自動(dòng)化與社會(huì)生活的詳細(xì)資料說明

　　本文檔的主要內(nèi)容詳細(xì)介紹的是自動(dòng)化與社會(huì)生活的詳細(xì)資料說明主要內(nèi)容包括了：1.自動(dòng)化技術(shù)在社會(huì)發(fā)展中的地位和作用2.自動(dòng)化技術(shù)的產(chǎn)生及其發(fā)展3.控制系統(tǒng)的組成、分類和性能評(píng)價(jià)4.自動(dòng)化系統(tǒng)是一種信息處理系統(tǒng)5.自動(dòng)化與系統(tǒng)工程6.自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)7.自動(dòng)化系簡(jiǎn)介

　　控制系統(tǒng)的組成、分類和性能評(píng)價(jià)

　　1.控制系統(tǒng)的組成

　　一個(gè)簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制系統(tǒng)由4個(gè)基本部分組成：

　　被控制對(duì)象

　　傳感器（變送器）

　　控制器

　　執(zhí)行器（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）

　　下面分別介紹控制系統(tǒng)的各個(gè)組成部分。

　　1）被控制對(duì)象、被控制量和操作量

　　被控制對(duì)象（Contolled Object） 是控制系統(tǒng)的工作對(duì)象。控制就是控制器對(duì)被控制對(duì)象施加一種控制作用，以達(dá)到人們所預(yù)期的目標(biāo)。如一個(gè)溫度需要加以控制的房間就是一個(gè)被控制對(duì)象，溫度控制器根據(jù)實(shí)際室溫與設(shè)定的室溫之間的差，產(chǎn)生控制作用，增大或減小制冷量，使房間的溫度達(dá)到所期望的室溫。

　　被控制對(duì)象五花八門，從簡(jiǎn)單的的溫度、濕度控制到復(fù)雜工業(yè)過程控制：從民用工業(yè)過程的控制到導(dǎo)彈、衛(wèi)星和飛船的發(fā)射及運(yùn)行控制：從技術(shù)過程到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和生物過程等。但從控制的角度看，被控制對(duì)象在運(yùn)動(dòng)過程中所表現(xiàn)出來的動(dòng)態(tài)行為（DynamicalBehavior） （也稱對(duì)象特性）有相似之處，可以用共同形式的數(shù)學(xué)模型加以描述，這就是被控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型（Mathematical Model）。

　　被控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，這就是為什么控制科學(xué)可以廣泛地用于各種不同領(lǐng)域，不管是技術(shù)過程還是社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生物過程等。

　　建立被控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，實(shí)際上就是要找出被控制對(duì)象的輸出與輸入之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，即輸入與輸出之間的因果關(guān)系。建立被控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的方法很多，依據(jù)不同的分類方法，可分為：

　　機(jī)理的方法（Mechanism Based）;依據(jù)被控制對(duì)象內(nèi)在的機(jī)理，運(yùn)用各種物理、化學(xué)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)規(guī)律建立模型的方法：

　　辯識(shí)方法（Ienfication）：不管內(nèi)在的機(jī)理如何，僅依據(jù)動(dòng)態(tài)過程中被控制對(duì)象的輸出和輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理，并采用特定的算法建立數(shù)學(xué)模型的方法。這種方法又稱‘黑箱‘（Black Box）方法。 這種方法的理論基礎(chǔ)系統(tǒng)辯識(shí)理論已經(jīng)成為控制理論的一個(gè)重要分支。

　　由于實(shí)際被控制對(duì)象的復(fù)雜性，如：非線性、時(shí)變性、分布參數(shù)、系統(tǒng)內(nèi)部相互耦合等，以及各種干擾的存在，獲得各種不同被控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一件復(fù)雜而繁重的任務(wù)，是控制工作者的重要研究課題。

