自動(dòng)化講義第10講第三章

自動(dòng)化講義第10講第三章引言自動(dòng)化系統(tǒng)的基本概念傳感器與執(zhí)行器自動(dòng)化控制理論工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)目錄CONTENT引言01章節(jié)概述本章主要介紹了自動(dòng)化的基本概念、原理和應(yīng)用，包括自動(dòng)化系統(tǒng)的組成、分類、特點(diǎn)、性能指標(biāo)等。闡述了自動(dòng)化技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，以及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和未來展望。ABCD學(xué)習(xí)目標(biāo)熟悉自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)，了解自動(dòng)化技術(shù)的未來展望。掌握自動(dòng)化的基本概念和原理，了解自動(dòng)化系統(tǒng)的組成和分類。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的能力。能夠分析和解決簡(jiǎn)單的自動(dòng)化問題，具備初步的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用能力。自動(dòng)化系統(tǒng)的基本概念0201自動(dòng)化是指機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或過程（生產(chǎn)、管理過程）在沒有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析判斷、操縱控制，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)的過程。02自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研究、交通運(yùn)輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)和家庭等方面。03采用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴(kuò)展人的器官功能，極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng)人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。自動(dòng)化的定義自動(dòng)化系統(tǒng)的組成自動(dòng)化系統(tǒng)中包括用來代替人的勞動(dòng)的機(jī)器設(shè)備，此外還包括自動(dòng)檢測(cè)裝置、自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置、自動(dòng)操縱裝置、自動(dòng)信號(hào)裝置及自動(dòng)保護(hù)裝置等。02自動(dòng)化系統(tǒng)還包括以計(jì)算機(jī)為核心的信息處理裝置，以及相應(yīng)的軟件。03自動(dòng)化系統(tǒng)還包括與上述裝置相配套的各種輔助設(shè)備，如傳感器、變送器、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)閥等。01自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷史，大致可以劃分為自動(dòng)化技術(shù)形成、局部自動(dòng)化和綜合自動(dòng)化三個(gè)時(shí)期。1788年，J.瓦特為了解決工業(yè)生產(chǎn)中提出的蒸汽機(jī)的速度控制問題，把離心式調(diào)速器與蒸汽機(jī)的閥門連接起來，構(gòu)成蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使蒸汽機(jī)變?yōu)榧劝踩謱?shí)用的動(dòng)力裝置。瓦特的這項(xiàng)發(fā)明開創(chuàng)了自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用的新紀(jì)元，對(duì)第一次工業(yè)革命及后來控制理論的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。社會(huì)的需要是自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力。自動(dòng)化技術(shù)是緊密圍繞著生產(chǎn)、軍事設(shè)備的控制以及航空航天工業(yè)的需要而形成和發(fā)展起來的。自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷程傳感器與執(zhí)行器03工作原理傳感器是一種能將非電量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電量輸出的裝置。其工作原理基于各種物理、化學(xué)效應(yīng)，如壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)、光電效應(yīng)等。分類根據(jù)輸入量的不同，傳感器可分為溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、力傳感器、光傳感器、聲音傳感器等。傳感器的工作原理及分類執(zhí)行器是一種能接收控制信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動(dòng)或機(jī)械力的裝置。其工作原理基于電磁力、液壓力、氣動(dòng)力等驅(qū)動(dòng)方式。工作原理根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同，執(zhí)行器可分為電動(dòng)執(zhí)行器、氣動(dòng)執(zhí)行器、液動(dòng)執(zhí)行器等。其中，電動(dòng)執(zhí)行器又可分為直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。分類執(zhí)行器的工作原理及分類選型原則在選擇傳感器和執(zhí)行器時(shí)，應(yīng)根據(jù)被控對(duì)象的特性、控制精度要求、工作環(huán)境等因素進(jìn)行綜合考慮。同時(shí)，還需注意產(chǎn)品的性能參數(shù)、可靠性、價(jià)格等因素。配置方法在配置傳感器和執(zhí)行器時(shí)，應(yīng)確保其與控制系統(tǒng)相匹配，并考慮安裝位置、連接方式等因素。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，可能需要采用多個(gè)傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行組合配置，以實(shí)現(xiàn)更精確的控制效果。傳感器與執(zhí)行器的選型與配置自動(dòng)化控制理論04

控制理論的基本概念控制系統(tǒng)的定義由被控對(duì)象、測(cè)量元件、比較元件、執(zhí)行元件和控制器等組成的閉環(huán)系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)特定的控制目標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)的分類根據(jù)控制目標(biāo)的不同，控制系統(tǒng)可分為位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)、力控制系統(tǒng)等?？刂葡到y(tǒng)的基本組成包括輸入量、輸出量、被控對(duì)象、控制器和執(zhí)行器等部分，各部分之間通過信號(hào)傳遞和反饋機(jī)制實(shí)現(xiàn)控制。穩(wěn)定性的定義指系統(tǒng)在受到外部擾動(dòng)后，能夠自動(dòng)恢復(fù)到原平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性分析方法包括時(shí)域分析法、頻域分析法和根軌跡法等，用于判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定以及穩(wěn)定的程度。穩(wěn)定性判據(jù)勞斯判據(jù)、赫爾維茨判據(jù)、奈奎斯特判據(jù)等，用于定量地判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性分析控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)與評(píng)價(jià)通過調(diào)整控制器參數(shù)或采用先進(jìn)的控制算法，可以改善控制系統(tǒng)的性能，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性。