5-控制與自動化技術的應用范疇課件

5控制與自動化技術的應用范疇

5控制與自動化技術的應用范疇

15.2機械制造自動化5.3過程工業(yè)自動化5.4電力系統(tǒng)自動化5.5飛行器控制5.6智能建筑5.7智能交通系統(tǒng)5.8生物控制5.9生態(tài)與環(huán)境控制5.10社會經(jīng)濟控制5.11大系統(tǒng)控制與系統(tǒng)工程5.1引言控制與自動化是不斷發(fā)展的高、新科學技術，對人類生產(chǎn)、生活和科學研究有著非常重要的影響?？刂婆c自動化技術發(fā)展至今，可以說是已從“人類手腳的延伸”擴展到“人類大腦的延伸”。控制與自動化技術時時在為人類“謀”福利，可謂無所不在、無處沒有。5.2機械制造自動化5.3過程工25.2機械制造自動化機械制造是現(xiàn)代工業(yè)重要的組成部分，對國民經(jīng)濟建設有非常巨大的影響。機械制造自動化技術從20世紀50年代至今，經(jīng)歷了單機自動化、剛性生產(chǎn)線，數(shù)控機床、加工中心和柔性生產(chǎn)線、柔性制造三個階段，正向計算機集成制造(CIM)發(fā)展。5.2.1數(shù)控技術和數(shù)控系統(tǒng)在產(chǎn)品加工中，大批量生產(chǎn)的零件并不很多。據(jù)統(tǒng)計，單件與小批量生產(chǎn)的零件約占機械加工總量的80%以上。對這些多品種、加工批量小、零件形狀復雜、精度要求高的零件的加工，采用專業(yè)化程度很高的自動機床和自動生產(chǎn)線就顯得很不合適。因為在市場經(jīng)濟的大潮中，必須經(jīng)常開發(fā)新產(chǎn)品，頻繁地更新?lián)Q代。5.2機械制造自動化機械制造是現(xiàn)代工業(yè)3圖5.1計算機數(shù)控系統(tǒng)結構圖

數(shù)字控制（簡稱數(shù)控）——靈活、通用、高精度、高效率的“柔性”自動化制造技術

一種靈活、通用、高精度、高效率的“柔性”自動化生產(chǎn)技術——數(shù)字控制（簡稱數(shù)控）技術在這種情況下應運而生。簡單地說，數(shù)控技術是一門以數(shù)字的形式實現(xiàn)控制的技術。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)是由程序、輸入輸出設備、計算機數(shù)字控制裝置、可編程序控制器(PC)、主軸驅(qū)動裝置和進給驅(qū)動裝置等組成，如圖5.l所示。圖5.1計算機數(shù)數(shù)字控制（簡稱數(shù)控）——靈活、通用、高精度45.2.2柔性制造系統(tǒng)(FMS)

柔性制造系統(tǒng)（簡稱FMS）是在計算機直接數(shù)控(DNC)基礎上發(fā)展起來的一種高度自動化加工形式。它是由統(tǒng)一的控制系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)連接起來的一組加工設備，包括數(shù)控機床、材料和工具自動運輸設備、產(chǎn)品零件自動傳輸設備、自動檢測和試驗設備等，不僅能進行自動化生產(chǎn)，而且還能在—定范圍內(nèi)完成不同工件的加工任務。

柔性制造系統(tǒng)一般包括以下要素：(1)

標準的數(shù)控機床或制造單元。（制造單元是指具有自動上下料功能或具有多個工位的加工型及裝配型的數(shù)控機床）；(2)

在機床和裝卡工位之間運送零件和刀具的傳送系統(tǒng)；(3)

發(fā)布指令，協(xié)調(diào)機床、工件和刀具傳送裝置的監(jiān)控系統(tǒng)；(4)

中央刀具庫及其管理系統(tǒng)；(5)自動化倉庫及其管理系統(tǒng)。5.2.2柔性制造系統(tǒng)(FMS)柔性制造系統(tǒng)5由統(tǒng)一的控制系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)連接起來的一組加工設備，包括數(shù)控機床、材料和工具自動運輸設備、產(chǎn)品零件自動傳輸設備、自動檢測和試驗設備等，不僅能進行自動化生產(chǎn)，而且還能在—定范圍內(nèi)完成不同工件的加工任務。

