自動化專業(yè)導論作業(yè)

1、1）根據(jù)你目前的理解, 自動化科學與技術的核心是什么？自動化專業(yè)的特點是什么？答：自動化科學與技術的核心是控制與系統(tǒng)和反饋。，控制與系統(tǒng)不但是自動化科學與技術與其他科學技術最大的不同點，更是自動化科學對其他許多科學技術發(fā)展所做的重要貢獻所在。自動化專業(yè)的特點：“強弱電并重，軟硬件兼顧，控制理論和實際系統(tǒng)相結合，面向運動控制、過程控制和其他對象控制”，具體來說自動化專業(yè)的特點有以下幾點：多學科交叉：自動化是當代高技術的集中體現(xiàn)與應用，自動化學科是一門多學科交叉的高技術學科，不僅覆蓋的面非常寬廣，而且在自動化學科的結構體系中，還包含了其他學科的一些交叉分支。方法論突出：在自動化科學的產(chǎn)生與發(fā)展過程

2、中，出現(xiàn)了許多重要的科學方法與科學思想，不僅對自動化科學與技術的發(fā)展起了極其重要的推動作用，使自動化學科成為最具方法論性質的學科之一，而且也對其它技術學科以及自然科學、管理科學乃至哲學的發(fā)展都做出了貢獻。系統(tǒng)、集成的特點：自動化的核心是控制與系統(tǒng)?？刂频淖罨締栴}是如何對系統(tǒng)施加控制作用使其表現(xiàn)出預定的行為。 2）開環(huán)控制和閉環(huán)控制的差異是什么？解釋閉環(huán)PID控制的作用?答：開環(huán)控制和閉環(huán)控制的差異；若系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的控制作用沒有影響，則稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。特點是：控制量與被控制量之間只有前向通道而沒有反向通道,信息的傳遞路徑不是閉合的，則稱開環(huán)。在控制系統(tǒng)中，控制裝置對被控對象所施加的控制

3、作用，若部分或全部取自被控量的反饋信息，即根據(jù)實際輸出來修正控制作用，實現(xiàn)對被控對象進行控制的任務，這種控制原理稱為反饋控制原理。正是由于引入了反饋信息，使整個控制過程成為閉合的。則為閉環(huán)。閉環(huán)PID控制的作用： PID是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的一種控制方式，PID調節(jié)儀表也是工業(yè)控制中最常用的儀表之一，PID 適用于需要進行高精度測量控制的系統(tǒng)，可根據(jù)被控對象自動演算出最佳PID控制參數(shù)，其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便。PID就是比例積分加微分控制。比例環(huán)節(jié)作用：    成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減小偏差

4、。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。積分環(huán)節(jié)作用：    控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)T,T越大，積分作用越弱，反之則越強。微分環(huán)節(jié)作用：    反映偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間。在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。PID控制系統(tǒng)是結合三種作用，從而達到穩(wěn)定系統(tǒng)的目的。3）計算機在計算機控制系統(tǒng)中充當什么角色？為什么要

5、用A/D和D/A裝置與現(xiàn)場設備相連？與模擬控制系統(tǒng)相比，它有哪些特點？ 試舉一個應用的實例？ 并畫出系統(tǒng)的結構示意圖？闡述他們的工作原理。答：計算機在直接數(shù)字控制系統(tǒng)充當控制器。因為計算機不能直接處理模擬信號只能處理數(shù)字信號，要實現(xiàn)數(shù)控就必須進行這兩種轉換用，A/D和D/A裝置與現(xiàn)場設備相連是為了實現(xiàn)計算機與被控對象之間的信號變換與信息傳輸，起橋梁作用。直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）的特點：計算機控制系統(tǒng)中，控制器的控制規(guī)律是通過計算機程序形式實現(xiàn)的，修改一個控制規(guī)律，只需修改相應的程序，不需要改變硬件電路，因此具有很大的靈活性和適應性。計算機控制系統(tǒng)具有豐富的指令系統(tǒng)，很強的運算能力和邏輯判斷功

6、能，便于實現(xiàn)復雜的控制規(guī)律，而傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬電路或機電的形式只能實現(xiàn)簡單的控制規(guī)律。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)一般一個控制器只能控制一個回路。而在計算機控制系統(tǒng)中，由于計算機高速的運算處理能力，可以采用分時控制等方式，同時控制多個回路，并可方便的實現(xiàn)各控制回路之間的協(xié)調和管理。直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）實例：VAV空調系統(tǒng)中的自動控制如圖所示，空調冷凍水系統(tǒng)循環(huán)泵，由初級泵和次級泵組成。 初級泵為定頻泵，其流量只需滿足冷水機組的額定流量。次級泵采用變頻泵根據(jù)供回水之間的壓差P，控制水泵電機轉速從而改變水泵的供水量?？刂七^程如下圖所示控制過程：當空調負荷逐漸減小，空調機組送風溫度t達到設定值時，現(xiàn)場

