华北电力大学(保定)

自动化专业概论

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课程概述

"自动化专业概论"是面向具有工程化背景专业的一门专业综合基础性质的必修课程,是本科生进入大学进行工程类专业学习和接触的第一门专业基础课。通过本课程的学习,目的是使学生从自动化、自动化科学与技术、工程实际中的自动化设备及装置等方面了解工程类相关专业尤其是自动化类专业的有关问题,为进一步的专业课程学习开辟出一条直达顶峰的路线,为今后的学习指明方向。树立正确的工程专业思想和学习观,为今后在校学习,激发自己的学习潜力,打下良好的学习方法,使学生了解工程类专业的性质、特点以及自动化技术在工程实际中作用和地位,了解工程化类专业的培养目标和教学内容。

从工程实用的角度讲述了自动控制理论所需要解决的问题:包括被控系统的数学模型(差分模型、微分方程模型、传递函数模型);作为自动控制理论的数学工具,讲述了简单而实用的控制系统数字仿真方法(数值解)以及最优化技术与方法(穷举法以及智能优化方法);在此基础上讲述了自动控制系统结构设计方法及动态品质指标计算、系统建模理论与方法、PID控制律的作用及其应用方法、并对新型控制策略(自适应控制,预测控制,模糊控制)进行了关键点介绍。

从自动控制系统工程实施的角度讲述了过程参数检测方法,控制装置与系统发展过程及其应用。

从自动化学科发展所面临的工程问题角度讲述了物联网与云计算、数字化工厂、新型检测技术与仪器。

自动化专业概论从教育部要求设立开始,已经有了将近10年的发展,针对不同工程类专业背景出版了两部教材,课程的设置按照教材内容并契合自动化专业的发展。

科学技术的发展源于多学科的融合,自动化学科是多学科交叉的产物,它又服务于其他的工程学科。因此,自动化专业(学科)概论对于从事其他工程学科的学生、教师、工程技术人员也都是有帮助的。



证书要求
  • 按百分制计分,85~100分为优秀,60~84分为合格

  • 章节测试每次占10%,共4次占40%;讨论占10%;期末考试占50%

  • 积极参与课程的各项讨论,注重参与质量,对课程有特殊贡献的学生,可以获得5~10分的加分



预备知识
  • 高等数学

  • 复变函数及工程变换


授课大纲

自动化专业概念

第一讲  绪论

主体内容:

基本概念:自动化,自动控制系统,方框图

 

第二讲  自动控制系统的基本组成结构

主体内容:

开环控制

闭环控制

程序控制

过程控制

运动控制

 

第三讲  闭环控制系统的稳定性概念

主体内容:

自平衡系统

无自平衡系统

稳定性概念

 

第四讲  闭环控制系统的品质指标及自动控制系统设计任务

主体内容:

闭环控制系统的品质指标

闭环控制系统的约束条件

自动控制系统的设计任务

 

第五讲  控制系统的数学模型——差分方程模型

主体内容:

数学模型概念

差分方程模型

 

第六讲  控制系统的数学模型——微分方程模型与传递函数模型

主体内容:

微分方程模型

传递函数模型

 

第七讲  控制系统的数学模型——方框图模型及状态方程模型

主体内容:

方框图模型

状态方程模型

 

第八讲  控制器算法——PID控制策略

主体内容:

双位或者开关控制器

比例控制器

微分控制器

积分控制器

比例积分微分控制器

 

第九讲  微分方程的数值解

主体内容:

求解过程

实例

 

第十讲  最优化理论及方法——目标函数设计

主体内容:

最优化问题

目标函数设计

 

第十一讲  最优化理论及方法

主体内容:

优化策略

穷举法

群体智能

 

第十二讲  建立被控对象的数学模型

主体内容:

实验建模的辨识原理

经典辨识算法

智能建模算法

 

第十三讲  自动控制系统结构设计(1)

主体内容:

单回路控制系统设计

双回路控制系统设计

前馈加反馈控制系统

 

第十四讲  自动控制系统结构设计(2)

主体内容:

史密斯预估控制

内模控制

前馈加反馈控制系统

 

第十五讲  自动控制系统结构设计(3)

主体内容:

状态反馈控制

解耦控制

协调控制

 

第十六讲  先进控制策略

主体内容:

自适应控制

预测控制

智能控制—模糊控制

 

第十七讲  自动化装备的技术支撑

主体内容:

计算机网络

嵌入式系统

实时/历史数据库

 

第十八讲  检测理论及方法——检测仪表

主体内容:

测量装置

软测量

新型检测技术及系统

 

第十九讲  控制装置与系统——模拟、数字控制仪表及PLC

主体内容:

控制仪表的发展

 

第二十讲  控制装置与系统——DCSFCS

主体内容:

1 DCS

2 FCS

 

第二十一讲  信息化技术

主体内容:

管理信息系统

物联网

云计算

大数据

 

第二十二讲  虚拟现实技术

主体内容:

仿真技术及应用

虚拟现实技术及应用

 



参考资料

1、《自动化专业(学科)概论》,韩璞编著,人民邮电出版社,2012年。

2、《自动化专业概论(第二版)》,韩璞、王建国编著,中国电力出版社,2011年。