《控制系统数字仿真与CAD 第3版 教学课件 ppt 作者 张晓华 主编 _ 电气工程与自动化导论终稿-070201》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制系统数字仿真与CAD 第3版 教学课件 ppt 作者 张晓华 主编 _ 电气工程与自动化导论终稿-070201（107页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电气工程、自动化与 人类社会进步,张晓华 教授 /博士生导师 E-mail:xh_,主要内容导航,工业自动化教研室,电气工程学科/领域概述,结束语,自动化技术概述,工业自动化导论,电气工程学科/领域概述,一级学科：电气工程（电工）学科,学科划分与人才培养,博士生：博士后流动站 授权“一级学科” 本科生：“电气工程及其自动化” 专业合并宽口径培养,电气工程学科/领域概述,学科划分与人才培养,电机与电器（硕、博） 电力系统自动化（硕、博） 电力电子与电力传动（硕、博） 电工理论与新技术（硕、博） 高电压与绝缘技术,二级学科：,电气工程学科/领域概述,名人的故事,电磁感应定律 出生贫寒 高人相助,法
2、拉第 （17911867）,启示：做事=？,严谨、求实、勤于思考,电气工程学科/领域概述,名人的故事,“电磁学”奠基人 （麦克斯韦方程组） 证明了“电磁波”的存在 透过现象看本质,麦克斯韦 （18311879 ）,启示：做事=?,勤奋、创新、善于总结,无线电通讯,电磁学,电气工程学科/领域概述,名人的故事,“诚实和勤勉应该成为你永久的伴侣” 终身学习 捕捉雷电 热爱祖国 奉献社会,富兰克林 （17061790 ）,启示：做人=？,真诚、奉献、勇于追求,电气工程学科/领域概述,研究内容,强调“基本原理”和“基本概念” 注重“实践性环节” 倡导“理论联系实际”,研究内容,电的使用/应用 用电,电的
3、输送/配电 送电,电的产生/生产 发电,电气工程领域概述,研究内容,发电：交流/直流电 发电机 生磁：“磁悬浮”技术 应用 基础理论：电机学,电的产生/生产 发电,试说明火力发电厂发电机的工作原理与负载性质。 试说明磁悬浮列车的工作原理与控制方法。,思考题：,电气工程领域概述,研究内容,送电：高压 直流 ？ 并网、调度 优化问题！ 存储：发电与用电的平衡 ？ 基础理论：电力系统,什么是有功、无功及视在功率？ 什么是三相四线制、三相五线制？ 为什么要建抽水蓄能电站？,电的输送 送电,思考题：,电气工程领域概述,研究内容,变压器：升、降、隔离 接触器：通、断控制 继电器：逻辑/功率放大控制 基础理
4、论：电器学,“漏电保护继电器”的原理？ “热继电器 ”的工作原理与应用场合？ 大容量变压器“投/切控制”中存在那些问题？,电的分配 配电,高压绝缘？,思考题：,电气工程领域概述,研究内容,电动机：调速、伺服、传感 电源：调压、恒流、变频 加热：电阻、感应、电弧、微波 照明：白炽灯、荧光灯 基础理论：电工学电力电子技术,直流电动机的调速方法？ 感应加热的原理？ 什么是“照度”，其量纲是什么？,电的使用 用电,思考题：,电气工程与自动化导论主要内容,工业自动化教研室简介,电气工程学科/领域概述,结束语,自动化技术概述,工业自动化（专业方向）导论,自动化技术概述学科分类,一级学科：,二级学科：,控制
5、理论与控制工程 （博士后流动站）,控制理论与控制工程 （博士/硕士点）,自动控制（411专业） 工业自动化（651专业）,本科 自动化/电气工程及其自动化,合并,自动化技术概述内含问题,“计算机技术与自动化技术被誉为当今发展、变革最为迅速的两个领域。” “自动化是信息化带动工业化的纽带” “蒸汽机与机械化” “电动机与电气化” ？ “计算机与自动化”,自动化技术概述内含问题,内含：,它是一个交叉性的综合技术。,各领域相关技术的突破与变革都将对其产生影响。,CT 控制技术,IT 信息技术,OT 对象技术,自动化技术AT,自动化技术概述内含问题,1、如何实现有效的控制； （方法论）,因果关系 长远
6、利益 优化,控制技术 CT,面对的问题,2、如何建立有效理论体系，以及应对 复杂的控制问题； （理论的重要性）,3、“系统”的思想,控制技术 CT,自动化技术概述内含问题,自平衡式两轮电动车,仿人双轮自行车,自动化技术概述内含问题,1、信息的获取=传感器,4、信息的管理=“海量”问题 （数据挖掘）,信息技术 IT,面对的问题,2、信息的处理=滤波算法 （数学方法及其软件实现）,3、信息的传输=通讯与网络 （有线、无线、工业以太网、现场总线）,自动化技术概述内含问题,1、如何有效地了解与掌握“对象”的内在本质；=方法论 （经验、辨识、人工智能）,对象技术 OT,面对的问题,2、“对象”（工艺）是
7、各行业特殊性的集中体现=隔行如隔山,3、“对象”（行业）是我们的立足之本； =特色！ “看家本事”,思考题,1、试给出“自动化”的定义。,2、为什么自动化技术发展迅速？,自动化技术概述内含问题,对象技术 OT,火电厂工艺流程图,连铸工艺流程图,连铸现场,自动化技术概述内含问题,对象技术 OT,自动化技术概述内含问题,对象技术 OT,行业背景 控制工艺,自动化技术概述自动化与人类社会进步,“自动化技术提高人类文明”,“自动化技术促进社会进步”,自动化技术概述自动化与人类社会进步,早期自动化,现代自动化,自动化,经典控制,现代控制,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,早期自动化,自动控制是人类在
8、认识世界和发明创新的过程中发展起来的一门重要的科学技术。依靠它人类可以从笨重，复杂性的劳动中解放出来，从事更富创造性的工作。自动化技术是当代发展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一，是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术。自动化也即现代化。,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,早期自动化,中国，埃及和巴比伦出现自动计时漏斗（1400B.C.-1100B.C.）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,早期自动化,秦昭王时，李冰主持修筑都江堰体现的系统观念和实践（300B.C.）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,早期自动化,亚历山大的西罗发明开闭庙门和分发圣水的自动装置（公元100年
