15、、變頻器應(yīng)用，這些都是與我們?nèi)蘸蠊ぷ飨⑾⑾嚓P(guān)的專業(yè)課程，我們?cè)诖蠛没A(chǔ)的前提下，要認(rèn)真的對(duì)待這些課程，為進(jìn)入工作單位，盡職盡責(zé)的工作做好技術(shù)上的保障。最后是在校期間安排的實(shí)習(xí)和實(shí)訓(xùn)，通過這些，我們可以提前了解到現(xiàn)在工廠的一些情況，提高自己的動(dòng)手能力，使今后可以更好更快的融入生產(chǎn)的大環(huán)境，提高自己的競(jìng)爭(zhēng)力。5）自動(dòng)化專業(yè)人才需要哪5方面的知識(shí)？哪4方面的素質(zhì)？哪4方面的能力？他們的相互關(guān)系？答：五個(gè)方面的素質(zhì)要求是工具性知識(shí)、人文社會(huì)科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、自然科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、工程技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)、自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)；四個(gè)方面的素質(zhì)要求是思想道德素質(zhì)、科學(xué)素質(zhì)、文化素質(zhì)、身心素質(zhì)；四個(gè)方面的能力要求是獲取知識(shí)能力、

16、應(yīng)用知識(shí)能力、創(chuàng)造知識(shí)能力、科研創(chuàng)新能力。知識(shí)、能力、和素質(zhì)是進(jìn)行高科技創(chuàng)新的基礎(chǔ)，真確理解三者的內(nèi)涵及其關(guān)系很重要。知識(shí)是基礎(chǔ)，是能力和素質(zhì)的載體；能力是知識(shí)的綜合體現(xiàn)，實(shí)在獲取知識(shí)過程中，經(jīng)培養(yǎng)訓(xùn)練和實(shí)踐鍛煉而形成的；素質(zhì)是人在獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)和創(chuàng)造知識(shí)過程中，在社會(huì)化過程中形成的相對(duì)穩(wěn)定的各種品質(zhì)的總和。知識(shí)和能力可以相得益彰，而高的素質(zhì)可以推動(dòng)知識(shí)和能力的拓展知識(shí)要求：人文社會(huì)科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、工具性知識(shí)（英語、計(jì)算機(jī)）、自然科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、工程技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)、自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)。6）自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)在發(fā)展中形成了那些鮮明的特色？答：（1）知識(shí)更新快，需要不斷學(xué)習(xí)不斷提高。（2）自動(dòng)化是一門具有

17、方法論性質(zhì)的學(xué)科，其思想開闊。（3）學(xué)習(xí)自動(dòng)化需要擁有創(chuàng)新能力，不局限于傳統(tǒng)知識(shí)。（4）多學(xué)科交叉、涉及知識(shí)面廣，有利于培養(yǎng)復(fù)合型人才。（5）其思想、方法是突出系統(tǒng)與集成。7）列出自動(dòng)化領(lǐng)域著名公司、研究院所、大學(xué)與重要學(xué)術(shù)期刊。答：自動(dòng)化領(lǐng)域著名公司：1、美國羅克韋爾自動(dòng)化公司2、美國霍尼韋爾公司3、德國西門子自動(dòng)化公司 4、瑞士ABB公司5、日本三菱電機(jī)公司 6、美國江森自控公司7、法國阿爾斯通公司 自動(dòng)化領(lǐng)域著科研院所：1、中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所2、中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所 3、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所4、冶金自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院 5、上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所6、天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院 7、輕工業(yè)自動(dòng)化研究所自動(dòng)化領(lǐng)域著