专业介绍-自动控制及测控方向教学课件

专业介绍-自动控制及测控方向11、战争满足了，或曾经满足过人的好斗的本能，但它同时还满足了人对掠夺，破坏以及残酷的纪律和专制力的欲望。查埃利奥特12、不应把纪律仅仅看成教育的手段。纪律是教育过程的结果，首先是学生集体表现在一切生活领域生产、日常生活、学校、文化等领域中努力的结果。马卡连柯(名言网)13、遵守纪律的风气的培养，只有领导者本身在这方面以身作则才能收到成效。马卡连柯14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅精神以及同全世界劳动者的团结一致，是取得最后胜利的保证。列宁 摘自名言网15、机会是不守纪律的。雨果当自动控制系统的给定信号当自动控制系统的给定信号(相当于上节中的相当于上节中的U Ur r)是已知是已知的时间函数时，称这类系统为的时间函数时，称这类系统为程序控制系统程序控制系统（Program Program Control SystemControl System）。）。程序控制系统一个可以是开环的，消除误差用程序控制系统一个可以是开环的，消除误差用闭环控制系闭环控制系统。统。程序控制系统的功能是按照预定的程序来控制程序控制系统的功能是按照预定的程序来控制被控变量。被控变量。2 2 2 2 程序自动控制系统程序自动控制系统程序自动控制系统程序自动控制系统运运 算算控制器控制器变变 换换放大器放大器电动机电动机工作工作机床机床切削切削刀具刀具控制控制脉冲脉冲脉冲脉冲指令指令位移位移反馈测反馈测量元件量元件专业概论专业概论专业概论专业概论自动化系自动化系自动化系自动化系 谭健谭健谭健谭健敏敏敏敏6 3 3 3 3 随动系统（伺服系统）随动系统（伺服系统）随动系统（伺服系统）随动系统（伺服系统）在反馈控制系统中，若给定环节给出的输入信号是预先未知在反馈控制系统中，若给定环节给出的输入信号是预先未知的随时间变化的函数，这种自动控制系统称为的随时间变化的函数，这种自动控制系统称为随动系统随动系统（Servo-mechanismServo-mechanism）。）。国防上的炮跟踪系统、雷达导引系统和天文望远镜的跟踪国防上的炮跟踪系统、雷达导引系统和天文望远镜的跟踪系统等都属于随动系统。系统等都属于随动系统。专业概论专业概论专业概论专业概论自动化系自动化系自动化系自动化系 谭健谭健谭健谭健敏敏敏敏7（二）（二）（二）（二）自动控制系统的组成自动控制系统的组成自动控制系统的组成自动控制系统的组成（1 1）给定环节给定环节:产生给定的输入信号；产生给定的输入信号；（2 2）反馈环节反馈环节:对系统输出（被控制量）进行测量，将它转换成反对系统输出（被控制量）进行测量，将它转换成反馈信号；馈信号；（3 3）比较环节比较环节:将给定的输入信号和反馈信号加以比较，产生将给定的输入信号和反馈信号加以比较，产生“误误差差”信号；信号；（4 4）控制器（调节器）控制器（调节器）:根据误差信号，按一定规律，产生相应的根据误差信号，按一定规律，产生相应的控制信号。控制器是自动控制系统实现控制的核心部分；控制信号。控制器是自动控制系统实现控制的核心部分；给定给定输入输入给定给定环节环节控制器控制器 放大放大环节环节执行执行环节环节被控被控对象对象误差误差反馈信号反馈信号输出输出扰扰动动+_反馈反馈环节环节专业概论专业概论专业概论专业概论自动化系自动化系自动化系自动化系 谭健谭健谭健谭健敏敏敏敏8（二）（二）（二）（二）自动控制系统的组成自动控制系统的组成自动控制系统的组成自动控制系统的组成（5 5）执行环节（包括信号放大和执行机构）执行环节（包括信号放大和执行机构）:将控制信号进行功率放将控制信号进行功率放大，并能使被控对象的被控量变化；大，并能使被控对象的被控量变化；（6 6）被控对象：被控对象：控制系统所要控制的设备或生产过程，它的输出就控制系统所要控制的设备或生产过程，它的输出就是被控量；是被控量；（7 7）扰动扰动:除输入信号外能使被控量偏离输入信号所要求的值或规除输入信号外能使被控量偏离输入信号所要求的值或规律的控制系统内、外的物理量。律的控制系统内、外的物理量。给定给定输入输入给定给定环节环节控制器控制器 放大放大环节环节执行执行环节环节被控被控对象对象误差误差反馈信号反馈信号输出输出扰扰动动+_反馈反馈环节环节专业概论专业概论专业概论专业概论自动化系自动化系自动化系自动化系 谭健谭健谭健谭健敏敏敏敏9控制系统中的常用名词控制系统中的常用名词控制系统中的常用名词控制系统中的常用名词系统输入量系统输入量 xi：又称给定值，期望值；是对系统输出量的预订要求。又称给定值，期望值；是对系统输出量的预订要求。控制输入信号控制输入信号 r r：又称给定信号；是与反馈信号具有同一能量形式的信号。又称给定信号；是与反馈信号具有同一能量形式的信号。系统输出量系统输出量 xo：又称被控量；是对被控系统中加以控制的运动参数或状态物理量。又称被控量；是对被控系统中加以控制的运动参数或状态物理量。反馈信号反馈信号 xb：利用测量和变送装置将系统的输出量检测出来，送到系统的比较单利用测量和变送装置将系统的输出量检测出来，送到系统的比较单元去，与输入信号进行比较。元去，与输入信号进行比较。误差信号误差信号 e e：控制输入信号与反馈信号之差。