自动化学科概论

1、工业化发展三阶段：机械化，电气化，自动化；从工业的角度，信息化发展也可分三阶段：数字化，网络化，先进自动化；自动化作为一种行为和一种状态，它是通过自动控制系统实现的。“系统”是由相互作用、相互联系的若干个组成部分结合而成的具有特定功能的整体。自动控制系统则是指能够实现“自动化”任务的设备，它是人造系统，而且是工程技术领域的人造系统。自动控制系统通常由控制部分和控制对象组成。(1)被控对象 控制系统所要控制的设备或过程(2)给定环节 产生给定输入信号的环节(3)测量环节 随时将被控制量检测出来的装置(4)比较环节 其功能是将给定的输入信号（被控制量的希望值）与测量环节得到的被控制量实际值加以比较

2、(5)控制环节 它的功能是根据偏差信号，决策如何去操作被控对象，实现被控量达到所希望的目标(6)执行环节 按控制环节的控制决策，具体实施对控制对象的操作工程技术领域的被控对象不同的分类法（1）按被控对象的特性可分为线性和非线性 （2）按被控对象结构参数可分为定常和时变（3）按系统传输信号的性质可分为连续系统和离散系统（4）按系统期望输出信号的变化规律还可分为恒值控制系统和随动控制系统一个自动控制系统从原来的平衡状态过渡到一个新的平衡状态，两个平衡状态之间的过渡过程称为动态，把处于平衡状态时称为静态。 自动控制系统动态过程常见形式： 单调收敛过程 单调发散过程 衰减震荡过程 等幅震荡过程 发散震

3、荡过程自动控制系统的基本性能 稳定性 快速性 准确性 如何来满足这三个特性？即改变系统的这三个特性？：比例积分，微分（有待详细）比例系数（比例控制器）存在一个缺点：稳态有静差对自动控制系统的研究(包括分析、综合)就是从动态、静态两方面围绕上面三个特性进行的。1、 开环控制：扰动补偿控制，也称为“前馈控制”：2、 反馈控制（闭环控制）：控制要求：（1）调速分档或平滑地调节转速；（2）稳速以一定的精度稳定运行；（3）加减速加减速尽量快，效率提高，制动平稳。扰动源Id,Ks,Ce,Kp,R, (检测误差)；反馈能有效抑制一切被负反馈环节所包围的前向通道的扰动作用，但对给定的作用惟命是从。复合控制系统

4、中的补偿控制（前馈控制）能及时地抵消可测扰动量对被控制量的不利影响，二反馈控制能保证系统的高精度。这是一种得到广泛应用的控制形式。3、复合控制：上图系统出现问题：起始电流过大解决：1、电枢串电阻起动；2、引入电流截止负反馈；3、加积分给定环节。开环控制和闭环控制是按信号的传递路径来区分的两种不同的控制形式。判断一个系统开环还是闭环：看是否存在检测环节，且是否将检测环节反馈回去，若是，则为闭环。开环系统和闭环系统的比较：（1）、闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多；（2）、如果比较同一的开环系统和闭环系统，则闭环系统的静差率要小；（3）、S一定时，闭环系统可大大提高D；（4）、要取得以上三

5、种优势，闭环系统需K足够大，即要设置放大器K=KpKsCe非线性特性： 饱和特性 死区特性 带滞回的继电特性非线性控制系统与线性系统相比的特点：线性系统的稳定性完全取决于系统的结构及其参数，与系统的初始条件以及外加输入无关。 对于非线性系统而言，发生并维持一定频率和振幅的稳定的周期运动完全是可能的，通常把这种运动称为自激振荡，并在信号发生器等场合得以有效应用。连续信号变换为离散信号的采样过程 零阶保持器的信号保持过程计算机控制的典型自动控制系统计算机硬件组成：(1)计算机主机 (2)输入输出设备 (3)人机接口设备 常用的可控制直流电源有以下三种：1、旋转交流机组，2、静止式可控整流器，3、直

6、流斩波器或脉宽调制变换器。变频器：变频的同时，电压亦等比例变化。电感亦称为平波电抗器由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难；晶闸管对过电流、过电压、过高的dvdt与didt都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件；由谐波与无功功率引起电网电压畸变殃及附近的用电设备，造成“电力公害”。PWM系统的优点：主电路线路简单，需用功率器件少；开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右；若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频

7、率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。注：U-M系统主要用于大容量系统，PWM主要用于中小容量系统PWM的变换器的工作状态PWM将恒定电流调制成频率一定，宽度可变的脉冲电压系列，从而可以改变平均电压大小，以调节电机转速。看右图：正向加速：在2与3之间就通电，精确地，是在2（2+3）2之间正向减速：在45导通S1,S2，在45关断S1,S2。调正反向时需靠调A、B、C、D相得通电顺序，以及1、2、3、4注意：先给某相（如A相）长时间通电，再顺序通电桥式可逆PWM变换器H形VT1 M VT4:释放电功率（正向加速）Uab=+UsVD2 M

8、VD3:电动机释放电源吸收VT3 M VT2：电源释放功率VD4 M VD1：电源吸收H桥：如何用单片机来实现对S1S4的控制？功率器件：主电路中所有晶体管，晶闸管等晶闸管电动机系统（讨论问题）（1） 触发脉冲相位控制（2） 电流脉冲及其波形的连续与断续（3） 抑制电流脉动的措施（4） 晶闸管电动机系统的机械特性（5） 晶闸管的触发和整流装置放大系统的计算逆变颠覆（ ）（1） 功率管开通时刻不稳定，触发不稳定（2） 通电状态不稳定，管的开通不稳定（3） 电网电压波动为避免逆变颠覆，应设置最大移向角限制，通过设置控制电压幅值来控制触发角磁悬浮列车（1） 通入电，控制方向，速度（2） 碳刷易磨损，需更换（3） 将电机平铺，得到纵向磁场而不是旋转的（4） 高压供电（几万伏）直流直流电机与直流交流电机的优点，缺点，区别： 直流电机展开有电刷，调速方便变频调