自动化概论试卷答案.docVIP

装 订 线 20132014学年第2学期 自动化概论课程 课程报告 专业、班级：11级电气3班 姓名：姚瑶 学号：11020078 题号一 二三总分得分得分一、联系实际介绍一种智能控制方法及其应用.（30分）介绍一种鲁棒控制系统飞行器的飞行姿态控制问题属于多变量的非线性控制问题。非线性动态逆控制律在无动力飞行器上的应用，把惯性不确定性和气动力矩的不确定性考虑进来，运用鲁棒控制对系统进行设计。首先时间里飞行器的模型，推导出无动力飞行器的完整的动力学方程，这是设计飞行器姿态的基础。依照时间尺度分离原理，控制方案采用两环结构，分别对应于快变系统和慢变系统，这种分离在工程中是符合实际要求的。因为飞行器的体轴角速度比攻角角速度、侧滑角角速度快。按照实际的设计要求，快速环的带宽是慢环的三到五倍。基于这种姿态控制方案，考虑惯性不确性和气动力矩的不确定性。对慢环而言，指令姿态角、真正的姿态角、指令角速度、真正的角速度一起用于形成体轴指令角速度。对于快环而言，指令角速度、真正的角速度与角加速度用来导出舵偏角，指令舵偏角与一个低通滤波器和饱和限幅器相连。在快环设计中，当设计控制律的时候，采用转动动力学的标称形式，通过选择合理的控制增益，可以控制飞行器的姿态动力学。通过计算，可以知道不确定性影响收敛的特性。可以通过选择适当的控制参数实现目标。换句话说，如果知道了不确定性的最大值和最小值，连同被选择的增益，就完成了快环的控制律设计。慢环设计如同快环设计一样，可以通过选择适当的控制参数实现我们的控制目标，运用Lyapunov函数来完成设计。鲁棒控制是为了解决不确定控制系统的设计问题而产生的，为处理不确定性提供了有效的手段，并逐渐构筑起鲁棒控制理论的完整体系，促进了现代控制理论的发展，为控制系统提供了良好的理论依据和实用的设计方法。但由于鲁棒控制系统的设计要由高级专家完成，故其缺点在于一旦设计好这个控制器，它的参数可能就不易于改变。相信鲁棒控制会在我们的生活中得到越来越多的应用的利用。得分二、叙述自动化技术的发展历程,结合电气专业特点说明电气自动化技术的国内外发展现状. （30分）自动化是美国科学家哈德在1936年提出的。他认为在一个生产过程中，机器之间的零件转移不用人区搬运就是自动化，这就是早期自动化的概念。制造自动化概念是一个动态发展的过程，在过去一段时间内人们认为自动化使用机器代替人的体力劳动能够只能完成指定的作业，但是随着科技不断地进步计算机技术的不断发展和应用，制造自动化的功能目标不再是仅仅代替人的部分脑力劳动去自动完成指定的作业。随着制造技术电子技术信息技术管理技术等发展，制造自动化已经远远突破上述传统的概念。二十世纪以来，为了实现自动化，人们研究和制造了成千上万种自动控制系统，极大地推动了生产劳动、社会服务、军事工程和科学研究等活动。自动控制系统通常由控制器、执行机构和信息反馈装置三部分组成。反馈装置的任务是监视和测量执行机构和工作对象的状态变化和执行结果，把这些信息反馈给控制器。控制器则根据任务的定义和当前执行情况决定以后应该采取的措施，以机械的、光电的或其他的物理方式向执行机构发出指令，以便后者准确地加以执行。从目前来看，我国的电气自动化技术正从多岛自动化逐渐向系统集成进行转变。电气自动化系统集成，不单单是简单的系统连接，更主要的意义还是成功达成了通道共用、功能互补、信息共享等目的，克服了多岛化互不连接、功能单一、信息独享的缺陷。随着我国在计算机领域的不断发展，已经逐渐实现了运用计算机控制，从而实现电气自动化的目的。通过计算机模拟操作，可实现电力系统运行中的判断与监视功能。目前，网络和PC技术正逐步普及到工商管理中，我国的电气自动化已普遍采用PC入机界面，主要优点是具备灵活性与直观性，易于集成。通过在传统的测量控制仪表中放置微处理器，可让它们均具备数字通信与计算功能，再使用总线将数个测量控制仪表相互连接，遵循规范公开的通信协议，将远程监控计算机与仪表及微机化测量控制设备相互连接起来，完成信息与数据传输交换程序，建立实际性的自动控制系统。 