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电气自动化技术毕业大作业专科论文
电气自动化毕业论文
前言
电气自动化是高等院校开设的一门工科专业，主要学习电子技术、
电工技术、信息控制、电气测量、计算机技术等方面较宽广的工程技
术基础和专业知识。本专业主要特点是强电弱电结合、电工技术与电
子技术相结合、软件与硬件结合、元件与系统结合，学生受到电工电
子、信息控制及计算机技术方面的基本训练，具有解决电气工程与自
动化领域技术问题的基本能力。
该专业是强电和弱电、计算机技术与电气控制技术交叉渗透的综
合型专业学科。电气工程及其自动化专业培养出的毕业生，以理论基
础扎实、专业知识面宽广、实践动手能力强、适应性强在国内有较好
的声誉。主干课程电路原理、电子技术基础、计算机技术（语言、软
件基础、硬件基础、单片机）、信号与系统、电磁场理论与应用、自
动控制原理、电机学、电力电子技术、电气测量、电力拖动与控制等。
就业方向适合到国民经济各部门从事与电气工程有关的系统运行、
自动控制、电力电子技术、信息处理、试验分析、研制开发等方面的
工作，也能在科研院所、高等学校从事电气信息与自动化技术相关的
研究开发、技术引进与改造及教学工作。
一、自动控制的基本概念
在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术得到了广泛的应用。
所谓自动控制，是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受
控对象，使被控量等于给定值或给定信号变化规律去变化的过
程。如图 1-1 所示。
控制装置和受控对象为物理装置，而给定值和被控量均为一定形
式的物理量。自动控制系统由控制装置和受控对象构成。对自动控制
系统的性能进行分析和设计则是自动控制原理的主要任务。
二、自动控制系统的基本构成及控制方式
1. 开环控制
其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。——《论语》
控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开
环控制。
开环控制的特点是系统结构和控制过程很简单，但抗扰能力差、
控制精度不高，故一般只能用于对控制性能要求较低的场合。
2. 闭环控制
控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，而且还有反向联系，
既有被控量对控制过程的影响，这种控制称为闭环控制，相应的控制
系统称为闭环控制系统。闭环控制系统又被称为反馈控制或按偏差控
制。
闭环控制系统是通过给定值与反馈量的偏差来实现控制作用的，
故这种控制常称为按偏差控制，或称反馈控制。此类系统包括了两种
传输信号的通道：由给定值至被控量的通道称为前向通道；由被控量
至系统输入端的通道称为反馈通道。闭环系统能减小或消除作用，但
若设计调试不当，易产生震荡设置不能正常工作。自动控制原理中所
讨论的系统主要是闭环控制系统。
3. 复合控制
反馈控制是在外部的作用下，系统的被控量发生变化后才做出相
应调节和控制的，在受控对象具有较大时滞的情况下，其控制作用难
以及时影响被控量，进而形成快速有效的反馈控制。前馈补偿控制，
则在测量出外部作用的基础上，形成与外部作用相反的控制量，该控
制量与相应的外部作用共同作用的结果，使被控量基本不受影响，即
在偏差产生之前就进行了防止偏差产生的控制。在这种控制方式中，
由于被控量对控制过程不产生影响，故它也属于开环控制。前馈补偿
控制与反馈控制相结合，就构成了复合控制。按输入前馈补偿的复合
控制和按扰动前馈补偿控制的复合控制。
自动控制系统的分类
自动控制系统的分类方法较多，常见的有以下几种。
1）线性系统和非线性系统
由线性微分方程或线性差分方程所描述的系统为线性系统；由非
线性方程所描述的系统称为非线性系统。
君子忧道不忧贫。——孔丘
2）定常系统和事变系统
从系统的数学模型来看，若微分方程的系数不是时间变量的函数
则称此类系统为定常系统。否则称为是事变系统。
若系统既是线性的又是定常的，则称之为线性定常系统。
3）连续系统、离散系统和采样系统
从系统中的信号来看，若系统各部分的信号都是时间的连续函数
即模拟量，则称此系统为连续系统，若系统中有一处或多处信号为时
间的
离散函数，如脉冲或数码信号，则称之为离散系统。若系统中既
有模拟量也有离散信号，则又称为采样系统。
4）恒值系统、随动系统和程序控制系统
若系统的给定值为一定值，而控制任务就是克服骚动，使被控量
保持恒值，此类系统称为恒值系统。若系统给定值按照事先不知道的
时间函数变化，并要求被控量跟随给定值的变化，则此类系统称为随
动系统。
若系统的给定值按照一定时间函数变化，并要求被控量随之变化，
则此类系统称为程序控制系统。
此外，根据组成系统的物理部件的类型，可分为机电控制系统、
液压控制系统、气动系统以及生物系统等。根据系统的的被控量，又
可分为位置控制系统、速度系统、温度控制系统等。
对控制系统性能的要求
一个理想的控制系统，在其控制过程中应始终使被控量等于给定
值。但是，由于系统中储能元件的存在以及能源功率的限制，使得运
动部件的加速度受到限制，其速度和位置难以瞬时变化。所以，当给
定值变化时，被控量不可能立即等于给定值，而需要经过一个过渡过
程，即瞬态过程。所谓瞬态过程就是指系统受到外加信号作用后，被
