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自动化控制基础培训(二)

目录

contents

自动化控制概述

传感器与执行器

控制策略与方法

工业通信网络与技术

自动化控制系统设计与实施

自动化控制系统维护与故障排除

总结与展望

01

自动化控制概述

定义

自动化控制是一种利用控制理论、计算机技术、电子技术等实现对生产过程、机器设备、系统或环境等对象的自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，以达到预期目标的综合性技术。

发展历程

自动化控制技术的发展经历了从机械化到电气化，再到自动化、智能化的过程。随着计算机技术的飞速发展，自动化控制技术得到了广泛应用和不断完善。

控制器

被控对象

执行器

检测装置

01

02

03

04

接收来自被控对象的输入信号，根据控制规律产生相应的控制信号，作用于被控对象。

被控制的设备或过程，其输出量受到控制器的控制。

将控制器的输出信号转换为能够驱动被控对象的物理量，如电压、电流、气压等。

用于检测被控对象的输出量，并将其转换为控制器能够接收的信号。

航空航天

在航空航天领域，自动化控制技术可以实现飞行器的自动驾驶、导航定位、姿态控制等，提高飞行器的稳定性和安全性。

工业自动化

在工业生产过程中，自动化控制技术可以实现生产设备的自动启停、工艺参数的自动调节、生产过程的自动监控等，提高生产效率和产品质量。

智能家居

通过自动化控制技术，可以实现家庭环境的自动调节，如温度、湿度、照明等，提高居住舒适度和能源利用效率。

交通运输

在交通运输领域，自动化控制技术可以实现车辆的自动驾驶、交通信号的自动控制、智能交通管理等，提高交通运输效率和安全性。

02

传感器与执行器

传感器是一种能将被测量量（如温度、压力、流量、位移等）转换为与之有确定关系的电量输出的装置。其工作原理基于各种物理、化学效应，如压电效应、热电效应、光电效应等。

传感器原理

根据测量原理，传感器可分为电阻式、电容式、电感式、压电式、热电式、光电式等。根据测量对象，可分为温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器等。

传感器分类

执行器工作原理

执行器是自动控制系统中的输出装置，根据控制信号的大小和方向，产生相应的机械动作去推动调节机构，从而实现生产过程自动化的目的。执行器通常由驱动机构和调节机构两部分组成。

执行器选型

在选择执行器时，需要考虑输出力或力矩、动作速度、控制精度、可靠性等因素。同时，还需根据具体应用场景选择合适的执行器类型，如电动执行器、气动执行器、液动执行器等。

接口类型

传感器与执行器的接口通常包括模拟接口和数字接口两种类型。模拟接口传输的是连续变化的模拟信号，而数字接口传输的是离散的数字信号。

接口标准

为了保证传感器与执行器的互换性和通用性，接口标准是非常重要的。常见的接口标准包括电流环接口（如4-20mA）、电压接口（如0-10V）、串行通信接口（如RS-232、RS-485）等。

接口电路

接口电路是连接传感器与执行器的桥梁，其主要功能是将传感器输出的微弱信号进行放大、调理和转换，以适应执行器的输入要求。同时，接口电路还需考虑抗干扰措施，以确保信号的稳定性和可靠性。

03

控制策略与方法

基于模糊数学理论，将人的控制经验用模糊语言变量表示，通过模糊推理和模糊决策实现对被控对象的控制。

模糊控制原理

包括模糊化、模糊推理、解模糊化三个步骤，其中模糊化是将输入量转化为模糊语言变量，模糊推理是根据模糊控制规则进行推理，解模糊化是将模糊输出量转化为实际的控制量。

模糊控制器的设计

根据被控对象的动态特性和性能指标要求，采用最优化方法求解控制器的参数或结构，使得控制系统的性能达到最优。

最优控制原理

包括线性二次型最优控制、最小时间最优控制、最小能量最优控制等，分别适用于不同的被控对象和控制要求。

最优控制方法分类

04

工业通信网络与技术

基于TCP/IP协议栈的通信原理，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层等各层的功能和协议。

以太网通信原理

IEEE802.3标准系列，包括不同速率和传输介质的以太网标准，如10Base-T、100Base-TX、1000Base-T等。

工业以太网标准

工业以太网交换机、工业以太网网卡、工业以太网路由器等设备的原理、选型和配置。

工业以太网设备

实时数据传输、远程控制、设备状态监测等应用场景的实现方法和案例分析。

工业以太网应用

现场总线概述

常见现场总线标准

现场总线设备

现场总线应用

现场总线的定义、发展历程和主要特点，以及与工业以太网的比较。

现场总线接口电路、现场总线仪表、执行器等设备的原理、选型和配置。

Profibus、Modbus、DeviceNet、CAN等现场总线标准的技术特点和应用范围。

工业自动化系统中的数据传输、设备控制、故障诊断等应用场景的实现方法和案例分析。

无线通信技术的定义、发展历