柔性制造系統(tǒng)由加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、中央管理系統(tǒng)組成。自動輸送車中央管理和控制計算機物流控制裝置夾具站自動化倉庫工廠主計算機信息傳輸網(wǎng)庫具CNC機床機器人附屬工作站CNC機床機器人附屬工作站……制造單元刀圖5.2柔性制造系統(tǒng)結構圖由統(tǒng)一的控制系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)連接起來的一組加工6

5.2.3計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)

計算機集成制造系統(tǒng)是在自動化技術、計算機技術及制造技術的基礎上，通過計算機及其軟件，將制造工廠全部生產(chǎn)活動（設計、制造及經(jīng)營管理，包括市場調(diào)研、生產(chǎn)決策、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品設計、加工制造以及銷售經(jīng)營等）與整個生產(chǎn)過程有關的物料流與信息流實現(xiàn)高度統(tǒng)一的綜合化管理，構成一個優(yōu)化的完整的生產(chǎn)系統(tǒng)。圖5.3計算機集成制造系統(tǒng)組成框圖

5.2.3計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)75.3過程工業(yè)自動化在連續(xù)型工業(yè)中，主要對系統(tǒng)的溫度，壓力、流量、液位（料位）、成分和物性等六大參數(shù)進行控制的工業(yè)，稱之為過程工業(yè)。

過程工業(yè)包括電力、石油化工、化工、造紙、冶金、制藥、輕工等國民經(jīng)濟中舉足輕重的許多工業(yè)。

5.3.1過程工業(yè)自動化的研究內(nèi)容及特點工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制稱為過程控制，它是過程工業(yè)自動化的核心內(nèi)容。過程控制研究過程工業(yè)生產(chǎn)過程的描述、模擬、仿真、設計、控制和管理，旨在進一步改善工藝操作，提高自動化水平，優(yōu)化生產(chǎn)過程，加強生產(chǎn)管理，最終顯著地增加經(jīng)濟效益。

5.3過程工業(yè)自動化在連續(xù)型工業(yè)中，主要8早期的過程控制系統(tǒng)主要采用基地式儀表、氣動單元組合式儀表、電動單元組合式儀表等傳統(tǒng)技術工具。

但隨著微處理器和工業(yè)計算機技術的發(fā)展，目前廣泛采用可編程單回路、多回路調(diào)節(jié)器以及分布式計算機控制系統(tǒng)(DistributedComputerControlSystem，簡稱DCS)。近年來迅速發(fā)展起來的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡控制系統(tǒng)(FCS)，更是控制技術和計算機技術高度結合的產(chǎn)物。早期的過程控制系統(tǒng)主要采用基地式儀表、氣動單9

5.3.2基于計算機技術的過程控制系統(tǒng)

生產(chǎn)過程數(shù)字計算機A/D轉換D/A轉換操作臺擾動控制變量輸出變量……控制臺控制臺過程控制計算機控制單元控制單元多路采集器可編程邏輯控制器數(shù)據(jù)通道工程師/操作員控制臺其他系統(tǒng)圖5.5分布式計算機控制系統(tǒng)圖5.4直接數(shù)字控制系統(tǒng)5.3.2基于計算機技術的過程控制系統(tǒng)

生產(chǎn)過程10圖5.6計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)的結構模型

生產(chǎn)過程計算機集成控制系統(tǒng)是一種綜合自動化系統(tǒng)。目的是要使企業(yè)用最短的周期、最低的成本、最優(yōu)的質(zhì)量，生產(chǎn)出適銷對路的產(chǎn)品，以獲取最大的經(jīng)濟效益，增強國內(nèi)外市場的競爭能力。

其實質(zhì)就是將過程控制、計劃調(diào)度、經(jīng)營管理和市場銷售等信息進行集成，并求得全局優(yōu)化

圖5.6計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)的結構模型生產(chǎn)過程計算機集115.4電力系統(tǒng)自動化

5.4.1安全供電離不開自動化

5.4.2經(jīng)濟運營需要開自動化

對于火力發(fā)電廠，不但要考慮每個電廠的煤耗量，更要考慮電廠的煤耗微增率（即增加單位負荷所需的煤耗量）。此外，還要考慮不同電廠在輸電過程中的不同線路損耗。電力系統(tǒng)形成復雜的聯(lián)網(wǎng)時，需要依靠自動化和計算機來實現(xiàn)最優(yōu)經(jīng)濟運營。

