自动化概论结合应用电子论文1.docx

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自动化概论结合应用电子论文1

自动化概论论文

自动化专业教育是伴随着自动化技术在社会生产、生活中的广泛应用而兴起的.它主要研究自动控制的原理和方法,自动化单元技术和集成技术及其在各类控制系统中的应用.在这一领域,美国处于世界领先水平.由于自动化技术的广泛应用,社会对这一专业的人才需求也大为增加,

  自动化，它是一个现代化的象征，它充满着神奇与不可知。

许多的领域上都运用自动化，例如，军事、工业以及农业生产中处处可见。

我对它的第一认识就是通过网上资料得知的。

自动化（Automation）是指工具或生产过程中不依赖或少量依赖人的干预而主要依赖预设的指令和程序自动完成工作的过程。

对于我来说，我是学习电子的，对于这些工科知识比较感兴趣，平时喜欢动手研究，例如：

我小时候喜欢玩微型四驱车，对于这玩具的每一部分都非常熟悉，我可以在很短的时间内把一堆零件拼成一部完整的四驱车；到了初中的时候，我喜欢自己维修家电，经常把家中的电风扇、电话、电视遥控器等，我开始爱上电路板，我觉得它非常有趣，小小的东西就可以把一件大大的物体控制自如，我那时就学会如何使用电热烙；而到了高中的时候，我接触了电脑，电脑实在太神奇了，一台这样小小的东西就可以控制了生活中的各种不同的、复杂的、麻烦的工具。

我选择了工科，选修了自动化专业是未来更好地了解它，更好地学习我的专业，与我的专业相结合去运用它，提高自己的动手能力。

我很庆幸选修了自动化专业。

不过，我觉得我的知识只是很少很宏观化的一部分，以后还要多加学习才行。

   下面我就分几部分介绍下自动化。

这些东西好些部分是网上查阅的，我自身的理论很有待提高。

   我对自动化、自动控制系统及自动化专业的认识。

   自动化就是在无人人工操作或干预的情况下，系统能够按照预先设定好的程序自动工作。

自动化主要是人造系统的问题，如工厂中的机床、飞行器的飞行姿态控制等。

而相比之下自动控制的概念就要广泛一些，它不仅涉及人造系统问题，还涉及社会的方方面面，如环境的控制、人口的控制、经济的控制。

   自动控制系统是随着自动化学科的发展应运而生的，学者们把“转速自动调节系统”和“伺服机构”统一起来“自动控制系统”。

其中伺服系统又叫做“随动系统”，它的特点是给定环节的信号是我们未知的，我们需要按照未知的规律来控制被控制量。

由此可见，自动控制系统是一个不断变化的、动态的系统。

   自动控制系统分为几个部分：

给定环节、比较环节、执行环节。

   给定环节，顾名思义给出输入信号反馈环节，通过对系统输出测量，将它转换成反馈信号；比较环节，对输入信号和反馈信号测量比较，从而产生“误差”信号，控制器就按照它实行调节；执行环节是将控制信号进行放大，是被控对象的被控量变化。

   自动控制系统又分了很多种：

恒值自动调节系统、程序自动控制系统、伺服系统。

恒值自动调节系统应用于克服各种对于被调节量的扰动而带来的控制问题，程序自动控制系统应用于给定信号已知的情况，这是与伺服系统相反的。

它的控制方式又可以细分为开环控制系统、反馈控制、复合控制。

其中在工业上用的最多的是反馈控制。

它的关键在于对系统输出量进行测量，将它转换成反馈信号。

   对于自动化专业，我想它是一个大有前景、应用广泛的“万金油”专业。

它可以使人们从繁重的工作中解脱出来，更好的享受科技给我们带来的乐趣。

自动化专业是在不断向前发展的、工业化与信息化相结合的一门技术，自动化专业已从早期的局部自动化发展到了综合自动化时代，一些新技术和其它学科的发展与它相互促进，共同发展。

按照这些思路已经研究出的智能控制的理论和技术有专家控制系统、模糊控制系统、神经控制系统及学习控制系统等。

它应用广泛是因为它在我们生活中所占有的重要地位所决定的。

/火力发电、柔性生产线、彩印伺服系统无不是它应用广泛的生动例证。

     概述:

