自动化讲座总结

自动化专题讲座学习总结

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随着计算机技术的发展和应用，自动控制理论和技术在宇航、机器人控制、导弹制导及核动力等高新技术领域中的应用也愈来愈深入广泛。不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域中，成为现代社会生活中不可缺少的一部分。随着时代进步和人们生活水平的提高，在人类探知未来，认识和改造自然，建设高度文明和发达社会的活动中，自动控制理论和技术必将进一步发挥更加重要的作用。作为一个自动化专业的学生，了解和掌握自动控制的有关知识是十分必要的。为此我们学校特地给我们开设了自动控制的专题系列报告。为此我们获益匪浅，在此讲座结束之际，我对这次讲座加以整理总结，来牢记这次讲座。讲座共有5次，分别为自动控制的发展史，计算机控制系统，过程控制，GPS导航系统，流体传动。

讲座一：自动控制的发展史

自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制，二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪，火炮定位系统，雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战后，以形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入-单输出，线形定常数系统的分析和设计问题。

工业控制计算机是工业自动化设备和信息产业基础设备的核心。工业控制计算机是“应用在国民经济发展和国防建设的各个领域、具有恶劣环境适应能力、能长期稳定工作的加固计算机”，简称“工控机（IPC）”。

1978年，STD总线标准推出，STD总线工控机诞生，其后的STD32总线工控机更成为高端的工业计算机；

1981年，VME总线工控机开始广泛应用于图象处理、工业控制、军事通讯等领域；

1987年，VXI总线，即VME扩展仪器仪表总线推出，兼容主流计算机市场的应用软件开发工具包、外设和驱动软件；

1992年，Intel开发了PCI总线规范，加固型PCI/ISA总线工控机问世，是对基于大母板的桌面PC的工业化改造；

1994年，AT96总线技术将ISA总线PC机带入恶劣的工业环境，具有抗强震动和冲击能力；

1995年，PICMIG颁布CompactPCI规范，基于Wintel架构、面向高可靠性应用设计的CPCI总线工控机成为新宠。

IPC在中国的发展大致可以分为三个阶段：第一阶段是从20世纪80年代末到90年代初，这时市场上主要是国外品牌的昂贵产品。

第二阶段是从1991年到1996，台湾生产的价位适中的IPC工控机开始大量进入大陆市场，这在很大程度上加速了IPC市场的发展，IPC的应用也从传统工业控制向数据通信、电信、电力等对可靠性要求较高的行业延伸。

第三阶段是从1997年开始，大陆本土的IPC厂商开始进入该市场，促使IPC的价格不断降低，也使工控机的应用水平和应用行业发生极大变化，应用范围不断扩大，IPC也随之发展成中国第二代主流工控机技术。

讲座二：计算机控制系统

与一般控制系统相同，计算机控制系统可以是闭环的，这时计算机要不断采集被控对象的各种状态信息，按照一定的控制策略处理后，输出控制信息直接影响被控对象。它也可以是开环的，这有两种方式：一种是计算机只按时间顺序或某种给定的规则影响被控对象；另一种是计算机将来自被控对象的信息处理后，只向操作人员提供操作指导信息，然后由人工去影响被控对象。

计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部分，这不同于模拟控制器构成的系统只由硬件组成。计算机控制系统软件包括系统软件和应用软件。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务性程序等，它们通常由计算机制造厂为用户配套，有一定的通用性。应用软件是为实现特定控制目的而编制的专用程序，如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理程序等。它们涉及被控对象的自身特征和控制策略等，由实施控制系统的专业人员自行编制。

计算机控制系统通常具有精度高、速度快、存储容量大和有逻辑判断功能等特点，因此可以实现高级复杂的控制方法，获得快速精密的控制效果。计算机技术的发展已使整个人类社会发生了可观的变化，自然也应用到工业生产和企业管理中。而且，计算机所具有的信息处理能力，能够进一步把过程控制和生产管理有机的结合起来（如CIMS），从而实现工厂、企业的全面自动化管理。

计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机）来实现工业过程自动控制的系统。在计算机控制系统中，由于工业控制机的输入和输出时数字信号，而现场采集到得信号或送到执行机构的信号大多是模拟信号，因此与常规的按偏差控制的闭环负反馈系统相比，计算机控制系统需要有数/模转换器和模/数转换器这两个环节。

计算机把通过测量元件、变送单元和模数转换器送来的数字信号，直接反馈到输入端与设定值进行比较，然后根据要求按偏差进行运算，所得到数字量输出信号经过数模转换器送到执行机构，对被控对象进行控制，使被控变量稳定在设定值上。这种系统称为闭环控制系统。

计算机控制系统由工业控制机和生产过程两大部分组成。工业控制机硬件指计算机本身及外围设备。硬件包括计算机、过程输入输出接口、人机接口、外部存储器等。软件系统是能完成各种功能计算机程序的总和，通常包括系统软件跟应用软件。