性能優(yōu)化方法包括穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)（如穩(wěn)態(tài)誤差）、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)（如超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間）和魯棒性指標(biāo)（如靈敏度、補(bǔ)靈敏度）等，用于全面評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的性能。性能指標(biāo)包括時(shí)域分析法、頻域分析法和仿真分析法等，用于定量地評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。性能評(píng)價(jià)方法工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用05初始階段20世紀(jì)初，工業(yè)自動(dòng)化主要以機(jī)械化、電氣化為主，通過簡(jiǎn)單的控制裝置實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。發(fā)展階段20世紀(jì)中期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化開始采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化和智能化。成熟階段20世紀(jì)末至21世紀(jì)初，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)不斷成熟，廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展歷程工業(yè)自動(dòng)化在制造業(yè)中應(yīng)用最為廣泛，包括生產(chǎn)線自動(dòng)化、機(jī)器人應(yīng)用、智能制造等。制造業(yè)能源領(lǐng)域交通運(yùn)輸醫(yī)療保健工業(yè)自動(dòng)化在能源領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括電力、石油、天然氣等行業(yè)的自動(dòng)化控制和監(jiān)測(cè)。工業(yè)自動(dòng)化在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用包括智能交通系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛等。工業(yè)自動(dòng)化在醫(yī)療保健領(lǐng)域的應(yīng)用包括醫(yī)療設(shè)備自動(dòng)化、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。工業(yè)自動(dòng)化的主要應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化工業(yè)自動(dòng)化將更加注重?cái)?shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的應(yīng)用，如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等。個(gè)性化與定制化隨著消費(fèi)者需求的多樣化，工業(yè)自動(dòng)化將更加注重個(gè)性化與定制化生產(chǎn)。綠色化與可持續(xù)發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化將更加注重環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展，如節(jié)能減排、資源回收等。人工智能化隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化將更加注重智能化應(yīng)用，如機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等。工業(yè)自動(dòng)化的未來發(fā)展趨勢(shì)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施06分析現(xiàn)有系統(tǒng)和流程對(duì)現(xiàn)有的系統(tǒng)和流程進(jìn)行深入分析，找出存在的問題和瓶頸，為自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。制定需求規(guī)格說明書將系統(tǒng)目標(biāo)和功能需求詳細(xì)化、具體化，形成一份完整的需求規(guī)格說明書，為后續(xù)的設(shè)計(jì)和實(shí)施提供明確的指導(dǎo)。確定系統(tǒng)目標(biāo)和功能需求明確自動(dòng)化系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和具體功能，如生產(chǎn)線的自動(dòng)化、數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化等。自動(dòng)化系統(tǒng)的需求分析03制定系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)計(jì)劃明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)的階段劃分、任務(wù)分配、時(shí)間計(jì)劃等，確保項(xiàng)目的順利進(jìn)行。01設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)根據(jù)需求規(guī)格說明書，設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)的整體架構(gòu)，包括硬件組成、軟件結(jié)構(gòu)、通信網(wǎng)絡(luò)等。02選擇合適的技術(shù)和工具根據(jù)系統(tǒng)需求和設(shè)計(jì)目標(biāo)，選擇合適的技術(shù)和工具，如傳感器、執(zhí)行器、控制器、編程語言等。自動(dòng)化系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)施設(shè)計(jì)系統(tǒng)各模塊根據(jù)總體設(shè)計(jì)，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括硬件接口、軟件算法、數(shù)據(jù)處理流程等。集成和測(cè)試系統(tǒng)將各個(gè)模塊集成在一起，進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試和調(diào)試，確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的調(diào)整和優(yōu)化。編寫和調(diào)試程序代碼根據(jù)模塊設(shè)計(jì)，編寫相應(yīng)的程序代碼，并進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化，確保程序的正確性和高效性。編寫用戶手冊(cè)和技術(shù)文檔為用戶提供詳細(xì)的使用說明和技術(shù)支持文檔，方便用戶更好地使用和維護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)。自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)07調(diào)試前的準(zhǔn)備工作包括檢查設(shè)備、連接線路、準(zhǔn)備測(cè)試工具等。系統(tǒng)調(diào)試按照設(shè)計(jì)要求和操作步驟，逐步對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，確保系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。運(yùn)行測(cè)試在調(diào)試完成后，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)功能和性能是否滿足設(shè)計(jì)要求。自動(dòng)化系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行定期保養(yǎng)按照設(shè)備使用說明書要求，定期對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行全面保養(yǎng)，包括檢查電氣元件、傳動(dòng)部件、液壓系統(tǒng)等。預(yù)防性維護(hù)通過對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，提前發(fā)現(xiàn)潛在故障并采取措施進(jìn)行維修，避免故障發(fā)生。日常維護(hù)定期檢查設(shè)備狀態(tài)、清理灰塵、更換易損件等，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。自動(dòng)化系統(tǒng)的維護(hù)與保養(yǎng)故障排除針對(duì)故障原因采取相應(yīng)