“自動化測試與控制”

專業(yè)方向概論

報告人李行善2003.11.15一.本專業(yè)涉及較寬的學(xué)科領(lǐng)域

●發(fā)展空間非常大

“自動化測試與控制”本科專業(yè)方向，同時支撐著分屬于兩個一級學(xué)科的三個博士點和碩士點。

●涉及學(xué)科領(lǐng)域非常寬

與本專業(yè)有關(guān)的學(xué)科、學(xué)會及學(xué)報（國內(nèi)）

●儀器科學(xué)與技術(shù)——中國儀器儀表學(xué)會《儀器儀表學(xué)報》電子測量與儀器學(xué)會《電子測量與儀器學(xué)報》

●計量科學(xué)與技術(shù)——中國計量測試學(xué)會《計量學(xué)報》

●控制科學(xué)與技術(shù)——中國自動化學(xué)會《自動化學(xué)報》

●航空科學(xué)與技術(shù)——中國航空學(xué)會《航空學(xué)報》

●航天科學(xué)與技術(shù)——中國宇航學(xué)會《宇航學(xué)報》

●技術(shù)類刊物：《測控技術(shù)》、《自動化裝置與儀表》《自動化儀表》、《計算機測量與控制》二.本專業(yè)的一些主要的研究方向1.計算機測試與控制技術(shù)（1）計算機測試系統(tǒng)

●智能儀器以計算機為核心，具有初級智能，能遠動控制的儀器。

●過程測試系統(tǒng)（電、非電參數(shù)）以高精度、快速、可靠的測量某一些物理參數(shù)為目的的計算機測試系統(tǒng)。

●智能測試系統(tǒng)（人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用）

以形成決策與判斷為目的的計算機測試系統(tǒng)

分為：識別型智能測試系統(tǒng)（如識別工件）診斷型智能測試系統(tǒng)（如診斷或者預(yù)測故障）●自動測試系統(tǒng)(ATE/ATS技術(shù)，虛擬儀器技術(shù)，VXI、PXI總線，plug&play）自動化程度更高，與被測對象結(jié)合得更加緊密的智能測試系統(tǒng)，達到高速、高效地識別，高準(zhǔn)確率地診斷目的。其被測對象可以是大規(guī)模集成電路芯片、印刷電路板、設(shè)備部件，整個系統(tǒng)（如飛控系統(tǒng)、雷達等）乃至整架飛機、導(dǎo)彈等。圖1米—17自動測試系統(tǒng)

圖4.1操縱臺測試界面綜合運載器健康管理（IVHM）IVHM(IntegratedVehicleHealthManagement)由對運載器的智能檢測、系統(tǒng)級評估、控制和管理功能所構(gòu)成，目的是為運載器操作員及任務(wù)執(zhí)行者提供信息和輔助決策，以降低生命周期成本，避免一些不可預(yù)料的危險事故。IVHM是實現(xiàn)“以信息為依據(jù)的運行與維修”（InformedOperations&Maintenance,IOM或IM）為目標(biāo)，也就是收集、處理和綜合關(guān)于整個系統(tǒng)（包括運載器、子系統(tǒng)、部件、傳感器和地面保障系統(tǒng)）的健康信息，進而做出以信息為依據(jù)的決策，產(chǎn)生確保任務(wù)成功的相應(yīng)的動作或行動?，F(xiàn)代飛機、空間飛行器甚至它們的子系統(tǒng)，都是很復(fù)雜的系統(tǒng)，綜合健康管理技術(shù)是提高飛行器可靠性及可維護性的重要技術(shù)途徑。（2）計算機控制系統(tǒng)

●開環(huán)控制（順控、步進電機控制、可編程控制器應(yīng)用）

●閉環(huán)直接數(shù)字控制（DDC）(伺服控制、工業(yè)過程控制)●集散型控制（DCS）（前端控制機+控制網(wǎng)絡(luò)+上位計算機+管控軟件）（分級管理控制：現(xiàn)場級、車間級、工廠級、企業(yè)級）●智能控制（模糊邏輯控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，擬人控制等人工智能應(yīng)用）圖2典型的計算機控制系統(tǒng)（3）綜合系統(tǒng)：

兩類系統(tǒng)均有，“測中有控”,“控中含測”。

需學(xué)習(xí)的主要專業(yè)及專業(yè)基礎(chǔ)課程有:

控制理論信號處理（數(shù)字/模擬）電工理論模擬電路及數(shù)字電路微型計算機原理及其應(yīng)用計量與測試?yán)碚撆c技術(shù)計算機及DSP應(yīng)用技術(shù)（硬件/軟件）接口技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（控制網(wǎng)絡(luò)、總線技術(shù)、接口技術(shù)）

2.儀器儀表工程（1）傳感技術(shù)及應(yīng)用

最直接、充分體現(xiàn)“信息源頭”的作用●經(jīng)典傳感技術(shù)及應(yīng)用（含多參數(shù)、多功能組合傳感器）（參數(shù)測量原理、基本物理效應(yīng)、實現(xiàn)非電→電的轉(zhuǎn)換、實現(xiàn)高精度、高可靠、長期穩(wěn)定地測量，采用諧振、光電、光纖原理研制新傳感器為北航本專業(yè)研究工作的特色。）●智能傳感器及系統(tǒng)帶有微處理器兼有檢測和信息處理功能的傳感器（具有自校正、自調(diào)零、噪聲抑制、自檢測、自診斷等初級功能）

圖4傳感器系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)框圖●微傳感器及微機電系統(tǒng)（MEMS）:(MicroelectromechanicalSystem)微機電系統(tǒng)就是采用微機械工藝來制造微傳感器或者微作動器，進而組建微機電系統(tǒng)。以微結(jié)構(gòu)形式實現(xiàn)經(jīng)典或者智能傳感器。

圖5微型擺式加速度傳感器原理圖

（2）

工業(yè)自動化儀表及現(xiàn)場總線集散控制系統(tǒng)（DCS）正向基于現(xiàn)場總線的開放型控制系統(tǒng)（FCS）轉(zhuǎn)變，要求采用0—10mA，或4—20mA的變送器、執(zhí)行機等具有通信接口，具有聯(lián)網(wǎng)能力。

現(xiàn)場總線是一種面向工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議，它遵循國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO（InternationalStandardizationOrganization）制定的開放式系統(tǒng)互連OSI（OpenSystemInterconnection）參考模型，將七層參考模型簡化為三層：應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層，（對網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會議層、表達層未作規(guī)定），以滿足實時性要求。目前現(xiàn)場總線尚未形成統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，許多大公司推出了自己的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。

●BitbusIntel公司1984年●HARTRosemount公司1985年●CANBosch公司1983年●PROFIBUSSiemens公司1989年●FF(基金會總線)美國儀表協(xié)會1993年●LONWORKSEchelon公司1993年

圖73051智能壓力變送器結(jié)構(gòu)框圖（3）航空航天儀表與顯示系統(tǒng)▲大氣數(shù)據(jù)計算機(AirDataComputer,ADC)/中心儀▲電子飛行儀表系統(tǒng)(ElectronicFlightInstrumentSystem,EFIS)▲發(fā)動機儀表監(jiān)視系統(tǒng)▲組合儀表▲平視顯示器▲綜合顯示/控制系統(tǒng)▲航天飛機/載人飛船儀表系統(tǒng)圖9航天飛機上的“T”型布局儀表板3.測試信號