自動化學(xué)科講演

1、自動化學(xué)科概論(控制理論在冶金工程中的應(yīng)用)1目錄1.自動化與自動化學(xué)科，專業(yè)2.自動化的基本原理 3.自動化學(xué)科的發(fā)展趨勢4.控制理論在冶金工程中的應(yīng)用 21. 自動化與自動化學(xué)科，專業(yè)1.1 自動化概念家庭全自動照相機(jī)、洗衣機(jī)、電飯煲；銀行自動取款機(jī)ATM；交通自動控制的紅綠燈；樓宇自動門、自動自來水開關(guān)；日常生活溫度控制系統(tǒng)3溫度系統(tǒng)原理圖 4溫度控制系統(tǒng)原理圖 5自動化的定義 自動化是指機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或過程（生產(chǎn)、管理過程）在沒有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過自動控制、信息處理、分析判斷、操縱控制等來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。 61.自動化與自動化學(xué)科，專業(yè)1.2 自動化內(nèi)容和應(yīng)用范

2、圍設(shè)備、過程或系統(tǒng)的自動化：指設(shè)備、過程或系統(tǒng)的自動運(yùn)行或自動控制。自動化技術(shù)或設(shè)備：指用于自動運(yùn)行或自動控制的技術(shù)或設(shè)備。自動化狀態(tài)：被自動控制或自動操作的狀態(tài)。應(yīng)用范圍：自動化涉及的范圍極其廣泛，幾乎無所不包：工業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)自動化；農(nóng)業(yè)自動化；服務(wù)自動化（辦公，樓宇，商務(wù)，交通等）各行各業(yè)。 71.自動化與自動化學(xué)科，專業(yè)1.3 自動化的發(fā)展歷史我國古代的指南車（公元235年）；1788年瓦特的飛球調(diào)節(jié)器；20世紀(jì)20年代40年代：電子反饋放大器（火炮控制系統(tǒng)） （經(jīng)典控制理論的應(yīng)用）；20世紀(jì)5070年代（現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用）；人造衛(wèi)星(1957年)；阿波羅飛船登上月球(1957年)；

3、物控機(jī)床(1952年)；工業(yè)機(jī)器人(1954年).20世紀(jì)80年代以來: 加工中心和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）81.自動化與自動化學(xué)科，專業(yè)1.4自動化在工業(yè)化、信息化、現(xiàn)代化建設(shè)中的作用和地位（介紹幾個概念） 工業(yè)化發(fā)展的三個階段：機(jī)械化（蒸汽機(jī)、動力機(jī)）電氣化（電機(jī)、發(fā)電機(jī)、供電網(wǎng)絡(luò)）自動化（電子控制器、自動化生產(chǎn)線）91.自動化與自動化學(xué)科，專業(yè)信息化發(fā)展階段：數(shù)字化（數(shù)字計算機(jī)起源1946年，1960年大量應(yīng)用）網(wǎng)絡(luò)化（通訊網(wǎng)絡(luò)起源1969年，1980年大量應(yīng)用）系統(tǒng)化（系統(tǒng)、管理、集成，起源1975年，1990年大量應(yīng)用）現(xiàn)代化發(fā)展階段（中國人發(fā)明）后工業(yè)化（發(fā)達(dá)國家）101.自

4、動化與自動化學(xué)科，專業(yè)1.5自動化學(xué)科111.自動化與自動化學(xué)科，專業(yè) 1.6自動化專業(yè)122.自動化的基本原理2.2 自動控制系統(tǒng)的研究內(nèi)容系統(tǒng)建模：機(jī)理建模、實(shí)驗建模（系統(tǒng)辨識）.系統(tǒng)分析：穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能、暫態(tài)性能、抗干擾性、魯棒性等.系統(tǒng)綜合：設(shè)計控制器（應(yīng)用自動控制理論）.132.自動化的基本原理2.3 自動控制理論2.3.1 經(jīng)典控制理論 時域分析法（數(shù)學(xué)模型:高階微分方程）.根軌跡法（數(shù)學(xué)模型: 傳遞函數(shù). 1948年W.Evans提出并完善.）頻率特性法（傳遞函數(shù). 1939年奈奎斯特圖、伯德圖）.相平面法和描述函數(shù)法（傳遞函數(shù).應(yīng)用于非線性系統(tǒng)）. 142.3 自動控制理論2

5、.3.2 現(xiàn)代控制理論 線性系統(tǒng)理論（數(shù)學(xué)模型：狀態(tài)空間；能控性，能觀性，系統(tǒng)綜合或校正：極點(diǎn)配置法）系統(tǒng)辨識（最小二乘法）最優(yōu)控制（極大值原理，動態(tài)規(guī)劃）自適應(yīng)控制（自校正控制，模型參考自適應(yīng)）隨機(jī)控制（白噪聲干擾，概率統(tǒng)計方法）魯棒控制（被控對象的不確定性）容錯控制（系統(tǒng)安全性、可靠性）非線性理論（變結(jié)構(gòu)控制，微分幾何法，微分代數(shù)等）復(fù)雜控制（大型冶煉企業(yè)，大電網(wǎng)的調(diào)度控制以及社會、管理、經(jīng)濟(jì)等） 152.3 自動控制理論2.3.3 智能控制技術(shù) 智能控制技術(shù)是針對難以建立精確的，有效的數(shù)學(xué)模型，從而無法應(yīng)用經(jīng)典或現(xiàn)代控制理論進(jìn)行分析，綜合的復(fù)雜對象模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制專家系統(tǒng)遺傳算法（智

