(2024年)自動(dòng)化控制基礎(chǔ)知識(shí)

自動(dòng)化控制基礎(chǔ)知識(shí)2024/3/261目錄自動(dòng)化控制概述傳感器與執(zhí)行器控制策略與方法工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)與優(yōu)化2024/3/26201自動(dòng)化控制概述Chapter2024/3/263自動(dòng)化控制是一種利用控制理論、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等手段，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程、機(jī)器設(shè)備、儀器儀表等進(jìn)行自動(dòng)控制和優(yōu)化的技術(shù)。自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從機(jī)械化到電氣化，再到自動(dòng)化、智能化的過(guò)程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，自動(dòng)化控制技術(shù)也進(jìn)入了全新的發(fā)展階段。定義發(fā)展歷程定義與發(fā)展歷程2024/3/264組成自動(dòng)化控制系統(tǒng)通常由控制器、執(zhí)行器、傳感器、被控對(duì)象等部分組成。功能自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主要功能包括自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)決策、自動(dòng)控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)等。通過(guò)這些功能，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程、機(jī)器設(shè)備等的精確控制，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成及功能2024/3/265自動(dòng)化控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、醫(yī)療、環(huán)保等領(lǐng)域。例如，工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線的自動(dòng)控制，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；農(nóng)業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)田的自動(dòng)灌溉和施肥，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)。應(yīng)用領(lǐng)域自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于提高生產(chǎn)效率、降低能耗、減少人力成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面具有重要意義。同時(shí)，隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，其在推動(dòng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、實(shí)現(xiàn)智能制造等方面也發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。意義應(yīng)用領(lǐng)域及意義2024/3/26602傳感器與執(zhí)行器Chapter2024/3/26701020304利用物質(zhì)熱脹冷縮、熱電效應(yīng)等原理，將溫度變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。溫度傳感器通過(guò)壓電效應(yīng)、應(yīng)變片等原理，將壓力變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。壓力傳感器利用光電效應(yīng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。光電傳感器通過(guò)電阻、電容、電感等原理，將位移變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。位移傳感器傳感器類型及工作原理2024/3/268

執(zhí)行器類型及工作原理電動(dòng)執(zhí)行器通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng)。氣動(dòng)執(zhí)行器利用氣壓驅(qū)動(dòng)，將氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng)。液動(dòng)執(zhí)行器通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)，將液信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng)。2024/3/26901根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型。020304根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能指標(biāo)確定傳感器的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性等參數(shù)。根據(jù)安裝條件選擇傳感器的尺寸、重量、結(jié)構(gòu)等。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和維護(hù)方便性選擇傳感器和執(zhí)行器的型號(hào)和規(guī)格。傳感器與執(zhí)行器選型原則2024/3/261003控制策略與方法Chapter2024/3/261103PID控制應(yīng)用廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制、電機(jī)控制、溫度控制等領(lǐng)域。01PID控制原理通過(guò)比例（P）、積分（I）、微分（D）三個(gè)環(huán)節(jié)的組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的精確控制。02PID控制器參數(shù)整定通過(guò)調(diào)整比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)和微分時(shí)間常數(shù)，使控制系統(tǒng)達(dá)到最佳性能。PID控制原理及應(yīng)用2024/3/2612模糊控制原理基于模糊數(shù)學(xué)理論，通過(guò)模糊化、模糊推理和去模糊化三個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的智能控制。模糊控制器設(shè)計(jì)包括輸入/輸出變量的選擇、模糊化方法、模糊規(guī)則制定、去模糊化方法等步驟。模糊控制應(yīng)用適用于難以建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng)，如機(jī)器人控制、智能家居等領(lǐng)域。模糊控制原理及應(yīng)用2024/3/2613利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)、自組織和自適應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的智能控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制原理包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)算法選擇、訓(xùn)練樣本準(zhǔn)備等步驟。