自动化专业主要研究的是自动控制的原理和方法，自动化单元技术和集成技术及其在各类控制系统中的应用。

它以自动控制理论为基础，以电子技术、电力电子技术、传感器技术、计算机技术、网络与通信技术为主要工具，面向工业生产过程自动控制及各行业、各部门的自动化。

它具有“控（制）管（理）结合，强（电）弱（电）并重，软（件）硬（件）兼施”鲜明的特点，是理、工、文、管多学科交叉的宽口径工科专业。

学生在毕业后能从事自动控制、自动化、信号与数据处理及计算机应用等方面的技术工作。

就业领域也非常宽广，包括高科技公司、科研院所、设计单位、大专院校、金融系统、通信系统、税务、外贸、工商、铁道、民航、海关、工矿企业及政府和科技部门等。

   本专业培养的学生要具备电工技术、电子技术、控制理论、自动检测与仪表、信息处理、系统工程、计算机技术与应用和网络技术等较宽广领域的工程技术基础和一定的专业知识，能在运动控制、工业过程控制、电力电子技术、检测与自动化仪表、电子与计算机技术、信息处理、管理与决策等领域从事系统分析、系统设计、系统运行、科技开发及研究等方面工作的高级工程技术人才。

 本专业学生主要学习电工技术、电子技术、控制理论、信息处理、系统工程、自动检测与仪表、计算机技术与应用和网络技术等方面的基本理论和基本知识，受到较好的工程实践基本训练；具有系统分析、设计、开发与研究的基本能力。

毕业生应获得以下几方面的知识和能力：

  具有较扎实的自然科学基础，较好的人文社会科学基础和外语综合能力；

  掌握本专业领域必需的较宽的技术基础理论知识，主要包括电路理论、电子技术、控制理论、信息处理、计算机软硬件基础及应用等；◆较好地掌握运动控制、工业过程控制及自动化仪表、电力电子技术及信息处理等方面的知识，具有本专业领域1—2个专业方向的专业知识和技能，了解本专业学科前沿和发展趋势；

 获得较好的系统分析、系统设计及系统开发方面的工程实践训练；◆在本专业领域内具备一定的科学研究、科技开发和组织管理能力，具有较强的工作适应能力。

   自动化专业主要研究的是自动控制的原理和方法，自动化单元技术和集成技术及其在各类控制系统中的应用。

它以自动控制理论为基础，以电子技术、电力电子技术、传感器技术、计算机技术、网络与通信技术为主要工具，面向工业生产过程自动控制及各行业、各部门的自动化。

它具有“控（制）管（理）结合，强（电）弱（电）并重，软（件）硬（件）兼施”等鲜明的特点，是理、工、文、管多学科交叉的宽口径工科专业。

学生在校时一般学习半导体变流技术、自动控制系统、电力拖动与电气控制、最优控制、微型计算机控制技术、计算机通讯与网络、数字信号处理、软件工程、传感器原理、自动检测技术、系统工程概论、运筹学和情报检索等近40门课程。

本专业是一门适应性强、应用面广的工程技术学科。

旨在培养学生成为基础扎实、自动控制技术知识系统深入、计算机应用能力强的高级工程技术人才。

所以学生在毕业后都能从事自动控制、自动化、信号与数据处理及计算机应用等方面的技术工作。

就业领域也非常的宽广，比如高科技公司、科研院所、设计单位、大专院校、金融系统、通信系统、税务、外贸、工商、铁路、民航、海关、工矿企业及政府和科技部门等。

近年的就业去向主要是在系统集成、计算机软件硬件开发和通信等领域。

   由于20世纪下半叶，以信息技术为显著特征的第四次科技革命浪潮冲击着全球，对各国经济的发展起着极大的推动作用。

能否抓住这一难得的发展机遇，就决定了世界各国能否在未来的国际竞争中占有有利的地位。

我国在改革开放这一大好形势下，采取积极应对的态势，迎接着这一挑战。

党和国家领导人十分重视自动化技术对国民经济的巨大作用，制订出了相应的措施，加大对自动化专业教育的投资，在各高校纷纷设立实验室，改善教学环境以培养出更多出色的专业人才。

