_船舶自动舵控制技术发展研究_船舶自动舵控制技术发展研究
自动控制技术现状及发展趋势
自动控制技术现状及发展趋势 发表时间：2017-11-03T16:38:49.533Z 来源：《电力设备》2017年第18期作者：孔德磊[导读] 摘要：自动控制技术是一项综合性技术，目前被广泛地应用于企业生产及人们的日常生活中，极大地提高了企业的生产效率及人们的生活质量。本文通过对目前我国自动控制技术的现状及其发展进行了详细的分析，从而指出自动控制技术正在向智能化、网络化、微型化以及集成化等方面发展，自动控制技术是现代化生产的基础，是提高生产效率的关键。 （河南理工大学河南焦作 454000）摘要：自动控制技术是一项综合性技术，目前被广泛地应用于企业生产及人们的日常生活中，极大地提高了企业的生产效率及人们的生活质量。本文通过对目前我国自动控制技术的现状及其发展进行了详细的分析，从而指出自动控制技术正在向智能化、网络化、微型化以及集成化等方面发展，自动控制技术是现代化生产的基础，是提高生产效率的关键。关键词：自动控制技术；现状；发展趋势一、目前我国自动控制技术的现状分析就目前我国在自动控制领域的实际情况来看，虽然自动控制技术得到了长足的发展以及比较广泛地实际应用，但是这与国外发达国家的自动控制技术水平及应用程度还有很大的差距。我国想要提高自动控制技术的水平，就必须加大投资与科研的力度，对新型的生产线要科学合理地对其进行自动化的设计及未来发展的预设，要特别注重自动化信息流的作用，从而提升我国自动控制水平及应用，进而提高我国企业的国际竞争力。从目前我国自动控制技术在应用领域中的作用来看，主要是为提高设备的运行效率。根据我国发展的具体情况，研制开发自动控制技术，从而避免研制自动控制技术的盲目性。但是，还是存在自动控制技术在研发过程中缺乏宏观层面上的明确指导，在投入实际生产中所获得的经济效益比较低的现象，在我国自主研发的自动化设备上还存在精确度比较差、可靠性比较低以及实用性比较差的现象。随着手工制造业在国家经济建设中逐渐丧失了优势地位，自动化生产在社会生产中日益显示出其生产操作简单、产品质量高及生产效率高等特点，成为企业生产中的主要模式。在我国自动控制技术的发展也是非常不平衡的，大部分生产领域的自动化程度还非常低，例如，玩具、服装等。 我国想要提高自动控制水平并不是很容易，这即需要对新的自动控制技术的研发，也要对原有企业的生产设备进行自动化改造，这样不但能够提高生产效率而且还能起到降低成本的作用。可以通过数控技术等自动控制技术改造原有机械设备，提高传统机械设备的自动化程度，从而提高设备的使用率和生产率。在机床上通过控制技术的改造，充分发挥计算计技术的优势，实现设备及生产线的自动化的改造，从而提高生产效率。 二、我国自动控制技术的发展趋势分析（一）智能化自动控制技术的发展自动控制技术水平的发展是现代化生产不断推进的动力和基础力量，在自动化生产的开始阶段，控制系统比较简单，控制规律也很简单，因此，采用常规的控制方法就可以完成作业。智能化是自动化控制技术发展的更高水平，智能化主要表现在控制的功能多样化和用途多样化，智能化是未来制造业发展的方向。随着科学技术的不断进步，现代化生产的发展方向逐步向人工智能与自动控制技术相结合应用的趋势。人工智能理论向自动控制技术领域的渗透，不但理论上而且在实践上都是新的发展途径，为智能化的自动控制技术，提供了新的思想和方法。人工智能与自动控制技术相结合，能够根据生产过程中的变化情况，对系统采取更为有效的控制。在目前许多生产领域都采用了智能化控制技术应用于生产系统中，智能化控制技术的水平和应用程度关系到企业现代化生产自动化水平及程度的高低。（二）网络化、微型化自动控制技术的发展从自动控制技术的发展历程来看，在比较长的时期内，自动控制技术都是在工业生产领域内进行的。自动控制技术为工业生产所需的各种机械设备，提供了可靠性及性能都非常高的控制设备。在科学技术快速发展的当下，各领域之间都不是独立发展进行的，而是相互借鉴促进甚至结合发展成为新的发展领域。自动控制技术的发展当然也离不开对其他领域的借鉴与冲击，其中来自工业PC的影响最为严重。网络化及微型化是将来自动控制技术发展的必然趋势，在自动控制技术系统发展的初期，其形态非常的大而且价格又非常的高。自动控制技术未来发展的方向必然也离不开网络化，网络技术在现代化生产中具有重要的作用。尤其是对生产过程中信息数据的传递以及分析起到了关键作用，对自动控制系统发现安全问题采取合理的处理措施，预防故障的发生等都起到行之有效的作用。随科学技术的不断进步，发展到现在它与以前相比已经改变了很多，正在向微型化发展而且在价格上也在逐步的下降。随着自动控制系统的控制软件的进一步的完善和发展，未来能够安装控制系统软件的市场份额将会逐步呈上涨趋势。（三）综合化自动控制技术的发展在现代化自动控制技术领域中已经建立模糊控制、智能控制及专家系统等控制技术的发展方向，这些方向自动控制技术的主要特点就是综合性。这些特殊方向性的控制系统都是以自动控制技术理论为基础，从而对整个设备或流程进行综合控制。其中涉及的理论知识比较多，不在是单一的自动控制技术知识，还包括电子技术、计算机技术、机械技术等等。自动控制技术要想得到快速的发展，从而适应并促进社会的进步，就必须把自动控制技术与相关技术相结合进而发展成为一个新的方向，这样才能够给自动控制技术领域注入新鲜养分与活力，才能提高自动控制技术的可靠性、精确性与高效性。不断发展各项自动控制技术，例如，各种控制系统、专用计算机等自动控制技术的基础技术，不断引进多个领域的新知识、新理论及新技术。