控制输入信号与反馈信号之差。扰动量扰动量 n ni：指对系统输出有影响的量，使被控量偏离给定的方向变化。指对系统输出有影响的量，使被控量偏离给定的方向变化。专业概论专业概论专业概论专业概论自动化系自动化系自动化系自动化系 谭健谭健谭健谭健敏敏敏敏10（三）三）自动化仪表自动化仪表 传感器传感器 实现对信号的检测并将被测的物理量变换为另一个物实现对信号的检测并将被测的物理量变换为另一个物理量理量(通常是电量通常是电量)，例如热电偶；，例如热电偶；变送器变送器 与传感器配套，使输出成为标准信号。例如对与传感器配套，使输出成为标准信号。例如对DDZ DDZ 电动电动单元组合仪表，标准信号为单元组合仪表，标准信号为4 204 20mAmA；控制器（调节器）控制器（调节器）采用模拟信号的调节器使用较多，它接受来采用模拟信号的调节器使用较多，它接受来自被控对象的测量值和给定值或它们的误差，并根据一定的控制（调自被控对象的测量值和给定值或它们的误差，并根据一定的控制（调节）规律产生输出信号以推动执行机构（执行器）。节）规律产生输出信号以推动执行机构（执行器）。控制器起给定控制器起给定环节、比较环节和控制器三者的作用；环节、比较环节和控制器三者的作用；放大器放大器 用以增加信号的幅度或用以增加信号的幅度或(和和)功率，如如晶体管放大器，功率，如如晶体管放大器，也可以由电信号放大到气动信号（如电也可以由电信号放大到气动信号（如电-气转换器）；气转换器）；执行机构执行机构 接受控制器来的信息并对被控对象施加控制作用，如电接受控制器来的信息并对被控对象施加控制作用，如电动机动机M M。工业控制常用的执行机构是气动薄膜调节阀、液压伺服马达、工业控制常用的执行机构是气动薄膜调节阀、液压伺服马达、电动调节阀等。电动调节阀等。专业概论专业概论专业概论专业概论自动化系自动化系自动化系自动化系 谭健谭健谭健谭健敏敏敏敏11(四四)控制器控制和计算机控制控制器控制和计算机控制以上系统的各个信号：输入信号、误差、控制器输出和输出以上系统的各个信号：输入信号、误差、控制器输出和输出量等都是量等都是模拟模拟信号，即随时间连续变动的信号。信号，即随时间连续变动的信号。在一些现代的控制系统中常用微型计算机来代替控制器，这对在一些现代的控制系统中常用微型计算机来代替控制器，这对于实现复杂的控制性能很有必要，如最优控制、自适应控制等等。于实现复杂的控制性能很有必要，如最优控制、自适应控制等等。这时这时计算机控制计算机控制系统（系统（Computer Control SystemComputer Control System）的框图如图所的框图如图所示。其特点是系统中一处或几处的信号具有数字代码，此外还有示。其特点是系统中一处或几处的信号具有数字代码，此外还有离散信号（采样信号）的出现如图。离散信号（采样信号）的出现如图。计算机控制系统的另一个特点是以计算机程序来实现计算机控制系统的另一个特点是以计算机程序来实现PIDPID控制控制规律或更复杂的控制规律。规律或更复杂的控制规律。专业概论专业概论专业概论专业概论自动化系自动化系自动化系自动化系 谭健谭健谭健谭健敏敏敏敏12模模-数数转换器转换器计算机计算机中央处中央处理器理器数数-模模转换器转换器保持器保持器被控对象被控对象连续连续偏差偏差离散离散偏差偏差数字数字偏差偏差数数 字字控制量控制量连连 续续控制量控制量离离 散散控制量控制量连续连续输出输出输输 入入给定值给定值+_计算机控制系统框图计算机控制系统框图 模拟信号采样示意图模拟信号采样示意图专业概论专业概论专业概论专业概论自动化系自动化系自动化系自动化系 谭健谭健谭健谭健敏敏敏敏13(五五)自动控制和远距离控制自动控制和远距离控制 在一个自动化系统中各设备和自动化仪表之间的距离往往是较短的在一个自动化系统中各设备和自动化仪表之间的距离往往是较短的 专业概论专业概论专业概论专业概论自动化系自动化系自动化系自动化系 谭健谭健谭健谭健敏敏敏敏14 远距离测量（遥测）系统远距离测量（遥测）系统 发发送送单单元元发送端发送端接收端接收端有线有线无线无线接接 收收 单单元元解解 编编 单单 元元纪纪录录单单元元显显示示单单元元数数 据据 处处 理理 单单元元传传感感单单元元变变换换单单元元数数据据采采编编 单单元元存存储储纪纪录录重重放放单单元元来来 自自 被被 测测 对对 象象遥测系统框图遥测系统框图 在一个自动化系统中，若是设备之间有较长的距离，例如数十、或在一个自动化系统中，若是设备之间有较长的距离，例如数十、或数百、数千公里就不能用通常的电气或机械的联系来传递测量信号、反数百、数千公里就不能用通常的电气或机械的联系来传递测量信号、反馈信号和控制信号。这时，需要在分离的设备之间设立专门的（通）信馈信号和控制信号。这时，需要在分离的设备之间设立专门的（通）信道。（通）信道是传输信息的媒质或通道，如架空明线、同轴电缆、射道。（通）信道是传输信息的媒质或通道，如架空明线、同轴电缆、射频波束和光导纤维等。频波束和光导纤维等。