控制工程(周川)a課件

控制工程(周川)a課件控制工程是對(duì)一個(gè)系統(tǒng)或過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整以達(dá)到某些特定需求的學(xué)科。本課程將介紹控制工程的基礎(chǔ)知識(shí)和其在工業(yè)應(yīng)用中的重要性。控制系統(tǒng)的基本組成傳感器用來(lái)收集傳感器信號(hào)或變量，向控制系統(tǒng)提供輸入。執(zhí)行器負(fù)責(zé)執(zhí)行控制系統(tǒng)的指令，根據(jù)信號(hào)和控制計(jì)算出的輸出來(lái)進(jìn)行行動(dòng)?？刂破饔?jì)算輸出信號(hào)并向執(zhí)行器提供控制命令，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。通信設(shè)備將各組件連接在一起并傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各設(shè)備之間的信息共享和控制指令傳輸。反饋控制系統(tǒng)與開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)系統(tǒng)的輸出信號(hào)不受到控制器或執(zhí)行器的影響，無(wú)法調(diào)節(jié)。常用于穩(wěn)定的環(huán)境和要求較低的應(yīng)用。反饋控制系統(tǒng)系統(tǒng)的輸出信號(hào)會(huì)返回到控制器，控制器會(huì)調(diào)整執(zhí)行器的行動(dòng)來(lái)使輸入與輸出達(dá)到預(yù)期相同。常用于高精度的應(yīng)用，例如工業(yè)自動(dòng)化和航空航天?？刂葡到y(tǒng)的性能指標(biāo)1穩(wěn)態(tài)誤差輸出變量達(dá)到穩(wěn)態(tài)后與預(yù)期值之間的偏差2調(diào)節(jié)時(shí)間輸出變量從偏差到達(dá)預(yù)期值所需的時(shí)間3超調(diào)量輸出變量超過(guò)預(yù)期值的量的百分比控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定系統(tǒng)輸出變量在輸入變量有限范圍內(nèi)波動(dòng)，且不會(huì)無(wú)限增長(zhǎng)或震蕩。不穩(wěn)定系統(tǒng)系統(tǒng)的輸出變量無(wú)限增長(zhǎng)，或者發(fā)生無(wú)限振蕩。這種系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。工業(yè)控制系統(tǒng)與智能控制系統(tǒng)1工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)用于工業(yè)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)調(diào)節(jié)。例如，汽車(chē)制造或油田開(kāi)采。2智能控制系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)結(jié)合人工智能和傳統(tǒng)控制方法，可以更好地適應(yīng)未知和復(fù)雜的環(huán)境和任務(wù)，例如自主導(dǎo)航和無(wú)人機(jī)控制?？刂葡到y(tǒng)的模型建立模型數(shù)學(xué)模型是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它描述了被控制對(duì)象的行為。基于模型，可以設(shè)計(jì)控制算法和測(cè)試控制器性能。模型識(shí)別建立具有一定準(zhǔn)確度的模型需要觀測(cè)和測(cè)量數(shù)據(jù)，以及模型識(shí)別方法。最小二乘法和系統(tǒng)辨識(shí)是常用方法。模型驗(yàn)證為了驗(yàn)證模型的有效性和可行性，需要進(jìn)行模擬和實(shí)際測(cè)試。這也是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要步驟。PID控制器比例控制器根據(jù)誤差的大小來(lái)輸出控制信號(hào)。積分控制器在誤差存在時(shí)，將誤差的面積作為控制信號(hào)輸出?？上€(wěn)態(tài)誤差。微分控制器根據(jù)輸出變量的變化率來(lái)輸出控制信號(hào)?？上{(diào)量。模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制1模糊控制基于模糊邏輯和經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的控制方法，可以模擬人類(lèi)直覺(jué)性動(dòng)作和決策。2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模與訓(xùn)練的控制方法，可以處理非線性問(wèn)題和模式識(shí)別?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟確定控制機(jī)構(gòu)建立系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)控制方案實(shí)現(xiàn)控制算法系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)優(yōu)化控制系統(tǒng)的仿真控制系統(tǒng)仿真是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的重要工具，可以預(yù)測(cè)系統(tǒng)性能并優(yōu)化控制方案。MATLAB和Simulink是常用的仿真軟件?？刂葡到y(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是驗(yàn)證控制算法和控制器性能的實(shí)驗(yàn)裝置，常用于教學(xué)和研究。Arduino和RaspberryPi是常用平臺(tái)。控制系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)節(jié)根據(jù)控制器的性能指標(biāo)和實(shí)際需求，需要調(diào)節(jié)控制器的參數(shù)。常用的方法包括：手動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)優(yōu)化算法。控制系統(tǒng)中的故障診斷與維修控制系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)各種故障，例如傳感器錯(cuò)誤、執(zhí)行器故障、控制器失效。故障診斷和維修是維護(hù)和保護(hù)控制系統(tǒng)的重要任務(wù)。工業(yè)行業(yè)中的控制系統(tǒng)應(yīng)用汽車(chē)制造業(yè)工業(yè)機(jī)器人控制、生產(chǎn)線控制和質(zhì)量檢測(cè)控制等。石油化工業(yè)化工生產(chǎn)控制、儲(chǔ)油罐溫度和液位控制、精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)控制等。電力工業(yè)火力、水力、核電站控制和智能化配電網(wǎng)控制。航空航天工業(yè)制導(dǎo)、導(dǎo)航、控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制、無(wú)人機(jī)控制等。人工智能在控制工程中的應(yīng)用人工智能技術(shù)可以在控制工程中發(fā)揮重要作用，例如自主導(dǎo)航和無(wú)人機(jī)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等?？刂乒こ痰奈磥?lái)發(fā)展態(tài)勢(shì)1物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)4.0物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的集成將帶來(lái)更高效、更智能、更柔性的工業(yè)控制應(yīng)用。2人工智能人工智能技術(shù)將促進(jìn)控制系統(tǒng)的智能化、自主化和自適應(yīng)控制。涉及到的技術(shù)傳感器技術(shù)電機(jī)控制技術(shù)通信技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)控制工程師的職責(zé)與工作內(nèi)容1設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)根據(jù)需求設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，并選擇合適的控制器和執(zhí)行器。2參數(shù)調(diào)節(jié)與優(yōu)化對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化，保證控制系統(tǒng)始終處于最佳狀態(tài)。3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和