《自动化概论》PPT课件

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1、自动化专业概论制作小组成员：张祺、张潜、邹琪自动化专业概论1.1引言1.2自动控制简史1.3反馈应用1.4控制工程实践1.5现代控制系统举例1.6自动装配与机器人1.7控制系统的未来1.8工程设计1.9控制系统设计1.10设计实例：转盘速度控制1.11设计实例：胰岛素注射控制系统1.1引言控制工程以反馈理论和线性系统理论为基础综，合应用了网络理论和通信理论有关的概念。控制系统是由相互关联的部件按一定的结构构成的，可提供预期的系统响应。线性系统理论是系统分析的基础。反馈的概念是控制系统理论分析与设计的基础。常见的开环控制系统例子：面包烤箱常见的闭环控制系统例子：人驾驶汽车1.1引言

2、开环控制系统与闭环控制系统：开环控制系统：利用控制器或控制执行机构去获得的预期的响应。（它是没有反馈的）上一页闭环控制系统：它又增加了对实际输出的测量，并将实际输出与预期输出进行比较。（有反馈）返回1.2自动控制简史1769年：瓦特发明了蒸汽机和飞球调节器。工业革命随之开始，这是自动化发展的前奏。1800年：EliWhitney的“可互换件生产”得到证实，从此开始了大规模工业化生产。1868年：Maxwell建立了一个蒸汽机调节器的数学模型。1913年：福特的汽车生产开始引入机械化装配机。1927年：Bode分析反馈放大器。1932年：Nyquist研究出了系统稳定性分析方法。1

3、952年：MIT开始对机床实施轴向控制，开发出数控方法。1954年：GeorgeDevol开发出“程控物体运转器”，被视为最早的机器人。1.2自动控制简史1960年：在Devol设计的基础上，Unimate研制出第一台机器人，于1961年用它给压铸机给料。1970年：发展了多变量模型和最优控制。1980年：鲁棒控制系统设计得到了广泛研究。1990年：出口外向型产业公司强调自动化。1994年：汽车上广泛采用反馈控制系统。工业生产中迫切需要可靠性高、鲁棒性强的系统。返回1.3反馈应用1.HaroldS.Black:他对放大器进行线性化和稳定化，并改进其设计，使串联起来的放大器可以将话

4、音传送到数千英里之外。返回2.DavidB.Parkinson发明的火炮射击指挥仪，它用来在标有条形刻度的记录纸上绘制电压记录，于1943年提供了生产样机，该控制器的输入由雷达提供，高炮利用目标飞机的当前位置数据和计算出来的目标预期位置来确定瞄准的方向。1.4控制工程实践工业过程如果采用自动控制技术则称为自动化，它在化工、造纸、电力、汽车、钢铁等工业中普遍应用。控制系统可用来：提高生产率；改善装置或系统的性能。自动化则通过自动操作或对生产过程、装置或系统的控制等途径，以提高生产率和产品质量。自动化最早在汽车工业中得到普及。传送带与自动化机床相结合，形成了合唱的自动化生产线，在汽车

5、生产，使用自动给料机和高速冲压机，可提高板材成型的效率。在设计和生产都相对成熟的其他领域，例如汽车水箱生产中，自动化生产线已经完全取代了人工操作。返回1.5现代控制系统举例第一个例子：汽车驾驶控制系统系统图参见书P10，它是将预期的汽车路线与实际测量的行车路线相比较，便能得到行驶偏差，书中对此进行了图示说明。此时的测量是通过视觉和触觉反馈来实现的，另外还有一种反馈是通过手感知方向盘的变化来实现的。此类反馈系统还有：远洋轮、大型飞机的驾驶控制系统。使用精密的传感器测量的输出值等于实际输出值，预期输出与实际输出的差值等于偏差。利用控制装置对偏差进行处理，用处理的结果驱动执行机构动作，

6、以改变受控对象状态，逐步减少偏差。负反馈控制系统：其输出被从输入中减去，以其差值作为功率放大器等控制装置的输入信号。基本闭环控制的负反馈系统输入预+偏差实际输出期输出—测量输出反馈此图应用于许多的系统！控制器执行机构对象传感器1.5现代控制系统举例第二个例子：调节容器内液面位置的人工闭环控制系统。（图见于书P11）系统输入（预期输入）按照规定保持的液面参考位置（存在于操作者脑海中），控制放大器是操作手本人，传感器是它的眼睛。操作手比较实际液面与预期液面的差异，通过打开或关闭阀门调节输出流量，达到维持液面高度的目的。现代应用中，自动化的定义：利用程控指令对指定对象进行操纵，并通过信

7、息反馈确认指令是否被正确执行的一项工程技术。它通常应用于过去的人工操作中，一旦实现了自动化，就可以不用人工干预，并且比人工操作更准确、更快捷。半自动化的系统同时需要人工操作和机器操作，例如汽车的自动装配线，它需要操作人员与机器人的密切配合。1.5现代控制系统举例机器人是一种与自动化技术密切相关并由计算机控制的机器。工业机器人是自动化的一个特定分支，是指专门用于替代人工劳动的自动化机器，所以具有某些拟人化的特征。机械手是最常见的拟人化机器人，在一定程度上可以模拟人的手腕和手臂。但是