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自動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告
隨著自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展,自動(dòng)控制技術(shù)正逐步得到廣泛應(yīng)用。尤其是當(dāng)代,自動(dòng)控制技術(shù)迅猛發(fā)展、日新月異,深刻地影響了人類生活和人類命運(yùn)的各個(gè)方面。半導(dǎo)體微電子學(xué)、光學(xué)和光電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)等信息采集,下面是小編整理的相關(guān)內(nèi)容,希望對(duì)你有幫助。
一、自動(dòng)控制的應(yīng)用領(lǐng)域分析
自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究,幾乎涵蓋所有應(yīng)用科學(xué)知識(shí)與技術(shù)的結(jié)合,領(lǐng)域范圍及牽涉的科學(xué)知識(shí)與應(yīng)用工具相當(dāng)廣泛,作為交叉學(xué)科,自動(dòng)控制與其他很多學(xué)科有關(guān)聯(lián),尤其是數(shù)學(xué)和信息學(xué),在制造,醫(yī)藥,交通,機(jī)器人,以及經(jīng)濟(jì)學(xué),社會(huì)學(xué)中的應(yīng)用也都非常廣泛。自動(dòng)化控制的應(yīng)用領(lǐng)域一般可分為下列幾類:
1、工廠自動(dòng)化控制,又稱為生產(chǎn)自動(dòng)化控制,即利用自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備,一貫作業(yè)的生產(chǎn)方式,從事有效率的產(chǎn)品生產(chǎn)。2、設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制,即利用電腦軟件技術(shù)及應(yīng)用,將所需設(shè)計(jì)的資料,轉(zhuǎn)成控制程序或生產(chǎn)流程,而且以簡(jiǎn)單的圖或語言,來表示或執(zhí)行制造過程的自動(dòng)化控制的運(yùn)作。3、實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化控制,即利用自動(dòng)化設(shè)備與電腦軟件技術(shù)及應(yīng)用,或可編程控制器等設(shè)備,結(jié)合溫度、濕度、壓力、流量等傳感器,將實(shí)驗(yàn)室的控制程序或生產(chǎn)流程,及所需實(shí)驗(yàn)結(jié)果的資料,轉(zhuǎn)成簡(jiǎn)單的圖或語言,來表示或執(zhí)行實(shí)驗(yàn)室的自動(dòng)化控制作。4、檢測(cè)自動(dòng)化控制,即利用自動(dòng)化的檢測(cè)設(shè)備與電腦軟件技術(shù)及程式應(yīng)用,結(jié)合溫度、濕度、壓力、流量等傳感器設(shè)備,能自動(dòng)地檢測(cè)樣品,并將檢測(cè)的物理量的資料,轉(zhuǎn)成簡(jiǎn)單的圖或語言,來表示檢測(cè)結(jié)果。5、辦公室自動(dòng)化控制,即利用軟件程式技術(shù)及應(yīng)用,將辦公室的文書資料或文書檔案,做有效率的管理。6、家庭自動(dòng)化控制,即利用自動(dòng)化的設(shè)備與電腦軟件技術(shù)及程式應(yīng)用,結(jié)合家庭用設(shè)備,提高家庭舒適度與居家安全。7、服務(wù)自動(dòng)化控制,即利用自動(dòng)化的設(shè)備與電腦軟件技術(shù)及程式應(yīng)用,結(jié)合各式各樣的自動(dòng)化設(shè)備或傳感器,監(jiān)測(cè)、紀(jì)錄、轉(zhuǎn)接、通知、執(zhí)行運(yùn)作等,以供顧客或使用者,能快速處理相關(guān)作業(yè)或快速處理所遭遇的問題。
上述七大類自動(dòng)化控制的范疇及其相關(guān)產(chǎn)品與設(shè)備,占社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值相當(dāng)比重,對(duì)國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響很大,非常值得深思研究與發(fā)展應(yīng)用隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。
二、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展及基本內(nèi)容
經(jīng)典控制理論雖然具有很大的實(shí)用價(jià)值,但也有著明顯的局限性。其局限性表現(xiàn)在下面二個(gè)方面:第一,經(jīng)典控制理論建立在傳遞函數(shù)和頻率特性的基礎(chǔ)上,而傳遞函數(shù)和頻率特性均屬于系統(tǒng)的外部描述(只描述輸入量和輸出量之間的關(guān)系),不能充分反映系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài);第二,無論是根軌跡法還是頻率法,本質(zhì)上是頻域法(或稱復(fù)域法),都要通過積分變換(包括拉普拉斯變換、傅立葉變換、Z變換),因此原則上只適宜于解決“單輸入――單輸出” 線性定常系統(tǒng)的問題,對(duì)“多輸入――多輸出”系統(tǒng)不宜用經(jīng)典控制理論解決,特別是對(duì)非線性、時(shí)變系統(tǒng)更是無能為力。
