自動控制系統(tǒng)的發(fā)展及技術現(xiàn)狀.ppt

自動控制系統(tǒng)的發(fā)展及技術現(xiàn)狀(技術和理論) 自動控制系統(tǒng)設計的基本知識,本章主要內容,第一章 緒論,自動控制系統(tǒng)的發(fā)展及技術現(xiàn)狀,1.1.1,發(fā)展過程,自動控制技術的發(fā)展經歷了機械自動化,機械、電氣自動化的過程,古 代,中國，埃及和巴比倫等,自動計時漏壺,漢朝 張衡,渾天儀和地動儀,三國,公元1090年 蘇頌,指南車,水運儀象臺,古埃及 希臘,自動開啟裝置、自動灑圣水的銅祭司、投幣式圣水箱、青銅小鳥,1719世紀,1642年法國物理學家 帕斯卡,加法器,1657年荷蘭機械師 惠更斯,鐘表,1745年英國機械師 E.李,1765年俄國 波爾祖諾夫,風磨,水位調節(jié)器,1788年英國科學家 瓦特,離心式節(jié)速器,1854年俄國 康斯坦丁諾夫 電磁調速器,1868年法國工程師 法爾科 反饋調節(jié)器,惠更斯發(fā)明的鐘表,自動控制理論的早期發(fā)展,自動控制裝置的優(yōu)點：改進生產技術，提高生產效率 1718世紀是自動化技術的逐漸形成時期 18世紀之后是自動化技術的發(fā)展時期，期間數學描述和理論分析起到了至關重要的作用 。 自動調節(jié)器的穩(wěn)定性問題、蒸汽機的劇烈振蕩問題、自動操舵機的穩(wěn)定性問題 一些數學家嘗試用微分方程來描述和分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。,1.1.2,自動控制理論是自動控制系統(tǒng)工程設計的基礎,自動控制理論的早期發(fā)展過程,英國物理學家麥克斯韋，在1868年發(fā)表了論調速器的文章，總結了無靜差調速器的理論，對控制系統(tǒng)進行了最初的數字描述 俄國機械學家維什涅格拉茨基 1876年發(fā)表論調節(jié)器的一般理論的文章進一步總結了調節(jié)器的理論。 1877年英國數學家勞斯（E.J.Routh）提出了著名的勞斯穩(wěn)定判據 1895年德國數學家A.胡爾維茨提出著名的胡爾維茨穩(wěn)定判據,1892年俄國數學家李雅普諾夫發(fā)表了論運動穩(wěn)定性的一般問題的專著 。以數學語言形式給運動穩(wěn)定性的概念下了嚴格的定義給出了判別系統(tǒng)穩(wěn)定的兩種方法 李雅普諾夫第一法 李雅普諾夫第二法,自動控制理論的早期發(fā)展過程,自動控制理論的早期發(fā)展過程,1925年英國電氣工程師O.亥維賽把拉普拉斯變換應用到求解電網絡的問題上提出了運算微積分，求得瞬態(tài)過程 利用拉普拉斯變換描述線性定常系統(tǒng)或線性元件的輸入輸出關系，就得到了傳遞函數 在傳遞函數基礎上，發(fā)展了頻率響應法 1927年美國貝爾電話實驗室在解決電子管放大器失真問題時，電氣工程師H.S.布萊克從電信號的角度引入了反饋的概念,自動控制理論的早期發(fā)展過程,1932年美國電信工程師奈奎斯特提出著名的奈奎斯特穩(wěn)定判據可以直接根據系統(tǒng)的傳遞函數來畫出奈奎斯特圖，判定反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性 1938年蘇聯(lián)電氣工程師A.B.米哈伊洛夫應用頻率法來研究自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出著名的米哈伊洛夫穩(wěn)定判據,自動控制理論的早期發(fā)展帶動了其它領域的發(fā)展,程序控制、邏輯控制和自動機的思想同時得到了發(fā)展 1833年英國數學家C.巴貝奇在設計分析機時首先提出程序控制的概念 1936年英國數學家圖靈提出著名的圖靈機成為現(xiàn)代數字電子計算機的雛形。圖靈機定義可計算函數類建立了算法理論和自動機理論。 1938年美國電氣工程師香農和日本數學家中島以及1941年蘇聯(lián)科學家舍斯塔科夫分別獨立地建立了邏輯自動機理論用僅有兩種工作狀態(tài)的繼電器組成了邏輯自動機實現(xiàn)了邏輯控制,控制理論的形成,自動化技術的實際應用劃分為自動化技術形成、局部自動化和綜合自動化三個階段 自動化技術形成時期為18世紀末20世紀30年代 局部自動化時期是在20世紀4050年代 ，期間形成了經典控制理論 20世紀50年代之后，是綜合自動化階段，出現(xiàn)了各種復雜的控制系統(tǒng)，如：多環(huán)控制、多變量控制、分級控制、集散控制系統(tǒng)等。,1.1.3,自動控制系統(tǒng)設計的基本知識,1.2,1.2.1,設計的主要任務和解決的問題,方案設計：具有符合要求的靜態(tài)和動態(tài)特性,工程設計：在方案設計正確的基礎上進行 ，進行實際系統(tǒng)的選型,參數整定：P、I、D參數整定,主要 任務,解決的問題,安全性,穩(wěn)定性,經濟性,安全性是指在生產過程中，要保證人員的安全、設備的安全、以及生態(tài)平衡和環(huán)境衛(wèi)生的安全。越限報警、聯(lián)鎖保護、視頻監(jiān)視、遠程監(jiān)控、安全柵等,穩(wěn)定性主要指系統(tǒng)的抗干擾能力，在出現(xiàn)各種可預見的干擾的情況下，系統(tǒng)都要保留一定的穩(wěn)定裕度,經濟性是指節(jié)省投資、提高產品產量質量、節(jié)能降耗、提高經濟效益和社會效益等,控制精度和響應速度,自動控制系統(tǒng)的工程設計流程,設計任務書 初步設計 詳細設計 現(xiàn)場調試 資料歸檔,1.2.2,設計任務書 工藝流程或對象特征 重要工藝參數及指標要求 系統(tǒng)運行環(huán)境 特殊工藝要求 系統(tǒng)設計目標,初步設計 系統(tǒng)方案選擇 系統(tǒng)結構的確定 主要設備和裝置的選擇 性能價格比評價,詳細設計 系統(tǒng)功能塊劃分 硬件設計 各功能塊軟件設計 輔助系統(tǒng)設計 系統(tǒng)離線調試與評價,現(xiàn)場安裝調試 系統(tǒng)現(xiàn)場安裝 現(xiàn)場調試 在線測試 系統(tǒng)最終評價,資料歸檔 設計圖紙整理 評價結果整理 編寫使用說明書 設計完成確認書,系統(tǒng)設計流程圖,設計任務書,設計任務書是控制系統(tǒng)設計、評價的主要依據，在設計任務書中要明確： 工藝流程或被控對象特征 主要工藝參數及指標要求 系統(tǒng)運行環(huán)境 特殊工藝要求 系統(tǒng)設計目標,初步設計, 系統(tǒng)方案選擇 系統(tǒng)結構的確定 主要設備和裝置的選擇 性能價格比評價,根據系統(tǒng)設計任務書，以及市場可入手的設備、裝置以及設計者自身所掌握的技術，對可能滿足設計任務書的各類系統(tǒng)及其特征進行分析后，選擇有限條件下的最合理方案，并進行有限實驗評價，以便于確定系統(tǒng)的最終結構,詳細設計,根據初步設計所確定的系統(tǒng)方案和系統(tǒng)構，系統(tǒng)的軟