专业概论专业概论专业概论专业概论自动化系自动化系自动化系自动化系 谭健谭健谭健谭健敏敏敏敏15远距离控制远距离控制(遥控遥控)系统框图系统框图发发生生器器控控指指令令指指 令令 编编 码码 器器调调 制制 器器发发 射射 机机信信 道道接接 收收 机机解解 调调 器器译译 码码 器器执执 行行 机机 构构被被 控控 对对 象象反反 馈馈 环环 节节 发送端把所需传送的控制命令、测量数据、反馈信号等经过调制、发送端把所需传送的控制命令、测量数据、反馈信号等经过调制、编码等变换处理之后，再经过（通）信道传递。在接收端，即（通）编码等变换处理之后，再经过（通）信道传递。在接收端，即（通）信道的另一端，把收到的信号经过解调、译码等反变换处理，恢复为信道的另一端，把收到的信号经过解调、译码等反变换处理，恢复为原来的形式。原来的形式。专业概论专业概论专业概论专业概论自动化系自动化系自动化系自动化系 谭健谭健谭健谭健敏敏敏敏16(六六)集散控制系统和现场总线控制系统集散控制系统和现场总线控制系统集散控制系统是以计算机为核心的一种计算机控制系统；在自集散控制系统是以计算机为核心的一种计算机控制系统；在自动化仪表控制的基础之上发展的。由控制站（下位机）、操作站动化仪表控制的基础之上发展的。由控制站（下位机）、操作站（上位机）、过程通信网络三部分构成。（上位机）、过程通信网络三部分构成。特点是控制功能分散、风险分散、监控和管理功能高度集中。特点是控制功能分散、风险分散、监控和管理功能高度集中。现场总线控制系统是基于现场总线的一种计算机控制系统；由现场总线控制系统是基于现场总线的一种计算机控制系统；由现场智能仪表、现场总线、主控制系统三部分构成。现场智能仪表、现场总线、主控制系统三部分构成。专业概论专业概论专业概论专业概论自动化系自动化系自动化系自动化系 谭健谭健谭健谭健敏敏敏敏17网络控制系统网络控制系统专业概论专业概论专业概论专业概论自动化系自动化系自动化系自动化系 谭健谭健谭健谭健敏敏敏敏18网络控制系统网络控制系统专业概论专业概论专业概论专业概论自动化系自动化系自动化系自动化系 谭健谭健谭健谭健敏敏敏敏191.1.机械制造自动化机械制造自动化 2.2.过程工业自动化过程工业自动化3.3.电力系统自动化电力系统自动化 4.4.飞行器控制飞行器控制 5.5.智能建筑智能建筑 控制与自动化是不断发展的高、新科学技术，对人类生产、生活控制与自动化是不断发展的高、新科学技术，对人类生产、生活和科学研究有着非常重要的影响。控制与自动化技术发展至今，可以和科学研究有着非常重要的影响。控制与自动化技术发展至今，可以说是已从说是已从“人类手脚的延伸人类手脚的延伸”扩展到扩展到“人类大脑的延伸人类大脑的延伸”。控制与自。控制与自动化技术时时在为人类动化技术时时在为人类“谋谋”福利，可谓无所不在、无处没有。福利，可谓无所不在、无处没有。二、控制与自动化技术的应用二、控制与自动化技术的应用6.6.智能交通系统智能交通系统 7.7.生物控制生物控制8.8.生态与环境控制生态与环境控制9.9.社会经济控制社会经济控制10.10.大系统控制与系统工程大系统控制与系统工程20(一一)机械制造自动化机械制造自动化 机械制造是现代工业重要的组成部分，对国民经济建设有非常巨机械制造是现代工业重要的组成部分，对国民经济建设有非常巨大的影响。机械制造自动化技术从大的影响。机械制造自动化技术从2020世纪世纪5050年代至今，经历了单机自年代至今，经历了单机自动化、刚性生产线，数控机床、加工中心和柔性生产线、柔性制造三动化、刚性生产线，数控机床、加工中心和柔性生产线、柔性制造三个阶段，正向计算机集成制造个阶段，正向计算机集成制造(CIM)CIM)发展。发展。1 1 数控技术和数控系统数控技术和数控系统 在产品加工中，大批量生产的零件并不很多。据统计，单件与小在产品加工中，大批量生产的零件并不很多。据统计，单件与小批量生产的零件约占机械加工总量的批量生产的零件约占机械加工总量的80%80%以上。对这些多品种、加工批以上。对这些多品种、加工批量小、零件形状复杂、精度要求高的零件的加工，采用专业化程度很量小、零件形状复杂、精度要求高的零件的加工，采用专业化程度很高的自动机床和自动生产线就显得很不合适。因为在市场经济的大潮高的自动机床和自动生产线就显得很不合适。因为在市场经济的大潮中，必须经常开发新产品，频繁地更新换代。中，必须经常开发新产品，频繁地更新换代。21计算机数控系统结构图计算机数控系统结构图 一种灵活、通用、高精度、高效率的一种灵活、通用、高精度、高效率的“柔性柔性”自动化生产技术自动化生产技术数字控制（简称数控）技术在这种情况下应运而生。简单地说，数字控制（简称数控）技术在这种情况下应运而生。简单地说，数数控技术控技术是一门以数字的形式实现控制的技术。是一门以数字的形式实现控制的技术。数字控制系统数字控制系统是由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置、是由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置、可编程序控制器可编程序控制器(PLC)PLC)、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。222 2 柔性制造系统柔性制造系统(FMS)FMS)柔性制造系统柔性制造系统（简称（简称FMSFMS）是在计算机直接数控是在计算机直接数控(DNC)DNC)基础上发基础上发展起来的一种高度自动化加工形式。