自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成和設(shè)備_Other_高等教育_教育區(qū)

“自動(dòng)化入門(mén)”“自動(dòng)化入門(mén)”南京大學(xué)工程管理學(xué)院周憲忠2020年5月19日，星期二南京大學(xué)工程管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系1/25第5章基礎(chǔ)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組件和設(shè)備5. 1信息獲取元素-傳感器5. 2信息傳輸設(shè)備-信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳輸網(wǎng)絡(luò)5. 3信息處理設(shè)備-控制器5. 4信息應(yīng)用設(shè)備-執(zhí)行器5月19日， 2020年2月25日，星期二，南京大學(xué)工程管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系2/25 5. 1信息獲取組件-傳感器自動(dòng)控制系統(tǒng)的信息獲取是通過(guò)測(cè)量實(shí)現(xiàn)的。什么是測(cè)量？定義：測(cè)量是將相同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量與測(cè)量數(shù)量進(jìn)行比較，并確定測(cè)量數(shù)量與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量的倍數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)量稱為單位量，測(cè)量結(jié)果稱為測(cè)量量。 2020年5月19日，星期二，南京大學(xué)工程與管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系3/25 5. 1信息采集組件傳感器用于測(cè)量的是什么？在自動(dòng)化系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)測(cè)量任務(wù)的組件稱為信息獲取組件，主要是各種傳感器。 2020年5月19日，星期二，南京大學(xué)工程與管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系4/25 5. 1信息獲取元素-傳感器什么是傳感器？關(guān)于傳感器的定義，存在很多意見(jiàn)，通常分為廣義和狹義。傳感器的廣義含義是“可以感測(cè)規(guī)定的測(cè)量值并根據(jù)特定規(guī)則將其轉(zhuǎn)換為可用的輸出信號(hào)的設(shè)備和設(shè)備”；和傳感器的狹義意義的定義是“將物理量轉(zhuǎn)換為電能的機(jī)電設(shè)備”。

傳感器的英文傳感器比中文傳感器更生動(dòng)！顧名思義，它是一種可以像人體器官一樣感覺(jué)周圍環(huán)境的設(shè)備。 2020年5月19日，星期二，南京大學(xué)工程與管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系5/25 5. 1信息獲取元素-傳感器什么是傳感器？ ??輸入和輸出傳感器x（t）y（t）外置驅(qū)動(dòng)器yd輸入傳感器x（t）輸出y（t）yd具體來(lái)說(shuō)，傳感器是具有輸入和輸出的系統(tǒng)。圖（a）顯示了自激傳感器系統(tǒng)，而圖（b）顯示了調(diào)制傳感器系統(tǒng)。 2020年5月19日，星期二，南京大學(xué)工程與管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系，南京大學(xué)6/25 5. 1信息采集元件-傳感器傳感器的組成被測(cè)敏感元件轉(zhuǎn)換元件測(cè)量量輔助功率傳感器通常由敏感元素和轉(zhuǎn)換成分組成。其中，敏感元件是指?jìng)鞲衅髦锌梢灾苯痈袘?yīng)的部分，轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦锌梢詫⒚舾性妮敵鲛D(zhuǎn)換為適合于傳輸和測(cè)量的信號(hào)的部分。 2020年5月19日，星期二，南京大學(xué)工程與管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系，7/25 5. 1信息獲取組件-傳感器的分類1）根據(jù)傳感器測(cè)量的原理，傳感器可以電容傳感器和超聲波傳感器2）根據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換特性進(jìn)行分類，傳感器可以分為物理和結(jié)構(gòu)類型。 3）根據(jù)敏感元件與被測(cè)物體之間的能量關(guān)系，可以將傳感器分為能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型。