对原有的自动控制技术进行不断地改进与发展，这就需要大量的新理论、新方法以及新技术对其进行补充，更需要高水平的专业人才对其进行研究与开发。随着自动控制技术的不断发展，对普通工人以及经验与技能的要求会越来越低，而对知识的要求会越来越高，相关工作人员必须具备较高的知识层次才能更好地完成自动控制技术的相关工作。当自动控制设备发展到非常高的水平后，会因为技术及管理上的原因，使得产品的废品率比较高。造成这种现象的主要原因不是设备的问题而是工作人员素质的问题，所以要大力培养适合自动控制设备工作的新型技术人才，这需要相关人员必须掌握各种与自动控制设备的新方法、新原料以及操作方法等。在自动控制技术领域只有拥有了大量的专业技术人才或相关技术的综合型人才，才能够实现对自动控制技术的有力推广，从而提高我国自动控制技术的水平。参考文献：
船舶自动舵的设计
船舶自动舵的设计 吕振望，高帅 （大连海事大学航海学院大连 116026 ） 摘要：自动舵作为船舶改变航向和保持船舶航行在给定航向上的重要设备，对于船舶航行的安全性和经济性具有至关重要的作用。本文就自动舵设计所采用的二阶响应数学模型（Nomoto模型）进行了介绍。同时，主要以在线自整定PID（Proportional Integral Differential）船舶自动舵为例，简述了继电型自整定PID控制的基本原理及PLC （Programmable Logic Controller）实现的基本方法，给出了基于PLC的在线自整定PID 船舶自动舵的设计原理和实现方案。 关键词：船舶自动舵；自整定PID；船舶 0 引言 自动舵是一种自动操舵装置控制系统，能模拟并代替人力操舵，还可和其他导航设备结合组成自动导航系统，使船舶全程无人驾驶成为可能，大大提高了自动化水平。随着智能控制理论与计算机工业的飞速发展，许多新型的控制理论伴着微型计算机的广泛应用，同样也应用到自动舵上。 本文主要以自整定PID自动舵为例，说明了船舶自动舵的设计原理，对在自动舵设计中，所采用的数学模型进行了探讨，同时介绍自整定PID的算法以及如何正确地使用自动舵。 1 船舶自动舵的设计原理 船舶自动舵的主要结构是控制系统，其标准反馈结构图1如下：信号部分r，d，y，u；控制部分K；被控对象部分P；和传感器部分M。 图1 控制系统的框图 1.1 船舶运动响应模型 研究船舶自动舵的设计需从船舶运动的数学模型开始，船舶运动的数学模型是船舶自动
舵设计原理中很重要的一部分。本文以响应模型[1] 为例来说明船舶的运动。响应模型略去了横漂速度，抓住船舶动态从舵角到航向的导数再到航向的主要脉络，所获得的微分方程可保留非线性影响，把风浪干扰作用折合成为某一种干扰舵角构成一种输入信号与实际舵角δ一道进入船舶模型。该模型为Nomoto 模型的推广。 已知2阶Nomoto 模型为 δ??T K T 1='+ '' （1） 对于某些静态不稳定船舶，式（1）左端第二项T ?'必须代之以一个非线性）（?'H T K ，且 3H ?β?α?'+'='）（ （2） 于是非线性的2阶船舶运动响应模型成为 δ??T K H T K ='+ ''）（ （3） 显然，在线性情况下为使（1）和（3）式一致，必须有.0K 1==βα，由此可看出?βα，，，，T K 的关系。 野本（Nomoto ）对3阶船舶模型式做了一项出色的简化工作，使之降为2阶。论证的出发点在于，对于船舶这种大惯性的运载工具来说，其动态特性只在低频段是重要的，故在传递函数形式()[]()()() 1s T 1s T s 1s T K B A sI C s C 21301+++=-=-ψδ中，令0j s →=ω，且利用一个熟知的近似关系：当0x →时有()()x 1/1x 1+≈-，并忽略2阶和3阶小量，由此导出著名的Nomoto 模型 ()() 1s T s K s C 00+=ψδ 其中增益0K 与3阶模型相同，时间常数3210T T T T -+= 由于船舶的几何形状的复杂性，应用理论流体动力学方法计算流体动力导数是不可能的，因此它们的确定必须应该采用无量纲的流体动力系数。为此选择一些基本的度量单位，然后得到它们的无量纲值。其无量纲值的求法如下： () 3L 5.0/m m ρ=' L /x x c c =' V /v v =' V /rL r =' ()22L V 5.0/F F ρ=' ()23V L 5.0/N N ρ=' ()5zz zz L 5.0/I I ρ=' 16 mL I 2zz =
自动化自动控制课程设计方案报告
动控制课程设计报告 班级：自动化08-1班 学号：08051116 姓名：刘加伟 2018.7.17
任务一、双容水箱的建模、仿真模拟、控制系统设计 一、控制系统设计任务 1、通过测量实际装置的尺寸，采集DCS系统的数据建立二阶水箱液位对象 模型。<先建立机理模型，并在某工作点进行线性化，求传递函数） 2、根据建立二阶水箱液位对象模型，在计算机自动控制实验箱上利用电 阻、电容、放大器的元件模拟二阶水箱液位对象。 3、通过NI USB-6008数据采集卡采集模拟对象的数据，测试被控对象的开 环特性，验证模拟对象的正确性。 4、采用纯比例控制，分析闭环控制系统随比例系数变化控制性能指标<超调 量，上升时间，调节时间，稳态误差等）的变化。 5、采用PI控制器，利用根轨迹法判断系统的稳定性，使用Matlab中 SISOTOOLS设计控制系统性能指标，并将控制器应用于实际模拟仿真系统，观测实际系统能否达到设计的性能指标。 6、采用PID控制，分析不同参数下，控制系统的调节效果。 7、通过串联超前滞后环节校正系统，使用Matlab中SISOTOOLS设计控制系统性能指 标，并将校正环节应用于实际模拟仿真系统，观测实际系统能否达到设计的性能指标。
