2022年自动化概论复习提纲 .pdf

14 级自动化学院学习部自动化导论复习1自动化概论复习提纲1、何谓“自动化”？自动化是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。广义的讲，自动化还包括模拟或再现人的智能活动。2、自动化的研究内容是什么？自动控制和信号处理3、什么是系统？系统是指由相互关联、相互制约、相互影响的一些部分组成的具有某种功能的有机整体。4、什么是控制？控制是指为了改善系统的性能或达到特定的目的，通过信息的采集和加工而施加到系统的作用。5、什么是信息？信息是指符号、信号或消息所包含的内容，用来消除对客观事物认识的不确定性。6、什么是管理？管理是指为了充分利用各种资源来达到一定的目标而对社会或其组成部分施加的一种控制。7、什么是决策？决策是指最优地达到目标，对若干准备行动的方案进行选择。8、什么是反馈？反馈是指将系统的实际输出和期望输出进行比较，形成误差，从而为确定下一步的控制行为提供依据。9、什么是技术？技术是指人类根据生产实践经验和自然科学原理改变或控制其环境的手段和活动，是人类活动的一个专门领域。10、什么是工程？工程是指应用科学知识使用自然资源最好的为人类服务的专门技术。11、科学的任务是什么？揭示事物发展的客观规律，探求真理，作为人们改造世界的指南。12、什么是调节？调节是指通过系统的反馈信息自动校正系统的误差，使诸如温度、速度、压力或位置等参量保持恒定或在给定的范围之内的过程。13、西南大学本科人才的培养目标是什么？人格健全基础扎实能力突出素质全面14、闭环控制系统有一条反馈通道15、闭环控制系统（反馈控制系统）的特征：作用信号按闭环传递，系统的输出对控制作用具有直接影响。16、闭环控制系统（反馈控制系统）有哪3 个机能？（1）测量被控量（2）将测量到的被控量与给定的期望值比较（3）根据比较的结果（偏差或误差）修正被控量17、什么是单变量系统？只有一个输入量和一个输出量的自动控制系统，又称为单数单输出系统名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 13 页 -14 级自动化学院学习部自动化导论复习218、什么是多变量控制系统？具有多个输入量或多个输出量的自动控制系统，又称为多输入多输出系统19、什么是耦合？多变量系统的每个输出量通常都同时受到几个输入量的控制和影响，这种现象称为耦合或交叉影响。20、自动控制系统中控制器的作用是什么？给出适当的控制信号，消除被控制量与给定值之间的偏差。21、智能建筑包含哪三大基本要素？楼宇自动化系统，通信自动化系统，办公自动化系统22、执行机构接受控制器来的信息并对被控对象施加什么？控制作用23、控制和自动化技术的发展经历了那几个阶段？（1）自动装置的出现和应用（18 世纪以前）（2）自动化技术形成时期（18 世纪末至20 世纪 30 年代）（3）局部自动化时期（20 世纪 40 50 年代）（4）综合自动化时期（20 世纪 50 年代末起至今）24、智能控制与普通控制的主要区别是什么？智能控制具有人工智能、控制论和运筹学等形成交叉学科的特点和定量与定性相结合的分析方法的特点。25、何谓综合自动化？广泛采用电子计算机、智能机器人、自动生产线、自动控制系统、自动搬运机、自动化仓库，以及质量控制系统和自动管理系统等组成的高度自动化车间和自动化工厂26、自动控制系统由哪几个基本环节（元件）？（试用方框图表示）。27、何谓自动控制系统的负反馈？它和自动控制系统是一个闭环系统有什么关系？负反馈就是指：总是使偏差趋于减少的控制作用，即检测偏差，纠正偏差。关系：负反馈的信号按闭环传递，系统的输出对控制作用有直接影响。28、恒值自动调节系统的功能是什么？恒值自动调节系统的功能就是要克服各种被调节量的扰动而保持被调节量为恒值。29、程序自动控制系统的特点是什么？（1）自动控制系统的给定信号是已知时间的函数（2）按照给定的程序来控制被控制量，即给定环节给出的作用为一个预定的程序30、随动系统的特点是什么？（1）给定环节给出的输入信号是预先未知的随时间变化的函数（2）按照预先未知的规律来控制被控制量31、对自动控制系统的上述三个分类（恒值、程序、随动系统），是基于何种要素？