它是由统一的控制系统和输送系展起来的一种高度自动化加工形式。它是由统一的控制系统和输送系统连接起来的一组加工设备，包括数控机床、材料和工具自动运输设统连接起来的一组加工设备，包括数控机床、材料和工具自动运输设备、产品零件自动传输设备、自动检测和试验设备等，不仅能进行自备、产品零件自动传输设备、自动检测和试验设备等，不仅能进行自动化生产，而且还能在动化生产，而且还能在定范围内完成不同工件的加工任务。定范围内完成不同工件的加工任务。柔性制造系统柔性制造系统一般包括以下要素：一般包括以下要素：(1)(1)标准的数控机床或制造标准的数控机床或制造单元。（制造单元是指具有自动上下料功能或具有多个工位的加工型单元。（制造单元是指具有自动上下料功能或具有多个工位的加工型及装配型的数控机床）；及装配型的数控机床）；(2)(2)在机床和装卡工位之间运送零件和刀在机床和装卡工位之间运送零件和刀具的传送系统；具的传送系统；(3)(3)发布指令，协调机床、工件和刀具传送装置的发布指令，协调机床、工件和刀具传送装置的监控系统；监控系统；(4)(4)中央刀具库及其管理系统；中央刀具库及其管理系统；(5)(5)自动化仓库及其管自动化仓库及其管理系统。理系统。23 由统一的控制系由统一的控制系统和输送系统连接起统和输送系统连接起来的一组加工设备，来的一组加工设备，包括数控机床、材料包括数控机床、材料和工具自动运输设备、和工具自动运输设备、产品零件自动传输设产品零件自动传输设备、自动检测和试验备、自动检测和试验设备等，不仅能进行设备等，不仅能进行自动化生产，而且还自动化生产，而且还能在能在定范围内完成定范围内完成不同工件的加工任务。不同工件的加工任务。柔柔性性制制造造系系统统由由加加工工系系统统、物物流流系系统统、中央管理系统组成。中央管理系统组成。自动输送车自动输送车中央管理和中央管理和控制计算机控制计算机物流控制物流控制装置装置工具站工具站工厂主计算机工厂主计算机信息传输网CNCCNC机床机床机器人机器人附属工作站附属工作站CNCCNC机床机床机器人机器人附属工作站附属工作站制造单元柔性制造系统柔性制造系统自动自动仓库仓库24 3 3 计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS)CIMS)计算机集成制造系统是在自计算机集成制造系统是在自动化技术、计算机技术及制造技动化技术、计算机技术及制造技术的基础上，通过计算机及其软术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂全部生产活动件，将制造工厂全部生产活动（设计、制造及经营管理，包括（设计、制造及经营管理，包括市场调研、生产决策、生产计划、市场调研、生产决策、生产计划、生产管理、产品开发、产品设计、生产管理、产品开发、产品设计、加工制造以及销售经营等）与整加工制造以及销售经营等）与整个生产过程有关的物料流与信息个生产过程有关的物料流与信息流实现高度统一的综合化管理，流实现高度统一的综合化管理，构成一个优化的完整的生产系统。构成一个优化的完整的生产系统。25(二二)过程工业自动化过程工业自动化 在连续型工业中，主要对系统的温度，压力、流量、液位（料在连续型工业中，主要对系统的温度，压力、流量、液位（料位）、成分和物性等六大参数进行控制的工业，称之为过程工业位）、成分和物性等六大参数进行控制的工业，称之为过程工业 。过程工业包括电力、石油化工、化工、造纸、冶金、制药、轻工过程工业包括电力、石油化工、化工、造纸、冶金、制药、轻工等国民经济中举足轻重的许多工业。等国民经济中举足轻重的许多工业。1 1 过程工业自动化的研究内容及特点过程工业自动化的研究内容及特点 工业生产过程的自动控制称为过程控制，它是过程工业自动化的工业生产过程的自动控制称为过程控制，它是过程工业自动化的核心内容。过程控制研究过程工业生产过程的描述、模拟、仿真、设核心内容。过程控制研究过程工业生产过程的描述、模拟、仿真、设计、控制和管理，旨在进一步改善工艺操作，提高自动化水平，优化计、控制和管理，旨在进一步改善工艺操作，提高自动化水平，优化生产过程，加强生产管理，最终显著地增加经济效益。生产过程，加强生产管理，最终显著地增加经济效益。26 早期的过程控制系统主要采用基地式仪表、气动单元组合式仪表、早期的过程控制系统主要采用基地式仪表、气动单元组合式仪表、电动单元组合式仪表等传统技术工具。电动单元组合式仪表等传统技术工具。但随着微处理器和工业计算机技术的发展，目前广泛采用可编但随着微处理器和工业计算机技术的发展，目前广泛采用可编程单回路、多回路调节器以及分布式计算机控制系统程单回路、多回路调节器以及分布式计算机控制系统(Distributed Distributed Computer Control SystemComputer Control System，简称简称DCS)DCS)。近年来迅速发展起来的现场近年来迅速发展起来的现场总线网络控制系统总线网络控制系统(FCS)FCS)，更是控制技术和计算机技术高度结合的产更是控制技术和计算机技术高度结合的产物。物。