(一)建立模型 (二)实验模型及改变阶跃后曲线： 1．取阶跃曲线按照以下模型建立系统辨识模型： 一般取为0.4和0.8 计算上行阶跃各参数： T1=171.26 T2=50.50 K=160.47 t1=141 t2=338 建立传递函数为： G(s>= 计算下行阶跃各参数： T1=84.20 T2=48.67 K=148.08 t1=89 t2=198 建立传递函数为： G(s>= 2．建立机理模型
工业仪表与自动化控制技术新发展
工业仪表与自动化控制技术新发展 前言：在经济腾飞以及社会繁荣发展的背景下，我国工业也得到了迅猛的发展，其中，工业技术在工业发展的刚需下也实现了巨大飞跃，并且在电子信息的辅助作用下，促使工业生产技术不断走向高度自动化的方向，这种高度自动化在工业生产中不断得到了广泛的认可与普及。工业仪表与自动化技术的广泛发展表明我国已经从传统的工业生产迈向了自动化生产的高水平行业。企业的工业生产也只有在自动化的技术辅助中才能实现高效率、高产值以及低损耗的经营目标，才能在经济市场中保持有力的竞争地位，提升综合实力。因此工业仪表与自动化技术是现阶段以及未来工业技术发展与提升的重要战略部署。 一、工业仪表与自动化控制技术的应用价值 随着科技技术的不断发展，工业自动化技术也得到了提升与改善，并向着创新化以及智能化的方向不断提升。工业仪表以及自动化控制技术在实际应用中的具体内容首先是能实现自动控制技术，在进行工业生产中，将数据输入到仪器中，就能实现对仪器设备自动监管的工作，并且可以缓解施工人员的工作压力，自动实现自动切断运行线路的开关的操作，工作人员可根据实际的生产与工作设置相应的时间，保证自动控制工作，减少人为操作失误，提高工作效率与质量。其次自动化技术发挥了重要的保护机制，工业生产进程中的工作环境极其复杂，设备种类繁多，还会出现接线不规范的情况，这些现象都中都會蕴含潜在的生產安全故障，利用传统的检修以及检测方法往往难以发现这些潜在的危险因素，导致后续的一些列生产工作受到影响，此时，恰当的运用自动化控制技术就能化险为夷，及时的排查出潜在的安全故障，适当的时候切断电源，终止程序的运行，保证生产安全，提高经济效益，并保证生产继续进行；然后具有良好的监控功能，在计算机技术系统的支持与帮助下，当系统中运行的电压、电流以及功
简述船舶操纵自动舵原理
简述船舶操纵自动舵原理 摘要：船舶操纵的自动舵是船舶系统中的一个不可缺少的重要设备，是用来控制船舶航向的设备，能使船舶在预定的航向上运行，随着现代科学技术的不断进步，各种先进仪器的使用，使得船舶操纵开始向智能化方向发展，本文就船舶操纵自动舵的构成和工作原理方面进行了综述。 关键字：船舶自动舵现代船舶自动化 船舶操纵的自动舵是船舶系统中的一个不可缺少的重要设备，是用来控制船舶航向的设备，能使船舶在预定的航向上运行，它能克服使船舶偏离预定航向的各种干扰影响，使船舶自动地稳定在预定的航向上运行，是操纵船舶的关键设备。它的性能直接关系到船舶的航行安全和经济效益。代替人力操舵的自动舵的发展在相当程度上减少了人力，节省了燃料，降低了机械磨损，直接影响到船舶航行的操纵性、经济性和安全性。 舵机装置由操舵装置、舵机、传动机构和舵叶四部分组成。 （1）操舵装置：操舵装置的指令系统，由驾驶室的发送装置和舵机房的接受装置组成。 （2）舵机：转舵的动力。 （3）传动机构：能将多机产生的转舵力矩传递给舵杆。 （4）舵叶：环绕舵柱偏转，承受水流的作用力，以产生转舵力矩。 在自动操舵仪中，按控制系统分类可分为三种操舵方式： （1）直接控制系统或称单舵系统、应急操舵。 （2）随动控制系统。 （3）自动操舵控制系统，又称自动航向稳定系统。 自动操舵适用于船舶在海面上长时间航行．随动操舵供船舶经常改变航向时使用，如在内河、狭航道区和进出港口。当自动航向／航迹、随动操纵出现故障时，可用应急的简单操舵，直接由人工控制电磁换向阀．使舵正、反或停转。 原理：利用电罗经检测船舶实际航向α，然后与给定航向K°进行比较，其差值作为操舵装置的输入信号，使操舵装置动作，改变偏舵角β。在舵角的作用下，船舶逐渐回到正航向上。船舶回到正航向后，舵叶不再偏转。
自动化控制系统设计实例教学大纲-2017
《自动化控制系统设计实例》课程教学大纲 课程代码：060032005 课程英文名称：Automation Control System Design Examples 课程总学时：16学时讲课：16学时实验：0学时上机：0学时 适用专业：自动化 大纲编写（修订）时间：2017.11 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 自动化控制系统设计实例是自动化专业的专业基础选修课。通过对该课程的学习，使学生建立起“系统”概念，了解自动化系统主要的控制方法、控制技术，为后续专业课学习奠定基础。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 通过实例教学，针对不同的控制对象，全方位、多视角介绍采用单片机、自动化仪表、工控机、PLC组建不同工业流程的设计实例和实施过程；要求学生了解自动化控制系统的设计原则、设计步骤，建立起“控制”与“系统”的概念，了解自动化控制系统的主流技术和前沿技术。 （三）实施说明 在讲授具体内容时，从一个具体的被控对象分析入手到合理的控制要求的形成，从控制装置、元器件部件选型到控制方案的产生，从硬件结构到电路细节，从软件框图到控制算法以及实施过程一一进行分析讲解；培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。 （四）对先修课的要求 本课程的先修课是《自动控制原理》和《C语言程序设计》。 （五）对习题课、实验环节的要求 无。 （六）课程考核方式 1．考核方式：考查 2．考核目标：考核学生对自动化控制系统的了解程度；考核学生自动化产品研发思路和独立思考能力。 3．成绩构成：本课程的学生成绩采用二级制（通过、不通过）。成绩由学术报告和平时成绩相结合的方法确定。其中：平时成绩由考勤及课堂表现组成，占总的40% ；学术报告成绩占总的60%。 （七）主要参考书目: 1. 《自动化系统工程设计与实施》，林敏等编，电子工业出版社，2008。 2. 《过程控制系统》，俞金寿孙自强编著，机械工业出版社，2009。 3. 《PLC编程及应用》（第4版），廖常初编著，机械工业出版社，2015。 二、中文摘要 本课程是自动化专业学生的一门实践性很强的专业基础选修课程。课程通过对精选实例的自动化控制系统的设计、选型、研制、调试和实施等讲授，使学生建立“控制”与“系统”的概念，了解自动化系统的主流技术和发展趋势。本课程将全方位、多视角地介绍单片机、自动化仪表、工控机、PLC等组建不同工业流程的设计实例和实施过程，本课程将为后续自动化专业课程的学习奠定基础。
船舶舵机控制系统改进设计【文献综述】
文献综述 电气工程及其自动化 船舶舵机控制系统改进设计 引 言 设计船舶自动操舵系统首先要确定船舶舵机的数学模型和船舶航行动态模型。船舶舵机的传动机构主要有两类,机械传动和液压传动。随着船舶排水量和航速的增加,舵机上的转矩迅速增大。采用机械传动机构的舵机其重量和体积将变得很大,同时它的效率较低,电动机的容量势必很大。因而目前大型船舶均采用液压传动舵机,甚至中小型船舶也不例外。 船舶舵机 船舶舵机是能够转舵并保持舵位的装置。舵机的大小由外舾装按照船级社的规范决定，选型时主要考虑扭矩大小。船用舵机目前多用电液式，即液压设备由电动设备进行遥控操作。有两种类型：一种是往复柱塞式舵机，其原理是通过高低压油的转换而作工产生直线运动，并通过舵柄转换成旋转运动。另一种是转叶式舵机，其原理是高低压油直接作用于转子，体积小而高效，但成本较高。 船舶操舵系统是实现船舶操纵功能的一个自动控制系统。它把电罗经，舵角传感器等送来的船舶实际航向信号，预定航向信号，及给定的各种限束条件自动地按照一定的调节规律进行信号处理，从而控制舵机，使船舶沿着给定的航向航行。由此可见，该系统的性能直接影响着船舶航行的操纵性，经济性和安全性。因此，船舶操纵系统的性能，一直被当作是一个具有较高经济价值和社会效益的重要问题，引起人们的关注。并吸引着世界各国一代又一代的工程技术人员围绕着进一步改善该系统的性能这一课题而不断地进行研究和探索。
自动舵 自动舵是根据电罗经送来的船舶实际航向与给定航向信号的偏差进行控制的。在舵机投入自动工作时，如果船舶偏离了航向，不用人的干预，自动舵就能自动投入运行，转动舵叶，使船舶回到给定航向上来。 电动—液压式自动舵 国产“HD—5L型自动舵应用半导体无触点控制的比例-微分-积分控制系统。驾驶室具有自动、随动及应急操作三种操舵方式。两套参数相同的放大器互为备用，通过转换开关选择其中一套为自动、随动操舵时使用。应急操舵为随动控制方式，单独使用一套放大器。该型自动舵有A、B、C、D四种型式。A型为电液伺服阀变量泵系统；B型为电磁换向阀、伺服油缸、变量泵系统；C型为伺服马达变量系统；D型为地磁功率阀定量泵系统，它们的电气系统基本上是一致的。 液压伺服系统 液压伺服系统是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。液压伺服系统以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用。 电液伺服系统 电液伺服系统是一种由电信号处理装置和液压动力机构组成的反馈控制系统。最常见的有电液位置伺服系统﹑电液速度控制系统和电液力(或力矩)控制系统 发展现状 众所周知，自动控制系统是自动控制理论在工业生产中应用的产物。船舶操舵系统也不例外。在自动控制理论发展的不同历史阶段，取得了不同的研究成果，开发出一代又一代新型的自动舵产品，为航运业的发展作出了巨大的贡献。
船舶操舵仪与自动舵
船舶操舵仪与自动舵 [size=10.5pt]操舵仪有自动操舵仪（俗称电罗经或磁罗经操舵自动跟踪操舵仪）、随动操舵仪（俗称舵轮操舵，包括遥控操舵）和应急操舵仪（俗称手动操舵、手柄操舵），自动操舵仪是按照设定的航向直线运行；随动操舵仪是按照驾驶员的指令，按一定的舵角做回转运动，只要合理使用，能使船舶处于最佳航行状态；应急操舵仪是最简易可靠的操舵仪（缺点是精度太差，往往使船舶走S形，耗油严重）。 1、应急操舵仪是不存在操舵的精度，只要在规定的时间内（如24-28s）达到左右满舵，就行。 2、随动操舵仪比应急操舵仪精度高得多，因为它具备了简单的人机对话功能，所以应用的船舶最多（因为它成本低，尤其使用于近海航线）. 3、自动操舵仪是在随动操舵仪的基础上，利用电罗经或磁罗经（现在利用GPS）等设备，增加了航向的偏航信号，利用航向信号的偏差代替人工舵轮，这一部分性能的好坏，直接关系到航线的准确度 早期日本生产的ES-11、TG-3000、TG-5000等电罗经所配备的自动舵，性能稳定，价格低廉。但是随着使用寿命的延长，这些操舵仪有一个共同的通病。 1．自动状态走S形，0点不稳 2．随动状态左右舵角不平蘅，0点不稳 3．随动状态（包括自动）死角过大 4．舵震荡严重，继电器损坏过快，船舶震动严重 5．无法使用随动状态（包括自动） 对以上问题检修的办法 1．自动部分对2KC的震动和相敏整流进行检查 2．随动部分对舵轮和跟踪的5K电位器进行检查 3．对跟踪部分的电缆检查，有无漏电 4．对舵机执行部分的阻尼系统检查 通过以上检查，一般情况下都能得到解决 如果还是不行，可以更换价格低廉性能稳定的国产随动板和自动板，一步到位，彻底解决以上的5个故障通病，既快又好，省时、省力、省成本，
