最新自动化科学与技术(杨宜民).ppt

自动化科学与技术自动化科学与技术第三章第三章控制工程控制工程杨宜民杨宜民研究生示范课程课件第三章第三章控制工程控制工程 引言引言控制工程是自动化科学技术学科中有关工程实现控制工程是自动化科学技术学科中有关工程实现的理论与技术。它包括传感器技术、被控对象的建模、的理论与技术。它包括传感器技术、被控对象的建模、控制系统的分析与综合、各种先进制造技术、控制系控制系统的分析与综合、各种先进制造技术、控制系统的实验及仿真等内容。控制工程研究各种工程系统统的实验及仿真等内容。控制工程研究各种工程系统的控制和设计问题,从单一自动化装置到一个生产过的控制和设计问题,从单一自动化装置到一个生产过程的自动化,直到整个工厂、企业的控制、管理和经程的自动化,直到整个工厂、企业的控制、管理和经营决策一体化等都是其研究的内容。其中既有理论、营决策一体化等都是其研究的内容。其中既有理论、方法等基础问题,又有与工程实践相关的技术问题。方法等基础问题,又有与工程实践相关的技术问题。 传感器传感器 传感器的定义与分类传感器的定义与分类传感器的定义:把非电量的物理量转换为电量的传感器的定义:把非电量的物理量转换为电量的器件。器件。按使用材料及工作方式来分,传感器可分为:谐按使用材料及工作方式来分,传感器可分为:谐振式传感器、溅射薄膜式传感器、光纤式传感器、半振式传感器、溅射薄膜式传感器、光纤式传感器、半导体固态传感器、硅场效应管式传感器及生物传感器。导体固态传感器、硅场效应管式传感器及生物传感器。这些传感器的作用、特点等见表这些传感器的作用、特点等见表 。。 。 20年来发展起来的传感器技术正向多品种、系列化方向发展。已实用的如溅射薄膜应变式压力传感器已付实用。 。航空、航天及石油、化工等部门。性能稳定,适用温度范围宽, 可靠性好,小型,响应快。力、压力等温度。 ,典型产品为谐振筒式压力传感器 、硅谐振子式 80年代初开发。 。航空、航天、气象以及各部门的过程检测与控制的精密测量场合。输出频率便于与微处理机结合,精度高(大约 % . ),稳定性、可靠性好。物理、化学等多种参数, 如压力、流量、转角、温度、密度、气体成分等。 、硅谐振子式 ,国内产品性能差些, 正在研制多种结构型式压阻式传感器。国外正在发展硅电容式传感器,国内也开始研制(性能稳定)。适用于各工业部门。超小型,便于集成,适用于大量生产,一般为中等精度等。物理、化学、生物等多种参数,如力、热、磁、光、色等。半导体固态传感器已实用的多为非本征型。本征型尚在研制中。当前重点研制光纤传感器、光纤陀螺,分布式光纤传感器也是重点发展方向之一。适用各工业部门, 在航空、航天应用前景广阔。非接触测量、抗电磁干扰、可挠性等。物理、化学、医学等多种参数,如电流、电压、振动、声、转角、浓度等。光纤传感器发展状况应用特点被测量传感器以日、美、德较先进。生物医学诊断。电子电路与生物材料(如敏感膜)相结合构成探针式生物传感器。各种生理、生化过程参数。 80 年代,发展前景广阔。 ISFETS 在化学、生物医学中有广泛应用前景, 如 PH- ISFET 等(探针式)。 Gas- FETs 用于环境监测、气体成分分析等。体积小,有效工作表面极小, 微型化,响应快。化学、生物医学气体成分。 ( ISFETS ) ( GasFETs ) 硅场效应管式传感器 简单自动化系统简单自动化系统简单的自动化系统结构框图为图简单的自动化系统结构框图为图 所示。所示。在图在图 中,传感器可以是中,传感器可以是 1 1个,也可以是多个。个,也可以是多个。可见,传感器的作用:用于检测被控对象某一或某些可见,传感器的作用:用于检测被控对象某一或某些物理量,并构成闭环系统,以提高控制系统的性能。物理量,并构成闭环系统,以提高控制系统的性能。图图 简单的自动化系统的结构框图简单的自动化系统的结构框图 传感器信息融合技术传感器信息融合技术 传感器信息融合技术的定义传感器信息融合技术的定义传感器信息融合技术属于信息融合的范畴。由于传感器信息融合技术属于信