   本专业就业领域相关联的行业在近年来借助市场经济的搞活和对外开放程度的加深，也获得了飞速发展。

民航、铁路、金融、通信系统、税务、海关等部门的自动化程度越来越高，科研院所、高科技公司也借助强大的人才优势，发展迅猛。

未来随着自动化技术应用领域的日益拓展，对这一专业人才的需求将会不断增加，自动化专业的毕业生也将借助这一技术的广泛应用而在社会生活的各个领域、经济发展的各个环节找到发挥自己专长的理想位置。

   下面我举个我自己的专业，即应用电子技术与自动化相结合的例子。

一种直流电动机控制电路的设计

1引言

   直流电动机脉宽调制（PWM）控制器UC3637用于控制开环或闭环直流电动机速度或位置，其内部产生1路模拟误差电压信号，并输出2路PWM脉冲信号，这2路PWM脉冲信号与误差电压信号的幅值成正比，并与其极性相关，因此构成双向调速系统，实现PWM双输出，驱动电流能力为100mA，该器件还具有限流保护、欠电压封锁及温度补偿等特点。

而驱动集成电路IR2110对PWM信号具有自举功能。

有2路完全独立的高保真输入输出通道，且这2路通道具有开通慢、关断快的防桥臂直通的互锁功能，可使电路可靠工作。

这里采用UC3637和IR2110设计一种直流电动机PWM开环控制电路，并与计算机控制系统相结合，实现对某种舵系统直流电动机的控制，进而验证该电路的正确性。

2PWM开环控制电路

   该电路设计控制系统的目标是在计算机不同的给定信号下，电动机可快速达到指定位置，以满足系统性能要求。

控制原理框图如图1所示。

被控直流电动机M的转速由测速发电机G测得，测速发电机所测得的转速信号经A／D转换后的数字信号在计算机中与给定信号相比较，再经计算后输出数字控制信号，经D／A转换变为模拟信号送至UC3637的脉宽信号产生电路，从而实现对直流电动机的速度控制。

图2为基于UC3637的直流电动机PWM控制电路，该电路分为4部分：

脉宽信号产生电路、自举驱动电路、主电路、保护电路。

该电路产生5～10V的阈值电压，分别将U2=10V接引脚1，U1=5V接引脚3，这样三角波就在5~10V内变化，即电容CT连接的引脚2电压在5~10V内变化。

UK是从计算机输出经数模转换得到的电压，其范围为-10～+lOV，而UC3637需要5～10V的控制电压接引脚9和11，控制输出端的占空比。

利用R2~R5对控制电压UK进行电平转换，令R2=10kΩ、R3=18kΩ、R5=20kΩ，当UK=-10V时，应有UR=5V，由电路分流可以获得：

代入数据解得，R4=2kΩ。

   为避免工作过程中发生直通短路现象，应在UC3637的输出端引脚4和引脚7后各接一个RC延时电路，设需延时时间r=5μs，延时电路中所用电阻R6取5Ω，由公式可得：

   这样双路互补PWM脉冲信号在上升沿有几个微秒的延时，在下降沿无延时，与IR2110内部上下路信号设置的延时相结合，可确保“H”桥中同一桥臂的上下两个MOS管存在一个死区时间，从而保证电路工作安全稳定。

由于15V直流供电电源含有一定的交流杂波，故分别在引脚1、引脚3和15V电源前并联1只0．1μF的电容，以滤除交流杂波的干扰。

   2．2自举驱动电路

   该电路使用2个IR2110，这两个IR2110由4个MOS管组成的“H”桥电路相连接。

IR2110的供电电压为15V的电源电压UVD，其输出工作电源为悬浮电源，通过自举技术由固定电源得出。

自举技术利用升压二极管、自举升压电容，使电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高。

该技术可将电源电压值升高数倍，所以充电二极管VD的耐压能力必须大于高压母线的峰值电压。

为防止自举电容两端电压放电，则采用一个高频快恢复二极管。

自举电容C3的电容值对于5kHz以上的开关频率取O．1μF即可。

为向开关的容性负载提供瞬态电流，应在VCC与COM、VDD与VSS之间连接两只旁路电容，VCC上旁路用一只0．1μF的陶瓷电容和一只1μF的钽电容并联，而逻辑电源VDD上用一只0．1斗F的陶瓷电容即可，即电容C4、C5分别为1μF、0．1μF。