（作用）分类是按照给定环节给出的输入信号的性质进行的。反馈环路扰动反馈信号误差给 定输入给定环节放大环节执行环节被控对象反馈环节控制器输出名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 13 页 -14 级自动化学院学习部自动化导论复习332、何谓 扰动？是说明在图3.1 上有几种主要扰动？扰动是指：除输入信号外能使被控量偏离输入信号所要求的值或规律的控制系统内、外的物理量。33、计算机控制的特点是什么？（1）其特点是系统中在计算机前、后相应有采样器、摸/数转换器、数/模转换器和保持器等外围设备以便与实际控制系统衔接，这样，一处或几处的信号具有数字代码，此外还有离散信号（采样信号）的出现。（2）系统的另一个特点是以计算机程序来实现PID 控制规律或更复杂的控制规律。34、扰动的补偿方法是否形成一个闭环回路？扰动补偿的必要条件是什么？不是。扰动补偿的原理在于扰动进入被控对象的同时也进入对象前部的控制器，两个通道的作用是相反的（相互抵消的），结果可使得对象的输出即被调节量方向维持近似不变。扰动补偿的必要条件是：扰动作用必须是可测量的，同时还要设计扰动的补偿环节。35、什么是工业化？工业化是指使现代工业在国民经济中占主要地位的行动或进程。36、自动化的作用（1）提高社会生产率和工作效率（2）节约能源和材料的消耗（3）保证产品质量（4）改进生产工艺和管理体制（5）改善劳动条件，减轻体力、脑力劳动（6）完成人类难以完成的精密、复杂、快速、危险、特殊的工作，加速社会结构的调整和社会信息化的进程。37、发达工业化国家的工业发展的六个阶段？（1）机械化：在各种生产中大规模使用机器系统（2）电气化：在机器系统中普遍使用电机和供电网络（3）基础自动化：在机器系统中使用自动控制器（4）计算机化：在自动化机电系统中大规模使用计算机（5）网络化：在自动化机电系统中大规模使用计算机联网（6）先进自动化：综合集成了系统观念和管理观念38、自动化科学与技术的主要技术内涵是什么？信息科学信息技术39、信息技术有哪四大组成部分？信息的获取、传输、处理、应用40、何谓现代化？使具有现代科技水平的行动或进程41、现代科学包含哪3 个层次的知识？基础科学技术科学工程科学42、自动化科学是一门什么科学？技术科学43、1948 年美国数学家Wiener 发表了著名的-控制论44、自动化技术是一门-工程技术45、自动化科学与技术的发展历史的4 大特点是什么？（1）重大社会需求驱动（2）众多学科作支撑名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 13 页 -14 级自动化学院学习部自动化导论复习4（3）坚实的理论基础作指引（4）快速的技术辐射46、试画出负反馈闭环控制系统的结构图。47、自动化科学与技术的核心是什么？控制系统48、自动化科学的定位和基本任务是什么？自动化科学定位为技术科学其基本任务是为自动化技术提供科学的理论基础，致力于带有一定普遍性或共性的新控制原理和系统方法论49、自动化技术的定位和基本任务是什么？自动化技术定位为工程应用技术其基本任务是起自动化科学和自动化应用之间的桥梁作用。一方面，将自动化科学的原理和方法转换为工程应用技术，应用于工程实际，将自动化科学的研究成果迅速转化为生产力。另一方面，将工程实际中遇到的技术问题抽象为科学问题，为自动化科学提供新的研究对象。50、从信息、能量与物质的角度来看自动化科学研究的是什么？自动化科学研究的是物质世界信息运动规律和信息处理方法51、从信息、能量与物质的角度来看自动化技术研究的是什么？自动化技术研究的是如何应用有效的处理方法来促进物质能量的有效利用。52、自动化科学的特点是什么？（1）数学属性：严密的理论特征（2）对象属性：鲜明的改造世界的特征（3）系统与社会属性：系统的复杂性特征（4）渗透于扩散特征：普遍试用特征53、自动化技术的特点是什么？（1）桥梁作用（2）使能作用（对象的依赖特征）（3）系统集成作用54、自动化技术的作用是什么？（1）桥梁作用（2）使能作用（对象的依赖特征）（3）系统集成作用55、什么是学科？知识或学习的一门分科56、什么是自动化学科自动化科学与技术的研究（知识）和自动化科学与技术的教育（学习与教育）57、自动化学科的特点是什么？