自动化专业知识

1自动化专业基础2讲座内容1.自动化专业介绍2.自动化专业应用范畴3.自动化专业的课程体系与知识结构4.自动化专业的就业5.自动化专业的考研与出国6.大学四年的安排和计划3自动化系的两个专业自动化专业信息与控制学院自动化系测控专业4从科学理论地角度来看，20世纪上半叶的三大伟绩是相对论、量子论和控制论可以称它们为三项科学革命，是人类认识客观世界的三大飞越。1自动化专业Yuhong.Wang,[e-mail]51955年，钱学森回国1955年，钱学森回国，带回了两样东西：原子弹和控制论1自动化专业1.1自动化的概念自动化是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程），在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标。广义地讲，自动化还包括模拟或再现人的智能活动。1自动化专业6人工控制原理眼：测量实际液位H——检测过程。脑：将实际液位H和期望液位HS比较，根据两者偏差正负及大小作出决策。——比较、分析、决策过程。手：执行大脑命令，调节阀门开度。——执行过程。sH例：液位控制系统期望液位：iQHAoQu1自动化专业78原理方框图：实际液位脑眼给定值sHe手u水槽HoQ扰动H测量值iQ1自动化专业9自动控制原理变送器(眼）：测量实际液位H并进行物理转换。控制器（大脑）：也叫调节器，将测量值mv和给定值sv相比较，根据两者的偏差进行运算，输出控制信号u。iQHAoQuLCsvmv执行器（手）：也叫调节阀，改变阀门开度。oQ1自动化专业10自动控制原理方块图：实际液位控制器变送器给定值sHe执行器u水槽HoQ扰动H测量值iQ实际液位脑眼给定值sHe手u水槽HoQ扰动H测量值iQ1自动化专业11被控对象自动控制系统组成：控制器测量变送器给定输入re执行器u被控对象cd扰动输入输出b测量值自动控制装置1自动化专业控制与自动化技术发展至今，可以说是已从“人类手脚的延伸”扩展到“人类大脑的延伸”。控制与自动化技术时时在为人类“谋”福利，可谓无所不在、无处没有。1自动化专业12自动化的魅力自动化设备能克服人的局限性——生理阈值，完成人无法完成的工作，如：①人易出错，自动化设备与系统完成作业的一致性与重复性要远高于人，使生产的产品质量大幅度地提高；②人的视觉、人的手，无法完成精确（精细）动作，因而集成电路的制作必须采用高精尖的自动化设备；③人的“庞大”的躯体，无法在窄小空间中作业，从而各种管道（油管、水管）内的检修，需要各种管道机器人。④人无法承受高温、高压、深水、核等环境下的工作，必须采用各种自动化设备或机器人1自动化专业13自动化学科是一门多学科交叉的高技术学科，是当代高技术的集中体现与应用。自动化研究，宽、广，几乎无所不包，并且，伴随其它技术发展，越来越广。1自动化专业1.2自动化学科（专业）的特点（1）学科特点14（2）专业特点具有中国的特色、创新，主要特点有：*具有多学科交叉、内涵丰富、外延宽广的特点，因而利于培养宽口径、多面手、综合复合型人才；*得益于具有方法论性质的科学方法、科学思想的熏陶，思想更开阔、也更有深度，非常利于培养具有创新能力的人才。*突出系统与集成的思想、方法，有利于培养“将才”与“帅才”。1自动化专业15（3）学自动化的特点在所有学工的学生中，学自动化学习的计算机仅次于计算机专业。在所有学工的学生中，学自动化需要的数学知识最多。自动化专业基础面宽，需要学的知识多，并要求扎实。1自动化专业16从而：学自动化专业的适应面宽、分配好，且工作易成功。这符合大学改革的方向——宽基础、宽专业面1自动化专业17（2）、机械制造自动化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。数控技术和数控系统：数控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、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。数控技术是美国从数控机床的研制开始的。几十年来，数控装置和数控机床经历了研究、试制（1948~1955年）、在工业上应用（1956~1959年）和高速度发展（1960年到现在）三个发展阶段。实践经验证明，数控装置和数控机床在提高生产效率、节省人力、提高加工精度、降低加工费用等方面都具有很大的优越性。数控技术在近几年来获得了极为迅速的发展，它不仅在机械加工中越来越普遍得到应用，而且在其他设备中也广泛应用。例如：数控精密火焰切割机和电火花切割机、数控弯扳机、数控弯管机、数控压力机、数控绘图机、数控电焊机等。特别是高效自动化机床，是机床自动化方面一个新的、重要发展方向。数字控制机床的出现，标志着机床工业进入了一个新的发展阶段，也是当前工业自动化的主要发展方向之一。2自动化专业应用范畴18柔性制造系统：是在计算机直接数控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，而且还能在一定范围内完成不同工件的加工任务。柔性制造系统由加工系统（多台制造设备）、物流系统（设备间自动传输材料、工具和产品零件）、中央管理系统（执行整个系统的生产计划与作业调度、集中监控以及加工程序管理等工作）组成。计算机集成制造系统：是在自动化技术、计算机技术及制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂全部生产活动（设计、制造及经营管理，包括市场调研、生产决策、生产计划、生产管理、产品开发、产品设计、加工制造以及销售经营等）与整个生产过程有关的物料流与信息流实现高度统一的综合化管理，把各种分散的自动化系统有机地集成起来，构成一个优化的完整的生产系统，从而获得更高的整体效益，缩短产品开发制造周期、提高产品质量、提高生产率、提高企业的应变能力和竞争能力。