在具体布线时，IR2110是逻辑部分和功率变换部分的接口，逻辑信号地线和主功率电源的地线应合理布局，使负载回路的引线尽可能短，以减少回路电感，同时还要避免因布线而引起的负载电流在信号回路中流动产生的共模干扰。

   2．3主电路

   直流电动机的转速通过测速发电机测得，当被控直流电动机的转速小于给定转速时，计算机经D／A转换器输出控制电压UK，再经R2~R5电平转换成UR输入至引脚9和引脚11，使引脚4导通。

引脚4的导通信号经RC延时电路传输至IR2110

（1）的引脚10和IR2110

（2）的引脚12，分别使上通道引脚10和下通道引脚12导通。

这时2片IR2110间的“H”桥电路中的VF1、VF2被触发导通，电路给电动机提供正向的电流，电动机升速。

当被控直流电动机的转速大于给定转速时，UR使UC3637中的引脚7导通，引脚7的导通信号经RC延时电路传输至IR2110

（1）的引脚12和IR2110

（2）的引脚10，分别使下通道引脚12和上通道引脚1O导通。

这时“H”桥电路中的VF4、VF3被触发导通，流过电动机的电流反向，电动机降速。

在控制电路输出的上、下通道输入信号的作用下，VF1、VF2和VF4、VF3交替轮流导通，实现直流电动机的调速。

由于IR2110内部的驱动阻抗很小，直接用其驱动“H”桥中的MOSFET器件会引起快速开关，可能造成MOSFET漏源间电压振荡，从而损坏MOS管。

所有，应在IR211O的输出端和MOS管之间串接1个约20Ω的无感电阻。

   2．4保护电路

   在该电路中需限制流经直流电动机的电流，以保护电路的各元件。

TA为电流取样环节，由此构成对IR2110的过流保护。

电流传感器从电动机的旁路中对电流取样，将取样电流输入至IR2110的引脚11。

当电流过大时，SD为高电平，施密特触发器的S端被触发，Q为低电平，IR2110停止工作。

Vf为电压反馈信号，构成闭环调压网络。

该网络中，RS为电动机电流检测电阻，RS取值由允许的电动机最大电流决定。

检测信号从引脚12和引脚13输入。

设比较器C／L有200mV的阈值，则有

取Imax=8A，则：

RS=0．025Ω

   当电动机电流增大而使RS上的电压达到该阈值时，C/L输出高电平，令SRA和SRB复位至低电平，进而AOUT和BOUT变为低电平，停止输出。

   2．5实验验证

   在某种舵系统实验中，选用额定工作电压为27V，3W2111115679额定工作电流为1A的永磁直流电动机，根据实验的不同要求，电机系统可完成阶跃、正弦等运动，采用精密电阻电位计检测电机位置，经A／D转换反馈到计算机中与给定控制信号经一种自适应变结构控制得到1个输出信号，再经D／A转换送至UC3637的PWM控制器中，驱动电动机到期望的位置。

其中，信号的给定，反馈信号取样、控制算法及控制脉冲输出均由计算机完成。

图3、图4分别表示系统的数字仿真与实验曲线，其中曲线1为实验曲线，曲线2为一种自适应变结构控制的数字仿真曲线。

由图可知，运用该控制电路控制直流电动机是可行的。

3结论

   设计的直流PWM控制与驱动电路可用于控制直流电动机的速度控制和位置，具有良好的调速和驱动性能，可与不同的计算机控制算法相结合，从而实现不同的运动特性，具有一定的普适性。

