信息技术导论自动化

1、1自动化学科自动化学科23 现代社会和现代生活现代社会和现代生活 离不开对一些物理量的离不开对一些物理量的控制控制，包，包括实现对这种控制的括实现对这种控制的自动化自动化。例如公共电网上的电压是。例如公共电网上的电压是50周、周、220伏的交流电。为此，在发电厂就要设法控制电压、伏的交流电。为此，在发电厂就要设法控制电压、频率这两物理量为频率这两物理量为恒值恒值，这要采用自动调压和自动调频装，这要采用自动调压和自动调频装置。在工业生产中，如在化肥厂控制反应釜（塔）内温度置。在工业生产中，如在化肥厂控制反应釜（塔）内温度和压力为和压力为恒值恒值，使化学反应速度加快。在机械加工厂金属，使化学反应速

2、度加快。在机械加工厂金属切削机床上，经常是控制工件或刀具的转速为切削机床上，经常是控制工件或刀具的转速为恒值恒值，使产，使产品的质量、产量能提高。而各种现代火炮的俯仰角和方位品的质量、产量能提高。而各种现代火炮的俯仰角和方位角都是自动控制的。角都是自动控制的。 现代生活中，空调器保持室内温度为现代生活中，空调器保持室内温度为恒值恒值、卫生洁具、卫生洁具水箱的水位也保持为水箱的水位也保持为恒值恒值。其它如冰箱、洗衣机无不进行。其它如冰箱、洗衣机无不进行一些物理量的控制为一些物理量的控制为恒值恒值，而洗衣机更把洗衣、漂洗和脱，而洗衣机更把洗衣、漂洗和脱水等操作水等操作自动按程序自动按程序进行。进行

3、。 控制的含义？控制的含义？ 现代汉语词典的控制含义是现代汉语词典的控制含义是“掌握住不使任意掌握住不使任意活动越出范围活动越出范围”。 辞海中的解释是辞海中的解释是“驾驭；支配驾驭；支配”。从管理哲学上思考，它的基本涵义是，控制是从管理哲学上思考，它的基本涵义是，控制是一种社会现象，具体说是一定的社会主体一种社会现象，具体说是一定的社会主体-通通常大量地表现为为了实现某种特定目标而组织常大量地表现为为了实现某种特定目标而组织起来的社会群体，在变革客体对象的过程中，起来的社会群体，在变革客体对象的过程中，通过具体的指挥和协调机制，来实现所预期追通过具体的指挥和协调机制，来实现所预期追求的某种价

4、值目标的活动。求的某种价值目标的活动。41.2 控制和自动化的概念控制和自动化的概念5 狭义的狭义的自动化自动化 指在没有人直接参与的情况下，利用控制装指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使机器设备或生产过程的某个工作状态或参置使机器设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按预期规定运行过程中满足一定性能数自动地按预期规定运行过程中满足一定性能指标指标。自动化自动化主要研究的是人造系统的控制问题。主要研究的是人造系统的控制问题。控制器执行机构受控对象检测与变换给定输入6自动控制自动控制 是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和技是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和技术。除了研究人造系统

5、的控制问题外，还研究社会、术。除了研究人造系统的控制问题外，还研究社会、经济、生物、环境等非人造系统的控制问题。例如生经济、生物、环境等非人造系统的控制问题。例如生物控制、经济控制、社会控制及人口控制等，显然这物控制、经济控制、社会控制及人口控制等，显然这些都不能归入自动化的研究领域的。些都不能归入自动化的研究领域的。 不过广义的自动化和自动控制是相同的，目前学不过广义的自动化和自动控制是相同的，目前学术界已把自动化和控制等同起来。术界已把自动化和控制等同起来。 受控制对象模型建立；受控制对象模型建立；控制算法设计；控制算法设计；给定目标；给定目标；评价体系评价体系 7控制问题的核心：控制问题

6、的核心： 一门一门技术科学技术科学、一门一门应用基础科学应用基础科学 研究的研究的基本任务基本任务是为是为自动化技术（包括设计、（包括设计、制造、控制和管理计算机集成制造系统制造、控制和管理计算机集成制造系统CIMSCIMS、计、计算机集成过程控制系统算机集成过程控制系统CIPSCIPS等先进自动化系统）等先进自动化系统）和和控制工程（包括控制航天器这样的设备）（包括控制航天器这样的设备）提供科学理论基础。 致力于带有一定致力于带有一定普遍性或共性的新的控制原普遍性或共性的新的控制原理和新的系统方法的研究理和新的系统方法的研究，使其在实际控制工程，使其在实际控制工程和自动化技术中发挥创新的作用

