自动控制系统的发展及技术现状.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,自动控制系统的发展及技术现状,(,技术和理论,),自动控制系统设计的基本知识,本章主要内容,第一章 绪论,自动控制系统的发展及技术现状,1,.1.1,发展过程,自动控制技术的发展经历了机械自动化,机械、电气自动化的过程,古 代,中国，埃及和巴比伦等,自动计时漏壶,汉朝 张衡,浑天仪和地动仪,三国,公元,1090,年 苏颂,指南车,水运仪象台,古埃及 希腊,自动开启装置、自动洒圣水的铜祭司、投币式圣水箱、青铜小鸟,钟壶滴漏,指南车,1719,世纪,1642,年法国物理学家 帕斯卡,加法器,1657,年荷兰机械师 惠更斯,钟表,1745,年英国机械师,E.,李,1765,年俄国 波尔祖诺夫,风磨,水位调节器,1788,年英国科学家,瓦特,离心式节速器,1854,年俄国 康斯坦丁诺夫 电磁调速器,1868,年法国工程师 法尔科 反馈调节器,惠更斯发明的钟表,自动控制理论的早期发展,自动控制装置的优点：改进生产技术，提高生产效率,1718,世纪是自动化技术的逐渐形成时期,18,世纪之后是自动化技术的发展时期，期间数学描述和理论分析起到了至关重要的作用。,自动调节器的稳定性问题、蒸汽机的剧烈振荡问题、自动操舵机的稳定性问题,一些数学家尝试用微分方程来描述和分析系统的稳定性问题,。,1,.1.2,自动控制理论是自动控制系统工程设计的基础,自动控制理论的早期发展过程,英国物理学家麦克斯韦，在,1868,年发表了,论调速器,的文章，总结了无静差调速器的理论，对控制系统进行了最初的数字描述,俄国机械学家,维什涅格拉茨基,1876,年发表,论调节器的一般理论,的文章,进一步总结了调节器的理论。,1877,年英国数学家劳斯（,E.J.Routh,）提出了著名的劳斯稳定判据,1895,年德国数学家,A.,胡尔维茨提出著名的胡尔维茨稳定判据,1892,年俄国数学家李雅普诺夫发表了,论运动稳定性的一般问题,的专著。以数学语言形式给运动稳定性的概念下了严格的定义,给出了判别系统稳定的两种方法,李雅普诺夫第一法,李雅普诺夫第二法,自动控制理论的早期发展过程,自动控制理论的早期发展过程,1925,年英国电气工程师,O.,亥维赛把拉普拉斯变换应用到求解电网络的问题上,提出了运算微积分，求得瞬态过程,利用拉普拉斯变换描述线性定常系统或线性元件的输入输出关系，就得到了传递函数,在传递函数基础上，发展了频率响应法,1927,年美国贝尔电话实验室在解决电子管放大器失真问题时，电气工程师,H.S.,布莱克从电信号的角度引入了反馈的概念,自动控制理论的早期发展过程,1932,年美国电信工程师奈奎斯特提出著名的奈奎斯特稳定判据,可以直接根据系统的传递函数来画出奈奎斯特图，判定反馈系统的稳定性,1938,年苏联电气工程师,A.B.,米哈伊洛夫应用频率法来研究自动控制系统的稳定性,提出著名的米哈伊洛夫稳定判据,自动控制理论的早期发展带动了其它领域的发展,程序控制、逻辑控制和自动机的思想同时得到了发展,1833,年英国数学家,C.,巴贝奇在设计分析机时首先提出程序控制的概念,1936,年英国数学家图灵提出著名的图灵机,成为现代数字电子计算机的雏形。图灵机定义可计算函数类,建立了算法理论和自动机理论。,1938,年美国电气工程师香农和日本数学家中岛,以及,1941,年苏联科学家,舍斯塔科夫,分别独立地建立了逻辑自动机理论,用仅有两种工作状态的继电器组成了逻辑自动机,实现了逻辑控制,控制理论的形成,自动化技术的实际应用划分为自动化技术形成、局部自动化和综合自动化三个阶段,自动化技术形成时期为,18,世纪末,20,世纪,30,年代,局部自动化时期是在,20,世纪,4050,年代，期间形成了经典控制理论,20,世纪,50,年代之后，是综合自动化阶段，出现了各种复杂的控制系统，如：多环控制、多变量控制、分级控制、集散控制系统等。,1.1.3,自动控制系统设计的基本知识,1.2,1,.2.1,设计的主要任务和解决的问题,方案设计,：,具有符合要求的静态和动态特性,工程设计,：,在方案设计正确的基础上进行，进行实际系统的选型,参数整定,：,P,、,I,、,D,参数整定,主要任务,解决的问题,安全性,稳定性,经济性,安全性是指在生产过程中，要保证人员的安全、设备的安全、以及生态平衡和环境卫生的安全。,越限报警、联锁保护、视频监视、远程监控,、,安全栅等,稳定性主要指系统的抗干扰能力，在出现各种可预见的干扰的情况下，系统都要保留一定的稳定裕度,经济性是指节省投资、提高产品产量质量、节能降耗、提高经济效益和社会效益等,控制精度和响应速度,自动控制系统的工程设计流程,设计任务书,初步设计,详细设计,现场调试,资料归档,1.2.2,设计任务书,工艺流程或对象特征,重要工艺参数及指标要求,系统运行环境,特殊工艺要求,系统设计目标,初步设计,系统方案选择,系统结构的确定,主要设备和装置的选择,性能价格比评价,详细设计,系统功能块划分,硬件设计,各功能块软件设计,辅助系统设计,系统离线调试与评价,现场安装调试,系统现场安装,现场调试,在线测试,系统最终评价,资料归档,设计图纸整理,评价结果整理,编写使用说明书,设计完成确认书,系统设计流程图,设计任务书,设计任务书是控制系统设计、评价的主要依据，在设计任务书中要明确：,工艺流程或被控对象特征,主要工艺参数及指标要求,系统运行环境,特殊工艺要求,系统设计目标,初步设计,系统方案选择,系统结构的确定,主要设备和装置的选择,性能价格比评价,根据系统设计任务书，以及市场可入手的设备、装置以及设计者自身所掌握的技术，对可能满足设计任务书的各类系统及其特征进行分析后，选择有限条件下的最合理方案，并进行有限实验评价，以便于确定系统的最终结构,详细设计,根据初步设计所确定的系统方案和系统构，系统的软硬件系统进行具体详细的设计。,系统功能块划分,硬件设计,各功能块软件设计,辅助系统设计,系统离线调试与评价,现场安装调试,系统现场安装,现场调试,在线测试,系统最终评价,资料归档,设计图纸整理,评价结果整理,编写使用说明书,设计完成确认书,