計測制御技術と計装技術を理解する

計測制御技術・計測器は、情報の取得と処理、および関連要素の制御を研究する理論と技術です。「計測・制御技術・機器」とは、情報の収集、計測、蓄積、伝達、処理、制御を行うための手段や機器を指し、計測技術、制御技術、これらの技術を実現する機器やシステムを含みます。

計測制御技術
計測と制御の技術と機器は、精密機械、電子技術、光学、自動制御、コンピュータ技術に基づいています。主に、さまざまな精密試験および制御技術の新しい原理、方法、およびプロセスを研究します。近年、計測・制御技術の応用研究において、コンピュータ技術の果たす役割はますます重要になっています。
計測・制御技術は、生産や生活に直結する応用技術であり、その応用は「農・海・陸・空・衣・食の重み」など、社会生活のさまざまな分野に及びます。計装技術は、国民経済の「乗数」であり、科学研究の「一等航海士」であり、軍隊では「戦闘力」であり、法的規制では「実体化された裁判官」です。コンピュータ化された試験および制御技術と、インテリジェントで正確な測定および制御機器およびシステムは、現代の工業および農業生産、科学技術研究、管理、検査および監視の分野における重要なシンボルおよび手段であり、ますます重要な役割を果たしています。

計測制御技術と計測技術の応用
計測・制御技術は応用技術であり、産業、農業、運輸、航法、航空、軍事、電力、民生など様々な分野で広く利用されています。生産技術の発展に伴い、計測および制御技術は、特に今日の最先端技術において、単一およびその機器の初期制御からプロセス全体、さらにはシステムの制御まで、制御技術において重要な役割を果たしています。現代科学技術の分野で。
冶金産業における計測制御技術の応用例としては、製鉄工程における熱間高炉制御、装入制御、高炉制御、鉄鋼圧延工程における圧力制御、圧延機速度制御、コイル制御などがあります。そこで使用される様々な検出機器。
電力産業では、計測および制御技術の応用には、ボイラーの燃焼制御システム、蒸気タービンの自動監視、自動保護、自動調整および自動プログラム制御システム、および電力の入出力制御システムが含まれます。そのエンジン。
石炭業界では、測定および制御技術の適用には、石炭採掘プロセスにおける炭層メタン検層機器、鉱山空気組成検出機器、鉱山ガス検出器、地下安全監視システムなど、コークスクエンチプロセス制御およびガス回収制御が含まれます。石炭精製工程、精製工程管理、生産機械伝動管理など
石油産業では、測定および制御技術の適用には、磁気探知機、水分含有量計、圧力計、および石油生産プロセスにおける検層技術をサポートするその他の測定機器、電力供給システム、水供給システム、蒸気供給システム、ガス供給システムが含まれます。 、保管および輸送システム、3 つの廃棄物処理システム、および連続生産プロセスにおける多数のパラメータの検出機器。
化学産業では、温度測定、流量測定、液面測定、濃度、酸度、湿度、密度、濁度、発熱量、およびさまざまな混合ガス成分などの測定および制御技術の適用が含まれます。制御パラメータなどを定期的に制御する制御機器
機械産業では、計測および制御技術の応用には、精密デジタル制御工作機械、自動生産ライン、産業用ロボットなどがあります。
航空宇宙産業では、測定および制御技術の適用には、航空機の飛行高度、飛行速度、飛行状態と方向、加速度、過負荷、エンジン状態などのパラメータの測定、航空宇宙機技術、宇宙船技術、および航空宇宙測定が含まれます。そして制御技術。待って。
軍事機器では、測定および制御技術の適用には、精密誘導兵器、インテリジェント弾薬、軍事自動化コマンドシステム（C4IRSシステム）、宇宙軍事機器（さまざまな軍事偵察、通信、早期警報、ナビゲーション衛星など）が含まれます.)。

計測・制御技術の形成と発展
科学と技術の発展の歴史的事実 人間の理解と自然の変容の歴史も、人間文明の歴史の重要な部分です。科学技術の発展は、まず計測技術の発展にかかっています。現代の自然科学は、本当の意味での測定から始まります。多くの優れた科学者は、科学機器の発明者や測定法の創始者になることを夢見ています。計測技術の進歩はそのまま科学技術の進歩を牽引します。
最初の技術革命
17 世紀から 18 世紀にかけて、計測と制御の技術が登場し始めました。ヨーロッパの一部の物理学者は、電流と磁場の力を利用して簡単な検流計を作り、光学レンズを使って望遠鏡を作り始め、電気および光学機器の基礎を築きました。1760 年代、イギリスで最初の科学技術革命が始まりました。19 世紀まで、最初の科学技術革命はヨーロッパ、アメリカ、日本にまで拡大しました。この期間中、長さ、温度、圧力などを測定するための機器など、いくつかの単純な測定機器が使用されてきました。生活の中で、巨大な生産性が生み出されました。