基于过程控制的自动化仪表定义了信号的电气标准基于过程控制的自动化仪表定义了信号的电气标准:电流信号：电流信号：420mA;420mA;电压信号：电压信号：+10V+10V，10V,5V 10V,5V27 2 2 基于计算机技术的过程控制系统基于计算机技术的过程控制系统扰动扰动生产过程生产过程数字计算机数字计算机A/DA/D转换转换D/AD/A转换转换操作台操作台控制变量控制变量输出变量输出变量控制台控制台控制台控制台过程控制计算机过程控制计算机控制单元控制单元控制单元控制单元多路采集器多路采集器可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器数数 据据 通通 道道工程师工程师/操作员控制台操作员控制台其他系统其他系统分布式计算机分布式计算机控制系统控制系统直接数字控制系直接数字控制系统统283 3 计算机集成生产系统的结构模型计算机集成生产系统的结构模型 生产过程计算机集生产过程计算机集成控制系统是一种综合成控制系统是一种综合自动化系统。目的是要自动化系统。目的是要使企业用最短的周期、使企业用最短的周期、最低的成本、最优的质最低的成本、最优的质量，生产出适销对路的量，生产出适销对路的产品，以获取最大的经产品，以获取最大的经济效益，增强国内外市济效益，增强国内外市场的竞争能力。场的竞争能力。其实质就是将过程其实质就是将过程控制、计划调度、经营控制、计划调度、经营管理和市场销售等信息管理和市场销售等信息进行集成，并求得全局进行集成，并求得全局优化优化 29(三三)电力系统自动化电力系统自动化 对于单个的火力发电系统，为了保障发电机的安全，需要采对于单个的火力发电系统，为了保障发电机的安全，需要采用自动装置进行过电压保护、过电流保护、接地保护、功率反向保用自动装置进行过电压保护、过电流保护、接地保护、功率反向保护或差动保护。对汽温、汽压、真空度、水位、炉膛压力、燃烧情护或差动保护。对汽温、汽压、真空度、水位、炉膛压力、燃烧情况以及汽轮发电机的电流、电压、轴承温度等等参数需要进行检测况以及汽轮发电机的电流、电压、轴承温度等等参数需要进行检测和监控和监控。由不同规模、不同性质的电力系统形成复杂的联网已经成为电由不同规模、不同性质的电力系统形成复杂的联网已经成为电力系统发展的必然趋势。相应的自动化程度要求提高。力系统发展的必然趋势。相应的自动化程度要求提高。30(四四)飞行器控制飞行器控制 飞行器控制的内容非常飞行器控制的内容非常 ：导弹控制系统的功用导弹控制系统的功用导航系统导航系统 制导系统制导系统姿态控制系统姿态控制系统飞行控制电子综合系统飞行控制电子综合系统测试与发射控制系统测试与发射控制系统 现代飞行器有很多种类，例如有飞机、导弹、人造卫星、直升机、现代飞行器有很多种类，例如有飞机、导弹、人造卫星、直升机、运载火箭、宇宙飞船、航天飞机等。现代飞行器有很多种类，例如有运载火箭、宇宙飞船、航天飞机等。现代飞行器有很多种类，例如有飞机、导弹、人造卫星、直升机、运载火箭、宇宙飞船、航天飞机等。飞机、导弹、人造卫星、直升机、运载火箭、宇宙飞船、航天飞机等。不同种类的飞行器具有不同的用途，同一种飞行器也由于功能、性能不同种类的飞行器具有不同的用途，同一种飞行器也由于功能、性能不同而分为不同类型。不同而分为不同类型。311 1 导弹控制系统的功用导弹控制系统的功用飞行器控制系统飞行控制系统测试发射控制系统导航系统制导系统姿态控制系统电子综合系统测试系统发射控制系统监视控制系统 导弹控制系统导弹控制系统的主要任的主要任务是：控制导弹有效载荷的务是：控制导弹有效载荷的投掷精度（命中精度）；对投掷精度（命中精度）；对飞行器实施姿态控制，保证飞行器实施姿态控制，保证在各种条件下的飞行稳定性；在各种条件下的飞行稳定性；在发射前对飞行器进行可靠、在发射前对飞行器进行可靠、准确的检测和操纵发射。准确的检测和操纵发射。控控制系统制系统的作用就是消除或减的作用就是消除或减小干扰和影响的后果，控制小干扰和影响的后果，控制导弹准确、可靠地完成飞行导弹准确、可靠地完成飞行动作，最后飞向目标。动作，最后飞向目标。322 2 导航系统导航系统 飞行器是六自由度运动体，包含角运动和线运动，一般分别称飞行器是六自由度运动体，包含角运动和线运动，一般分别称为绕质心运动和质心运动。绕质心运动参数为绕质心运动和质心运动。绕质心运动参数(如姿态角度、角速度如姿态角度、角速度)的测量主要利用惯性器件，质心运动参数的测量主要利用惯性器件，质心运动参数(如位置、速度、加速度如位置、速度、加速度)的测量有惯性测量方法和依靠外界参照信息的无线电测量、光学测的测量有惯性测量方法和依靠外界参照信息的无线电测量、光学测量方法几类。量方法几类。所谓导航，是指利用敏感器件测量飞行器的运动参数，并将测所谓导航，是指利用敏感器件测量飞行器的运动参数，并将测量的信息直接或经过变换、计算来表征飞行器在某种坐标系的角度、量的信息直接或经过变换、计算来表征飞行器在某种坐标系的角度、速度和位置等状态量。而由测量、传递、变换、计算几个环节组成速度和位置等状态量。而由测量、传递、变换、计算几个环节组成并给出飞行器初始状态和飞行运动参数的系统则称为导航系统。并给出飞行器初始状态和飞行运动参数的系统则称为导航系统。