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​自动控制与自动化技术的应用范畴

发表时间:2021-05-03 10:01

1、机械制造自动化

(1)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)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。

(3)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、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。

早期的过程控制系统主要采用基地式仪表、气动单元组合式仪表、电动单元组合式仪表等传统技术工具,尽管这些仪表、工具在过程工业的多数工厂中还在应用,但随着微处理器和工业计算机技术的发展,目前广泛采用可编程单回路、多回路调节器以及分布式计算机控制系统。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。

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。

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。

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。

(1)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)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。

(3)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。

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。

6.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题。智能交通系统正是为了改变现在的交通状况、减轻交通拥挤、减少交通事故、制止交通环境的恶化,使现代化的交通更好的为经济建设服务而出现和发展起来的一个综合领域,自动控制和自动化技术在其中扮演着十分重要的角色。该系统将采集到的各种道路交通及服务信息经交通管理中心集中处理后,传输到公路运输系统的各种用户(驾驶员、居民、警察局、停车场、运输公司、医院、救护排障等部门),出行者可实时选择交通方式和交通路线;交通管理部门可自动进行合理的交通疏导、控制和事故处理;运输部门可随时掌握车辆的运行情况,进行合理调度。最终,使路网上的交通流运行处于**状态,从而改善交通拥挤和阻塞,**限度地提高路网的通行能力,提高整个公路运输系统的机动性、安全性和生产效率

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