《自動化控制系統(tǒng)課件》教程

自動化控制系統(tǒng)課程PPT教程本教程將帶您深入了解自動化控制系統(tǒng)，從基礎(chǔ)概念到實際應(yīng)用，涵蓋傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、控制系統(tǒng)模型、控制器設(shè)計、編程和典型應(yīng)用。課程大綱1概述2傳感器技術(shù)3執(zhí)行機構(gòu)4控制系統(tǒng)模型5控制系統(tǒng)分析6控制器設(shè)計7編程8應(yīng)用9總結(jié)及展望1.自動化控制系統(tǒng)概述什么是自動化控制系統(tǒng)？自動化控制系統(tǒng)是指利用電子技術(shù)、計算機技術(shù)和控制理論，對工業(yè)生產(chǎn)過程、設(shè)備運行或其他技術(shù)過程進行自動控制的系統(tǒng)。自動化控制系統(tǒng)的重要性提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)安全性。1.1自動化控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1傳感器感知被控對象的信號，并將其轉(zhuǎn)換為電信號。2控制器接收傳感器信號，根據(jù)控制算法發(fā)出控制指令。3執(zhí)行機構(gòu)接收控制指令，驅(qū)動被控對象改變狀態(tài)。4被控對象需要被控制的機器或過程。1.2自動化控制系統(tǒng)的分類按控制方式分類開環(huán)控制、閉環(huán)控制、組合控制。按控制對象分類工業(yè)過程控制、機電系統(tǒng)控制、機器人控制、航空航天控制。按控制理論分類經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論、智能控制。2.傳感器技術(shù)傳感器的作用傳感器是自動化控制系統(tǒng)的重要組成部分，它們負責感知被控對象的信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號。傳感器的特點精度高、靈敏度高、響應(yīng)速度快、可靠性高、成本低。2.1常用傳感器介紹溫度傳感器熱電偶、熱電阻、半導體溫度傳感器。壓力傳感器壓阻式壓力傳感器、應(yīng)變式壓力傳感器。流量傳感器渦街流量計、電磁流量計、超聲波流量計。液位傳感器浮球液位計、超聲波液位計、電容式液位計。2.2傳感器的選擇與應(yīng)用測量精度選擇精度滿足控制需求的傳感器。響應(yīng)速度選擇響應(yīng)速度足夠快的傳感器，以滿足控制要求。環(huán)境適應(yīng)性選擇能適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境溫度、濕度、振動等因素的傳感器。2.3信號調(diào)理電路放大電路將傳感器輸出的微弱信號放大到控制器可以處理的信號范圍。濾波電路濾除傳感器信號中的噪聲和干擾。線性化電路將傳感器的非線性輸出轉(zhuǎn)換為線性信號。3.執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)的作用執(zhí)行機構(gòu)是自動化控制系統(tǒng)中接收控制器發(fā)出的控制指令，并驅(qū)動被控對象改變狀態(tài)的部件。執(zhí)行機構(gòu)的特點執(zhí)行速度快、響應(yīng)時間短、可靠性高、壽命長、維護方便。3.1執(zhí)行機構(gòu)分類按驅(qū)動方式分類電動執(zhí)行機構(gòu)、氣動執(zhí)行機構(gòu)、液壓執(zhí)行機構(gòu)。按控制方式分類開環(huán)執(zhí)行機構(gòu)、閉環(huán)執(zhí)行機構(gòu)。按執(zhí)行功能分類閥門執(zhí)行機構(gòu)、電機執(zhí)行機構(gòu)、液壓缸執(zhí)行機構(gòu)。3.2常用電動執(zhí)行機構(gòu)電機用于驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，將電能轉(zhuǎn)換為機械能。減速機降低電機轉(zhuǎn)速，提高扭矩。編碼器測量電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，反饋給控制器。3.3氣動執(zhí)行機構(gòu)1氣缸利用壓縮空氣推動活塞，實現(xiàn)線性運動。2氣閥控制氣缸進出氣流的方向和流量。3氣源提供壓縮空氣。4.控制系統(tǒng)的數(shù)學模型模型的作用建立控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，可以幫助我們分析控制系統(tǒng)性能、設(shè)計控制器。模型的種類傳遞函數(shù)模型、狀態(tài)空間模型、微分方程模型。4.1基本概念1輸入信號作用于控制系統(tǒng)的外部信號。2輸出信號控制系統(tǒng)對輸入信號的響應(yīng)信號。3傳遞函數(shù)描述控制系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的數(shù)學表達式。4.2一階系統(tǒng)4.3二階系統(tǒng)5.控制系統(tǒng)的響應(yīng)分析時間域分析分析系統(tǒng)對輸入信號的響應(yīng)曲線，如階躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng)等。頻域分析分析系統(tǒng)對不同頻率信號的響應(yīng)特性，如幅頻特性、相頻特性等。5.1時間域分析1上升時間系統(tǒng)輸出從初始值上升到最終值的90%所需的時間。2峰值時間系統(tǒng)輸出達到第一個峰值所需的時間。3調(diào)整時間系統(tǒng)輸出達到最終值的±5%范圍并保持在這個范圍內(nèi)的所需時間。5.2頻域分析幅頻特性描述系統(tǒng)輸出信號幅值隨輸入信號頻率變化的關(guān)系。相頻特性描述系統(tǒng)輸出信號相位隨輸入信號頻率變化的關(guān)系。6.控制器設(shè)計控制器的作用控制器是自動化控制系統(tǒng)的核心部件，它根據(jù)控制算法，接收傳感器信號并發(fā)出控制指令。控制器的種類PID控制器、模糊控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器等。6.1PID控制器1比例控制根據(jù)偏差大小，輸出比例控制信號。2積分控制消除穩(wěn)態(tài)誤差，使系統(tǒng)輸出更準確。3微分控制預測偏差變化趨勢，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。6.2先導控制開環(huán)控制控制器輸出直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。閉環(huán)控制控制器根據(jù)反饋信號調(diào)整輸出。6.3自適應(yīng)控制自適應(yīng)性控制器根據(jù)被控對象參數(shù)的變化，自動調(diào)整控制參數(shù)。智能性利用人工智能技術(shù)，提高控制系統(tǒng)的智能化水平。應(yīng)用工業(yè)過程控制、機器人控制。7.自動化控制系統(tǒng)編程編程語言梯形圖、指令表、功能塊圖、結(jié)構(gòu)化文本。編程工具PLC編程軟件、嵌入式開發(fā)環(huán)境。7.1PLC程序設(shè)計1輸入處理讀取傳感器信號。2邏輯運算根據(jù)控制邏輯，進行邏輯運算。3輸出處理控制執(zhí)行機構(gòu)。7.2嵌入式控制系統(tǒng)編程硬件平臺選擇合適的微控制器和外設(shè)。軟件開發(fā)使用嵌入式開發(fā)工具，編寫控制程序。調(diào)試測試對程序進行調(diào)試和測試。8.自動化控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)自動化生產(chǎn)線自動化、機器人自動化、物料搬運自動化。智能建筑自動化樓宇自控、安全監(jiān)控、能源管理。農(nóng)業(yè)自動化溫室控制、灌溉系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)機械自動化。8.1工業(yè)生產(chǎn)自動化汽車制造焊接、噴漆、組裝等環(huán)節(jié)的自動化。半導體制造芯片制造過程的自動化控制。8.2智能建筑自動化節(jié)能環(huán)保智能燈光、空調(diào)、供水系統(tǒng)的控制。安全監(jiān)控門禁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、火災報警。便捷舒適智能家居、智能電梯、智能停車場。8.3農(nóng)業(yè)自動化1溫