7、DDC控制器自動將空調機組的回水電動閥開度m減小，以減少機組水流量，此時系統(tǒng)供回水壓差P隨之增大。通過DDC控制器自動調節(jié)變頻器的輸出頻率使水泵轉速n下降，從而減小系統(tǒng)水流量。同理，當空調負荷增大時，相應的増大系統(tǒng)的水流量。當次級泵b1滿負荷運轉時，流量仍不能滿足空調系統(tǒng)需要時，DDC控制器自動開啟次級泵b2。此時次級泵的流量大于初級泵的流量，系統(tǒng)回水通過旁通管回到次級泵進口，旁通的水量通過流量計q進行檢測。如果旁通的水量大于某一設定值時，說明一臺制冷機的制冷量不能滿足負荷的需要。同時系統(tǒng)自動啟動第二臺制冷機。反之，停止一臺制冷機。上述過程中電動閥、系統(tǒng)壓差均采用PID的調節(jié)方式。控制系統(tǒng)中干

8、擾量是空調負荷，檢測變送裝置是溫度傳感器、壓差傳感器，控制器是DDC執(zhí)行器是電動閥、變頻水泵。由于空調負荷的滯后性、每個房間空調負荷的不均勻性，使得末端空調機組電動閥不可能同時開大或同時關小，從而造成水系統(tǒng)壓差的不穩(wěn)定性。采用PID的調節(jié)方式可以實現(xiàn)超前調節(jié)、積分調節(jié)，使系統(tǒng)控制更加平穩(wěn)。水泵變頻調速的節(jié)能原理如圖所示，當空調系統(tǒng)剛開始運行時由于負荷大，系統(tǒng)的水流量為Q1，空調系統(tǒng)運行一段時間后負荷減小并且趨于穩(wěn)定，水流量變?yōu)镼2。根據(jù)水泵流量Q、壓力P、轉速n和功率N間的如下關系：可以看出改變水泵轉速，使流量適應空調負荷的變化。水泵效率12const ,水泵功率大幅度下降，具有顯著的節(jié)能效果

9、。空調末端變風量系統(tǒng)的自動控制變風量空調系統(tǒng)中的空調機組采用變頻風機，送入每個房間的風量由變風量末端裝置VAVbox控制，每個變風量末端裝置可根據(jù)房間的布局設置幾個送風口。如圖所示，  室內溫度通過末端裝置設在房間的溫控器進行設定，溫控器本身自帶溫度檢測裝置，當房間的空調負荷發(fā)生變化實際值偏離設定值時，VAVbox根據(jù)偏離程度通過系統(tǒng)計算，確定送入房間的風量。送入房間的實際風量可以通過VAVbox的檢測裝置進行檢測，如果實際送風量與系統(tǒng)計算的送風量有偏差，則VAVbox自動調整進風口風閥以調整送風量。例如夏季，當室內溫度高于設定值時，VAVbox將開大風閥提高送風量，此時主

10、送風道的靜壓P將下降，并通過靜壓傳感器把實測值輸入到現(xiàn)場DDC控制器，控制器將實測值與設定值進行比較后，控制變頻風機提高送風量，以保持主送風道的靜壓。如果室內溫度低于設定值時VAVbox將減小送風量。冬季和夏季的調節(jié)方式相同，但調節(jié)過程相反。具體控制過程如下圖所示上述控制過程中，控制對象為室內溫度、主送風道靜壓P，檢測裝置為靜壓傳感器，調節(jié)裝置是現(xiàn)場DDC控制器，執(zhí)行器是變頻風機，干擾量是VAVbox風閥開度、空調負荷。另外，送風道的嚴密性也是不可避免的干擾量，但可以通過改善施工工藝使之減小到最小程度。由泵與風機的相似律可知，變頻風機和變頻水泵的節(jié)能原理是一樣的，這里就不在重復敘述。 由于變風

11、量系統(tǒng)在調節(jié)風量的同時保持送風溫度不變，因此在實際運行過程中必須根據(jù)空調負荷合理的確定送風溫度。例如夏季，當送風溫度定的過高，空調機組冷量不能平衡室內負荷時，空調機組可能大風量工頻運轉，此時起不到節(jié)能效果?？照{機組的送風溫度可以通過現(xiàn)場DDC控制器進行設定，并且通過控制空調機組回水電動閥，對送風溫度進行有效的控制，控制過程如前所述。為了使變風量系統(tǒng)更加穩(wěn)定的工作、充分發(fā)揮節(jié)能效果，保持良好的室內空氣品質。現(xiàn)場DDC可以對空調機組進行起?？刂?，通過設定時間表，使機組按時工作按時停止。對于有幾十臺甚至上百臺空調機組的大廈來說，可以節(jié)省很多人工。DDC控制器通過監(jiān)測新風與回風的焓值，確定新風與回風的

12、混合比。在保持最小新風量的同時充分利用回風，以減少制冷機組能耗。DDC控制器還可以對空調機組過濾網(wǎng)前后的壓差進行監(jiān)測。當過濾網(wǎng)出現(xiàn)堵塞時會及時報警，以免長時間影響機組送風量。各個現(xiàn)場的DDC控制器通過網(wǎng)絡控制器NCU與中央控制室之間進行信息交互，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的集中控制?？照{系統(tǒng)的設計負荷，是考慮在最不利環(huán)境下的最大負荷。在實際運行的過程中，處于最大負荷運行狀態(tài)的比例很小，所以采用變風量空調系統(tǒng)可以取得良好的節(jié)能效果。4）“實體控制”類知識結構與體系的特點是什么？參照內蒙古科技大學自動化專業(yè)教學計劃，你認為在基礎課、專業(yè)基礎課和專業(yè)課中，各有哪幾門課程是主要、核心課程？你準備如何學好這些課程？答

