測控技術與儀器學科概論-2003課件

“自動化測試與控制”

專業(yè)方向概論

報告人李行善2003.11.15一.本專業(yè)涉及較寬的學科領域

●發(fā)展空間非常大

“自動化測試與控制”本科專業(yè)方向，同時支撐著分屬于兩個一級學科的三個博士點和碩士點。

●涉及學科領域非常寬

與本專業(yè)有關的學科、學會及學報（國內）

●儀器科學與技術——中國儀器儀表學會《儀器儀表學報》電子測量與儀器學會《電子測量與儀器學報》

●計量科學與技術——中國計量測試學會《計量學報》

●控制科學與技術——中國自動化學會《自動化學報》

●航空科學與技術——中國航空學會《航空學報》

●航天科學與技術——中國宇航學會《宇航學報》

●技術類刊物：《測控技術》、《自動化裝置與儀表》《自動化儀表》、《計算機測量與控制》二.本專業(yè)的一些主要的研究方向1.計算機測試與控制技術（1）計算機測試系統(tǒng)

●智能儀器以計算機為核心，具有初級智能，能遠動控制的儀器。

●過程測試系統(tǒng)（電、非電參數(shù)）以高精度、快速、可靠的測量某一些物理參數(shù)為目的的計算機測試系統(tǒng)。

●智能測試系統(tǒng)（人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡應用）

以形成決策與判斷為目的的計算機測試系統(tǒng)

分為：識別型智能測試系統(tǒng)（如識別工件）診斷型智能測試系統(tǒng)（如診斷或者預測故障）●自動測試系統(tǒng)(ATE/ATS技術，虛擬儀器技術，VXI、PXI總線，plug&play）自動化程度更高，與被測對象結合得更加緊密的智能測試系統(tǒng)，達到高速、高效地識別，高準確率地診斷目的。其被測對象可以是大規(guī)模集成電路芯片、印刷電路板、設備部件，整個系統(tǒng)（如飛控系統(tǒng)、雷達等）乃至整架飛機、導彈等。圖1米—17自動測試系統(tǒng)

圖4.1操縱臺測試界面綜合運載器健康管理（IVHM）IVHM(IntegratedVehicleHealthManagement)由對運載器的智能檢測、系統(tǒng)級評估、控制和管理功能所構成，目的是為運載器操作員及任務執(zhí)行者提供信息和輔助決策，以降低生命周期成本，避免一些不可預料的危險事故。IVHM是實現(xiàn)“以信息為依據(jù)的運行與維修”（InformedOperations&Maintenance,IOM或IM）為目標，也就是收集、處理和綜合關于整個系統(tǒng)（包括運載器、子系統(tǒng)、部件、傳感器和地面保障系統(tǒng)）的健康信息，進而做出以信息為依據(jù)的決策，產(chǎn)生確保任務成功的相應的動作或行動?，F(xiàn)代飛機、空間飛行器甚至它們的子系統(tǒng)，都是很復雜的系統(tǒng)，綜合健康管理技術是提高飛行器可靠性及可維護性的重要技術途徑。（2）計算機控制系統(tǒng)

●開環(huán)控制（順控、步進電機控制、可編程控制器應用）

●閉環(huán)直接數(shù)字控制（DDC）(伺服控制、工業(yè)過程控制)●集散型控制（DCS）（前端控制機+控制網(wǎng)絡+上位計算機+管控軟件）（分級管理控制：現(xiàn)場級、車間級、工廠級、企業(yè)級）●智能控制（模糊邏輯控制，神經(jīng)網(wǎng)絡控制，擬人控制等人工智能應用）圖2典型的計算機控制系統(tǒng)（3）綜合系統(tǒng)：

兩類系統(tǒng)均有，“測中有控”,“控中含測”。

需學習的主要專業(yè)及專業(yè)基礎課程有:

控制理論信號處理（數(shù)字/模擬）電工理論模擬電路及數(shù)字電路微型計算機原理及其應用計量與測試理論與技術計算機及DSP應用技術（硬件/軟件）接口技術與網(wǎng)絡技術（控制網(wǎng)絡、總線技術、接口技術）

2.儀器儀表工程（1）傳感技術及應用

最直接、充分體現(xiàn)“信息源頭”的作用●經(jīng)典傳感技術及應用（含多參數(shù)、多功能組合傳感器）（參數(shù)測量原理、基本物理效應、實現(xiàn)非電→電的轉換、實現(xiàn)高精度、高可靠、長期穩(wěn)定地測量，采用諧振、光電、光纖原理研制新傳感器為北航本專業(yè)研究工作的特色。）●智能傳感器及系統(tǒng)帶有微處理器兼有檢測和信息處理功能的傳感器（具有自校正、自調零、噪聲抑制、自檢測、自診斷等初級功能）

圖4傳感器系統(tǒng)的電路結構框圖●微傳感器及微機電系統(tǒng)（MEMS）:(MicroelectromechanicalSystem)微機電系統(tǒng)就是采用微機械工藝來制造微傳感器或者微作動器，進而組建微機電系統(tǒng)。以微結構形式實現(xiàn)經(jīng)典或者智能傳感器。

圖5微型擺式加速度傳感器原理圖

（2）

工業(yè)自動化儀表及現(xiàn)場總線集散控制系統(tǒng)（DCS）正向基于現(xiàn)場總線的開放型控制系統(tǒng)（FCS）轉變，要求采用0—10mA，或4—20mA的變送器、執(zhí)行機等具有通信接口，具有聯(lián)網(wǎng)能力。

現(xiàn)場總線是一種面向工業(yè)控制網(wǎng)絡的通信協(xié)議，它遵循國際標準化組織ISO（InternationalStandardizationOrganization）制定的開放式系統(tǒng)互連OSI（OpenSystemInterconnection）參考模型，將七層參考模型簡化為三層：應用層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層，（對網(wǎng)絡層、傳輸層、會議層、表達層未作規(guī)定），以滿足實時性要求。目前現(xiàn)場總線尚未形成統(tǒng)一的國際標準，許多大公司推出了自己的現(xiàn)場總線標準。

●BitbusIntel公司1984年●HARTRosemount公司1985年●CANBosch公司1983年●PROFIBUSSiemens公司1989年●FF(基金會總線)美國儀表協(xié)會1993年●LONWORKSEchelon公司1993年

圖73051智能壓力變送器結構框圖（3）航空航天儀表與顯示系統(tǒng)▲大氣數(shù)據(jù)計算機(AirDataComputer,ADC)/中心儀▲電子飛行儀表系統(tǒng)(ElectronicFlightInstrumentSystem,EFIS)▲發(fā)動機儀表監(jiān)視系統(tǒng)▲組合儀表▲平視顯示器▲綜合顯示/控制系統(tǒng)▲航天飛機/載人飛船儀表系統(tǒng)圖9航天飛機上的“T”型布局儀表板3.測試信號