333 3 制导系统制导系统追踪法示意图追踪法示意图比例导引法示意图比例导引法示意图 制导系统的主要功能是利用制导系统的主要功能是利用导航系统提供的飞行器运动参数，导航系统提供的飞行器运动参数，对质心运动进行控制，使飞行器对质心运动进行控制，使飞行器从某一飞行状态达到期望的终端从某一飞行状态达到期望的终端条件，保证飞行器以足够的精度条件，保证飞行器以足够的精度命中目标。命中目标。三点法示意图三点法示意图34(五五)智能建筑智能建筑1.1.智能建筑的概念及构成智能建筑的概念及构成智能建筑智能建筑，又称为智能大厦，是把现代建筑技术和信息技术有机又称为智能大厦，是把现代建筑技术和信息技术有机地结合起来，设计和建造安全、舒适、高效、节能、方便灵活的现代地结合起来，设计和建造安全、舒适、高效、节能、方便灵活的现代化建筑。化建筑。智能建筑通过综合布线系统与各种信息终端来智能建筑通过综合布线系统与各种信息终端来“感知感知”建筑物内建筑物内各个空间的信息，经过计算机处理作出相应对策，使建筑物具有某种各个空间的信息，经过计算机处理作出相应对策，使建筑物具有某种“智能智能”。建筑物的使用者和管理者可以对大楼的供热、供水、空调、电。建筑物的使用者和管理者可以对大楼的供热、供水、空调、电气、电梯、照明、音乐、防火、防盗、电话、传真、闭路电视气、电梯、照明、音乐、防火、防盗、电话、传真、闭路电视(或卫星或卫星电视电视)、计算机通信、购物、保健等设施实现按需控制，对建筑物的关、计算机通信、购物、保健等设施实现按需控制，对建筑物的关键部位或特殊部位进行监控并提供与互联网的有效连接。智能建筑包含键部位或特殊部位进行监控并提供与互联网的有效连接。智能建筑包含三大基本要素，即楼宇自动化三大基本要素，即楼宇自动化，简称简称BABA系统、通信自动化系统、通信自动化，简称简称CACA系统系统和办公自动化和办公自动化，简称简称OAOA系统，三者是有机结合在一起，成为智能建筑系统，三者是有机结合在一起，成为智能建筑“3“3A”A”结构。结构。35 3 3A A智能建筑的构成智能建筑的构成 智能建筑包含三大基本要素：即楼宇自动化简称智能建筑包含三大基本要素：即楼宇自动化简称BABA系统、通信自系统、通信自动化简称动化简称CACA系统、和办公自动化简称系统、和办公自动化简称OAOA系统；系统；三者是有机结合在一起，成为智能建筑三者是有机结合在一起，成为智能建筑“3“3A”A”结构。结构。362.2.楼宇自动化系统楼宇自动化系统 对对大大楼楼供供电电、照照明明、报报警警、消消防防、电电梯梯、空空调调等等设设备备监监控控和和管管理理，对对设设备备运运行行参参数数进进行行实实时时控控制制与与监监视视、或或节节能能控控制制、非非正正常常运运行行状状态态报报警警。并并通通过过与与办办公公自自动动化化及及通通信信自自动动化化系系统统的的综综合合设设计计，支支持持面面向向用用户户的的服服务务功功能能，提提高高大大楼楼的的舒舒适适性性、安安全全性性、节节能能性性，降降低低费费用用，实现高度的实现高度的集成化管理集成化管理。传统的楼宇传统的楼宇自动化系统自动化系统采用的是采用的是集集中监视、集中监视、集中控制中控制的方的方式。式。集中式楼宇自动化系统的结构集中式楼宇自动化系统的结构 37 由于并行的分布式计算机网络技术以及集散型监控系统的发展，由于并行的分布式计算机网络技术以及集散型监控系统的发展，分布式楼宇自动化系统成为目前楼宇自动化系统广为采用的一种结构。分布式楼宇自动化系统成为目前楼宇自动化系统广为采用的一种结构。系统各现场控制器通过通信的方式与监控管理计算机连接在一起，系统各现场控制器通过通信的方式与监控管理计算机连接在一起，各控制器独立地完成系统分配给自己的任务，如数据采集、计算、处各控制器独立地完成系统分配给自己的任务，如数据采集、计算、处理、检测、控制等。理、检测、控制等。分布式分布式楼宇自动化系统楼宇自动化系统系统数据库系统数据库楼宇控制局域网楼宇控制局域网监控中心监控中心操作站操作站操作站操作站控制器控制器监控管理计算机系统监控管理计算机系统控制器控制器大楼主干通信网大楼主干通信网383 3.通信自动化系统通信自动化系统 通信自动化系统是大厦智能化的通信自动化系统是大厦智能化的“中枢神经中枢神经”。它由各种通信。它由各种通信设备、通信线路以及相关计算机软件组成。它主要包括传送话音、数设备、通信线路以及相关计算机软件组成。它主要包括传送话音、数据和图像的基本通信网络；实现楼层间据和图像的基本通信网络；实现楼层间(内内)各种终端、微机、工作站各种终端、微机、工作站之间通信的楼层局域网；沟通楼群或楼内计算机与楼内各个局域网间之间通信的楼层局域网；沟通楼群或楼内计算机与楼内各个局域网间通信联系的楼群或楼内高速主干网以及与公共信息资源通信联系的楼群或楼内高速主干网以及与公共信息资源(如如Internet)Internet)相通的远程数据通信网。相通的远程数据通信网。智能建筑的通信网络结构智能建筑的通信网络结构 39 4 4.办公自动化系统办公自动化系统 办公自动化系统具有文字处理、资料管理、行政管理、图像或办公自动化系统具有文字处理、资料管理、行政管理、图像或图形处理、声音处理、网络通信等多种功能，可以对智能大厦内的图形处理、声音处理、网络通信等多种功能，可以对智能大厦内的数据网络控制中心提供动态信息资源分配、故障诊断及恢复、信息数据网络控制中心提供动态信息资源分配、故障诊断及恢复、信息处理及网络性能等进行监控。