現(xiàn)代控制理論正是為了克服經(jīng)典控制理論的局限性而在20世紀(jì)50、60年代逐步發(fā)展起來的,F(xiàn)代控制理論本質(zhì)上是一種“時(shí)域法”。它引入了“狀態(tài)”的概念,用“狀態(tài)變量”(系統(tǒng)內(nèi)部變量)及“狀態(tài)方程”描述系統(tǒng),因而更能反映出系統(tǒng)的內(nèi)在本質(zhì)與特性。從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)看,現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)變量法,簡(jiǎn)單地說就是將描述系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的高階微分方程,改寫成一階聯(lián)立微分方程組的形式,或者將系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)直接用一階微分方程組表示。這個(gè)一階微分方程組就叫做狀態(tài)方程。采用狀態(tài)方程后,最主要的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程采用向量、矩陣形式表示,因此形式簡(jiǎn)單、概念清晰、運(yùn)算方便,尤其是對(duì)于多變量、時(shí)變系統(tǒng)更是明顯。特別是在Kalman提出的可控性和可觀測(cè)性概念和極大值理論的基礎(chǔ)上,現(xiàn)代控制理論被引向更為深入的研究。現(xiàn)代控制理論研究的主要內(nèi)容包括三部分:多變量線性系統(tǒng)理論、最優(yōu)控制理論以及最優(yōu)估計(jì)與系統(tǒng)辨識(shí)理論。由于篇幅所限,有關(guān)現(xiàn)代控制理論研究的具體內(nèi)容請(qǐng)參見有關(guān)文獻(xiàn),這里從略。
三、自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展歷程分析
自動(dòng)控制(automatic control)是指在沒有人直接參與的情況下,利用外加的設(shè)備或裝置,使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和其他高技術(shù)的發(fā)展,自動(dòng)控制技術(shù)的水平越來越高,應(yīng)用越來越廣泛,作用越來越重要。自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展大致可分為以下幾個(gè)發(fā)展階段:40年代到60年代初,該階段以市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、資源利用、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度提高產(chǎn)品質(zhì)量、適應(yīng)批量生產(chǎn)需要等因素為需求動(dòng)力。主要技術(shù)特點(diǎn)為各種單機(jī)自動(dòng)化加工設(shè)備出現(xiàn),并不斷擴(kuò)大應(yīng)用和向縱深方向發(fā)展。60年代中到70年代初期,該階段以市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇,要求產(chǎn)品更新快,產(chǎn)品質(zhì)量高,并適應(yīng)大中批量生產(chǎn)需要和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度為需求動(dòng)力。主要特點(diǎn)為主要以自動(dòng)生產(chǎn)線為標(biāo)志,在單機(jī)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上,各種組合機(jī)床、組合生產(chǎn)線出現(xiàn),同時(shí)軟件數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)并用于機(jī)床。70年代中期至今,該階段以市場(chǎng)環(huán)境的變化,使多品種、中小批量生產(chǎn)中普遍性問題愈發(fā)嚴(yán)重,要求自動(dòng)化技術(shù)向其廣度和深度發(fā)展,使其各相關(guān)技術(shù)高度綜合,發(fā)揮整體最佳效能為需求動(dòng)力。主要特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)是把分散獨(dú)立的單元自動(dòng)化技術(shù)集成為一個(gè)優(yōu)化的整體。
隨著現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)新成果的推出和電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,為適應(yīng)宇航技術(shù)的發(fā)展,自動(dòng)控制理論跨入了一個(gè)新階段現(xiàn)代控制理論。主要研究具有高性能,高精度的多變量變參數(shù)的最優(yōu)控制問題,主要采用的方法是以狀態(tài)為基礎(chǔ)的狀態(tài)空間法。目前,自動(dòng)控制理論還在繼續(xù)發(fā)展,正向以控制論,信息論,仿生學(xué)為基礎(chǔ)的智能控制理論深入。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的 眾多領(lǐng)域中,自動(dòng)控制技術(shù)起著越來越重要的作用。
總而言之,在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、高新技術(shù)更新?lián)Q代頻繁的現(xiàn)代社會(huì),自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)成為促進(jìn)各個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)力量。自動(dòng)控制技術(shù)水平是反映一個(gè)國(guó)家社會(huì)進(jìn)步的一個(gè)重要標(biāo)志。人類在推進(jìn)自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的同時(shí),要實(shí)施綠色制造戰(zhàn)略,發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì),加大環(huán)保力度,提倡、引導(dǎo)和推進(jìn)資源節(jié)約的現(xiàn)代生產(chǎn)模式和健康文明的消費(fèi)模式,走可持續(xù)發(fā)展之路,建設(shè)社會(huì)主義和諧社會(huì)。
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