实践性时代性系统性交叉性名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 13 页 -14 级自动化学院学习部自动化导论复习558、自动化学科目前有哪三类分类法？（1）科学与技术完全分开（2）科学与技术一体化（3）混合59、自动化科学与技术学科有哪三层知识结构？基础知识层、控制知识层、系统知识层。60、自动化学科有哪3 种研究层次？模型的控制数学特征信息的控制信息特征实体的控制工程特征61、自动化专业有哪三类课程体系？信息的控制类课程体系实体的控制类课程体系模型的控制类课程体系62、信息的控制类课程体系的特点是什么？（1）信息的特点（2）通识自动化的特点（3）系统的特点（4）学科分类的特点63、实体的控制类课程体系的特点是什么？（1）工程的特点（2）专门自动化的特点64、模型的控制类课程体系的特点是什么？（1）坚实的数学基础的特点（2）扎实的控制理论的特点（3）突出对系统的抽象加工和分析的能力（4）多学科交叉的特点65、自动化专业的特点是什么？（1）多学科交叉（2）突出方法论（3）系统集成自动化专业概论试题参考答案及评分标准2007 年 12 月一、试说明什么是开环控制？什么是闭环控制？为什么大多数自动控制系统要采用闭环控制？答题要点：1、开环控制：控制系统中只有前向通道，没有反馈通道，由控制给定信号加入系统后，直接经过驱动执行机构控制被控对象。2、闭环控制：将被控制的输出量经过测量反馈到输入端，与输入信号进行比较，得到偏差信号，用偏差信号通过一定的控制规律去控制被控对象，称为闭环控制。3、采用闭环控制的原因：由于模型的误差，执行器的性能限制，不可预料的外部自动化科学自动化技术基 础 科实 际 工名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 13 页 -14 级自动化学院学习部自动化导论复习6干扰等使得开环控制很难达到给定的性能指标要求，必须采用闭环控制。三个要点各5 分。根据回答情况酌情给分。二、试叙述现代控制理论的形成和发展，并列举现代控制理论的主要分支。答题要点：1、形成和发展：10 分1956 年前苏联数学家.庞特里亚金提出极大值原理。同年美国数学家R.贝尔曼创立动态规划。两者为解决最优控制问题提供了理论工具。1960 年美国数学家R.卡尔曼提出能控性和能观性两个概念，揭示了系统的内在属性。卡尔曼还引入状态空间法，提出具有二次型性能指标的线性状态反馈律，为线性自动控制系统给出了最优调节器的概念。以上这些新概念和新方法标志着现代控制理论的诞生。20 世纪 60-70 年代，英国学者H.罗森布罗克、D.梅恩和 A.G.麦克法兰等将频率法推广到分析和设计多变量系统，称为现代频率法。2、分支5 分(1)线性系统理论和最优控制理论（2）系统辩识、建模与仿真(3)自适应控制和自校正控制器(4)遥测、遥控和遥感(5)综合自动化(6)大系统理论(7)模式识别和人工智能(8)智能控制（9）非线性系统控制（10）鲁棒控制三、画出一个典型自动控制系统组成的原理框图，简要说明各个环节的功能。答题要点：1、典型自动控制系统组成的原理框图5 分见下图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 13 页 -14 级自动化学院学习部自动化导论复习72、各环节功能10 分（1）给定环节产生给定的输入信号；（2）反馈环节对系统输出（被控制量）进行测量，将它转换成反馈信号；（3）比较环节将给定的输入信号和反馈信号加以比较，产生“误差”信号；（4）控制器（调节器）根据误差信号，按一定规律，产生相应的控制信号。控制器是自动控制系统实现控制的核心部分；（5）执行环节（执行机构）将控制信号进行功率放大，并能使被控对象的被控量变化；（6）被控对象控制系统所要控制的设备或生产过程，它的输出就是被控量；（7）扰动除输入信号外能使被控量偏离输入信号所要求的值或规律的控制系统内、外的物理量。四、什么是控制系统的稳态误差？在经典控制中，为了消除稳态误差，应当使控制器包含什么项？你能说明消除稳态误差的原理吗？1、稳态误差5 分如果自动控制系统是稳定的，我们要考察被控制量（系统输出）在系统稳定后能否较精确地跟踪所要求的给定值。