处理及网络性能等进行监控。5 5.综合布线系统综合布线系统 建筑与建筑群综合布线系统主要是针对计算机和通信设备的布建筑与建筑群综合布线系统主要是针对计算机和通信设备的布线系统而设计的，它能满足各类计算机和通信设备传输信号的不同线系统而设计的，它能满足各类计算机和通信设备传输信号的不同要求。要求。智能大楼布线系统是一种灵活性很高的建筑布线网络，它能连智能大楼布线系统是一种灵活性很高的建筑布线网络，它能连接话音、图像和数据以及各种用于楼宇控制与管理的装置。智能大接话音、图像和数据以及各种用于楼宇控制与管理的装置。智能大楼布线系统是一种工程化的、专门设计的完整系统楼布线系统是一种工程化的、专门设计的完整系统 。40楼宇自动化系统的构成楼宇自动化系统的构成41(六)智能交通系统智能交通系统 智能交通系统可以广泛应用于包括高速公路、城市道路、桥梁等智能交通系统可以广泛应用于包括高速公路、城市道路、桥梁等设施的庞大的运输网络，也可应用于数量日益增多的各种车辆。设施的庞大的运输网络，也可应用于数量日益增多的各种车辆。(1)(1)提高公路交通的安全性提高公路交通的安全性 (2)(2)降低能源消耗，减少汽车运输对环境的影响降低能源消耗，减少汽车运输对环境的影响 (3)(3)提高公路网络的通行能力提高公路网络的通行能力 (4)(4)提高汽车运输生产率和经济效益提高汽车运输生产率和经济效益1 1.智能交通系统的概念智能交通系统的概念422 2.智能交通系统的主要内容智能交通系统的主要内容 1.1.出行与运输管理系统出行与运输管理系统 2.2.出行需求管理系统出行需求管理系统 3.3.公共交通运营系统公共交通运营系统 4.4.商用车辆运营系统商用车辆运营系统 5.5.电子收费系统电子收费系统 6.6.应急管理系统应急管理系统 7.7.先进的车辆控制和安全系统先进的车辆控制和安全系统43 （七）（七）生物控制生物控制1 1.生物控制的研究内容及特点生物控制的研究内容及特点 具体研究方向有生物控制系统（血压控制系统、呼吸控制具体研究方向有生物控制系统（血压控制系统、呼吸控制系统、体温控制系统、神经控制系统、内分泌控制系统和肌肉起系统、体温控制系统、神经控制系统、内分泌控制系统和肌肉起动控制系统等）、遗传及其控制、神经控制、生物行为控制、仿动控制系统等）、遗传及其控制、神经控制、生物行为控制、仿生学等等。生学等等。2 2.人工神经网络人工神经网络人工神经网络控制系统人工神经网络控制系统443 3.仿生技术仿生技术仿生技术研究的内容有五个方面：仿生技术研究的内容有五个方面：(1)(1)信息仿生：包括感官仿生，细胞内和细胞间通信、动物间通信仿生，信息仿生：包括感官仿生，细胞内和细胞间通信、动物间通信仿生，以及智能仿生等方面。以及智能仿生等方面。(2)(2)控制仿生：包括体内稳态调控、肢体运动控制、动物的定向导航、控制仿生：包括体内稳态调控、肢体运动控制、动物的定向导航、生态系统的涨落等。生态系统的涨落等。(3)(3)力学仿生：是关于动物飞行、运动动力学的研究。力学仿生：是关于动物飞行、运动动力学的研究。(4)(4)化学仿生：化学仿生：研究生物体内一些特殊的化学过程，以便使这些过程研究生物体内一些特殊的化学过程，以便使这些过程也能在工业中实现。也能在工业中实现。(5)(5)医学仿生：医学仿生：研究用人工仿制品代替人的有机体的某一部分。研究用人工仿制品代替人的有机体的某一部分。4 4.生物控制与医学生物控制与医学 就是用人造装置对有生命物质进行模拟。仿生就是用人造装置就是用人造装置对有生命物质进行模拟。仿生就是用人造装置对有生命物质进行模拟。对有生命物质进行模拟。45随着随着ICTICT技术突飞猛进的发展，工业自控系统和仪表仪器技术进步技术突飞猛进的发展，工业自控系统和仪表仪器技术进步很快，呈微型化、数字化、智能化、网络化、集成化等特点。很快，呈微型化、数字化、智能化、网络化、集成化等特点。一般认为，工业自动化有两个主要领域：以过程（流体运动）控一般认为，工业自动化有两个主要领域：以过程（流体运动）控制技术支撑的流程自动化（制技术支撑的流程自动化（PAPA）和以运动控制技术支撑的工厂自动化）和以运动控制技术支撑的工厂自动化（FAFA或离散型生产自动化）。或离散型生产自动化）。前者从传统的模拟式回路仪表起步，综合前者从传统的模拟式回路仪表起步，综合ICTICT控制技术，发展为分控制技术，发展为分布式（或集散式）控制系统布式（或集散式）控制系统DCSDCS。其高度的可靠性、方便的组态软件、。其高度的可靠性、方便的组态软件、丰富的控制算法、开放的联网能力等优点，成为计算机工业控制系统丰富的控制算法、开放的联网能力等优点，成为计算机工业控制系统的主流，广泛应用于大型、设备众多、工况复杂的流程型装备的自动的主流，广泛应用于大型、设备众多、工况复杂的流程型装备的自动控制，如大型化工厂、火电厂等。控制，如大型化工厂、火电厂等。四、工厂自动化与信息化四、工厂自动化与信息化1.1.工厂自动化整体解决方案工厂自动化整体解决方案46可编程控制器（可编程控制器（PLCPLC）：以继电器技术为基础，综合）：以继电器技术为基础，综合ICTICT技术，技术，以程序化方式实现设备的电气控制。以程序化方式实现设备的电气控制。