對于單個的火力發(fā)電系統(tǒng)，為了保障發(fā)電機的安全，需要采用自動裝置進行過電壓保護、過電流保護、接地保護、功率反向保護或差動保護。對汽溫、汽壓、真空度、水位、爐膛壓力、燃燒情況以及汽輪發(fā)電機的電流、電壓、軸承溫度等等參數(shù)需要進行檢測和監(jiān)控。由不同規(guī)模、不同性質(zhì)的電力系統(tǒng)形成復雜的聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。5.4電力系統(tǒng)自動化5.4.1安全供電離125.4.3供電質(zhì)量的自動化要求供電質(zhì)量主要指電壓質(zhì)量和頻率質(zhì)量。我國電力系統(tǒng)的頻率標準是50hz，頻率下降時，鼓風機出力減少，鍋爐給水泵打不上水，火力發(fā)電廠的鍋爐將不能運行；油泵不能供應軸承潤滑油，汽輪發(fā)電機的軸瓦將被燒壞。頻率變化對電子設備的影響更大。但頻率變化是電力系統(tǒng)內(nèi)電力盈虧的標志。電力系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電出力多于用電量時，多余的電力轉化為加速電機轉速的動能，頻率將加快；發(fā)電不足時，發(fā)電機付出動能來滿足用電的需要，頻率將下降。所以，電力系統(tǒng)運行中，需要自動調(diào)頻裝置來保持電力的正常盈虧平衡，根據(jù)實際情況及時自動調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的出力或限制負荷。

電壓質(zhì)量直接影響到用戶的用電質(zhì)量。電壓過高會損害用電電器，或響應其壽命；電壓過低則電燈不亮，熒光燈不能啟動，甚至會由于轉矩不夠而燒壞電動機。5.4.3供電質(zhì)量的自動化要求供電質(zhì)量主131965年11月9日下午5點16分11秒，紐約一條線路的后備保護誤動作把線路開關跳開，負荷轉加給了其他四條線路，使它們先后在2.72秒內(nèi)斷開。于是貝克水電站的發(fā)電機由于失去負荷而加速，頻率上升，電力向紐約州強送，使紐約州涌進了大量電力，在大約1.5秒內(nèi)，這些線路的過負載保護先后動作而斷開，造成紐約市缺電大約130萬kw，從而又使附近紐澤西州的電力向紐約市涌進了100萬kw，以至電壓和頻率不能平衡。幾分鐘內(nèi)，該區(qū)內(nèi)頻率下降，電廠的風機和水泵出力降低，甚至停轉，發(fā)電機只得相繼斷開。由于潤滑泵停運，區(qū)內(nèi)三臺大機組因軸承損壞而停運，最終導致全市停電。高樓電梯、地鐵、交通信號燈以至路燈等都不工作，全市大亂。斷電時間長達13.5小時。由此可知，先進、可靠的電力自動化系統(tǒng)是多么重要和必要！5.4.4從一次停電事故看電力系統(tǒng)自動化1965年11月9日下午5點16分11秒，紐145.5飛行器控制

5.5.1導彈控制系統(tǒng)的功用5.5.2導航系統(tǒng)5.5.3制導系統(tǒng)5.5.4姿態(tài)控制系統(tǒng)5.5.5飛行控制電子綜合系統(tǒng)5.5.6測試與發(fā)射控制系統(tǒng)

現(xiàn)代飛行器有很多種類，例如有飛機、導彈、人造衛(wèi)星、直升機、運載火箭、宇宙飛船、航天飛機等?，F(xiàn)代飛行器有很多種類，例如有飛機、導彈、人造衛(wèi)星、直升機、運載火箭、宇宙飛船、航天飛機等。不同種類的飛行器具有不同的用途，同一種飛行器也由于功能、性能不同而分為不同類型。飛行器控制的內(nèi)容非常豐富：5.5飛行器控制5.5.1導彈控制系統(tǒng)的功用155.5.1導彈控制系統(tǒng)的功用飛行器控制系統(tǒng)飛行控制系統(tǒng)測試發(fā)射控制系統(tǒng)導航系統(tǒng)制導系統(tǒng)姿態(tài)控制系統(tǒng)電子綜合系統(tǒng)測試系統(tǒng)發(fā)射控制系統(tǒng)監(jiān)視控制系統(tǒng)圖5.7飛行器控制系統(tǒng)的構成