若是回答是否定的，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统2、消除稳态误差的措施及原理10 分在控制器中包含“积分项”。原理：积分项对误差取关于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，也会便随着时间的增加而积分项加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零，简称无差系统。五、试说明什么是自适应控制？什么是智能控制？你能说明它们的区别吗？名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 13 页 -14 级自动化学院学习部自动化导论复习81、自适应控制5 分当被控对象的参数发生变化时，或系统受到不可测量的扰动时，如果能设计合适的控制器，使得控制系统能适应参数变化或对扰动有抑制作用以保持系统良好的性能，这样的控制系统就称为自适应控制系统。自适应控制系统主要有两大类型：模型参考自适应控制和自校正控制。2、智能控制5 分对复杂的控制对象，有时难于建立数学模型，无法用经典的数学分析的方法设计控制器。而采用人工智能的方法，解决被控对象的建模、控制、优化等问题，就称为智能控制的方法。智能控制目前主要有：专家控制，神经网络控制，模糊控制，学习控制等。3 区别5 分自适应控制主要应用于参数缓慢变化的系统，系统的数学模型是已知的，虽然可以用于对象模型参数变化的系统，但自适应控制律是按照一定的规律实现实现设计的，系统没有学习功能。智能控制模拟了人的大脑的某些功能，有些系统具有一定的学习功能，能适应（部分）数学模型未知系统的控制，能适应不同的环境。六、通过本课程学习，你对自动化专业有哪些认识？25 分根据答题情况给分，应能联系实际，有具体的认识。自动化导论模拟试题1、何谓自动化？1、自动化是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。广义的讲，自动化还包括模拟或再现人的智能活动2、自动化的研究内容是什么？自动控制和信号处理3、什么是系统？系统是指相互关联、相互制约、相互影响的一些部分组成的具有某种功能的有机整体4、什么是反馈？反馈是指将系统的实际输出和期望输出进行比较，形成误差，从而为确定下一步的控制行为提供依据5、控制和自动化技术的发展经历了哪几个阶段？（1）自动装置的出现和应用（18 世纪以前）（2）自动化技术形成时期（18 世纪末至 20世纪 30 年代）（3）局部自动化时期（20 世纪 4050 年代）（4）综合自动化时期（20世纪 50 年代末起至今）二、判断题名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 13 页 -14 级自动化学院学习部自动化导论复习91、正反馈是指：总是使偏差趋于减少的控制作用，即检测偏差，纠正偏差（）2、恒指自动调节系统的功能就是要客服各种被调节量的扰动而保持被调节量为恒值（）3、科学的任务是揭示事物发展的客观规律，探求真理，作为人们改造世界的指南（）4、智能控制具有单一学科重点研究和定量与定性相结合的分析方法特点（）5、当自动控制系统的给定信号是已知的时间函数时，称这类系统为程序控制系统（）6、传感器只实现对信号的检测但不将被测的物理量变换为另一个物理量（）（上述问题每空2 分，共 42 分）1、错，是负反馈2、对 3、对 4、错、智能控制具有人工智能、控制学和运筹学等形成交叉学科的特点和定量与定性相结合的分析方法特点5、对 6、错，传感器只实现对信号的检测并将被测的物理量变换为另一个物理量三、问答题1、自动化与自动控制的相同之处与区别？自动化的研究内容有？请分别简述。(6 分)一般来说自动化主要研究的是人造系统的控制问题，自动控制除了上述研究之外还研究社会、经济、生物环境等非人造系统的控制问题。任务：自动化研究的主要内容是自动控制和信号处理两个方面，包括理论、方法、应用硬件和软件等。从应用观点来看，研究内容有过程自动化，机械制造自动化，武器及军事自动化，办公室自动化和家庭自动化等。