7、。和自动化技术中发挥创新的作用。8自动化科学的定位与任务自动化科学的定位与任务 一门一门工程应用技术工程应用技术 研发的研发的基本任务基本任务： 一方面一方面将自动化科学原理与方法转换为工程实用技术（包括工具和手段），使之能应用于（包括工具和手段），使之能应用于工程实际，将自动化科学的研究成果迅速转换为工程实际，将自动化科学的研究成果迅速转换为生产力；生产力； 另一方面另一方面将工程实际中遇到的技术问题提炼、将工程实际中遇到的技术问题提炼、抽象成为科学问题，抽象成为科学问题，为自动化科学研究提供新的为自动化科学研究提供新的研究对象。研究对象。9自动化技术的定位与任务自动化技术的定位与任务 相互

8、依存关系相互依存关系自动化科学与技术自动化科学与技术是自动化的是自动化的源泉与基础；源泉与基础； 其其物化物化是自动化设备与系统；是自动化设备与系统； 其其应用应用包括自动化设计、自动化制造、包括自动化设计、自动化制造、 自动化工程、自动化管理、自动化工程、自动化管理、 自动化决策、自动化运行等。自动化决策、自动化运行等。 自动化（应用）自动化（应用） 是自动化科学与技术的是自动化科学与技术的用武之地；用武之地； 是自动化专业毕业生的主要是自动化专业毕业生的主要用武之地。用武之地。10自动化与自动化科学技术的关系自动化与自动化科学技术的关系11自动化技术的两个方面自动化技术的两个方面动力方面的

9、自动化技术 工业化工业化 人的手、脚、各种感觉的延长 信息处理方面的自动化技术信息化信息化 延伸人的信息获取、 处理和决策控制等功能 比人干得更快、更好，极大地提高生产力 从自动化生产线上生产的产品， 质量越来越好，价格越来越低。12把人从繁重、危险的工作中解放出来 矿井掘井、核电站检查、消防救火、 无人侦察机、导弹（无人）基本作用基本作用（传统观念）（传统观念） 完成人无法完成的工作 管道机器人（各种油管、水管）、 水下6000米机器人1.3 自动化的作用与地位自动化的作用与地位13扩展作用扩展作用 管理、经济、金融过程管理、经济、金融过程智能化14 自动化与工业化的关系 工业化特点：专指工

10、业，尤其是制造业 工业化发展三阶段：机械化（大规模使用机器系统） 电气化（加入电机、电网络） 自动化自动化（加入自动控制器） 实现了自动化，就完成了工业化实现了自动化，就完成了工业化 目前来说：自动化是工业化的最重要标志目前来说：自动化是工业化的最重要标志 （国内从总体来说，已机械化、电气化）（国内从总体来说，已机械化、电气化）自动化在工业化中的作用自动化在工业化中的作用15 自动化与信息化的关系 信息化特点：不单指工业，包含第一、三产业 仅从工业的角度，信息化发展也可分三阶段： 一定要在工业化的基础上 数字化（大规模使用数字计算机） 网络化（实现计算机网络） 先进自动化先进自动化（综合集成了

11、系统、管理） 实现先进自动化，就完成了（工业）信息化 先进自动化是信息化的最重要标志先进自动化是信息化的最重要标志（国内从总体来说，数字化、网络化已有一定（国内从总体来说，数字化、网络化已有一定规模）规模）自动化在信息化中的作用自动化在信息化中的作用16工业化与信息化的关系图工业化与信息化的关系图17（基础）自动化自动化（核心是控制） 是工业化完成与否的标志 自动化技术是工业化的核心技术先进自动化先进自动化（核心是信息、控制、系统） 是信息化完成与否的标志 先进自动化技术是信息化的核心技术18学科组成示意图学科组成示意图自动化自动化 自动控制自动控制 控制理论控制理论 电气工程与自动化电气工程