自动控制技术现状及发展趋势
自动控制技术现状及发展趋势 摘要：自动控制技术是一项综合性技术，目前被广泛地应用于企业生产及人们 的日常生活中，极大地提高了企业的生产效率及人们的生活质量。本文通过对目 前我国自动控制技术的现状及其发展进行了详细的分析，从而指出自动控制技术 正在向智能化、网络化、微型化以及集成化等方面发展，自动控制技术是现代化 生产的基础，是提高生产效率的关键。 关键词：自动控制技术；现状；发展趋势 一、目前我国自动控制技术的现状分析 就目前我国在自动控制领域的实际情况来看，虽然自动控制技术得到了长足 的发展以及比较广泛地实际应用，但是这与国外发达国家的自动控制技术水平及 应用程度还有很大的差距。我国想要提高自动控制技术的水平，就必须加大投资 与科研的力度，对新型的生产线要科学合理地对其进行自动化的设计及未来发展 的预设，要特别注重自动化信息流的作用，从而提升我国自动控制水平及应用， 进而提高我国企业的国际竞争力。 从目前我国自动控制技术在应用领域中的作用来看，主要是为提高设备的运 行效率。根据我国发展的具体情况，研制开发自动控制技术，从而避免研制自动 控制技术的盲目性。但是，还是存在自动控制技术在研发过程中缺乏宏观层面上 的明确指导，在投入实际生产中所获得的经济效益比较低的现象，在我国自主研 发的自动化设备上还存在精确度比较差、可靠性比较低以及实用性比较差的现象。随着手工制造业在国家经济建设中逐渐丧失了优势地位，自动化生产在社会生产 中日益显示出其生产操作简单、产品质量高及生产效率高等特点，成为企业生产 中的主要模式。在我国自动控制技术的发展也是非常不平衡的，大部分生产领域 的自动化程度还非常低，例如，玩具、服装等。 我国想要提高自动控制水平并不是很容易，这即需要对新的自动控制技术的 研发，也要对原有企业的生产设备进行自动化改造，这样不但能够提高生产效率 而且还能起到降低成本的作用。可以通过数控技术等自动控制技术改造原有机械 设备，提高传统机械设备的自动化程度，从而提高设备的使用率和生产率。在机 床上通过控制技术的改造，充分发挥计算计技术的优势，实现设备及生产线的自 动化的改造，从而提高生产效率。 二、我国自动控制技术的发展趋势分析 （一）智能化自动控制技术的发展 自动控制技术水平的发展是现代化生产不断推进的动力和基础力量，在自动 化生产的开始阶段，控制系统比较简单，控制规律也很简单，因此，采用常规的 控制方法就可以完成作业。智能化是自动化控制技术发展的更高水平，智能化主 要表现在控制的功能多样化和用途多样化，智能化是未来制造业发展的方向。随 着科学技术的不断进步，现代化生产的发展方向逐步向人工智能与自动控制技术 相结合应用的趋势。人工智能理论向自动控制技术领域的渗透，不但理论上而且 在实践上都是新的发展途径，为智能化的自动控制技术，提供了新的思想和方法。人工智能与自动控制技术相结合，能够根据生产过程中的变化情况，对系统采取 更为有效的控制。在目前许多生产领域都采用了智能化控制技术应用于生产系统中，智能化控制技术的水平和应用程度关系到企业现代化生产自动化水平及程度 的高低。
自动舵控制系统设计
自动舵控制系统设计 船舶借助螺旋桨的推力和舵力来改变或保持航速和航向，实现从某港出发按计划的航线到达预定的目的港。由此可见，操舵系统是一个重要控制系统，其性能直接影响着船舶航行的操纵性、经济性和安全性。自动操舵仪是总结了人的操舵规律而设计的装置，是用来控制船舶航向的设备，能使船舶在预定的航向上运行，它能克服使船舶偏离预定航向的各种干扰影响，使船舶自动地稳定在预定的航向上运行,是操纵船舶的关键设备。系统的调节对象是船，被调节量是航向。自动舵是一个闭环系统，它包括：航向给定环节；航向检测环节；给定航向与实际航向比较环节；航向偏差与舵角反馈比较环节；控制器；执行机构；舵；调节对象—船；舵角反馈机构等。自1922年自动舵问世到今天, 代替人力操舵的自动舵的发展确实取得了长足的进展, 在 相当程度上减少了人力, 节约了燃料, 降低了机械磨损, 但是 距离真正意义上的操舵自动化还有相。当大的距离。 一国内外研究现状 自70 年代起,国内一些科研院所、高校开展自动舵的理论与开发工作,并取得了不少成果,一些航海仪表厂家也独立或与研究所、高校合作开展了自动舵的试制和生产,其产品以模拟PID 舵为主。目前虽然国产自适应舵已经投入实船使用,但效果并不明显。智能控制舵还处于理论研究阶段,还没有产品化。航迹舵基