導彈控制系統(tǒng)的主要任務是：控制導彈有效載荷的投擲精度（命中精度）；對飛行器實施姿態(tài)控制，保證在各種條件下的飛行穩(wěn)定性；在發(fā)射前對飛行器進行可靠、準確的檢測和操縱發(fā)射?？刂葡到y(tǒng)的作用就是消除或減小干擾和影響的后果，控制導彈準確、可靠地完成飛行動作，最后飛向目標。5.5.1導彈控制系統(tǒng)的功用飛行器控制系統(tǒng)飛行控制系統(tǒng)16

5.5.2導航系統(tǒng)

飛行器是六自由度運動體，包含角運動和線運動，一般分別稱為繞質(zhì)心運動和質(zhì)心運動。繞質(zhì)心運動參數(shù)(如姿態(tài)角度、角速度)的測量主要利用慣性器件，質(zhì)心運動參數(shù)(如位置、速度、加速度)的測量有慣性測量方法和依靠外界參照信息的無線電測量、光學測量方法幾類。所謂導航，是指利用敏感器件測量飛行器的運動參數(shù)，并將測量的信息直接或經(jīng)過變換、計算來表征飛行器在某種坐標系的角度、速度和位置等狀態(tài)量。而由測量、傳遞、變換、計算幾個環(huán)節(jié)組成并給出飛行器初始狀態(tài)和飛行運動參數(shù)的系統(tǒng)則稱為導航系統(tǒng)。5.5.2導航系統(tǒng)飛行器是六自由175.5.3制導系統(tǒng)圖5.8追蹤法示意圖

圖5.9三點法示意圖

圖5.10比例導引法示意圖

制導系統(tǒng)的主要功能是利用導航系統(tǒng)提供的飛行器運動參數(shù)，對質(zhì)心運動進行控制，使飛行器從某一飛行狀態(tài)達到期望的終端條件，保證飛行器以足夠的精度命中目標。

5.5.3制導系統(tǒng)圖5.8追蹤法示意圖185.6智能建筑5.6.1智能建筑的概念及構成

智能建筑，又稱為智能大廈，是把現(xiàn)代建筑技術和信息技術有機地結合起來，設計和建造安全、舒適、高效、節(jié)能、方便靈活的現(xiàn)代化建筑。

智能建筑通過綜合布線系統(tǒng)與各種信息終端來“感知”建筑物內(nèi)各個空間的信息，經(jīng)過計算機處理作出相應對策，使建筑物具有某種“智能”。建筑物的使用者和管理者可以對大樓的供熱、供水、空調(diào)、電氣、電梯、照明、音樂、防火、防盜、電話、傳真、閉路電視(或衛(wèi)星電視)、計算機通信、購物、保健等設施實現(xiàn)按需控制，對建筑物的關鍵部位或特殊部位進行監(jiān)控并提供與互聯(lián)網(wǎng)的有效連接。智能建筑包含三大基本要素，即樓宇自動化，簡稱BA)系統(tǒng)、通信自動化，簡稱CA)系統(tǒng)和辦公自動化，簡稱OA)系統(tǒng)，三者是有機結合在一起，成為智能建筑“3A”結構。5.6智能建筑5.6.1智能建筑的概19圖5.113A智能建筑的構成三大基本要素：樓宇自動化系統(tǒng)、通信自動化系統(tǒng)和辦公自動化系統(tǒng)。圖5.113A智能建筑的構成三大基本要素：樓宇自動化系205.6.2樓宇自動化系統(tǒng)對大樓供電、照明、報警、消防、電梯、空調(diào)等設備監(jiān)控和管理，對設備運行參數(shù)進行實時控制與監(jiān)視、或節(jié)能控制、非正常運行狀態(tài)報警。并通過與辦公自動化及通信自動化系統(tǒng)的綜合設計，支持面向用戶的服務功能，提高大樓的舒適性、安全性、節(jié)能性，降低費用，實現(xiàn)高度的集成化管理。傳統(tǒng)的樓宇自動化系統(tǒng)采用的是集中監(jiān)視、集中控制的方式。圖5.13集中式樓宇自動化系統(tǒng)的結構5.6.2樓宇自動化系統(tǒng)對大樓供電、照明、報21