4）根據(jù)測(cè)量分類，即根據(jù)分類的目的，傳感器可以分為三類：（1)根據(jù)傳感器的轉(zhuǎn)換原理，可以分為：物理，化學(xué)，生物傳感器等；（2)根據(jù)傳感器測(cè)量的性質(zhì)，可分為：壓力，加速度，氣體濃度，離子濃度等??；（3)根據(jù)傳感器2020年5月19日，星期二南京大學(xué)工程管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系，學(xué)院8/25 5. 1信息采集組件-傳感器幾種常見(jiàn)的傳感器2020年5月19日，星期二，南京大學(xué)工程管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系9/25 5. 1信息獲取組件-傳感器新車中主要傳感器的分布2020年5月19日，星期二，連續(xù)汽車系南京大學(xué)工程與管理學(xué)院石油與系統(tǒng)工程10/25 5. 2傳輸網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的信息傳輸設(shè)備-信號(hào)轉(zhuǎn)換與信息傳輸自動(dòng)控制系統(tǒng)的信息傳輸需要快速，可靠和準(zhǔn)確性，但這些性能的保證會(huì)受到信息傳輸鏈路的影響。傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同決定了系統(tǒng)信息傳輸?shù)奶匦院托阅?。自?dòng)控制系統(tǒng)符合它。信息傳輸?shù)那篮吞卣骺梢苑譃閮深悾骸包c(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制系統(tǒng)”和“網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)”。 2020年5月19日，星期二，南京大學(xué)工程管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系11/25 5. 2信息傳輸設(shè)備-信號(hào)轉(zhuǎn)換與傳輸網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制系統(tǒng)傳統(tǒng)控制理論研究系統(tǒng)是主要是“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制系統(tǒng)”，其結(jié)構(gòu)如通用反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖所示，它認(rèn)為系統(tǒng)中的信息是從一個(gè)元素到下一個(gè)元素。立即到達(dá)?？梢哉J(rèn)為傳輸沒(méi)有時(shí)間延遲（時(shí)間延遲）。

2020年5月19日，星期二，南京大學(xué)工程與管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系12/25 5. 2信息傳輸設(shè)備-信號(hào)轉(zhuǎn)換與傳輸網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)“網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)”信息通過(guò)通信傳輸在通信網(wǎng)絡(luò)中，信號(hào)傳輸相對(duì)復(fù)雜，例如傳輸延遲和數(shù)據(jù)包丟失。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)已廣泛用于大規(guī)模工業(yè)過(guò)程控制和小型本地系統(tǒng)（例如航天器，輪船和新型高性能汽車等）；由于將通信網(wǎng)絡(luò)引入到實(shí)際的控制系統(tǒng)中，因此系統(tǒng)的信號(hào)傳輸必須經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，這使得系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。廣義受控對(duì)象執(zhí)行器受控對(duì)象傳感器ca（k）通信網(wǎng)絡(luò)sc（k）2020年5月19日，星期二u（k）z（k）控制器南京大學(xué)工程管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系13/25 5. 2信息傳輸設(shè)備-信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳輸網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)控制系統(tǒng)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)特性（1）實(shí)時(shí)性要求高（2）高可靠性，安全性要求高（3）確定性高））要求5月19日，星期二2020年，南京大學(xué)工程與管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系14/25 5. 2信息傳輸設(shè)備-信號(hào)轉(zhuǎn)換與傳輸網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)任務(wù)控制網(wǎng)絡(luò)，用于傳輸現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的各種信息遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的控制室，同時(shí)將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，狀態(tài)和故障信息發(fā)送到控制室， lso向站點(diǎn)上的測(cè)量和控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送各種控制，維護(hù)和配置命令。 ，起著在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制設(shè)備之間提供數(shù)據(jù)連接和通信的作用。

同時(shí)，控制網(wǎng)絡(luò)還必須在與操作終端和上級(jí)管理網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)連接和信息共享中發(fā)揮作用。近年來(lái)，隨著Internet技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備對(duì)網(wǎng)絡(luò)瀏覽和參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求已經(jīng)開(kāi)始提出。 2020年5月19日，星期二，南京大學(xué)工程與管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系，15/25 5. 3信息處理設(shè)備-控制器控制器的作用控制器的作用是輸出實(shí)際值與受控對(duì)象的參考輸入（參數(shù)）進(jìn)行比較以獲得偏差，并根據(jù)偏差產(chǎn)生控制信號(hào)，以將偏差減小所需的范圍。自動(dòng)控制以這種方式生成控制信號(hào)，稱為控制動(dòng)作。簡(jiǎn)而言之自動(dòng)測(cè)量設(shè)備，控制器是指基于控制算法在控制系統(tǒng)中做出決策的設(shè)備。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，控制器是其核心，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)合適的控制器以達(dá)到控制目的。 2020年5月19日，星期二，南京大學(xué)工程與管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系，16/25 5. 3信息處理設(shè)備-控制器控制器的分類，如果根據(jù)控制器使用的控制方法進(jìn)行分類，主要包括：PID控制器（當(dāng)前在工程中最常用的模擬控制器），智能控制器，模糊控制器，專家系統(tǒng)控制器，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器等。在這里，控制器的分類是一個(gè)發(fā)展中的概念。隨著控制方法的迅速發(fā)展，新的控制器將繼續(xù)出現(xiàn)。 2020年5月19日，星期二，南京大學(xué)工程與管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系，17/25 5. 4信息應(yīng)用設(shè)備-執(zhí)行器的作用執(zhí)行器是控制系統(tǒng)中的動(dòng)力組件，是對(duì)象對(duì)于直接驅(qū)動(dòng)裝置，控制器的指令通常由執(zhí)行器來(lái)實(shí)現(xiàn)，執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)輸出取決于控制器的控制功能。