第二の技術革命
19 世紀初頭の電磁気学の分野における一連の発展は、第 2 の技術革命を引き起こしました。電流を測定する装置の発明により、電磁気学は急速に正しい軌道に乗せられ、次々と発見が生まれました。電信、電話、発電機など、電磁気学の分野における多くの発明が、電気時代の到来に貢献しました。同時に、1891年以前に標高測定に使用された精密一級セオドライトなど、さまざまな測定および観測用の機器も登場しています。

第三次技術革命
第二次世界大戦後、各国での高度な技術の緊急の必要性は、生産技術の一般的な機械化から電化および自動化への転換を促進し、科学的理論研究における一連の大きなブレークスルーが行われました。
この時期、電気機械製品に代表される製造業が工業的に発展し始めた。製品の大量生産の特徴は、循環操作と流れ操作です。これらを自動化するためには、加工・生産の排除段階でワークの位置を自動検出する必要があります。、サイズ、形状、姿勢または性能など。このためには、多数の計測および制御デバイスが必要です。一方、石油を原料とする化学産業の台頭により、多数の計測・制御機器が必要となります。自動計装が標準化され始め、オンデマンドで自動制御システムが形成されました。同時に、CNC工作機械やロボット技術もこの時期に誕生し、計測・制御技術や機器が重要な用途を担っています。
科学技術の発展に伴い、計装は単なる計測・観察から始まり、計測・制御・自動化に欠かせない技術ツールとなっています。さまざまな側面のニーズを満たすために、計測器は従来の応用分野から、生物医学、生態環境、生物工学などの非伝統的な応用分野に拡大しています。
21世紀以降、ナノスケールの精密機械研究成果、分子レベルの現代化学研究成果、遺伝子レベルの生物学研究成果、高精度・超高性能・特殊機能材料研究など最新技術の成果が多数結果とグローバルネットワーク技術の普及と応用の結果が次々と出てきました。これは計装分野の根本的な変化であり、ハイテクでインテリジェントな計器の新しい時代の到来を促進します。

計測および制御システムのセンサー
一般的な測定および制御システムは、センサー、中間コンバーター、および表示レコーダーで構成されています。センサーは、測定された物理量を検出し、測定された物理量に変換します。中間変換器は、センサーの出力を分析、処理し、後続の機器が受け入れることができる信号に変換し、それを他のシステムに出力するか、ディスプレイレコーダーで測定します。結果が表示され、記録されます。
センサーは、測定システムの最初のリンクです。制御系は、コンピューターを脳に例えると、センサーは五感に相当し、システムの制御精度に直結します。
センサーは一般に、センシティブな要素、変換ファイル、および変換回路で構成されています。測定値は敏感な要素によって直接感じられ、特定のパラメーター値自体の変化は測定値の変化と明確な関係があり、このパラメーターは測定と出力が簡単です。次いで、感応素子の出力が変換素子によって電気パラメータに変換される。最後に、変換回路は、変換素子によって出力された電気パラメータを増幅し、それらを表示、記録、処理、および制御に便利な有用な電気信号に変換します。
新しいセンサーの現状と開発
センシング技術は、今日世界で最も急速に発展しているハイテクの 1 つです。新しいセンサーは、高精度、広い範囲、高信頼性、および低消費電力を追求するだけでなく、統合、小型化、デジタル化、およびインテリジェンスに向けて発展しています。

1.インテリジェント
センサーのインテリジェンスとは、従来のセンサーの機能とコンピューターまたはその他のコンポーネントの機能を組み合わせて独立したアセンブリを形成することを指し、情報収集と信号変換の機能だけでなく、データ処理の機能も備えています。 、補償分析および意思決定。

2.ネットワーキング
センサーのネットワーキングとは、センサーがコンピューターネットワークと接続する機能を備え、長距離の情報伝送と処理能力を実現すること、つまり、測定の「地平線を越​​えた」測定を実現することです。そして制御システム。

3. 小型化
センサーの小型化の値は、機能が変更されていないか、さらには強化されているという条件下で、センサーの体積を大幅に削減します。小型化は、最新の精密測定および制御の要件です。原理的には、センサーのサイズが小さいほど、測定対象物や環境への影響が小さくなり、エネルギー消費が少なくなり、正確な測定が容易になります。

4.統合
センサーの統合とは、次の 2 つの方向の統合を指します。
(1) 複数の測定パラメータの統合により、複数のパラメータを測定できます。
（2）センシングと後続の回路の統合、つまり、高感度コンポーネント、変換コンポーネント、変換回路、さらには電源を同じチップに統合して、高性能を実現します。

5. デジタル化
センサーのデジタル値とは、センサーが出力する情報がデジタル量であり、長距離かつ高精度の伝送を実現し、中間リンクなしでコンピューターなどのデジタル処理機器に接続できることです。
センサーの統合、インテリジェンス、小型化、ネットワーキング、およびデジタル化は独立したものではなく、補完的で相互に関連しており、それらの間に明確な境界はありません。
計測制御システムにおける制御技術