2 记里鼓车是中国古代能够自行报行车里程的车制，请简述其工作原理。并请列出你知道的其他古代自动化装置及其原理（简述原理），一个即可。（4 分）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 13 页 -14 级自动化学院学习部自动化导论复习10见书 P163 简述自动控制的基本环节给定环节，反馈环节，比较环节，控制器，执行环节，被控对象，扰动，矫正环节请画出它的流程框图（6 分，每空 0.3 分）4 自动化技术离不开电子计算机的发展与推广，简述电子计算机在自动化技术中的作用。、电子计算机的发明，为20 世纪 6070 年代开始的控制系统广泛应用程序控制和逻辑控制以及应用数字计算机直接控制生产过程奠定基础。计算机的告诉发展才使得控制工程中研究和发展起来的新型自动控制理论和方法成为可能。5 美国历史上的1965 年纽约停电事故造成了巨大损失，这体现了自动化在电力系统的巨大作用，请简述 1 什么叫做电力系统？2 电力系统为什么需要自动化？、1）由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能2）一个方面是调度。电能不易实现存储，目前绝大多数电力仍然需要时实被用掉，这就需要电力生产调度来进行生产指挥，根据负荷变化情况安排接入到电网中的机组的出力，同时也要进行无功平衡，以保证供电电压质量。自动化水平的应用与提高，将大大提高工作效率，并提高供电质量。第二方面是安全可靠供电。电网设备自身会出现故障，电网也会受外力破坏、恶劣天气影响而出现事故、故障。为了对设备进行保护和控制，快速准确地切除事故设备，需要有各种保护装置和自动化装置，并与主设备协调运行。伴随电力系统自动化水平的提升，供电可靠性水平将不断得到提升6 机器人的发展与自动化相关，人们一直努力开发机器人，使之为人所用。请简述1 机器人的发展历史（哪几代机器人）？机器人的发展方向？（10 分）、工业机器人，低级智能机器人，高级智能机器人。沿自主性，智能通信，适应性三方面发展移动技术，移动功能是智能机器人与工业机器人显著的区别之一。仿生机构，智名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 13 页 -14 级自动化学院学习部自动化导论复习11能机器人的生命在创新，开展仿生机构的研究可以从生物机构，移动模式，运动机理模式，能量分配多方面得到启发7 请写出至少两种典型的控制系统，分别简述其特点，并画出程序自动控制系统的框图。（6 分）恒值自动调节系统，程序自动控制系统，随动系统框图见课本 P36名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 13 页 -14 级自动化学院学习部自动化导论复习128面对越来越严峻的资源问题，新能源汽车的研发显得尤为重要。电动汽车大致分为纯电动汽车，混合动力汽车，燃料电池汽车,简述电动汽车的发展历史9 电动汽车的研发离不开智能控制系统，智能控制系统大概分为哪几种？简述智能控制的特点。（4 分）专家智能控制系统、模糊控制系统、神经控制系统、学习控制等。智能控制具有人工智能、控制论和运筹学等交织学科的特点和定性相结合的分析方法特点10 中国正在努力建设坚强智能电网，请写出其基本特征（共6分）其六大环节是？并列举在这六大环节中知名的企业（每个环节一个）发电环节、输电环节、变电环节、配电环节、用电环节、调度环节。信息化、数字化、自动化、互动化。荣信股份，海得控制，湘电股份，九洲电气11 燃料电池是基于电化学反应的一类电池，请简述燃料电池的工作原理。燃料电池是由单片电池组成的集体，请简述单片电池的结构特点。燃料电池是将储存在燃料中的能量通过电化学反应直接转化为电能的装置。燃料电池的反应为氧化还原反应。阳极通入燃料，发生氧化反应，阴极通入氧化剂，发生还原反应，电解递电子，产生电流。请自主完成，时间*分钟名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 13 页 -14 级自动化学院学习部自动化导论复习13名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 13 页 -