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫大樓主干通信網(wǎng)樓宇控制局域網(wǎng)監(jiān)控中心操作站……操作站控制器……監(jiān)控管理計算機系統(tǒng)控制器由于并行的分布式計算機網(wǎng)絡技術以及集散型監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，分布式樓宇自動化系統(tǒng)成為目前樓宇自動化系統(tǒng)廣為采用的一種結構。系統(tǒng)各現(xiàn)場控制器通過通信的方式與監(jiān)控管理計算機連接在一起，各控制器獨立地完成系統(tǒng)分配給自己的任務，如數(shù)據(jù)采集、計算、處理、檢測、控制等。圖5.14分布式樓宇自動化系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫大樓主干通信網(wǎng)樓宇控制局域網(wǎng)監(jiān)控中心操作站……操225.6.3通信自動化系統(tǒng)

通信自動化系統(tǒng)是大廈智能化的“中樞神經(jīng)”。它由各種通信設備、通信線路以及相關計算機軟件組成。它主要包括傳送話音、數(shù)據(jù)和圖像的基本通信網(wǎng)絡；實現(xiàn)樓層間(內(nèi))各種終端、微機、工作站之間通信的樓層局域網(wǎng)；溝通樓群或樓內(nèi)計算機與樓內(nèi)各個局域網(wǎng)間通信聯(lián)系的樓群或樓內(nèi)高速主干網(wǎng)以及與公共信息資源(如Internet)相通的遠程數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。圖5.15智能建筑的通信網(wǎng)絡結構5.6.3通信自動化系統(tǒng)通信自動化系統(tǒng)是23

5.6.4辦公自動化系統(tǒng)

辦公自動化系統(tǒng)具有文字處理、資料管理、行政管理、圖像或圖形處理、聲音處理、網(wǎng)絡通信等多種功能，可以對智能大廈內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡控制中心提供動態(tài)信息資源分配、故障診斷及恢復、信息處理及網(wǎng)絡性能等進行監(jiān)控。5.6.5綜合布線系統(tǒng)建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)主要是針對計算機和通信設備的布線系統(tǒng)而設計的，它能滿足各類計算機和通信設備傳輸信號的不同要求。智能大樓布線系統(tǒng)是一種靈活性很高的建筑布線網(wǎng)絡，它能連接話音、圖像和數(shù)據(jù)以及各種用于樓宇控制與管理的裝置。智能大樓布線系統(tǒng)是一種工程化的、專門設計的完整系統(tǒng)。5.6.4辦公自動化系統(tǒng)辦公自動化24圖5.12樓宇自動化系統(tǒng)的構成圖5.12樓宇自動化系統(tǒng)的構成255.7

智能交通系統(tǒng)

5.7.1智能交通系統(tǒng)的概念

智能交通系統(tǒng)可以廣泛應用于包括高速公路、城市道路、橋梁等設施的龐大的運輸網(wǎng)絡，也可應用于數(shù)量日益增多的各種車輛

(1)提高公路交通的安全性

(2)

降低能源消耗，減少汽車運輸對環(huán)境的影響(3)提高公路網(wǎng)絡的通行能力(4)提高汽車運輸生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益5.7智能交通系統(tǒng)

5.7.1265.7.2智能交通系統(tǒng)的主要內(nèi)容

1.出行與運輸管理系統(tǒng)2.出行需求管理系統(tǒng)3.公共交通運營系統(tǒng)4.商用車輛運營系統(tǒng)5.電子收費系統(tǒng)

6.應急管理系統(tǒng)