本上也处于研究阶段,还没有过硬的产品。 目前国外市场上有多种成熟的航向舵、航迹舵产品,其控制方法大多为比较成熟的自适应控制,例如日本Tokimec 公司的PR - 8000 系列自适应自动舵、德国Anschuz 公司的NAU TO CONTROL 综合系统中的自动舵、美国Sperry 公司VISIONTECHNOLOGY系统中的自适应自动舵等。近几年发展起来的智能控制及其它近代控制在自动舵上应用尚处于方案可行性论证及实验仿真阶段,还有待于进一步工程实现研究。 我国对自适应舵的研究起步较晚，自80年代以来，有关单位开展了对自适应舵的研究工作，发表了一些设计方案，仿真研究结果和产品。 1980年，南开大学袁著祉、卢桂章老师采用Norrbin性能指标，利用最小方差自校正控制器自适应律设计了船舶航向保持的自适应舵，发表了仿真结果。 1984年，中船总公司系统工程部林钧清利用最小方差自校正调节器，设计了自适应自动舵的软件，并进行了仿真研究。 1986年，大连海事大学陆样润、黄义新老师等人，采用了对偏航速率进行加权的最小方差自校正控制方案，进行了自适应舵的研制，他们先在实验室的实时仿真器上进行了联机实验，随后
自动控制系统毕业设计..
目录 摘要…………………………………………………………………第1章任务要求和方案设计…………………………………… 1.1 任务要求……………………………………………………… 2.1 总体方案确定及元件选择…………………………………….. 2.1.1 总体设计框图……………………………………………… 2.1.2 控制方案确定………………………………...…………… 2.1.3 系统组成……………………………………………… 2.1.4 单片机系统……………………………………….. 2.1.15 D/A转换........................................................................... 2.1.5 晶闸管控制………………………………………... 2.1.6 传感器……………………………………………… 2.1.7 信号放大电路………………………………………. 2.1.8 A/D转换……………………………………………. 2.1.9 设定温度及显示……………………………………. 第2章系统硬件设计……………………….…………………2.1 系统硬件框图……………………………………………2.2 系统组成部分之间接线分析…………………………… 第3章系统软件设计…………………………………………. 3.1程序流程图..…………………………………..…………… 第4章参数计算……………………………..………………... 4.1 系统各模块设计及参数计算 4.1.1、温度采集部分及转换部分
4.1.2、传感器输出信号放大电路部分:........................... 4.1.3、模数转换电路部分:............................ 4.1.4、ADC0804芯片外围电路的设计：....................... 4.1.5、数值处理部分及显示部分:............................. 4.1.6、PID算法的介绍....................................: 4.1.7、A/D转换模块.......................................... 4.1.7、A/D转换模块................................... 4.1.8 单片机基本系统调试............................... 4 .1. 9 注意事项：................................................................ 第5章测试方法和测试结果 5.1 系统测试仪器及设备 5.2 测试方法 5.3 测试结果 结束语........................................... 参考文献.…………………………………….……….……………
机械自动控制技术现状与未来发展趋势 梁晓莹
机械自动控制技术现状与未来发展趋势梁晓莹 发表时间：2019-06-10T10:59:48.047Z 来源：《电力设备》2019年第3期作者：梁晓莹 [导读] 摘要：机械自动控制技术和工业形成了高新技术产业和高端产业扩展的根基，也是最基础的设备，各个国家在发展通讯产业、生物、航天、基建等高端工业，都普遍利用机械自动控制技术来增强制造效率和层次，增强在市场上的适配程度以及竞争能力。 （身份证号码：44128319870222xxxx） 摘要：机械自动控制技术和工业形成了高新技术产业和高端产业扩展的根基，也是最基础的设备，各个国家在发展通讯产业、生物、航天、基建等高端工业，都普遍利用机械自动控制技术来增强制造效率和层次，增强在市场上的适配程度以及竞争能力。本文首先对机械自动控制技术加以概述，并在此基础上，剖析了机械自动控制技术的发展现状与发展趋势。 关键词：机械自动控制技术；应用现状；发展趋势 机械自动控制技术的应用有着其自身的优势，在这一技术的应用下，能大大降低劳动的强度，从整体上提高工作效率以及节约能源等。机械自动控制技术的应用也是未来发展的重要趋势。通过从理论层面对机械自动控制技术研究分析，就能对其理论进行丰富。 1机械自动控制技术应用现状 依照我国经济发展的水平以及我国重点建设工程的实际要求，建造研究“高、精、尖”的重大机械自动控制系统装备，突破外国的技术封锁和限制，自主掌握相关的关键技术，打造出中国机械自动控制系统机床领军品牌，提升市场份额，是整体增强我国机械自动控制技术行业竞争力的重点问题。