　　對(duì)具體的控制要求用被控制量（Contolled Vanable）來描述。被控制量可以是一一個(gè)， 也可以是多個(gè)。如對(duì)房間的控制要求可以只是溫度，也可以是溫度、濕度、氣壓和二氧化碳含量。為使被控制量達(dá)到預(yù)定目標(biāo)所要改變的參量稱為操作k（Manipulated Vanable）。 被控制量不同，所采用的操作量也不同，如通過加熱或制冷來控制溫度，通過加濕或干燥來控制房間的濕度等。在前述蒸汽機(jī)離心式調(diào)速器的例子中，蒸汽機(jī)是被控制對(duì)象，蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速是被控制量，蒸汽量是操作量。

　　2）傳感器和變送器

　　傳感器（Sensor） 是技術(shù)過程和生物過程的控制系統(tǒng)獲得反饋信號(hào)所必不可少的。如果把人體看成一個(gè)被控制對(duì)象的話，控制人體去從事-切有目的活動(dòng)的是許多復(fù)雜的控制系統(tǒng)，而人的眼睛、耳朵、鼻子、皮膚等就是傳感器。

　　技術(shù)過程使用的傳感器將各種物理量、化學(xué)量、生物量轉(zhuǎn)換成易于處理和使用的弱電信號(hào)，如熱電偶將溫度轉(zhuǎn)換成毫伏，壓電晶體將壓力轉(zhuǎn)換成微弱電信號(hào)等。

　　常用的待轉(zhuǎn)換量有：

　　熱工量：溫度、壓力、流量、液位等;

　　機(jī)械量：長度、厚度、位置、速度、加速度、角度、角加速度等：電工量：電壓、電流、電功率、電頻率等化工量：組份、PH值、分子量、糖化率等：生物量：白血球數(shù)、紅血球數(shù)等。

　　變送器（ Tasmitter ）不僅將熱工量、機(jī)械量電工量、化工量等轉(zhuǎn)換成微弱電信號(hào)，且進(jìn)行必要的信號(hào)處理、工程量轉(zhuǎn)換和儀表化，使之成為能適應(yīng)各種工程環(huán)境和要求的儀表。變送器的核心是傳感器。

　　研究新的傳感器技術(shù)、設(shè)計(jì)出體積小、轉(zhuǎn)換快、精度高、性能穩(wěn)定可靠的傳感器和變送器是控制和儀表工作者的重要任務(wù)之一。在現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)條件下， 仍有很多新的傳感器和變送器有待去研究開發(fā)。

　　3）控制器：

　　控制器（Cotoller）的作用是接受傳感器（變送器）來的測(cè)量信號(hào)，并與被控制量的設(shè)定值（Set Point） 進(jìn)行比較（見圖2）， 得到實(shí)際測(cè)量值與設(shè)定值的偏差，然后根據(jù)偏差信號(hào)的大小、變化率和被控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，經(jīng)過思維和推理，決定采用什么樣的控制規(guī)律，以使被控制量快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確地到達(dá)所預(yù)定的目標(biāo)值。

　　控制規(guī)律（Contol Law）是自動(dòng)化系統(tǒng)功能的主要體現(xiàn)。最普遍的是比例-微分積分控制（ Proportional plus Integral plus Denivative Contol-PID）。

　　比例控制作用：輸出與偏差成比例比例控制作用簡(jiǎn)單，但不能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差微分控制作用：輸出與偏差的微分成比例。微分作用能根據(jù)偏差的變化趨勢(shì)進(jìn)行控制，因而能改善控制系統(tǒng)的性能。

　　積分控制作用：輸出與偏差的積分成比例。積分作用能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差。積分控制常與比例控制或比例微分控制一起組成比例積分控制或比例-微分積分控制。

　　控制器是自動(dòng)化系統(tǒng)的大腦和神經(jīng)中樞?？刂破骺梢允?a target='_blank' class='arckwlink_none'>電子裝置，也可以是電子一機(jī)械裝置

　　4）執(zhí)行器（執(zhí)行機(jī)構(gòu)） ：

　　執(zhí)行器（Actuator） （也稱執(zhí)行機(jī)構(gòu)）執(zhí)行自動(dòng)化系統(tǒng)的大腦一控制 器所輸出的控制作用，是自動(dòng)化系統(tǒng)的手和腳。執(zhí)行器（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）可以是電動(dòng)機(jī)、閥門或由它們所組成的復(fù)雜的電子一機(jī)械裝置。