7.先進的車輛控制和安全系統(tǒng)5.7.2智能交通系統(tǒng)的主要內(nèi)容1.出行與運輸管275.7.2.1出行與運輸管理系統(tǒng)該系統(tǒng)有6個子系統(tǒng)：（1）在途駕駛員信息系統(tǒng)；（2）線路引導系統(tǒng)；（3）出行人員服務系統(tǒng)；（4）交通控制系統(tǒng)；（5）突發(fā)事件管理系統(tǒng)；（6）排放測試與污染防護系統(tǒng)。5.7.2.1出行與運輸管理系統(tǒng)285.7.2.2出行需求管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括3個子系統(tǒng)：（1）出發(fā)前的出行信息系統(tǒng)；（2）合乘配載和預約系統(tǒng)；（3）需求管理與運營系統(tǒng)。該系統(tǒng)有4個子系統(tǒng)：（1）公共運輸管理系統(tǒng)；（2）途中換乘信息系統(tǒng)；（3）滿足個人需求的非定線公共交通系統(tǒng)；（4）出行安全系統(tǒng)。5.7.2.3公共交通運營系統(tǒng)5.7.2.2出行需求管理系統(tǒng)該系295.7.2.4商用車輛運營系統(tǒng)該系統(tǒng)有6個子系統(tǒng)：（1）商用車輛電子通關系統(tǒng)；（2）自動化路側安全檢測系統(tǒng)；（3）商用車輛管理程序系統(tǒng)；（4）車載安全監(jiān)控系統(tǒng)；（5）商用車輛交通信息系統(tǒng)；（6）危險品應急反應系統(tǒng)。5.7.2.5電子收費系統(tǒng)該系統(tǒng)通過電子卡或電子標簽由計算機實現(xiàn)自動收費。5.7.2.4商用車輛運營系統(tǒng)該系統(tǒng)305.7.2.6應急管理系統(tǒng)該系統(tǒng)有2個子系統(tǒng)：（1）緊急告警與人員安全系統(tǒng)；（2）應急車輛管理系統(tǒng)。5.7.2.7先進的車輛控制和安全系統(tǒng)該系統(tǒng)包括7個子系統(tǒng)：（1）縱向避撞系統(tǒng)；（2）側向避撞系統(tǒng)；（3）交叉口避撞系統(tǒng)；（4）視覺強化避撞系統(tǒng)；（5）事故前乘員安全保護系統(tǒng)；（6）危險預警系統(tǒng)；（7）自動公路系統(tǒng)。5.7.2.6應急管理系統(tǒng)該系統(tǒng)有2個子系統(tǒng)：31

5.8生物控制5.8.1生物控制的研究內(nèi)容及特點具體研究方向有生物控制系統(tǒng)（血壓控制系統(tǒng)、呼吸控制系統(tǒng)、體溫控制系統(tǒng)、神經(jīng)控制系統(tǒng)、內(nèi)分泌控制系統(tǒng)和肌肉起動控制系統(tǒng)等）、遺傳及其控制、神經(jīng)控制、生物行為控制、仿生學等等。5.8.2神經(jīng)控制已在4.6.3神經(jīng)控制系統(tǒng)節(jié)中加以介紹5.8生物控制5.8.1生物控制的研究內(nèi)容及特點325.8.3仿生技術

仿生技術研究的內(nèi)容有五個方面：(1)信息仿生包括感官仿生，細胞內(nèi)和細胞間通信、動物間通信仿生，以及智能仿生等方面。(2)控制仿生包括體內(nèi)穩(wěn)態(tài)調(diào)控、肢體運動控制、動物的定向?qū)Ш?、生態(tài)系統(tǒng)的漲落等。(3)力學仿生是關于動物飛行、運動動力學的研究。(4)化學仿生研究生物體內(nèi)一些特殊的化學過程，以便使這些過程也能在工業(yè)中實現(xiàn)。(5)醫(yī)學仿生研究用人工仿制品代替人的有機體的某一部分。

5.8.4生物控制與中醫(yī)學就是用人造裝置對有生命物質(zhì)進行模擬。仿生就是用人造裝置對有生命物質(zhì)進行模擬。5.8.3仿生技術仿生技術研究的內(nèi)容有五335.8.4生物控制與中醫(yī)學

中醫(yī)學是我國人民經(jīng)過幾千年實踐總結出來的一門關于人的科學，它和生物控制研究方法的共同點是注重整體性和系統(tǒng)性。其中記載的經(jīng)絡學說實質(zhì)上是世界上最早的古典生物控制理論。根據(jù)經(jīng)絡學說的論述，從生物控制的觀點看來，可以認為經(jīng)絡實質(zhì)上是指人體整個生命活動的功能控制系統(tǒng)。因為它是一個功能控制系統(tǒng)，而不是個別的器官、組織，所以不能找到特定的實體結構。這個功能控制系統(tǒng)是一個以腦為控制中心的多級閉環(huán)控制系統(tǒng)，在經(jīng)絡學說中，稱腦為“元神府”，它通過督脈(總督全身的陽經(jīng))、任脈(總任全身的陰經(jīng))等，控制五臟六腑、四肢百骸，而五官七竅、體表穴位則為測量裝置(傳感器)與外界環(huán)境發(fā)生聯(lián)系。