同时机械自动控制技术也是目前在制造业领域最关键的技术之一。 我国在机械自动控制技术方面的研究进行的相对较晚，伴随着计算机技术的持续进步，以往的传统制造业早已无法满足经济发展的需求，也跟不上时代的脚步。机械自动控制技术作为一项集高新技术于一身的技术手段受到越来越多的重视。当今的机械自动控制技术逐渐朝着通用型的趋势发展，例如系统逐渐变小、变得轻便，能够在工作的时候自动修正参数。在网络技术逐渐成熟的当前，未来能够通过机床联网的方式来将中央集中控制展开加工操作变为可能。 2 机械自动控制的关键技术 2.1 PCC技术 可编程计算机控制器技术（PCC）是一种基于 PLC 和 IPC 结合形成的全新机械自动控制技术，从其实际应用表现出来的性能来看，PCC 集合了PLC 和IPC 二者的优点，表现出较高的可靠性、扩展性以及计算处理能力。相较于以往传统的 PLC 而言，在计算处理能力方面得到大幅度提升，在实时性和开放性上有更大的提升。现代机械设备在运转的过程中常常存在多个不同的项目部分，而且这些不同的项目部分在功能上存在着较大的差异，为实现对不同项目部分的统一性管理，可将 PCC 技术应用于其中。通过 PCC技术为不同项目部分设置对应的模块，通过对模块单独编程，以保证机械设备运行满足实际功能需要。同时在运行的过程中各模块之间会产生出大量的运行数据，这些数据统一传输到 PCC 的 cpu中，经过计算处理后实现整体的协调控制，从而保证机械设备不同项目部分能够高效并行运转，满足实际运行所需。 2.2 运动控制卡技术 运动控制卡技术在具体的功能上主要包括：脉冲输出、数字输入/输入等。该技术在运用的过程中，会根据设置的编程程度发出连续的脉冲串，而在控制上主要通过改变发出脉冲的频率和数量来实现，通过控制脉冲频率可实现对电机运转速度的调节，通过控制脉冲发出的数量可实现对电机位置的调节，再加上脉冲计数功能，可以准确的反馈机器所在的位置，然后对运动过程中产生的误差做出调整，使其在控制上保持较高的精度。该项技术在运用上表现出较高的开放性，也因此适用于许多类型的机械设备，从目前应用现状来看，国外对该项技术应用更为普遍，而国内在这方面发展较晚，所生产制造的产品性能与国外还存在加到的差距。 2.3 直线电机驱动技术 在以往的机床进给系统中，主要采用的是旋转电动机传动方式，在这种传动方式中存在着较多的中间传动环节，也因此在控制上影响到响应速度、控制精度等。而在直线电机驱动技术中，将原来传动过程中的中间环节省去，将传动链长度缩短为零，也因此该项技术被称之为“零传动”技术。从直线电机驱动技术的实际使用情况来看，其主要表现出以下一些优势：高响应性、高灵敏性、高精度、传动刚度高、行程长度不受限制、效率高、噪音低。在实际发展中也正因为该项技术表现出较多的优势，在国外机床行业发展中得到非常高的关注。 3 机械自动控制技术的具体应用 3.1 装载机中的机械自动控制技术 一般情况下，装载机的自动控制技术是由电源、微电子控制器、传感器和电磁比例阀组成。这样一整套系统使得装载机的配置达到了最佳状态，能够很好地按照规定程序完成作业，操作简单，机动性强。时装载机中的位置传感器就会介入，在工作人员对机械进行操作时，传感器就会根据工作人员的指令自动停止在设定的位置，自动选择和切换指令下达的位置，最终完成指令要求，安全、可靠、精准。 3.2 起重机中的机械自动控制技术 起重机的自动控制可以由很多种办法来实现，例如在起重机上配备自动控制变速箱、装备反力传感系统等都可以实现起重机的自动控制。其中装有电子微速控制器的起重机能够完成高精度的起重作业。起重机的电子监控系统由显示器、中央演算器和其他多种传感器组成，在工作过程中，吊装物的重量、臂展的长度、起重臂的斜度、吊钩升起的高度等等都可以以数字的方式显示在显示器上，方便工作人员了解起重器的状态，便于操作。 4 机械自动控制技术的发展趋势 4.1 数字化 机械自动控制技术会向着数字化的趋势发展，这是通过将计算机技术以及制造技术和网络技术等进行综合应用的发展方向。机械制造企业的发展就需要有先进技术作为支持，生产中的各种图形以及数据等信息，都是数字形式呈现，通过网络技术的传递才能提高信息的分析处理能力。数字化的发展目标实现，就能从整体上提高机械自动控制的程度，最终实现优势互补的发展效果。 4.2 虚拟化 机械自动控制技术的发展会逐渐向着虚拟化方向迈进，虚拟技术的应用是未来技术应用的重点，电子计算机技术以及网络通讯技术的应用不断成熟，在对电子计算机技术的应用下，能实现模拟操作大量工作，并借助网络技术将信息数据实施传递，这样就能实现虚拟的操
自动控制原理课程设计实验
上海电力学院 自动控制原理实践报告 课名：自动控制原理应用实践 题目：水翼船渡轮的纵倾角控制 船舶航向的自动操舵控制 班级： 姓名： 学号：
水翼船渡轮的纵倾角控制 一．系统背景简介 水翼船(Hydrofoil)是一种高速船。船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行，Foilborne)，从而大为减少水的阻力和增加航行速度。 水翼船的高速航行能力主要依靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。 航向自动操舵仪工作时存在包括舵机（舵角）、船舶本身（航向角）在内的两个反馈回路：舵角反馈和航向反馈。 当尾舵的角坐标偏转错误!未找到引用源。，会引起船只在参考方向上发生某一固定的偏转错误!未找到引用源。。传递函数中带有一个负号，这是因为尾舵的顺时针的转动会引起船只的逆时针转动。有此动力方程可以看出，船只的转动速率会逐渐趋向一个常数，因此如果船只以直线运动，而尾舵偏转一恒定值，那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹。 二．实际控制过程 某水翼船渡轮，自重670t，航速45节（海里/小时），可载900名乘客，可混装轿车、大客车和货卡，载重可达自重量。该渡轮可在浪高达8英尺的海中以航速40节航行的能力，全靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求该系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。