12、与自动化 工业自动化工业自动化 机械制造自动化机械制造自动化 电力系统自动化电力系统自动化 1920一个典型的自动控制系统由下列基本部分组成：(1)被控对象 控制系统所要控制的设备或过程(2)给定环节 产生给定输入信号的环节(3)测量环节 随时将被控制量检测出来的装置(4)比较环节 其功能是将给定的输入信号（被控制量的希望值）与测量环节得到的被控制量实际值加以比较(5)控制环节 它的功能是根据偏差信号，决策如何去操作被控对象，实现被控量达到所希望的目标(6)执行环节 按控制环节的控制决策，具体实施对控制对象的操作2.12.1自动控制理论自动控制理论21 自动控制理论从三个方面对自动控制系统进行

13、研究和阐述： 系统的模型 系统的分析 控制系统的综合不同特色的理论和技术体系 (1)经典控制理论 (2)现代控制理论 (3)大系统理论和智能控制技术 22工程技术领域的被控对象不同的分类法（1）按被控对象的特性可分为线性线性和非线性非线性 （2）按被控对象结构参数可分为定常定常和时变时变（3）按系统传输信号的性质可分为连续系统连续系统和离散系统离散系统（4）按系统期望输出信号的变化规律还可分为恒值控制系统恒值控制系统和随动控制系统随动控制系统2.22.2 被控对象及其数学模型的建立被控对象及其数学模型的建立23 建立被控对象数学模型的方法主要有解析法和实验法两种。解析法-建立起输入与输出之间的

14、因果关系实验法-把需建模的对象看成为一个“黑箱”24 复杂系统的建模，会存在更多的困难： 对于大范围变化或非线性特性强烈的对象，不能进行线性近似，必须用精确非线性的数字表达式去描述。 对于变量多的系统，其数学模型将是高阶微分方程或大维数的状态方程。 实际系统的参数经常不是固定不变的，系统的模型应为变参数微分方程。 实际系统的参数往往是分布的，这时要用偏微分方程描述。251、自动控制系统的基本性能要求、自动控制系统的基本性能要求一个自动控制系统从原来的平衡状态过渡到一个新的平衡状态，两个平衡状态之间的过渡过程称为动态动态，处于平衡状态时称为静态静态。 自动控制系统动态过程常见形式：2.3 2.3

15、 自动控制基本原理自动控制基本原理26自动控制系统的基本性能 稳定性 与稳定性相关，还可以用平稳性来衡量一个控制系统过渡过程的好坏。 快速性 准确性 对自动控制系统的研究(包括分析、综合)就是从动态、静态两方面围绕上面三个特性进行的。272、开环控制与闭环控制、开环控制与闭环控制开环控制和闭环控制是按信号的传递路径来区分的两种不同的控制形式。 1） 开环控制 扰动补偿控制，也称为“前馈控制”282）闭环系统 自动控制最基本的形式，将被控量测量出来，反馈至控制系统的输入端与给定信号进行比较得出偏差信号，然后根据偏差对被控对象实施有效控制，达到消除或减少偏差的目的。 按负反馈原理组成的闭环控制系统

16、才是真正意义上的自动控制系统，反馈控制是自动控制最基本的形式，自动控制理论主要就是围绕反馈控制来研究自动控制系统的。29液位自动控制系统 30 比例控制 比例+积分控制 比例+微分控制 在实际的自动控制系统中，为保持系统具有良好的动态特性和静态特性，往往使控制器同时具有比例、微分、积分控制作用，构成比例+积分+微分控制，或称为P（比例）I（积分）D（微分）控制。3、控制规则的确定是控制器设计的核心 314、非线性系统控制及其困难、非线性系统控制及其困难非线性系统是指含有非线性元件的系统，需用非线性微分方程或状态方程描述。饱和特性典型非线性特性32非线性控制系统与线性系统相比的特点： 线性系统的

17、稳定性完全取决于系统的结构及其参数，与系统的初始条件以及外加输入无关。 对于非线性系统而言，发生并维持一定频率和振幅的稳定的周期运动完全是可能的，通常把这种运动称为自激振荡，并在信号发生器等场合得以有效应用。33非线性控制系统的分析方面 相平面法 描述函数法在非线性系统的综合方面 基于几何方法的反馈线性化方法 基于微分代数的代数方法各种智能控制方法341、从模拟量到数字量、从模拟量到数字量 绝大多控制系统的被控量是连续时间信号 计算机等数字运算装置只能处理数字信号连续信号变换为离散信号的采样过程 2.4 2.4 数字控制及计算机控制系统数字控制及计算机控制系统352、计算机控制、计算机控制 A

