《电气工程及自动化》课件.pptVIP

*************************************现代控制理论简介最优控制最优控制理论研究如何设计控制律，使系统满足某种最优性能指标。常见的性能指标包括能量最小、时间最短和误差最小等。最优控制问题通常通过变分法、最大值原理或动态规划方法求解。线性二次型调节器(LQR)是一种典型的最优控制器，它在线性系统假设下，最小化状态偏差和控制能量的加权和。鲁棒控制鲁棒控制理论研究如何设计控制系统在模型不确定性和外部干扰存在的情况下，保持良好的性能和稳定性。H∞控制和μ综合是两种主要的鲁棒控制设计方法。鲁棒控制强调系统的稳定裕度和性能裕度，适用于工程实际中存在参数变化和未建模动态的场合。自适应控制自适应控制系统能够根据系统参数变化或环境变化自动调整控制器参数，保持系统性能。自适应控制分为直接自适应控制和间接自适应控制两类。模型参考自适应系统(MRAS)和自校正控制器(STR)是两种典型的自适应控制方法。自适应控制特别适用于参数变化大或难以精确建模的系统。现代控制理论是在经典控制理论基础上发展起来的，它采用状态空间方法，能够系统地处理多变量控制系统，解决更复杂的控制问题。现代控制理论与计算机技术紧密结合，利用数值算法实现复杂控制策略，大大拓展了控制系统的应用领域。随着系统复杂性增加和控制要求提高，现代控制理论仍在不断发展。非线性控制、智能控制和网络控制等新兴分支正在形成，为解决更具挑战性的控制问题提供新的思路和方法。可编程逻辑控制器(PLC)PLC基本结构可编程逻辑控制器(PLC)是一种专为工业控制设计的数字计算机设备，它由以下主要部分组成：中央处理单元(CPU)：执行程序和逻辑运算输入/输出(I/O)模块：连接外部设备和传感器电源模块：提供稳定工作电源通信模块：实现与其他设备的数据交换存储器：包括程序存储器和数据存储器PLC工作周期包括输入采样、程序执行和输出更新三个阶段，周期性重复执行。PLC特点与优势与传统继电器控制系统相比，PLC具有以下显著优势：可编程性：通过软件修改控制逻辑，无需改变硬件连接可靠性高：设计符合工业环境需求，抗干扰能力强扩展性好：可根据需要增加I/O点数和功能模块体积小：相比继电器控制柜大大节省空间诊断功能：提供故障诊断和自检功能通信能力：可与其他控制设备和计算机网络集成PLC已成为工业自动化的标准控制设备，广泛应用于制造业、过程工业、建筑自动化和交通控制等领域。现代PLC不断融合新技术，如高速处理器、大容量存储、图形化编程环境和工业以太网通信，功能越来越强大。从简单的继电器替代品发展为综合自动化控制平台，PLC正在向集成化、网络化和智能化方向演进。PLC编程语言及应用PLC编程语言是根据IEC61131-3标准定义的五种编程语言，包括梯形图(LD)、功能块图(FBD)、结构化文本(ST)、指令表(IL)和顺序功能图(SFC)。梯形图是最传统的PLC编程语言，它模拟继电器控制电路的接线图，直观易懂，特别适合离散控制；功能块图采用图形化的功能模块表示复杂功能，适合过程控制；结构化文本类似高级编程语言，适合复杂算法和数据处理；顺序功能图专为顺序控制设计，清晰表达工艺流程和状态转换。PLC应用覆盖了几乎所有工业领域，从简单的机械控制到复杂的过程自动化。典型应用包括：生产线控制、机械设备自动化、过程控制系统、建筑自动化和运动控制等。随着工业4.0和智能制造的发展，PLC正与工业物联网、云计算和人工智能技术融合，实现更高级别的自动化和智能化控制。工业自动化系统企业资源计划(ERP)生产计划、成本控制、市场销售制造执行系统(MES)生产调度、质量管理、设备维护监控与数据采集(SCADA)过程监视、数据记录、事件报警4控制层(PLC/DCS)自动控制、顺序控制、过程控制现场设备层传感器、执行器、智能仪表工业自动化系统是实现生产过程自动化、提高生产效率和产品质量的综合技术系统。它采用层次化架构，从底层的现场设备到顶层的企业管理系统，形成完整的自动化金字塔。各层级系统通过工业网络和通信协议实现数据集成和信息共享，构建统一的自动化控制平台。随着工业4.0的推进，传统自动化系统正向智能制造系统转变。数字孪生、边缘计算、工业大数据和人工智能等新技术的应用，使自动化系统具备了自感知、自决策和自适应能力。未来的工业自动化系统将更加开放、互联、协同和智能，实现生产过程的全面优化和创新。传感器与执行器工业传感器传感器是自动化系统的感官，负责将物理量转换为电信号。按测量对象分类：温度传感器：热电偶、热敏电阻、红外测温仪压力传感器：压阻式、电容式、压电式位置