   下面是我了解的一些关于自动化的发展宏观知识。

   自动化技术的发展

自动化技术的发展历史﹐大致可以划分为自动化技术形成﹑局部自动化和综合自动化三个时期。

自动化技术形成时期（18世纪末～20世纪30年代）

    1788年英国机械师J.瓦特发明离心式调速器（又称飞球调速器）﹐并把它与蒸汽机的阀门连接起来﹐构成蒸汽机转速的闭环自动控制系统（见图瓦特离心式调速器对蒸汽机转速的控制）。

瓦特的这项发明开创了近代自动调节装置应用的新纪元﹐对第一次工业革命及后来控制理论的发展有重要影响。

局部自动化时期（20世纪40～50年代）

    第二次世界大战时期形成的经典控制理论对战后发展局部自动化起了重要的促进作用。

在第二次世界大战期间，德国的空军优势和英国的防御地位，迫使美国﹑英国和西欧各国科学家集中精力解决了防空火力控制系统和飞机自动导航系统等军事技术问题。

在解决这些问题的过程中形成了经典控制理论，设计出各种精密的自动调节装置﹐开创了系统和控制这一新的科学领域。

综合自动化时期（20世纪50年代末起至今）

    20世纪50年代末空间技术迅速发展﹐迫切需要解决多变量系统的最优控制问题。

许多学者试图把经典控制理论推广到多变量系统的控制﹐都遭到了失败。

需要寻求新的理论和方法﹐于是诞生了现代控制理论。

现代控制理论的形成和发展为综合自动化奠定了理论基础。

在这一时期﹐微电子技术有了新的突破。

1958年出现晶体管计算机﹐1965年出现集成电路计算机﹐1971年出现单片微处理机。

微处理机的出现对控制技术产生了重大影响﹐控制工程师可以很方便地利用微处理机来实现各种复杂的控制﹐使综合自动化成为现实。

    1957年9月12日国际自动控制联合会（IFAC）在巴黎召开成立大会。

有18个国家的代表团出席了这次大会。

中国是发起国之一。

会上通过了大会的章程和细则﹐选举美国自动控制专家H.切斯特纳为IFAC第一届主席。

从1960年起每三年召开一次国际自动控制学术大会﹐并出版《自动学》﹑《IFAC通讯》等期刊﹐IFAC的成立标志着自动控制这一学科已经成熟﹐通过国际合作来推动系统和控制领域的新发展。

自动化技术的发展主要体现在以下两个方面：

一、三论：

系统论、信息论、控制论。

二、两个主题和一个关键。

主题：

稳定和优化，关键：

建立被控对象的控制。

自动化学科的发展，主要体现在其理论越来越丰富，并且在用理论解决实际课题方面有一系列重大突破。

理论的意义在于指导实践。

自动化正是因此而得到飞快的发展。

自动化技术的应用

自动化技术在机械加工、采矿冶炼、化学工业、电力系统、交通运输、农业生产、环境保护、医药卫生、军事技术、航空航天、科学研究、办公服务等领域都得到了广泛的应用。

例如：

机械制造自动化、过程工业自动化、电力系统自动化、飞行器控制、楼宇自动化与智能建筑……

   自动化领域正在进一步扩大，它是一个无限广阔的天地。

   事情不正是这样吗?

自动化的高度发展使航天事业出现奇迹,人们访问太空,来去自由.

   在工业上,计算机集成制造系统（CIMS:

ComputerIntegratedManufacturingsystem）使自动化无人工厂成为现实。

   自动化正在与其它学科相互交融，朝着更多的应用领域延伸，例如：

经济控制论的形成，直接推动了国民经济的发展；

   人口控制论的研究，为计划生育工作的决策起到指导作用，并造福与子孙后代；

   环境系统工程已经成为世界性的大课题。

人类为了生存与发展，必须采取各种措施来改善环境，自动化理论与技术在这方面大有作为；

   在国际关系领域、军事领域以及社会治安综合治理等领域，均离不开自动化学科的介入及其研究成果的应用。

   在交通管理领域也有其应用。

例如：

《巴黎的交通安全守护神》一文中描写了这样一个事例：

在巴黎的272路公交汽车线路上，一辆5785号公共汽车内发生了一起盗窃案，司机立即发出了警报。

这一信号被迅速传送到一个名为PC2000的监控站，那里的工作人员在核实警报无误后，立即通过无线电，命令距离最近的干预车辆驶向该车，以迅雷不及掩耳之势，有效地制服了罪犯，保证了车辆和乘客的安全。