生物控制理論及技術也可以使中醫(yī)學的科學性得到準確的說明和鑒定，使中醫(yī)理論真正建立在科學基礎上。5.8.4生物控制與中醫(yī)學中醫(yī)345.9生態(tài)與環(huán)境控制

5.9.1生態(tài)控制

生態(tài)控制的基本任務之一是用系統(tǒng)和信息觀點和方法分析、設計、規(guī)劃和控制人工生態(tài)系統(tǒng)、資源的合理利用和再循環(huán)、環(huán)境的綜合治理和優(yōu)化以及在新的生態(tài)平衡格局下人類怎樣適應和協(xié)調(diào)。5.9.2環(huán)境控制將環(huán)境當作受控的開放系統(tǒng)，研究、實施有效的控制行為，使人們的生存環(huán)境質(zhì)量維持在一個良好的水平。環(huán)境控制中的控制行為主要有三個方面：局部污染處理、綜合環(huán)境治理和環(huán)境系統(tǒng)管理。5.9生態(tài)與環(huán)境控制

5.9.1生態(tài)控制5.9.2355.10社會經(jīng)濟控制(1)將社會經(jīng)濟系統(tǒng)（SocioeconomicSystem）看成是一個具有反饋調(diào)節(jié)，特別是信息反饋的控制系統(tǒng)；（2）

對社會經(jīng)濟系統(tǒng)進行定量的描述與處理，以求達到最優(yōu)控制，作出有效、合理的經(jīng)濟決策;(3)社會經(jīng)濟控制的主要任務是：給出最優(yōu)的經(jīng)濟決策，通過最優(yōu)的經(jīng)濟管理，實現(xiàn)預期的經(jīng)濟指標。5.10社會經(jīng)濟控制(1)將社會經(jīng)濟系統(tǒng)（Soc365.11大系統(tǒng)控制與系統(tǒng)工程

大系統(tǒng)就是規(guī)模宏大、結構復雜的系統(tǒng)。例如，現(xiàn)代大型企業(yè)的多級計算機管理和控制系統(tǒng)（如大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)），大型工程項目的計劃協(xié)調(diào)與組織管理系統(tǒng)全國性或地區(qū)性的供電網(wǎng)絡的調(diào)度、管理和優(yōu)化運行系統(tǒng)，社會經(jīng)濟系統(tǒng)，大都市的交通管理與控制系統(tǒng)，環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)以及航天運載火箭、洲際導彈等，都是典型的大系統(tǒng)。5.11.1大系統(tǒng)控制在現(xiàn)代控制理論的基礎上，形成了所謂的大系統(tǒng)理論。主要研究內(nèi)容有大系統(tǒng)建模、分析與綜合等方面，包括研究系統(tǒng)結構、模型簡化、控制方案、系統(tǒng)穩(wěn)定性以及最優(yōu)化等。主要有三種控制結構方案，即多級（遞階）控制、多層控制和多段控制。5.11大系統(tǒng)控制與系統(tǒng)工程大系統(tǒng)就37第一層第二層協(xié)調(diào)控制遞階控制遞階控制局部控制局部控制局部控制局部控制被控對象或過程總任務…………第三層(1)多級（遞階）控制

第一級為局部控制級，它直接控制大系統(tǒng)的各局部過程或?qū)ο?，構成小系統(tǒng)；第二級為遞階控制級，它對第一級各子系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制；第三級為協(xié)調(diào)控制級，根據(jù)大系統(tǒng)的總目標，金字塔式遞階控制結構對第二級進行協(xié)調(diào)控制，完成大系統(tǒng)管理、控制的總任務。圖5.16三層遞階控制結構第一層第二層協(xié)調(diào)控制遞階控制遞階控制局部控制局部控制局部控制38

(2)多層控制自組織層自適應層最優(yōu)化層直接控制層測量顯示被控對象或過程總目標第四層第三層第二層第一層慢擾動較慢擾動較快擾動快擾動

多層控制方案的特點是按任務或功能分層。各層之間的關系具有“分工”性質(zhì)，上下層之間也有隱含的“支配”與“被支配”的關系。圖5.17多層控制結構(2)多層控制自組織層自適應層最優(yōu)化層直接控制層測量39圖5.18多段控制結構第一段第二段第n段協(xié)調(diào)模塊被控對象或過程……全段任務