從信息傳輸和處理的角度來(lái)看，執(zhí)行器是信息處理的立足點(diǎn)。它是信息流向能量流和物質(zhì)流的轉(zhuǎn)換設(shè)備。執(zhí)行器可以實(shí)現(xiàn)信息的應(yīng)用，并將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制所需的能量或材料的數(shù)量，以根據(jù)需要進(jìn)行更改。 2020年5月19日，星期二，南京大學(xué)工程與管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系，南京大學(xué)18/25 5. 4信息應(yīng)用設(shè)備-執(zhí)行器常用的工業(yè)執(zhí)行器電磁鐵和電磁繼電器2020年5月19日，星期二南京大學(xué)管理學(xué)院工程與控制系統(tǒng)工程系19/25 5. 4信息應(yīng)用設(shè)備-常用的執(zhí)行器，工業(yè)執(zhí)行器變壓器，2020年5月19日，星期二，南京大學(xué)工程管理學(xué)院，控制與系統(tǒng)工程系20/25 5. 4信息應(yīng)用設(shè)備-執(zhí)行器常用的工業(yè)執(zhí)行器直流電動(dòng)機(jī)2020年5月19日，星期二，南京大學(xué)工程管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系21/25 5. 4信息應(yīng)用設(shè)備-執(zhí)行器常用的工業(yè)執(zhí)行器交流電動(dòng)機(jī)2020年5月19日，星期二，學(xué)?？刂婆c系統(tǒng)工程系南京大學(xué)工程與管理學(xué)院22/25 5. 4信息應(yīng)用設(shè)備-致動(dòng)器常用工業(yè)致動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)電源工作機(jī)構(gòu)脈沖發(fā)生器脈沖分配放大器2020年5月19日，星期二南京大學(xué)工程管理系23/25本章總結(jié)了具有反饋結(jié)構(gòu)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它的本質(zhì)是信息處理和控制，其功能必須通過(guò)一系列基本組件和設(shè)備來(lái)完成。要完成，最關(guān)鍵的基本組件和設(shè)備是傳感器，控制器和執(zhí)行器。

自動(dòng)控制系統(tǒng)的信息獲取主要通過(guò)感測(cè)各種傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。在復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，通常會(huì)有多個(gè)具有不同特性的傳感器。因此，學(xué)習(xí)和掌握不同傳感器的原理和特性以完成自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常重要?？刂破魇钦麄€(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的“大腦”，也是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心?？刂破鞯慕M成將根據(jù)控制要求和設(shè)計(jì)要求而變化。復(fù)雜的智能控制器需要由單片微計(jì)算機(jī)（一種微計(jì)算機(jī)）組成，該單片機(jī)不僅包括硬件，還包括包含復(fù)雜控制算法的軟件。執(zhí)行器是控制系統(tǒng)中一系列動(dòng)作和驅(qū)動(dòng)組件的總稱。其主要功能是執(zhí)行控制器的控制指令，并將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為所需能量或物料，以使受控量根據(jù)需要進(jìn)行更改。 2020年5月19日，星期二，南京大學(xué)工程管理學(xué)院控制與系統(tǒng)工程系24/25本章中的作業(yè)P137 T1，T2，T3，T7自動(dòng)測(cè)量設(shè)備，T8 2020年5月19日，星期二南京大學(xué)工程管理學(xué)院，25/25