6、能優(yōu)化）免疫算法（智能優(yōu)化）蟻群算法（智能優(yōu)化）混沌控制 162.3 自動控制理論2.3.4 先進(jìn)控制技術(shù) 先進(jìn)控制技術(shù)是針對工業(yè)過程生產(chǎn)中，特別是化工、冶金工業(yè)，傳統(tǒng)的PID算法難以滿足控制要求，基于計算機(jī)的控制算法.內(nèi)?？刂疲↖MC）模型預(yù)測控制（MPC）動態(tài)矩陣控制（DMC）廣義預(yù)測控制（CCPC）173.自動化學(xué)科的發(fā)展趨勢（六個方面或領(lǐng)域）3.1控制理論3.2工程系統(tǒng)與控制3.3系統(tǒng)科學(xué)與系統(tǒng)工程3.4模式信息處理3.5人工智能3.6機(jī)器人學(xué)與機(jī)器人技術(shù)183.自動化學(xué)科的發(fā)展趨勢3.1控制理論控制方法：系統(tǒng)模型的不確定性和非線性（自適應(yīng)，魯棒，容錯，先進(jìn)控制和智能控制等）研究復(fù)雜的

7、對象：變量過多，維數(shù)太大（CMIS、智能機(jī)器人、大型航天結(jié)構(gòu)的復(fù)雜控制等）計算機(jī)模擬試驗研究：航空航天，電力，核能，石化工業(yè)等龐大，昂貴或帶有危險性的工程系統(tǒng)（CAD、實(shí)驗?zāi)M與仿真等）許多學(xué)科相互交叉和影響：（社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境、地球與大氣等）193.自動化學(xué)科的發(fā)展趨勢3.2工程系統(tǒng)與控制 新型執(zhí)行器的傳感技術(shù):（諧振傳感器、光纖傳感器、集成傳感器、生物傳感器等）.遞階的分布式計算機(jī)控制系統(tǒng):（現(xiàn)場總線，信息集成控制技術(shù)等）.工程系統(tǒng)控制管理一體化:（企業(yè)級、工廠級、車間級、過程級、單元級）.柔性制造自動化和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）系統(tǒng)仿真203.自動化學(xué)科的發(fā)展趨勢3.3系統(tǒng)科學(xué)與

8、系統(tǒng)工程 系統(tǒng)工程的概念：如1969年7月21日，美國“阿波羅11號”飛船登月成功歷時11年的“阿波羅栽人登月計劃”：2萬多家公司，120多所大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)，42萬余名參加人員，700多萬個零部件和耗資300多億美元理論基礎(chǔ)：控制論（維納），信息論（香農(nóng)）和系統(tǒng)論（貝塔朗菲）方法：集中控制；分?jǐn)?shù)控制；分解協(xié)調(diào)控制等范圍：生命、氣候、生態(tài)、地球表面、人口、人體和社會控制等213.自動化學(xué)科的發(fā)展趨勢3.4模式信息處理 基本方法（統(tǒng)計模式識別和句法模式識別）.計算機(jī)視覺（馬爾視覺計算理論、立體視覺、動態(tài)序列圖像分析、視覺檢測等）.文字識別與分析（多字體印刷體識別、手寫漢字識別、文本的理解等）.語音

9、識別與理解（識別方法、語言識別與自然語言處理相結(jié)合等）.模式識別專用系統(tǒng).223.自動化學(xué)科的發(fā)展趨勢3.5人工智能 人工智能的概念：研究的機(jī)器或設(shè)備具有人的推理、理解、規(guī)劃、決策、抽象、學(xué)習(xí)和創(chuàng)造等能力.基于物理符號的AI的進(jìn)展：（邏輯表達(dá)或代數(shù)表達(dá)）.聯(lián)接機(jī)制AI的進(jìn)展：（并行分布式處理模型）.機(jī)器學(xué)習(xí)：（知識獲取）.人機(jī)共棲：（智能的人機(jī)交互界面）專家系統(tǒng).233.自動化學(xué)科的發(fā)展趨勢3.6機(jī)器人學(xué)與機(jī)器人技術(shù) 裝配機(jī)器人自動導(dǎo)向可移動或行走機(jī)器人直接驅(qū)動機(jī)器人智能機(jī)器人復(fù)雜的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)和控制問題與機(jī)器人有關(guān)的人工智能研究244. 冶金工程中的控制方法4.1過程控制系統(tǒng) 常規(guī)過程控制有：溫度控制壓力控制流量控制物位控制成分控制等復(fù)雜過程控制有：前饋控制時滯控制（史密斯預(yù)估補(bǔ)償）解耦控制比值控制均勻控制超池控制分