上图：水翼船渡轮的纵倾角控制系统 已知，水翼船渡轮的纵倾角控制过程模型，执行器模型为F（s）=1/s。 三．控制设计要求 试设计一个控制器Gc（s），使水翼船渡轮的纵倾角控制系统在海浪扰动D （s）存在下也能达到优良的性能指标。假设海浪扰动D（s）的主频率为w=6rad/s。 本题要求了“优良的性能指标”，没有具体的量化指标，通过网络资料的查阅：响应超调量小于10%，调整时间小于4s。 四．分析系统时域 1.原系统稳定性分析 num=[50]; den=[1 80 2500 50]; g1=tf(num,den); [z,p,k]=zpkdata(g1,'v'); p1=pole(g1); pzmap(g1) 分析：上图闭环极点分布图，有一极点位于原点，另两极点位于虚轴左边，故处于临界稳定状态。但还是一种不稳定的情况，所以系统无稳态误差。 2.Simulink搭建未加控制器的原系统（不考虑扰动）。
船舶自动航行系统的现状与发展_刘鹰
船舶自动航行系统的现状与发展 刘 鹰1 谢盛会2 (1.哈尔滨工程大学 哈尔滨 150001; 2.佳木斯行政学院 佳木斯 154002) 摘 要: 介绍了船舶自动航行系统的组成和功能,对国内外自动航行系统的技术水平进行了分析和比较,阐述了系统在功能、软件、人机界面等诸多方面的现状与发展方向。 关键词: 船舶自动航行 组成和功能 现状 发展方向 The Status and Developing Direction of S hip Autopilot System Liu Ying1 Xie Shenghui2 (1.Harbin Engineering University,Harbin,150001;2.Jia musi Administration College,Jiamusi,154002) A bstract: This text presents the constitute and function of the ship autopilot,and make a deep investiga-tion on the technology of ship autopilot system used international,analyze the system's status and developing di-rection on function,software and human interface. Key words: ship autopilot,constitute and function,status,developing direction 0 引 言 近年来,随着全世界航运界和造船业的发展,对船舶航行的安全性及船舶运输效能提出了更高的要求。同时由于电子技术的进步,船舶自动化程度也在不断提高,船舶驾驶愈来愈趋向于一体化、综合化、集成化与全自动化。自动航行系统又称一人驾驶台,它是为了减轻船舶驾驶人员的劳动强度、降低人为的过失及其影响、提高船舶航行的安全性、节能以增加营运的经济效益而发展起来的,自20世纪70年代出现以来,已经发展到第四代。它把在船桥上各种独立安装分别显示的航行主仪器和助航仪器有机地组合在一起,形成一个大的闭环式信息综合、显示、控制系统,可极大地改善导航精度,减轻船舶驾驶人员的劳动强度,提高船舶航行的技术性能、安全性、有效性和经济效益。 自动航行系统现在已经成为全船自动化的一个重要组成部分,它综合地运用了计算机网络技术、滤波技术、最优控制技术、专家系统和高速数据接口技术进行系统集成。它不仅可以进行操舵实现航向的保持和变化控制,还能够实现航迹跟踪、ARPA雷达数据接收和自动避碰操舵。目前绝大多数船东要求采用航行自动化技术,即所谓的一人驾驶。自动航行系统已广泛应用于高级客船、集装箱船和航空母舰,未来的船舶运输将会更加安全、经济、快速。 1 组成和特点 自动航行系统一般由航行监控器(含电子海图与信息显示系统ECDIS)、航行计划工作站、ARPA、自适应自动舵、泊船监视器、主机遥控、导航系统、海图数字化仪及其它设备组成,通过船桥局域网将上述监控器、工作站及各种传感器联结起来,并通过网关将船舶上的其它系统,如船舶营运管理系统、通信系统、货物装卸监控系统及机舱自动化系统联在一起。 自动航行系统的主要特点是: (1)船舶综合信息的集中显示 在驾驶台的终端上,可以用文字、曲线或图像的形式集中显示船舶航行信息、船体运动信息、机舱信息、导航定位信息与航区气象信息等,使驾驶员方便快捷地了解全船动态,并用主要精力去注视航行海域 第24卷 增 刊 2002年 舰 船 科 学 技 术 SHIP SCIE NCE AND TE CHNOLOGY Vo1.24 Supplement 2002 收稿日期:2001-05-10