18、/D和D/A构成了计算机与自动控制系统其它部分联系的桥梁，一个采用计算机控制的典型自动控制系统可以表示成下图。36 数字计算机的工作需要硬件和软件两大支撑条件，一个计算机控制系统也必须包括硬件和软件两部分。373、基于网络技术的计算机控制、基于网络技术的计算机控制1）计算机集散控制系统DCS382）现场总线控制系统(FCS)393）可编程序控制器系统PLC40OMRON公司开发的PLC网络411、信息获取、信息获取传感器传感器传感器的任务 检测系统内部或外部的物理参数，以获取相应的信息待测量的物理量 电压、电流等电量 温度、流量、物位、成分等非电量2.5 2.5 自动化基本设备自动化基本设备4

19、2传感器种类繁多 按被测参量 温度传感器、流量传感器、位移传感器、速度传感器、荷重传感器等 按信号转换机理 电阻式、电容式、电感式、压电式、霍尔式 按输出信号形式 模拟式传感器、数字式传感器43传感器的要求(1)精确性 传感器的输出信号必须精确地反映被测量的变化，它们之间应该是严格的单值函数关系，最好是线性关系。(2)稳定性 传感器输出与被测量之间的单值函数关系不应受时间及工作环境的影响，有好的重复性。(3)灵敏性 传感器的输出信号能反映被测量较小的变化。442、信息传输、信息传输信号转换与传输网络信号转换与传输网络 自动控制系统的通信网络与商业通信网络相比较，在技术性能上有如下特点： (1)

20、高实时性要求。网络堵塞以及网络传输引起的大延时在控制系统中都是不允许的。 (2)高可靠性、高安全性要求。网络传输过程中引起的信息出错及信息丢失将导致控制系统错控或失控，也是不允许的。 (3)良好的确定性要求。网络传输的信息必须语义明确，解释单一。453、信息处理、信息处理控制器控制器控制器外部信息内部信息被控制对象的控制信号控制器类型 传统的模拟控制器 现代的控制器为计算机464、信息应用、信息应用执行器执行器执行器信息处理的落足点，实现对信息的应用 执行器是信息流对能量流、物质流的转换装置，执行器将控制信号变换为导致被控量按要求变化所需要的能量或物质。 电机调速系统的执行器晶闸管触发及整流装

21、置 蒸汽加热温度控制系统的执行器电动调节阀 水箱液位控制系统的执行器电动阀门472.62.6 小小 结结483.1 引言引言49机械制造自动化机械制造自动化 过程工业自动化过程工业自动化电力系统自动化电力系统自动化 飞行器控制飞行器控制 智能建筑智能建筑 生物控制生物控制 生态与环境控制生态与环境控制 社会经济控制社会经济控制 控制与自动化是不断发展的高、新科学技术，对人类生产、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，可以说是已从至今，可以说是已从“人类手脚的延伸人类手

22、脚的延伸”扩展到扩展到“人类大脑的人类大脑的延伸延伸”。控制与自动化技术时时在为人类。控制与自动化技术时时在为人类“谋谋”福利，可谓无福利，可谓无所不在、无处没有。所不在、无处没有。 3.2 机械制造自动化机械制造自动化50 机械制造是现代工业重要的组成部分，对国民经济建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设有非常巨大的影响。机械制造自动化技术从20世纪世纪50年年代至今，经历了单机自动化、刚性生产线，数控机床、加代至今，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、柔性制造三个阶段，正向计算机集工中心和柔性生产线、柔性制造三个

23、阶段，正向计算机集成制造成制造(CIM)发展发展。 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，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单件与小批量生产的零件约占机械加工总量的80%以上。以上。对这些多品种、加工批量小、零件形状复杂、精度要求高对这些多品种、加工批量小、零件形状复杂、精度要求高的零件的加工，采用专业化程度很高的自动机床和自动生的零件的加工，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中，必须经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

24、繁地更新换代。常开发新产品，频繁地更新换代。 51输 入 设 备程 序输 出 设 备计 算 机 数 字 控 制 装 置（ CNC装 置 ）可 编 程 逻 辑 控制 器 (PC)主 轴 控 制 单 元速 度 控 制 单 元主 轴 电 机机 床进 给 电 机位 置 检 测 器图图5.1 计算机数计算机数控系统结构图控系统结构图 数字控制（简称数控）数字控制（简称数控）灵活、通用、高精度、高效率的灵活、通用、高精度、高效率的“柔性柔性”自动化制造技术自动化制造技术 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”自动化生产技自动化生产技术术数字控制（简称数控）技术在这种情