基本制御理論
1. 古典制御理論
古典制御理論には、線形制御理論、サンプリング制御理論、非線形制御理論の 3 つの部分があります。古典的サイバネティックスは、ラプラス変換と Z 変換を数学的ツールとして採用し、単一入力単一出力の線形定常システムを主要な研究対象として採用しています。システムを記述する微分方程式は、ラプラス変換または Z 変換によって複素数領域に変換され、システムの伝達関数が得られます。また、伝達関数に基づいて、フィードバック制御システムの安定性と定常状態の精度を分析することに焦点を当てた、軌道と周波数の研究方法です。

2. 現代制御理論
現代制御理論は、自動制御理論の主要構成要素である状態空間法に基づく制御理論です。現代の制御理論では、制御システムの解析と設計は主にシステムの状態変数を記述することによって行われ、基本的な方法は時間領域法です。現代の制御理論は、線形システムと非線形システム、定常システムと時変システム、単一変数システム、多変数システムなど、古典的な制御理論よりもはるかに広い範囲の制御問題を扱うことができます。採用する方法とアルゴリズムも、デジタル コンピューターにより適しています。現代の制御理論は、指定された性能指標を持つ最適な制御システムを設計および構築する可能性も提供します。

制御システム
制御システムは、制御装置（コントローラ、アクチュエータ、センサなど）と制御対象から構成されます。制御装置は人でも機械でもかまいません。これが自動制御と手動制御の違いです。自動制御システムの場合、さまざまな制御原理に従って、開ループ制御システムと閉ループ制御システムに分けることができます。与えられた信号の分類により、定値制御方式、追従制御方式、プログラム制御方式に分けられます。

仮想計測器技術
計測器は、独立した計測器と仮想計測器の 2 つのタイプに分けられる計測および制御システムの重要な部分です。
独立した機器は、独立したシャーシで機器の信号を収集、処理、出力し、操作パネルとさまざまなポートを持ち、すべての機能がハードウェアまたはファームウェアの形で存在するため、独立した機器はメーカー。、ユーザーが変更できないライセンス。
仮想計測器は、コンピューター上で信号の分析と処理、結果の表現と出力を完了するか、コンピューターにデータ取得カードを挿入し、コンピューター上の計測器の 3 つの部分を削除します。楽器。制限。

バーチャルインストゥルメントの技術的特徴
1.強力な機能、コンピューターの強力なハードウェアサポートを統合し、処理、表示、および保存における従来の機器の制限を打ち破ります。標準構成は、高性能プロセッサ、高解像度ディスプレイ、大容量ハードディスクです。
2.コンピュータソフトウェアリソースは、一部のマシンハードウェアのソフトウェア化を実現し、材料リソースを節約し、システムの柔軟性を高めます。対応する数値アルゴリズムにより、テストデータのさまざまな分析と処理をリアルタイムで直接実行できます。GUI (グラフィカル ユーザー インターフェイス) インターフェイス) テクノロジにより、フレンドリーなインターフェイスと人間とコンピューターの相互作用を真に実現します。
3. コンピュータ バスとモジュール式計測器バスを使用すると、計測器ハードウェアがモジュール化およびシリアル化され、システムのサイズが大幅に縮小され、モジュール式計測器の構築が容易になります。
バーチャルインストルメントシステムの構成
仮想計測器は、ハードウェア デバイスとインターフェイス、デバイス ドライバー ソフトウェア、および仮想計測器パネルで構成されます。その中で、ハードウェアデバイスとインターフェースは、さまざまなPCベースの組み込み機能カード、ユニバーサルインターフェースバスインターフェースカード、シリアルポート、VXIバス機器インターフェースなど、またはその他のさまざまなプログラム可能な外部テスト機器である可能性があります。デバイスドライバーソフトウェアはさまざまなハードウェア インターフェイスを直接制御するドライバー プログラム。仮想計器は、基礎となるデバイス ドライバ ソフトウェアを介して実際の計器システムと通信し、実際の計器パネルの対応する操作要素をコンピュータ画面上に仮想計器パネルの形で表示します。さまざまなコントロール。ユーザーは、実際の計器を操作するのと同じくらいリアルで便利なマウスで仮想計器のパネルを操作します。
測定と制御技術と計測器の専攻は伝統的であり、発展の見通しに満ちています。古代の起源を持ち、何百年もの開発を経験し、社会の発展に重要な役割を果たしてきたことから、伝統的であると言われています。伝統的な専攻として、同時に多くの分野が含まれているため、依然として強い活力を持っています。
現代の計測および制御技術、電子情報技術、コンピューター技術のさらなる発展により、革新と開発の新しい機会が到来し、さまざまな分野でますます重要なアプリケーションが確実に生み出されるでしょう。