自動化專業(yè)導(dǎo)論

1.專業(yè)的特點(diǎn)根據(jù)你目前的理解,自動化科學(xué)與技術(shù)的核心是什么？自動化專業(yè)的特點(diǎn)是什么？答：自動化科學(xué)與技術(shù)的核心是信息、控制與系統(tǒng)。 自動化專業(yè)的特點(diǎn)：以嚴(yán)密的理論和復(fù)雜的系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，對人們生活的各方面可以產(chǎn)生翻天覆地的影響；多學(xué)科交叉的特點(diǎn)——適合于通才教育；（3）突出的方法論特點(diǎn)——利于培養(yǎng)創(chuàng)新人才；（4）系統(tǒng)的集成特點(diǎn)——利于培養(yǎng)將才、帥才；（5）發(fā)展迅速，知識更新快，需要不斷學(xué)習(xí)；（6）學(xué)習(xí)自動化需要擁有創(chuàng)新能力，不局限于已有的傳統(tǒng)知識；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)控制是按信號的傳遞路徑來區(qū)分的兩種不同的控制形式。開環(huán)控制系統(tǒng)被控制量不反饋至輸入端，信號有輸入端至輸出端單方向傳遞。既沒有反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高,響應(yīng)時間相對來說很長,它完全按照事先設(shè)置的給定信號控制系統(tǒng)，控制精確度難以得到保證。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，適用于對系統(tǒng)穩(wěn)定性精確度要求不高的簡單系統(tǒng)。圖（1）、開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)控制的被控量要經(jīng)測量變送元件測量出來送回給輸入端與給定信號進(jìn)行比較得出偏差信號，即有反饋環(huán)節(jié)，通過反饋（負(fù)反饋）使系統(tǒng)的精確度提高,響應(yīng)時間縮短,適合于對系統(tǒng)的響應(yīng)時間,穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng)。該系統(tǒng)相對來說比較復(fù)雜。圖（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖PID控制器有比例單元、積分單元和微分單元組成。比例單元：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差。積分單元：使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高誤差度。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。微分單元：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)測性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，因此具有超前的作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。微分作用不能單獨(dú)作用，需與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。三者的結(jié)合閉環(huán)P（比例）I（積分）D（微分）控制能使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性和靜態(tài)特性。3.計(jì)算機(jī)在直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）中充當(dāng)什么角色？為什么要用A/D和D/A裝置與現(xiàn)場設(shè)備相連？與模擬控制系統(tǒng)相比，它有哪些特點(diǎn)？試舉一些它們應(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：DDC系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的最典型的一種系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)的分時處理功能直接對多個控制回路實(shí)現(xiàn)多種形式控制的多功能數(shù)字控制系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的輸出直接作用于控制對象，所以計(jì)算機(jī)在DDC系統(tǒng)中充當(dāng)控制器。因?yàn)橛?jì)算機(jī)不能直接處理模擬信號只能處理數(shù)字信號，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)場設(shè)備相連是為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與被控對象之間的信號變換與信息傳輸，起橋梁作用。直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）的特點(diǎn)：（a）靈活性高：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。（b）控制能力強(qiáng)：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)簡單的控制規(guī)律。（c）可多路控制：傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)一般一個控制器只能控制一個回路。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，可以采用分時控制等方式，同時控制多個回路，并可方便的實(shí)現(xiàn)各控制回路之間的協(xié)調(diào)和管理。下面列舉一個DDC控制系統(tǒng)再紡織空調(diào)溫濕度調(diào)節(jié)中的應(yīng)用實(shí)例。圖（3）、DDC控制系統(tǒng)在紡織空調(diào)溫濕度調(diào)節(jié)原理圖原理說明：(1)由新風(fēng)溫濕度傳感器測定溫濕度后,DDC系統(tǒng)自動計(jì)算新風(fēng)焓值作為工況區(qū)域劃分和控制的條件,由室內(nèi)溫濕度傳感器檢當(dāng)前的室內(nèi)值,并計(jì)算虛擬露點(diǎn)和露點(diǎn)焓值。