控量随时间变化的全过程。
瞬态过程可以反映系统内在性能的好坏，而常见的评价系统优劣
的性能指标也是从瞬态过程定义出来的。对系统性能的基本要求有三
个方面。
天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物。——《周易》
1）稳定性
稳定性是这样来表述的：系统受到外作用后，其瞬态过程的震荡
倾向和系统恢复平衡的能力。如果系统受到外作用力后，经过一段时
间，其被控量可以达到某一稳定状态，则称系统是稳定的，否则不稳
定的。2）快速性
快速性是通过瞬态过程时间长短来表征的，过渡过程时间越短，
表明快速性越好，反之亦然。快速表明了系统输出 c (t)对输入 r（t）
响应的快慢程度。系统响应越快，说明系统的输出复现输入信号的能
力越强。
3）准确性
准确性是由输入给定值与输出响应的终值之间的差值来表征的，
他反映了系统的稳定精度。若系统的最终误差为零，则称为无差系统，
否则称为有差系统。稳定性、快速性和准确性往往是互相制约的。在
设计与调试过程中，若过分强调系统的稳定性，则可能会造成系统响
应迟缓和控制精度较低的后果；反之，若过分强调系统响应的快速性，
则又会使系统的震荡加，剧 甚至引起不稳定。
自动控制理论发展简述
自动控制理论研究的是如何接受控制对象和环境特征，通过能动
地采集和运用信息，施加控制作用，使系统在变化或不确定的条件下
正常运行并具有预定功能。它是研究自动控制共同规律的技术科学，
其主要内容涉及受控对象、环境特征、控制目标和控制手段以及它们
之间的相互作用。
具有“自动”功能的装置自古有之，瓦特发明的蒸汽机上离心调
速器是比较自觉地运用反馈原理进行设计并取得成功的首例。麦克斯
韦对它的稳定性进行分析，于 1868 年发表的论文当属最早的理论工作。
从 20 世纪 20 年代到 40 年代形成了以时域法、频率法和根轨迹法为主
要内容的“经典”控制理论。60 年代以来，随着计算机技术的发展和
航天等高科技的推动，又产生了基于状态空间模型的“现代”控制理
论。
随着自动化技术的发展，人们力求使设计的控制系统达到最优的
其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。——《论语》
性能指标，为了使系统在一定的约束条件喜下，其某项性能指标达到
最优而实行的控制称为最优控制。
当对象或环境特性变化时，为了使系统能自行调节，以跟踪这种
变化并保持良好的品质，又出现了自适应控制。
虽然现代控制理论的内容很丰富，与经典控制理论相比较，它能
解决更多更复杂的控制问题，但对于单输入、单输出线性定常系统而
言，用经典控制理论来分析和设计，仍是最实用最方便的。
真正优良的设计必须允许模型的结构和参数不精确并可能在一定
范围内变化，即具有鲁棒性。这是当前的重要前沿课题之一，。另外，
使理论实用化的一个重要途径就是数学模拟和计算机辅助设计。
前面谈到的主要是针对线性系统的理论。近年来，在非线性系统
理论、离散事件系统、大系统和复杂系统理论等方面均有不同程度的
发展。智能控制在实用方面也得到了很快的发展，它主要包括专家系
统、模糊控制和人工神经元网络等内容。
总之，自动控制理论正随着技术和生产的发展而不断发展，而它
反过来又成为高新技术发展的重要理论根据和推动力。它在工程实践
中用得最多，也是进一步学习自动控制理论的基础。
第四章自动检测技术
自动检测技术是自动化科学技术的一个重要分支科学，是在仪器
仪表的使用、研制、生产、的基础上发展起来的一门综合性技术。
自动检测就是在测量和检验过程中完全不需要或仅需要很少的人
工干预而自动进行并完成的。实现自动检测可以提高自动化水平和程
度，减少人为干扰因素和人为差错，可以提高生产过程或设备的可靠
性及运行效率。
1. 自动检测的任务：
自动检测的任务主要有两种，一是将被测参数直接测量并显示出
来，以告诉人们或其他系统有关被测对象的变化情况，即通常而言的
自动检测或自动测试；二是用作自动控制系统的前端系统，以便根据
参数的变化情况做出相应的控制决策，实施自动控制。
2. 自动检测技术主要的研究内容：
子曰:“知者不惑，仁者不忧，勇者不惧。” ——《论语》
自动检测技术的主要研究内容包括测量原理、测量方法、测量系
统、及数据处理。
：
确定了被测量的测量原理和测量方法后，就要设计或选用装置组
成测量系统。目前的测量系统从信息的传输形式看，主要有模拟式和
数字式两种。
1）模拟式测量系统
模拟量测试系统是由传感器，信号调理器，显示、记录装置和
（或）输出装置组成。
2）数字式测量系统
数字式测量系统目前主要是带微机的测量系统，是由传感器、信
号调理器、输入接口、中央处理器组件、输出接口和显示记录等外围
设备组成。

1）实时性强
2）精确度高
3）可靠性高
4）通道多
5）功能强
检测技术的基本概念
检测技术是以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换以及信
息处理的理论和技术为主要内容的一门应用技术学科。
广义的讲，检测技术是自动化技术四个支柱之一，从信息科学角
度考察，检测技术任务寻找与自然信息具有对应关系的种种表现形式
的信号，以及确定二者间的定性、定量关系；从反映某一信息的多种
信号表现中挑选出在所处条件下最为合适的表现形式，以及寻求最佳
采集、变换、处理、传输、存贮、显示等方法和相应的设备。
信息采集是指，自然界诸多被检查与测量量中提取有用信息。