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第七章 自动化技术 一、自动化的基本概念 自动化就在我们的身边 1、红绿灯为什么会自动切换? 2、电冰箱为什么会制冷? 3、微波炉为什么能根据预先的设定,自动加热 不同的食物? 4、抽水马桶冲完水,水箱将自动灌水而不溢出? 水位控制 控制对象: 水位 水位 控制目标: 水位保持平稳 球 控制过程: 进水开关 蒸汽机上的离心式调节器 控制对象:转速。 控制目标:速度稳定。 控制过程(手段):在蒸汽 机转轴上安装了一个飞球, 并与蒸汽阀门连接起来。当 蒸汽机转速太快时,飞球升 高,蒸汽阀门开得小,蒸汽 机就降速。反之,转速减慢 了,飞球就降低,蒸汽阀门 开大,使蒸汽机升速。 电冰箱工作 控制对象:温度。 温度传感器 控制目标:温度稳定。 控制器 T 压缩机 控制过程(手段):当 传感器温度比设置的温 度高时,启动压缩机工 作;当传感器温度低于 设置的温度时,停止压 缩机工作。 古代自动装置:铜壶滴漏 整件由日 壶、月壶、 星壶、受 水壶组成。 古代的自动化装置: ----中国的指南车 风后和指南车 指南车:是用一辆双轮独 辕车组成,由马来拉动。车箱 内采用一种能自动离合的齿轮 系统。车箱外壳上层,置有一 个木刻的仙人,无论车朝哪个 方向转弯,它的伸臂都指向南 方。 指南车的制法,主要是采 用差动齿轮的机械原理。 指南车的齿轮传动和自动 离合装置显示了古代机械技术 的卓越成就。 记里鼓车 利用齿 轮传动 的原理 汽车的 里程表 北宋 在魏晋时期出现。记 里鼓车分上下两层,上层 设一口钟,下层设一鼓。 车上有一木人,峨冠锦袍, 坐于车的下层。车走十里, 小木人击鼓一次;每击鼓 十次,小木人就上升到上 一层,击钟一次,煞是有 趣。 当今的自动化 放眼今天的社会生活、生产、各行各业, 自动化装置和系统无处不在。 会 看 家 会 唱 歌 韩 国 日本 自动化 机器设备或生产过程在没有人的 直接干预下,按预期的目标实现测量、 操纵等信息处理和过程控制的统称。 自动化的基础是控制论、信息论、 系统论。 自动化技术的核心:控制论。 控制论 1948年,美国数学家诺伯特?维纳(Norbert Wiener)与一些医生、生物学家、数学家以及 工程技术人员合作,经过长达十几年的研究, 发表了专著“控制论”,终于提出了现代自动 化技术的核心──控制论(Cybernetics)。 1940年, 维纳(Norbert Wiener,美国,1894—1964), 首先倡导使用二进制编码形式 自动化基本内容 1、控制 2、系统 3、控制系统 4、反馈和反馈控制系统 5、数字控制技术 (计算机控制) 控制 自动控制是自动化技术的核心。 ? 控制是一种有目的的特定作 用、和有目的的主动行为。 ?控 制 的 本 质 是 调 节 , 是 对 “离向”或“离轨”的倾向 的调节,目的是使事物的运 动沿着既定的方向和轨道正 常运行。 没有目的就谈不上控制。 旗幡在风中飘动 机械运动过 程,不是一 种控制过程 鸟儿在风中飞翔 反抗外界扰动作用的能 力,是控制的过程 自动控制 自动控制: 不需要人的直接参预,而控制 某些物理量按照指定的规律变化。 对于工程系统: 自动控制 = 自动化 系统 1、系统与元件 系统:是由相互作用和相互制约的各个部份 (元件)组成的、具有一定功能的有机整体。 计算机是是一个系统。 空调是一个系统。 大脑是是一个系统。 学生、教师、黑板、 粉笔等教具以及教室 组成了一个教学系统。 2、系统与环境 开(Open)系统: 与外部有能量或信 息的交换。 闭(Close)系统: 与外部没有能量或 信息的交换。 控制系统 1、控制系统的三个必要元素 施控者(作用者) 受控者(被作用者), 传递者:以及将作用由作用者传递到受作用者 控制系统:就是由施控者、受控者以及 传递者这三个部份所组成的、能够对受 控者的状态进行控制的系统。 2、控制系统的结构框图 反馈 反馈:在自动控制系 统中,把输出量的一部 分送回系统的输入端, 对控制对象进行控制, 这一过程叫反馈。 负反馈:反馈信 号与给定输入信 号是相减的,即 使偏差减小,从 而削弱控制作用。 浙江工业大学 反馈控制:(又 称闭环控制) 控制系统的输出 量通过反馈直接 影响控制作用的 控制方式。 正反馈:反馈信 号与给定输入信 号是相加的,即 使偏差加大,从 而增强控制作用。 反馈是控制理 论的基石! 开环系统 输出端对输入没 有实施任何控制。 即没有“反馈” 输入量 输出量 控制器 执行器 控制对象 开环系统应用:水塔 预期水位 实际水位 定时器 水泵 水位 工作:如每天8:00 – 8:30给水塔打水。 实际水位和预期水位的没有关联。 人工控制的水箱水位系统 人工控制水塔水位 闭环控制系统 在人工控制系统中,通过人,将输出量H的 大小用来改变阀门的开度,即输出信息对系统 的控制作用有直接影响。 闭环系统的相关概念 闭环系统的特点:将系统的输出信息反送回 到输入端,使输出信息也参与对系统(当 然也对输出本身)进行控制。 反馈控制系统(反馈系统):有了反馈后, 就构成了闭环控制系统。 负反馈系统:不管造成偏差的原因是什么, 都利用负反馈方法来控制对象,使偏差消 除或基本消除,从而使被控对象达到预定 目标。 开环系统和在闭环系统比较 开环系统中,只有从施控者传向被控 者的控制信息,信息的传递是单方向的。 闭环系统中,不但有从施控系统传向 被控系统的控制信息,而且有从被控系统 传向施控系统的反馈信息,信息的传递是 双方向的,闭环系统中存在着信息的闭合 回路。 反馈系统的基本结构 基本结构:由传感器、控制器、反馈 装置和执行机构组成。 传感器 :负责感受周围物体和情况 (收集信息和传递信息)---耳聪目明 控制器 :负责指挥 (处理信息

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