(2)根據(jù)新風(fēng)焓值和虛擬露點(diǎn)溫度偏差值,用PID算法調(diào)整新、回、排風(fēng)閥開度和表冷閥開度。(3)根據(jù)劃分的工況區(qū)域和運(yùn)行區(qū)域,自動控制變頻器(也可人工調(diào)節(jié))調(diào)節(jié)送、回風(fēng)量,使設(shè)備高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,并且滿足換氣次數(shù)及溫濕度的控制要求,還可以最大限度地節(jié)能。工作過程簡要說明：當(dāng)室溫升高時,室內(nèi)感溫器送出信號給控制器,控制器接到信號與設(shè)定的溫度比較,輸出信號給冷水管上的兩通閥?？刂苾赏ㄩy打開,使循環(huán)風(fēng)變冷送入室內(nèi)。如室內(nèi)溫度下降過多,盤管風(fēng)機(jī)卸載,室內(nèi)溫度感溫器送信號至控制器為模擬輸入,控制器與設(shè)定溫度比較,輸出模擬信號至冷水管上的兩通閥關(guān)閉。兩通閥也有比例式型式,這種比例式兩通閥控制冷水大小進(jìn)入冷排使空調(diào)更有彈性控制,維持室溫在設(shè)定值上下。4.“實(shí)體控制”類知識結(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的？你準(zhǔn)備如何學(xué)好這些課程？答：“實(shí)體控制”類知識結(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)；同時學(xué)習(xí)如何將自動化技術(shù)應(yīng)用于具體對象，使其成為自動化設(shè)備，自動化系統(tǒng)或自動化工程。（2）專門自動化的特點(diǎn)：針對不同的對象，形成具有專門針對性的自動化，如商業(yè)自動化、化工自動化、交通自動化，建筑自動化、電力自動化等。首先，我認(rèn)為基礎(chǔ)課中高等數(shù)學(xué)是解題的工具，只有扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)才能把實(shí)際問題進(jìn)行數(shù)學(xué)建模進(jìn)而理論分析，比如現(xiàn)在所學(xué)自控原理、電力電子技術(shù)等都是依靠數(shù)學(xué)方法與模型來解決問題的。其次，英語對于自動化人也特別重要，它是交流的工具，是連接我國與科技強(qiáng)國的紐帶與溝通學(xué)習(xí)的橋梁，自動化技術(shù)最先進(jìn)的理論等基本來自歐美國家，所以想要在自動化領(lǐng)域有所造詣便要多閱覽外國關(guān)于自動化技術(shù)的書籍，以提高自己專業(yè)素養(yǎng)。專業(yè)基礎(chǔ)課中電路基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、電機(jī)原理與拖動等很重要。只有一點(diǎn)一滴的積累夯實(shí)基礎(chǔ)，才能為以后專業(yè)課的學(xué)習(xí)鋪平道路。專業(yè)課中自動控制原理、單片微型機(jī)原理等課程是我們自動化專業(yè)的主打課程，是我們在自動化領(lǐng)域生存的基礎(chǔ)，只有學(xué)好這些專業(yè)課才能更好地從事與自動化有關(guān)的工作。最后，自動化作為一個應(yīng)用特別廣的專業(yè)，其對于動手能力要求也特別高，所以本專業(yè)所有的基礎(chǔ)與專業(yè)實(shí)驗(yàn)也非常重要。平時應(yīng)該努力做好每一次實(shí)驗(yàn)，為以后進(jìn)入行業(yè)實(shí)際應(yīng)操作應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。5.自動化專業(yè)人才需要哪5方面的知識？哪4方面的素質(zhì)？哪4方面的能力？他們的相互關(guān)系？答：知識要求：人文社會科學(xué)基礎(chǔ)知識、工具性知識（英語、計(jì)算機(jī)）、自然科學(xué)基礎(chǔ)知識、工程技術(shù)基礎(chǔ)知識、自動化專業(yè)知識。素質(zhì)要求：具有嚴(yán)格的時間觀念、思想道德素質(zhì)、文化素質(zhì)、身心素質(zhì)、專業(yè)道德素質(zhì)能力要求：獲取知識能力、應(yīng)用知識能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力聯(lián)系：知識、能力和素質(zhì)是進(jìn)行高科技創(chuàng)新的基礎(chǔ)。知識是基礎(chǔ)，是能力和素質(zhì)的載體；能力是知識的綜合體現(xiàn)，是在獲取知識過程中，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、應(yīng)用知識和創(chuàng)造知識過程中，在社會化過程中形成的相對穩(wěn)定的各種品質(zhì)的總和。6.自動化學(xué)科與專業(yè)在發(fā)展中形成了那些鮮明的特色？答：1：知識更新快，需要不斷學(xué)習(xí)不斷提高；2：自動化是一門具有方法論性質(zhì)的學(xué)科，其思想開闊；3：學(xué)習(xí)自動化需要擁有創(chuàng)新能力，不局限于傳統(tǒng)知識；4：多學(xué)科交叉、涉及知識面廣，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：自動化領(lǐng)域著名公司：1、美國羅克韋爾自動化公司2、美國霍尼韋爾公司3、德國西門子自動化公司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化領(lǐng)域著科研院所：1、中國科學(xué)院自動化研究所2、中國科學(xué)院沈陽自動化研究所3、北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所4、冶金自動化研究設(shè)計(jì)院5、上海工業(yè)自動化儀表研究所6、天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計(jì)院7、輕工業(yè)自動化研究所自動化領(lǐng)域著名大學(xué)：清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、國防科技大學(xué)、南京理工大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、湖南大學(xué)、天津大學(xué)等自動化領(lǐng)域重要學(xué)術(shù)期刊：《自