25、况下应运而生。数字控制（简称数控）技术在这种情况下应运而生。 简单地说，简单地说，数控技术数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。 计算机数字控制系统计算机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、可是由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置、可编程序控制器编程序控制器(PC)、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成，如图主轴驱动装置和进给驱动装置等组成，如图5.l所示。所示。 柔性制造系统柔性制造系统(FMS)52 柔性制造系统柔性制造系统（简称（简称FMS）是在计算机直接数控是在计算机直接数控(DNC)基础上发展起来的一种高度自动化加工形式。它是

26、由统一的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统连接起来的一组加工设备，包括数控机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备、产品零件自动传输设备、自床、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，不仅能进行自动化生产，而且还能动检测和试验设备等，不仅能进行自动化生产，而且还能在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) 标准的数控机床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或制造单元。（制

27、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）；多个工位的加工型及装配型的数控机床）；(2) 在机床和装在机床和装卡工位之间运送零件和刀具的传送系统；卡工位之间运送零件和刀具的传送系统；(3) 发布指令，协发布指令，协调机床、工件和刀具传送装置的监控系统；调机床、工件和刀具传送装置的监控系统；(4) 中央刀具库中央刀具库及其管理系统；及其管理系统；(5) 自动化仓库及其管理系统。自动化仓库及其管理系统。 53 由统一的控制系统由统一的控制系统和输送系统连接起来的和输送系统连接起来的一组加工设备，包括数一组加工设备，包括数控机床、材料和工具自控机床、材料和工具自动运输设备

28、、产品零件动运输设备、产品零件自动传输设备、自动检自动传输设备、自动检测和试验设备等，不仅测和试验设备等，不仅能进行自动化生产，而能进行自动化生产，而且还能在且还能在定范围内完定范围内完成不同工件的加工任务。成不同工件的加工任务。 柔性制造系统由加工系统、物流系统、中央管理系统组成。柔性制造系统由加工系统、物流系统、中央管理系统组成。自动输送车中央管理和控制计算机物流控制装置夹具站自动 化仓 库工厂主计算机信息传输网库具CNC机床机器人附属工作站CNC机床机器人附属工作站制造单元刀柔性制造系统结构图柔性制造系统结构图计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS) 54 计算机集成制造系统计算

29、机集成制造系统是是在自动化技术、计算机技术在自动化技术、计算机技术及制造技术的基础上，通过及制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工计算机及其软件，将制造工厂全部生产活动（设计、制厂全部生产活动（设计、制造及经营管理，包括市场调造及经营管理，包括市场调研、生产决策、生产计划、研、生产决策、生产计划、生产管理、产品开发、产品生产管理、产品开发、产品设计、加工制造以及销售经设计、加工制造以及销售经营等）与整个生产过程有关营等）与整个生产过程有关的物料流与信息流实现高度的物料流与信息流实现高度统一的综合化管理，构成一统一的综合化管理，构成一个个优化的完整的生产系统优化的完整的生产系统。 经营决

30、策管理系统计算机辅助设计与制造柔性制造单元与系统计算机集成制造系统组成计算机集成制造系统组成框图框图 3.3 过程工业自动化过程工业自动化55 在连续型工业中，主要对系统的温度，压力、流量、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，液位（料位）、成分和物性等六大参数进行控制的工业，称之为称之为过程工业过程工业 。 过程工业过程工业包括电力、石油化工、化工、造纸、冶金、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。制药、轻工等国民经济中举足轻重的许多工业。 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

31、容及特点 工业生产过程的自动控制称为工业生产过程的自动控制称为过程控制过程控制，它是过程工业，它是过程工业自动化的核心内容。自动化的核心内容。过程控制过程控制研究过程工业生产过程的描述、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，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，优化生产过程，加强生产管理，最终显著提高自动化水平，优化生产过程，加强生产管理，最终显著地增加经济效益。地增加经济效益。 56 早期的早期的过程控制系统过程控制系统主要采用基地式仪表、气动单元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

32、具。组合式仪表、电动单元组合式仪表等传统技术工具。 但随着但随着微处理器微处理器和工业计算机技术的发展，目前广泛和工业计算机技术的发展，目前广泛采用可编程单回路、多回路调节器以及采用可编程单回路、多回路调节器以及分布式计算机控制分布式计算机控制系统系统 (Distributed Computer Control System，简称简称DCS)。近年来迅速发展起来的近年来迅速发展起来的现场总线网络控制系统现场总线网络控制系统(FCS)，更更是控制技术和计算机技术高度结合的产物。是控制技术和计算机技术高度结合的产物。 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57生产过程数字计算机A