电气自动化产品创新化：电气自动化企业在新技术的支持下，可及时完成国家在科技发展方面提出的规划纲要的目标，将创新能力进行集成和引进并吸收，可不断提升自身的创新能力。同时，电气自动化企业还充分利用高科技手段提高产品的科技含量，发挥创新精神，以求产出更具有知识产权的产品与电气自动化控制系统，为未来的持续发展提供更广阔的空间。电气自动化系统结构通用化：电气自动化控制系统的成功运作与电气自动化系统结构通用化是息息相关的，它可以对企业的所有网络结构予以保障，维持计算机监督与企业管理系统及现场控制设备间的传输数据顺利通畅3。企业在监督现场设备工作与规划系统网络时，不管是选择办公系统或与上级计算机通讯的以太网还是跟现场设备进行通讯的总线，都必须要求要能保障整个系统所有范围中的通讯。电气自动化产业市场化：电气自动化企业要随着社会与市场的体制改革随时调整自身的产业结构，进行优化升级。企业在着重提高系统集成与技术开发的同时，还应该注重社会化的协作与市场化的分工情况，根据市场的变化及时调整运行措施，要有计划的对关键技术项目进行开发与研究，逐渐提升产品的自制比率，有效提高所有资源的配置效率，适应市场化经济的需要。电气自动化的主要优势在于管理功能强、自动化性能高、实时性好等方面，可保障用户的电能质量与供电的可靠性，提高用户对服务的满意率，与传统的技术相比明显占有强大的优越性，创造出良好的社会效益，所以，电气自动化技术应坚持可持续发展战略，基于原有的基础上向更高层次进军。得分三、请举例说明PID控制的优点,并利用一种仿真工具给出仿真结果 （40分）PID校正装置（又称PID控制器或PID调节器）是一种有源校正装置，它是最早发展起来的控制策略之一，在工业过程控制中有着最广泛的应用，其实现方式有电气式、气动式和液力式。与无源校正装置相比，它具有结构简单、参数易于整定、应用面广等特点，设计的控制对象可以有精确模型，并可以是黑箱或灰箱系统。总体而言，它主要有如下优点：（1）原理简单，应用方便，参数整定灵活。（2）适用性强。可以广泛应用于电力、机械、化工、热工、冶金、轻工、建材、石油等行业。（3）鲁棒性强。即其控制的质量对受控对象的变化不太敏感，这是它获广泛应用的最重要的一原因。因为在实际的受控对象，例如由于受外界的扰动时，尤其是外界负荷发生变化时，受控对象特性会发生很大变化，为得到良好的控制品质，必须经常改变控制器的参数，这在实际操作上是非常麻烦的；又如，由于环境的变化或设备的老化，受控对象模型的结构或参数均会发生一些不可知的变化，为保证控制质量，就应对控制器进行重新设计，这在有些过程中是不允许的。因此，如果控制器鲁棒性强，则就无须经常改变控制器的参数或结构。目前，基于PID控制而发展起来的各类控制策略不下几十种，如经典的Ziegler-Nichols算法和它的精调算法、预测PID算法、最优PID算法、控制PID算法、增益裕量/相位裕量PID设计、极点配置PID算法、鲁棒PID等。下面给出基于simulink仿真软件，对某一控制对象进行PID整定的仿真调试，对PID控制的优越性进行论证：假设某一控制对象的传递函数如下：图中，“Integrator”为积分器，“Derivative”为微分器，“Kp”为比例系数，“Ti”为积分时间常数，“Td”为微分时间常数。进行P控制器参数整定时，微分器和积分器的输出不连到系统中，在Simulink中，把微分器和积分器的输出连线断开即可。同理，进行PI控制器参数整定时，微分器的输出连线断开。Ziegler-Nichols整定的第一步是获取开环系统的单位阶跃响应，在Simulink中，把反馈连线、微分器的输出连线、积分器的输出连线都断开，“Kp”的值置为1，连线得：根据Ziegler-Nichols经验公式，可知P控制整定时，比例放大系数Kp=0.25，将“Kp”的值置为0.25，并连上反馈连线，得：上图即为P控制时系统的单位阶跃响应。根据Ziegler-Nichols经验公式，可知PI控制整定时，比例放大系数Kp=0.225，积分时间常数Ti=594,将“Kp”的值置为0.225,“1/Ti”的值为1/594，将积分器的输出连线连上，得：根据Ziegler-Nichols经验公式，可知PID控制整定时，比例放大系数K