2自动化专业应用范畴19（1）、过程工业自动化过程工业包括电力、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，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。研究这些工业的控制和管理成为人们十分关注的领域，是本学科非常重要的应用领域之一。过程控制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，提高自动化水平，优化生产过程（提高产品的产量和质量，降低原材料和能源的损耗），加强生产管理，最终显著地增加经济效益。近年来迅速发展起来的现场总线网络控制系统，更是控制技术和计算机技术高度结合的产物。与机械制造系统中的计算机集成制造系统类似，计算机集成生产系统将计划优化、生产调度、经营管理和决策引入计算机控制系统，计算机集成生产系统是过程工业自动化的最新成就和发展方向，是自动控制与自动化技术非常重要的应用领域。2自动化专业应用范畴20（3）、电力系统自动化不管是何种形式的电力系统，对其都有三个方面的基本要求：安全性、经济性和必要的供电质量。为了满足这些基本要求，电力系统自动化是必不可少的。首先，安全供电离不开自动化。即使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、燃烧情况以及汽轮发电机的电流、电压、轴承温度等参数需要进行检测和监控。这些都是电力系统基础自动化的基本内容。目前单个的电力系统已经很少见，由不同规模、不同性质的电力系统形成复杂的联网已经成为电力系统发展的必然趋势。此时，简单的单项自动装置已经不能解决问题，要检测和识别更多的参数，并及时地做出正确的综合判断。2自动化专业应用范畴21其次，经济运行需要自动化。若干联网电厂总的经济性和单个机组经济性的考虑出发点不同，不能只考虑单个机组的经济性。对于火力发电厂，不但要考虑每个电厂煤耗率、煤耗微增率（即增加单位负荷所需的煤耗量），还要考虑不同电厂在输电过程中的不同线路损耗。电力系统形成复杂的联网时，有多个电厂向电网输入电力，由于环网之间的出力分配相互影响，人们将面临一个多输入、多输出的大系统，它有大量、复杂的信息处理，还需要进行负荷预测。这些必须借助基于计算机的自动化管理与控制系统才能达到希望的效果。再次，供电质量的自动化要求。供电质量主要指电压质量和频率质量。例如频率下降时，鼓风机出力减少，锅炉给水泵打不上水，火力发电厂的锅炉将不能运行；油泵不能供应轴承润滑油，汽轮发电机的轴瓦将被烧坏。频率变化对电子设备的影响更大。电压质量直接影响到用户的用电质量。电压过高会损害用电电器，或影响其寿命；电压过低则电灯不亮，荧光灯不能启动，甚至会由于转矩不够而烧坏电动机。自动调节发电机的端电压、保护用户电压稳定、自动调节频率是电力系统自动化的主要任务之一。2自动化专业应用范畴22（4）、飞行器控制飞行器是人类征服自然、改造自然过程中发明的重要工具。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、宇宙飞船、航天飞机等。不管是何种飞行器均离不开自动控制系统。而且不同的飞行器其控制系统也各不相同，系统的性能、功能和结构可能截然不同。因此飞行器是自动控制最重要的应用领域，许多先进的、新型控制理论和技术正是为了适应飞行器工程的高要求而发展起来的。导弹控制系统：其主要任务是：控制导弹有效载荷的投掷精度（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；在发射前对飞行器进行可靠、准确的检测和操纵发射。由于飞行时间一般较短，但却经受着内外干扰、多种环境条件的恶劣影响，因而往往偏离预计轨道和预计飞行状态。控制系统的作用就是消除或减小这些干扰和影响的后果，控制导弹准确、可靠地完成飞行动作，最后飞向目标。2自动化专业应用范畴23导航系统：导航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、计算几个环节组成并给出飞行器初始状态和飞行运动参数的系统则称为导航系统。例如近几年发展和完善起来的全球卫星定位系统。不仅飞行器需要导航系统，车辆、舰船也不同程度地离不开导航系统。制导系统：其主要功能是利用导航系统提供的飞行器运动参数，对飞行器运动进行控制，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精度命中目标。对于打击远距离固定目标的地对地导弹，一般是将导弹自身的实时运动参数与事先设计好的标准弹道相比较，由此获得误差信号，根据一定的制导规律（控制算法）来控制导弹的运动，最终使导弹沿标准弹道飞行直到命中目标。随着控制理论的不断发展，许多新的制导规律正在不断发展完善。飞行器控制系统还有：姿态控制系统、飞行控制电子综合系统、测试与发射控制系统等。2自动化专业应用范畴24（5）、智能建筑一般认为智能建筑包括三大基本要素，即楼宇自动化系统，通信自动化系统和办公自动化系统，三者是有机结合在一起的。楼宇自动化系统实现对大楼供电、照明、报警、消防、电梯、空调等设备子系统的监控和管理，对设备运行参数进行实时控制与监视，对动力设备进行节能控制，对设备非正常运行状态报警，从而实现对设备的优化管理与控制，保障设备运行的安全性和可靠性。通信自动化系统是大厦智能化的“中枢神经”。它由各种通信设备、通信线路以及相关计算机软件组成。它主要包括传送话音、数据和图象的基本通信网络；实现楼层间各种终端、微机、工作站之间通信的楼层局域网；沟通楼群或楼内计算机与楼内各个局域网间通信联系的高速主干网以及与公共信息资源（如Internet）相通的远程数据通信网。智能大厦的办公自动化系统具有文字处理、资料管理、行政管理、图象或图形处理、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、故障诊断及恢复、信息处理及网络性能等进行监控。2自动化专业应用范畴256．智能交通系统交通运输是国民经济支柱性产业，对人类的生产、生活有着非常重要的影响。每个国家都面临道路交通日益拥挤、路网通行能力不能满足交通量增长需要的问