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計(jì)適用于具有高度非線性和不確定性的系統(tǒng)，如電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制、飛行器姿態(tài)控制等領(lǐng)域。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制原理及應(yīng)用2024/3/261404工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)Chapter2024/3/2615現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一種用于實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中設(shè)備之間通信的開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的主要特點(diǎn)包括實(shí)時(shí)性、確定性、可靠性、互操作性和開放性?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的信息共享和協(xié)同工作，提高系統(tǒng)的整體性能和效率?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述及特點(diǎn)2024/3/2616工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議棧，可以實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)縫連接，方便遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)還支持多種不同的傳輸介質(zhì)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)不同的工業(yè)環(huán)境和應(yīng)用需求。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是一種基于以太網(wǎng)通信協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有高速、高效、可靠的特點(diǎn)。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)概述及特點(diǎn)2024/3/2617無(wú)線通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中設(shè)備之間的無(wú)線連接和通信，具有靈活性和便攜性的優(yōu)點(diǎn)。常見的無(wú)線通信技術(shù)包括Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee、LoRa等，它們具有不同的傳輸速度、距離和功耗等特點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。無(wú)線通信技術(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)備控制等場(chǎng)景，提高系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化水平。無(wú)線通信技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中應(yīng)用2024/3/261805自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施Chapter2024/3/2619根據(jù)實(shí)際需求，明確自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)，如溫度、壓力、流量等。明確系統(tǒng)控制目標(biāo)分析系統(tǒng)控制精度確定系統(tǒng)控制策略根據(jù)控制目標(biāo)，分析系統(tǒng)所需的控制精度，選擇合適的傳感器和執(zhí)行器。根據(jù)控制目標(biāo)和精度要求，選擇合適的控制策略，如PID控制、模糊控制等。030201系統(tǒng)需求分析與規(guī)劃2024/3/2620123根據(jù)系統(tǒng)需求和控制策略，選擇合適的控制器，如PLC、DCS等?？刂破鬟x型根據(jù)控制目標(biāo)和精度要求，選擇合適的傳感器和執(zhí)行器，如溫度傳感器、壓力傳感器、電動(dòng)執(zhí)行器等。傳感器與執(zhí)行器選型根據(jù)控制器和傳感器/執(zhí)行器的通信接口，選擇合適的通信協(xié)議，如Modbus、Profibus等。通信協(xié)議選擇硬件選型與配置方案設(shè)計(jì)2024/3/2621介紹常見的故障類型和處理方法，如硬件故障、軟件故障等，以便快速定位和解決問(wèn)題。根據(jù)控制策略和系統(tǒng)需求，設(shè)計(jì)合理的程序結(jié)構(gòu)，包括主程序、子程序、中斷程序等。根據(jù)控制器類型和實(shí)際需求，選擇合適的編程語(yǔ)言，如LadderLogic、StructuredText等。分享一些實(shí)用的調(diào)試技巧和方法，如單步調(diào)試、斷點(diǎn)設(shè)置、變量監(jiān)視等，以提高調(diào)試效率。程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)編程語(yǔ)言選擇調(diào)試技巧與方法故障診斷與處理軟件編程與調(diào)試技巧分享2024/3/262206自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)與優(yōu)化Chapter2024/3/2623基于信號(hào)的故障診斷方法通過(guò)對(duì)系統(tǒng)輸入輸出信號(hào)進(jìn)行分析處理，提取故障特征信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障定位和識(shí)別?；谥R(shí)的故障診斷方法利用專家系統(tǒng)、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)，對(duì)故障信息進(jìn)行智能分析和推理，提高故障診斷的準(zhǔn)確性和效率?；谀Ｐ偷墓收显\斷方法通過(guò)建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，利用觀測(cè)器或?yàn)V波器對(duì)殘差進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)和診斷。故障診斷與排除方法論述2024/3/262401020304穩(wěn)定性指標(biāo)衡量系統(tǒng)受到擾動(dòng)后恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力，包括靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。快速性指標(biāo)表征系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)響應(yīng)的速度和調(diào)節(jié)時(shí)間，如上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間等。準(zhǔn)確性指標(biāo)反映系統(tǒng)輸出與期望輸出之間的偏差程度，如誤差、超調(diào)量等。魯棒性指標(biāo)描述系統(tǒng)對(duì)參數(shù)攝動(dòng)和外部干擾的敏感程度，即系統(tǒng)的抗干擾能力。系統(tǒng)性能評(píng)估指標(biāo)體系建立2024/3/2625針對(duì)現(xiàn)有控制算法存在的缺陷或不足，提出改進(jìn)算法或引入新的控制策略，如自適應(yīng)控制、魯棒控制等。控制算法優(yōu)化通過(guò)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整或改進(jìn)，提高系統(tǒng)的控制性能和穩(wěn)定性，如增加反饋環(huán)節(jié)、采用分布式控制