9、）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,早期自动化,中国张横发明水运浑象，研制出自动测量地震的侯风地动仪（132年）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,早期自动化,中国马钧研制出用齿轮传动的自动指示方向的指年车（235年）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,早期自动化,中国明代宋应星所著天工开物记载有程序控制思想（CNC）的提花织机结构图（1637年）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,早期自动化,英国J.Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度（1788年）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,早期自动化,英国E.J.Routh建立Routh判据（Routh-Hurwitz S
10、tability Criteria）（1875年）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,早期自动化,俄国A.W.Lyapunov博士论文论运动稳定性的一般问题（1892年）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,早期自动化,英国J.M.Gray设计出第一艘全自动蒸汽轮船东方号（Great Eastern）（1866年）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,早期自动化,由徐寿设计的中国第一艘蒸汽轮船“黄鹤号”在安庆内军械所下水（1866年）次年，中国第一艘木质明轮蒸汽舰船“怡吉号”在江南造船厂下水。,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,早期自动化,美国福特（Ford motor）汽车公司建
11、成最早的汽车装配流水线（1913）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,经典控制,“自动控制理论”是自动化技术的理论基础。,每一个“理论”的建立与应用都推动了自动化技术的发展，从而促进人类社会的进步。,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,经典控制,美国N.Minorsky研制出用于船舶驾驶的伺服结构，提出PID控制方法（1920）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,经典控制,美国MIT的Vannevar Bush研制出第一台大型模拟计算机（1928）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,经典控制,美国H.S.Black提出放大性能的负反馈方法（Negative feedback Am
12、plifier）（1927）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,经典控制,自动控制基础为闭环控制。控制论的奠基人N.Wiener给出其定义,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,经典控制,美国的E.Sperry以及C.Mason 制造出火炮控制器（1925），气压反馈控制器（1929）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,经典控制,美国贝尔实验室的H.Bode（1938）及Nyquist提出频率响应法（1940）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,经典控制,美国Taylor仪器公司的J.G.Ziegler和N.B.Nichols提出的PID控制的最佳调整法（1942）,自动化技术概述
13、 自动化与人类社会进步,经典控制,美国MIT的N.Wiener研究随机过程的预测（1942），提出Wiener滤波理论（1942），发表控制论（Cybernetics）一书（1948），标志着控制论学科的诞生,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,经典控制,美国的H.Hazen发表“关于伺服结构理论”（1934），并在MIT建立伺服机构实验室（1939）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,经典控制,英国A.M.Turine提出图灵计算机的设想（1937）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,经典控制,在贝尔实验室Bode领导的火炮控制系统研究小组工作的C.Shannon提出继电器逻辑自动
14、化理论（1938），随后，发表专著通信的数字理论，奠定了信息论的基础（1948）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,经典控制,MT Radiation Laboratory 在研究SCR-584雷达控制系统的过程中，创立了Nichols Chart Design Method ,R.S.Philips的工作On Noise in Servomech anisms，以及Hurwicz（1947）的数字控制系统（Sampled data System）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,经典控制,美国W.Evans提出根轨迹法（Root Locus Method）（1948），以单输入线性
15、系统为对象的经典控制研究工作完成多本有关经典控制的经典名著相继出版，包括Ed.S.Smith的Automatic Control Engineering（1942），H.Bode的Network Analysis and Feedback Amplifier（1945），L.A.MacColl的Fundamental Theory of Servomechanisms（1945），以及钱学森的工程控制论（Engineering Cybernetics）（1954）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,现代控制,现代控制（Modern Control）（1950） 第二次世界大战中火炮，雷达，飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。五十年代后兴起的现代控制理论起源于冷战时期的军备竞赛，如导弹（发射，操纵，指导以及跟踪），卫星，航天器和星球大战，以及计算机技术的出现（英国科学家A.J.G.MacFarlane）,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,苏联L.S.Pontryagin发表“最优控制数学理论”，提出极大值原理（1956）,现代控制,自动化技术概述 自动化与人类社会进步,苏联L.S.Pontryagin发表“最优控制数学理论”，提出极大值原理（1956）； 美国R.Bellman在RAND Coporat