13、：“實體控制”類知識結構與體系的特點：（1）工程的特點。學習如何將自動化科學技術的原理和方法轉換為工程應用技術；同時學習如何將自動化技術應用于具體對象，使其成為自動化設備，自動化系統(tǒng)或自動化工程。（2）專門自動化的特點：針對不同的對象，形成具有專門針對性的自動化，如商業(yè)自動化、化工自動化、交通自動化，建筑自動化、電力自動化等。根據(jù)我校制定的我專業(yè)的教學計劃，我認為這些科目比較重要：高等數(shù)學A、大學物理、電路原理、電子技術基礎、自動控制原理、微機原理與接口技術、單片機原理及應用、電力電子技術、電機與拖動、電氣控制與PLC技術、電力拖動自動控制系統(tǒng)、計算機控制技術、控制系統(tǒng)仿真、工業(yè)企業(yè)供電、自動

14、化儀表與過程控制、現(xiàn)代控制理論、變頻器應用、+程序設計以及實踐教學內容金工實習、電子實習、工程教育、電子技術課程設計、生產(chǎn)實習、微計算機應用及計控技術實訓、電機拖動與PLC實訓、電力電子及拖動控制系統(tǒng)實訓、流程控制自動化技術實訓、畢業(yè)實習等。在這些科目中，高等數(shù)學A、大學物理、電路原理、電子技術基礎這幾門課是我們學習專業(yè)課的基礎，所以，我們應該加強基礎的建設，為今后的專業(yè)課打下基礎。其他課程，例如自動控制原理、微機原理與接口技術、單片機原理及應用、電力電子技術、電機與拖動、電氣控制與PLC技術、電力拖動自動控制系統(tǒng)、計算機控制技術、控制系統(tǒng)仿真、工業(yè)企業(yè)供電、自動化儀表與過程控制、現(xiàn)代控制理論

15、、變頻器應用，這些都是與我們日后工作息息相關的專業(yè)課程，我們在大好基礎的前提下，要認真的對待這些課程，為進入工作單位，盡職盡責的工作做好技術上的保障。最后是在校期間安排的實習和實訓，通過這些，我們可以提前了解到現(xiàn)在工廠的一些情況，提高自己的動手能力，使今后可以更好更快的融入生產(chǎn)的大環(huán)境，提高自己的競爭力。5）自動化專業(yè)人才需要哪5方面的知識？哪4方面的素質？哪4方面的能力？他們的相互關系？答：五個方面的素質要求是工具性知識、人文社會科學基礎知識、自然科學基礎知識、工程技術基礎知識、自動化專業(yè)知識；四個方面的素質要求是思想道德素質、科學素質、文化素質、身心素質；四個方面的能力要求是獲取知識能力、

16、應用知識能力、創(chuàng)造知識能力、科研創(chuàng)新能力。知識、能力、和素質是進行高科技創(chuàng)新的基礎，真確理解三者的內涵及其關系很重要。知識是基礎，是能力和素質的載體；能力是知識的綜合體現(xiàn)，實在獲取知識過程中，經(jīng)培養(yǎng)訓練和實踐鍛煉而形成的；素質是人在獲取知識、應用知識和創(chuàng)造知識過程中，在社會化過程中形成的相對穩(wěn)定的各種品質的總和。知識和能力可以相得益彰，而高的素質可以推動知識和能力的拓展知識要求：人文社會科學基礎知識、工具性知識（英語、計算機）、自然科學基礎知識、工程技術基礎知識、自動化專業(yè)知識。6）自動化學科與專業(yè)在發(fā)展中形成了那些鮮明的特色？答：（1）知識更新快，需要不斷學習不斷提高。（2）自動化是一門具有

17、方法論性質的學科，其思想開闊。（3）學習自動化需要擁有創(chuàng)新能力，不局限于傳統(tǒng)知識。（4）多學科交叉、涉及知識面廣，有利于培養(yǎng)復合型人才。（5）其思想、方法是突出系統(tǒng)與集成。7）列出自動化領域著名公司、研究院所、大學與重要學術期刊。答：自動化領域著名公司：1、美國羅克韋爾自動化公司2、美國霍尼韋爾公司3、德國西門子自動化公司 4、瑞士ABB公司5、日本三菱電機公司 6、美國江森自控公司7、法國阿爾斯通公司 自動化領域著科研院所：1、中國科學院自動化研究所2、中國科學院沈陽自動化研究所 3、北京機械工業(yè)自動化研究所4、冶金自動化研究設計院 5、上海工業(yè)自動化儀表研究所6、天華化工機械及自動化研究設計院 7、輕工業(yè)自動化研究所自動化領域著