PLCPLC结构紧凑、响应快、现场环结构紧凑、响应快、现场环境适应性与可靠性好、抗干扰能力强、价格较低，是与境适应性与可靠性好、抗干扰能力强、价格较低，是与DCSDCS并驾齐驱并驾齐驱的另一主流控制系统。的另一主流控制系统。工业自动控制技术路线呈互相渗透、互相融合的趋势。工业自动控制技术路线呈互相渗透、互相融合的趋势。PLCPLC应用应用范围向中小型过程控制系统、近程维护服务系统、节能监控等领域范围向中小型过程控制系统、近程维护服务系统、节能监控等领域扩展，在某些应用上取代了扩展，在某些应用上取代了DCSDCS。DCSDCS也应用也应用PLCPLC与工控计算机联合组与工控计算机联合组网。总的趋势是更加开放（细化分工合作）、标准化、产品化、集网。总的趋势是更加开放（细化分工合作）、标准化、产品化、集成化。成化。上世纪上世纪9090年代以来，现场总线技术年代以来，现场总线技术FCSFCS迅速发展。这是安装在生迅速发展。这是安装在生产现场的数字式智能化仪表与测控设备，与自动控制装置或系统间产现场的数字式智能化仪表与测控设备，与自动控制装置或系统间的多点通信、全分散、开放式的底层控制网络系统。的多点通信、全分散、开放式的底层控制网络系统。工业信息化是电子通信技术（工业信息化是电子通信技术（ICTICT）与先进制造技术融合的产物，）与先进制造技术融合的产物，是设备可控性、测控设备适用性及信息优化应用的综合成果。是设备可控性、测控设备适用性及信息优化应用的综合成果。47随着信息化、网络化和全球化的迅猛发展制造业技术和发展模式也随着信息化、网络化和全球化的迅猛发展制造业技术和发展模式也发生了较大的变化，出现了所谓现代制造业。从对比的角度上看，现发生了较大的变化，出现了所谓现代制造业。从对比的角度上看，现代制造业是相对于传统制造业来说的，前者对信息化水平、企业的组代制造业是相对于传统制造业来说的，前者对信息化水平、企业的组织形式、经营的开放性与全球性、企业的研究开发能力与产品的技术织形式、经营的开放性与全球性、企业的研究开发能力与产品的技术含量都有较高的要求。含量都有较高的要求。一般来说，现代制造业主要有以下特征：一般来说，现代制造业主要有以下特征：（1 1）应用和吸收当今世界先进制造技术，紧跟信息化的步伐，并）应用和吸收当今世界先进制造技术，紧跟信息化的步伐，并呈现出制造业与服务业既分工又融合的特点；呈现出制造业与服务业既分工又融合的特点；（2 2）建立起与现代技术相适应的生产方式和企业组织形式；）建立起与现代技术相适应的生产方式和企业组织形式；（3 3）具有与全球化相适应的资源配置方式；）具有与全球化相适应的资源配置方式；（4 4）利用现代信息技术，改造和集成业务流程，形成以价值链为）利用现代信息技术，改造和集成业务流程，形成以价值链为基础的分工协作模式。基础的分工协作模式。2.2.现代制造业主现代制造业主48现代制造业是指那些不断地吸收电子信息、计算机、机械、材料以现代制造业是指那些不断地吸收电子信息、计算机、机械、材料以及现代管理技术等方面的高新技术成果，并将这些先进制造技术综合及现代管理技术等方面的高新技术成果，并将这些先进制造技术综合应用于制造业产品的研发设计、生产制造、在线检测、营销、服务和应用于制造业产品的研发设计、生产制造、在线检测、营销、服务和管理的全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，即实现信管理的全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，即实现信息化、自动化、智能化、柔性化、生态化生产，取得良好经济社会和息化、自动化、智能化、柔性化、生态化生产，取得良好经济社会和市场效果的制造业的总称。市场效果的制造业的总称。有鉴于先进技术的嵌入和应用，现代制造业的主要特点：有鉴于先进技术的嵌入和应用，现代制造业的主要特点：（1 1）广泛应用先进制造技术，信息技术与其它先进制造技术相融）广泛应用先进制造技术，信息技术与其它先进制造技术相融合，驾驭生产过程中的物质流、能量流和信息流，实现制造过程的系合，驾驭生产过程中的物质流、能量流和信息流，实现制造过程的系统化、集成化和信息化。统化、集成化和信息化。（2 2）采用先进制造模式，制造模式是制造业为提高产品质量、市采用先进制造模式，制造模式是制造业为提高产品质量、市场竞争力、生产规模和速度，以完成特定生产任务而采取的一种有效场竞争力、生产规模和速度，以完成特定生产任务而采取的一种有效的生产方式和生产组织形式。目标是实现数字化设计、自动化制造、的生产方式和生产组织形式。目标是实现数字化设计、自动化制造、信息化管理、网络化经营。信息化管理、网络化经营。本节完本节完49谢谢46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。卡耐基47、书到用时方恨少、事非经过不知难。陆游48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。史美尔斯49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。孙洙50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。莫扎特