33、/D转换D/A转换操作台扰动控制变量输出变量控制台控制台过程控制计算机控制单元控制单元多路采集器可编程逻辑控制器数据通道工程师/操作员控制台其他系统分布式计算机控制系分布式计算机控制系统统 直接数字控制系统直接数字控制系统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 58决策信息管理信息调度信息工况信息经营决策管理系统生产调度监控系统测量信息控制系统生产过程利润最大生产管理经营管理优化调度高等控制操作优化故障诊断复杂控制常规控制信 息控 制目 标决策层管理层调度层监控层控制层生产过程计算机生产过程计算机集成控制系统集成控制系统是是一种综合自动化系一种综合自动化系统。目的是要使企统。

34、目的是要使企业用最短的周期、业用最短的周期、最低的成本、最优最低的成本、最优的质量，生产出适的质量，生产出适销对路的产品，以销对路的产品，以获取最大的经济效获取最大的经济效益，增强国内外市益，增强国内外市场的竞争能力。场的竞争能力。 其实质就是将过程控制、计划调度、经营管理和市场销售等信息进其实质就是将过程控制、计划调度、经营管理和市场销售等信息进行集成，并求得全局优化行集成，并求得全局优化 3.4 电力系统自动化电力系统自动化 59 对于单个的火力发电系统，为了保障发电机的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、过电安全，需要采用自动装置进行过电压保护、

35、过电流保护、接地保护、功率反向保护或差动保护。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和监控等参数需要进行检测和监控。 由不同规模、不同性质的电力系统形成由不同规模、不同性质的电力系统形成复杂复杂的联网的联网已经成为电力系统发展的必然趋势。已经成为电力系统发展的必然趋势。3.5 飞行器控制飞行器控制 60 现代现代飞行器飞行器有很多种类，例如有飞机、导有很多种类，例如有飞机、导弹、人造卫星、直升机、运载火箭、

36、宇宙飞船、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、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。能不同而分为不同类型。61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飞行器控制系统的构成飞行器控制系统的构成 62 控制系统控制系统的

37、主要任务是：控制飞行器有效的主要任务是：控制飞行器有效载荷的投掷精度（命中精度）；对飞行器实施载荷的投掷精度（命中精度）；对飞行器实施姿态控制，保证在各种条件下的飞行稳定性；姿态控制，保证在各种条件下的飞行稳定性；在发射前对飞行器进行可靠、准确的检测和操在发射前对飞行器进行可靠、准确的检测和操纵发射。纵发射。控制系统控制系统的作用就是消除或减小干扰和影响的的作用就是消除或减小干扰和影响的后果，控制导弹准确、可靠地完成飞行动作，后果，控制导弹准确、可靠地完成飞行动作，最后飞向目标。最后飞向目标。 63 飞行器飞行器是六自由度运动体，包含角运动和线运是六自由度运动体，包含角运动和线运动，一般分别称

38、为绕质心运动和质心运动。绕质心动，一般分别称为绕质心运动和质心运动。绕质心运动参数运动参数(如姿态角度、角速度如姿态角度、角速度)的测量主要利用惯的测量主要利用惯性器件，质心运动参数性器件，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。测量、光学测量方法几类。 所谓所谓导航导航，是指利用敏感器件测量飞行器的运，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、速度和位置等状

39、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并给出飞行器初始状态和飞行运动参数的系统则称为为导航系统导航系统。 64 追踪法示意图追踪法示意图 三点法示意图三点法示意图 比例导引法示意图比例导引法示意图 制导系统制导系统的主要功能是利用导航系统提供的飞行的主要功能是利用导航系统提供的飞行器运动参数，对质心运动进行控制，使飞行器从某一器运动参数，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条件，保证飞行器以足够的飞行状态达到期望的终端条件，保证飞行器以足

40、够的精度命中目标。精度命中目标。 3.6 智能建筑智能建筑65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、息技术有机地结合起来，设计和建造安全、舒适、高效、节能、方便灵活的现代化建筑。节能、方便灵活的现代化建筑。 智能建筑智能建筑通过综合布线系统与各种信息终端来通过综合布线系统与各种信息终端来“感知感知”建筑物内各个空间的信息，经过计算机处理作出相应对策，建筑物内各个空间的信息，经过计算机处理作出相应对策，使建筑物具有某种使建筑物具有某种“智能智能”。建筑物