还有著名的京九铁路客运系统也有自动化的应用。

如：

1.客运自动广播系统，2.列车到发微机通告系统，3.旅客引导系统，4.行包微机管理系统等等。

在农牧业中也有许多先进的自动化设备和技术。

如自动化农场……

   在社会的各个领域，我们都看到了自动化的身影。

我为能学自动化而感到骄傲！

   自动化的展望。

　 自动化是新的技术革命的一个重要方面。

自动化技术的研究﹑应用和推广﹐对人类的生产﹑生活等方式将产生深远影响。

生产过程自动化和办公室自动化可极大地提高社会生产率和工作效率﹐节约能源和原材料消耗﹐保证产品质量﹐改善劳动条件﹐改进生产工艺和管理体制﹐加速社会的产业结构的变革和社会信息化的进程。

现代生产和科学技术的发展﹐对自动化技术提出越来越高的要求﹐同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。

70年代以来，自动化开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展﹐并广泛地应用到国防﹑科学研究和经济等各个领域﹐实现更大规模的自动化﹐例如大型企业的综合自动化系统﹑全国铁路自动调度系统﹑国家电力网自动调度系统﹑空中交通管制系统﹑城市交通控制系统﹑自动化指挥系统﹑国民经济管理系统等。

自动化的应用正从工程领域向非工程领域扩展﹐如医疗自动化﹑人口控制﹑经济管理自动化等。

自动化将在更大程度上模仿人的智能﹐机器人已在工业生产﹑海洋开发和宇宙探测等领域得到应用﹐专家系统在医疗诊断﹑地质勘探等方面取得显著效果。

工厂自动化﹑办公自动化﹑家庭自动化和农业自动化将成为新技术革命的重要内容﹐并得到迅速发展。

自动化之我见（学习方法）

    学习自动化专业，我认为应该从以下几个方面做起。

   1.确立学习目标。

首先应该确立正确的学习目标。

自动化如此造福于人类，我们应该真正的把它学好，为社会和国家做出自己应尽的贡献。

   2.了解学习内容。

正确地把握所要学的内容，才能融会贯通。

   3.正确利用书籍。

多去借阅一下这方面的书籍，多关注最新的时事动态。

将自己与专业融为一体，真正体会其中的奥妙和乐趣。

   4.重视实践学习。

实践是检验真理的唯一标准。

多参与实践，才能提高我们的动手能力和创新能力。

总之，想在任何事情上学有所成，都必须遵循一定的方法。

只要方法得当，刻苦勤奋，自己又善于摸索，年龄和基础都不会成为成功的障碍。

相信自己，这就是我最后的总结。

自信才能成功！

兰亭序

永和九年，岁在癸丑，暮春之初，会于会稽山阴之兰亭，修禊事也。

群贤毕至，少长咸集。

此地有崇山峻岭，茂林修竹；又有清流激湍，映带左右，引以为流觞曲水，列坐其次。

虽无丝竹管弦之盛，一觞一咏，亦足以畅叙幽情。

是日也，天朗气清，惠风和畅，仰观宇宙之大，俯察品类之盛，所以游目骋怀，足以极视听之娱，信可乐也。

    夫人之相与，俯仰一世，或取诸怀抱，晤言一室之内；或因寄所托，放浪形骸之外。

虽取舍万殊，静躁不同，当其欣于所遇，暂得于己，快然自足，不知老之将至。

及其所之既倦，情随事迁，感慨系之矣。

向之所欣，俯仰之间，已为陈迹，犹不能不以之兴怀。

况修短随化，终期于尽。

古人云：

“死生亦大矣。

”岂不痛哉！

    每览昔人兴感之由，若合一契，未尝不临文嗟悼，不能喻之于怀。

固知一死生为虚诞，齐彭殇为妄作。

后之视今，亦犹今之视昔。

悲夫！

故列叙时人，录其所述，虽世殊事异，所以兴怀，其致一也。

后之览者，亦将有感于斯文。