讲座三：过程控制

工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。

什么是程序控制法就一般而言，管理中采取的控制可以在行动开始之前、进行之中或结束之后进行，称为三种控制模型。第一种称为前馈控制或预先控制；第二种称为过程控制或同期控制；第三种称为反馈控制或事后控制。程序控制法即对经常性的重复出现的业务，要求执行人员按规定的标准化程序来完成，以保证业务处理质量达到控制目标和要求。程序控制要求按照牵制的原则进行程序设置，所有的主要业务活动都要建立切实可行的办理程序。即：按生产流程，每道工序的最终点为程序控制点，每道工序的终点的生产者为质量控制者，对不合格的加工、不合格的配制有责任也有权提出改正，这样使每个人在生产过程都受到监控。程序控制法避免业务工作的无章可循，职责不清，相互推委，有利于及时处理业务和提高工作效率，以及追究有关责任人的责任。

例如：按厨房生产流程，从加工、配制到烹调三个程序中，每道工序的最终点为程序控制点，每道工序的终点的生产者为质量控制者，配制厨师对不合格的加工、烹调厨师对不合格的配制有责任也有权提出改正，这样使每个人在生产过程都受到监控。

程序的重要性的毋庸置疑的。但由于程序的计划和控制工作单调枯燥，看似简单平凡，所以主持其事的人往往得不到最高主管部门人员的关心和支持。在我国，真正对程序的计划和控制持认真态度的企业或其他组织还不多，即使在这些组织中，有的也只是“认真”过一

个时期，后来因为各种原因而流于形式。所以，真正实行程序化、标准化管理并不是件容易的事。不过，我们也应当看到，随着改革开放的深入进行，随着各方面管理工作的不断完善以及引进、吸收、消化国外先进的管理方法、技术、手段等，有不少组织也已真正开始重视并认真对待其管理当中有关程序的制订和控制工作，并已取得良好的效果。实践经验证明，推行管理的程序化和标准化，是改革传统管理方式，实现管理现代化的重要步骤。

讲座四：GPS导航系统

GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。在机械领域GPS 则有另外一种含义：产品几何技术规范(GeometricalProductSpecifications)-简称GPS。另外一种解释为G/s（GBpers）

GPS系统的前身为美军研制的一种子午仪卫星定位系统(Transit），1958年研制，64年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。

为此，美国海军研究实验室(NRL)提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这使GPS系统精确定位的基础。而美国空军则提出了621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道该计划以伪随机码(PRN)为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1%时也能将其检测出来。伪随机码的

成功运用是GPS系统得以取得成功的一个重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局（JPO)领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。

讲座五：流体传动

用流体作为工质的一种传动。依靠液体的静压力传递能量的称为液压传动。依靠叶轮与液体之间的流体动力作用传递能量的称为液力传动。利用气体的压力传递能量的称为气压传动。流体传动系统中最基本的组成部分是：将机械能转换成流体压力能的转换元件，如压缩机、液压泵和泵轮等；将流体压力能再转换成机械能的转换元件，如气动马达、气缸、液压马达、液压缸和涡轮等，这种转换元件也称为执行元件；对流体能量进行控制的各种控制元件、如液压控制阀、液压伺服阀、气动逻辑元件和射流元件等。

用流体作为工质的一种传动。依靠液体的静压力传递能量的称为液压传动。依靠叶轮与液体之间的流体动力作用传递能量的称为液力传动。利用气体的压力传递能量的称为气压传动。流体传动系统中最基本的组成部分是：将机械能转换成流体压力能的转换元件，如压缩机、液压泵和泵轮等；将流体压力能再转换成机械能的转换元件，如气动马达、气缸、液压马达、液压缸和涡轮等，这种转换元件也称为执行元件；对流体能量进行控制的各种控制元件、如液压控制阀、液压伺服阀、气动逻辑元件和射流元件等。流体传动与控制技术包括液压传动与控制和气压传动与控制两部分内容。液压传动是以液体作为工作介质，利用压力能传递动力，具有易于实现直线运动、功率与质量之比大、动态响应快等优点，在航空航天、舰船、武器装备、工程机械、冶金机械、运动模拟器、试验设备、机床、农林机械等领域得到了广泛的应用。而气压传动则是以空气作为工作介质，清洁、成本低，并具有防火、防爆、防电磁干扰等优点，在轻工、食品、饮料、包装、化工、电子和自动生产线等领域得到了广泛的应用。今天，流体动力传动技术与传感、微电子和控制技术密切结合，已发展成为包括

传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术，是工业动力传动与控制技术不可缺少的重要组成部分

流体传动与控制技术包括液压传动与控制和气压传动与控制两部分内容。液压传动是以液体作为工作介质，利用压力能传递动力，具有易于实现直线运动、功率与质量之比大、动态响应快等优点，在航空航天、舰船、武器装备、工程机械、冶金机械、运动模拟器、试验设备、机床、农林机械等领域得到了广泛的应用。而气压传动则是以空气作为工作介质，清洁、成本低，并具有防火、防爆、防电磁干扰等优点，在轻工、食品、饮料、包装、化工、电子和自动生产线等领域得到了广泛的应用。今天，流体动力传动技术与传感、微电子和控制技术密切结合，已发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术，是工业动力传动与控制技术不可缺少的重要组成部分。