41、的使用者和管理者可。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、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、闭路电视防火、防盗、电话、传真、闭路电视 (或卫星电视或卫星电视 )、计算、计算机通信、购物、保健等设施实现按需控制，对建筑物的关机通信、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。键部位或特殊部位进行监控并提供与互联网的有效连接。智能建筑智能建筑包含三大基本要素，即包含三大基本要素，即楼宇自动化楼宇自动化，简称简称BA)系统、系统、通信自动化通信自动化，简称简称CA)系统和办

42、公自动化系统和办公自动化，简称简称OA)系统，系统，三者是有机结合在一起，成为三者是有机结合在一起，成为智能建筑智能建筑“3A”结构。结构。66综 合 布 线 系 统办 公 自 动 化 系 统楼 宇 自 动 化 系 统通 信 自 动 化 系 统日常事物处理中上层管理决策设备监控系统火警消防系统公共安全系统电信网络电视网络计算机网络3A智能建筑的构成三大基本要素：三大基本要素：楼宇自动化系统、通信自动化系统和办公自楼宇自动化系统、通信自动化系统和办公自动化系统。动化系统。楼宇自动化系统楼宇自动化系统67 对大楼供电、照明、报警、消防、电梯、空调等设备监对大楼供电、照明、报警、消防、电梯、空调等设

43、备监控和管理，对设备运行参数进行实时控制与监视、或节能控和管理，对设备运行参数进行实时控制与监视、或节能控制、非正常运行状态报警。并通过与办公自动化及通信控制、非正常运行状态报警。并通过与办公自动化及通信自动化系统的综合设计，支持面向用户的服务功能，提高自动化系统的综合设计，支持面向用户的服务功能，提高大楼的舒适性、安全性、节能性，降低费用，实现高度的大楼的舒适性、安全性、节能性，降低费用，实现高度的集成化管理集成化管理。显 示报 警报 表 生 成设 备 管 理费 用 计 算中 央 计 算 机控 制 器控 制 器 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

44、中控制中控制的方的方式。式。图图5.13 集中式楼集中式楼宇自动化系统的宇自动化系统的结构结构 68系统数据库系统数据库大楼主干通信网大楼主干通信网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 由于并行的分布式计算机网络技术以及集散型监控系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，统的发展，分布式楼宇自动化系统分布式楼宇自动化系统成为目前楼宇自动化系成为目前楼宇自动化系统广为采用的一种结构。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系统各现场控制器通过通信的方式与监控管

45、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，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、处理、检测、控制等。如数据采集、计算、处理、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楼宇自动化系统的构成楼宇自动化系统的构成69楼宇自动化系统设备监控系统火警消防系统公共安全系统电力供应及照明系统火警报警系统防盗报警系统供热系统空调及通风系统卫星接收及有线电视系统多媒体音像系统智能卡系统停车场管理系统给排水系统消防灭火及喷淋系统消防联动系统出入口控制系统闭路电视监控系统保安巡更管理系统电梯运行监控系统周边防卫系统应急广播系统应急照明系统应急呼叫系统通

46、信自动化系统通信自动化系统70 通信自动化系统通信自动化系统是大厦智能化的是大厦智能化的“中枢神经中枢神经”。它由各种。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、数据和图像的基本通信网络；实现楼层间传送话音、数据和图像的基本通信网络；实现楼层间(内内)各各种终端、微机、工作站之间通信的种终端、微机、工作站之间通信的楼层局域网楼层局域网；沟通楼群或；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高速主干网主干网以及与以及与公共信息资源公共信息资源(如如I

47、nternet)相通的相通的远程数据通信远程数据通信网网。用户设备部门子网楼层局域网高速主干网中央主机图图5.15 智能智能建筑建筑的通的通信网信网络结络结构构 办公自动化系统办公自动化系统71 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、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数据网络控制中心提供动态信息资源分配、故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、信息处理及网络性能等进行监控。障诊断及恢复、信息处理及网络性能等进行监控。 综合布线系统综合布线系统 建筑与建筑群建筑与建筑群综合布线系统综合布线系统主要是针对计算机和通信设主要是针对计算机和通信设备的布