多段控制結構方案的特點是按被控過程時間分段，根據(jù)被控過程先后時間順序或“航程”，將全過程分為若干時段，每一時段形成一個小系統(tǒng)，如圖5.18所示。這里的協(xié)調(diào)模塊按銜接條件進行協(xié)調(diào)，把前時段終點邊界條件與后時段初始邊界條件銜接起來，完成全過程的控制任務。圖5.18多段控制結構圖5.18多段控制結構第一段第二段第n段協(xié)調(diào)模塊被控對405.11.2系統(tǒng)工程

系統(tǒng)工程是以系統(tǒng)(特別是大系統(tǒng))為研究對象的一門跨學科的邊緣科學。是應用現(xiàn)代數(shù)學和電子計算機等工具，對系統(tǒng)的構成要素、組織結構、信息交換和自動控制等進行分析、研究，從而達到最優(yōu)設計、最優(yōu)控制和最優(yōu)管理的目標，是為更加合理地研制和運用大系統(tǒng)而采取的各種組織管理技術的總稱（如長江三峽施工組織管理系統(tǒng)）。

系統(tǒng)工程涉及的領域非常廣泛，除了各種工程領域，還涉及社會、經(jīng)濟、政治、軍事、文化、教育等領域。其應用范圍包括社會系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)以及流通服務系統(tǒng)、人體對象系統(tǒng)等等。目前被人們廣泛重視并取得有價值結果的應用領域有宏觀經(jīng)濟系統(tǒng)工程、區(qū)域規(guī)劃系統(tǒng)工程、環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)工程、能源系統(tǒng)工程、水資源系統(tǒng)工程、運輸系統(tǒng)工程、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程、工程項目管理系統(tǒng)工程、人口系統(tǒng)工程、軍事系統(tǒng)工程等，如“西氣東輸”、“南水北調(diào)”、黃河水資源系統(tǒng)、國民經(jīng)濟宏觀調(diào)控系統(tǒng)等。

5.11.2系統(tǒng)工程系統(tǒng)工程是以系統(tǒng)(415控制與自動化技術的應用范疇

5控制與自動化技術的應用范疇

425.2機械制造自動化5.3過程工業(yè)自動化5.4電力系統(tǒng)自動化5.5飛行器控制5.6智能建筑5.7智能交通系統(tǒng)5.8生物控制5.9生態(tài)與環(huán)境控制5.10社會經(jīng)濟控制5.11大系統(tǒng)控制與系統(tǒng)工程5.1引言控制與自動化是不斷發(fā)展的高、新科學技術，對人類生產(chǎn)、生活和科學研究有著非常重要的影響?？刂婆c自動化技術發(fā)展至今，可以說是已從“人類手腳的延伸”擴展到“人類大腦的延伸”。控制與自動化技術時時在為人類“謀”福利，可謂無所不在、無處沒有。5.2機械制造自動化5.3過程工435.2機械制造自動化機械制造是現(xiàn)代工業(yè)重要的組成部分，對國民經(jīng)濟建設有非常巨大的影響。機械制造自動化技術從20世紀50年代至今，經(jīng)歷了單機自動化、剛性生產(chǎn)線，數(shù)控機床、加工中心和柔性生產(chǎn)線、柔性制造三個階段，正向計算機集成制造(CIM)發(fā)展。5.2.1數(shù)控技術和數(shù)控系統(tǒng)在產(chǎn)品加工中，大批量生產(chǎn)的零件并不很多。據(jù)統(tǒng)計，單件與小批量生產(chǎn)的零件約占機械加工總量的80%以上。對這些多品種、加工批量小、零件形狀復雜、精度要求高的零件的加工，采用專業(yè)化程度很高的自動機床和自動生產(chǎn)線就顯得很不合適。因為在市場經(jīng)濟的大潮中，必須經(jīng)常開發(fā)新產(chǎn)品，頻繁地更新?lián)Q代。5.2機械制造自動化機械制造是現(xiàn)代工業(yè)44圖5.1計算機數(shù)控系統(tǒng)結構圖

數(shù)字控制（簡稱數(shù)控）——靈活、通用、高精度、高效率的“柔性”自動化制造技術

一種靈活、通用、高精度、高效率的“柔性”自動化生產(chǎn)技術——數(shù)字控制（簡稱數(shù)控）技術在這種情況下應運而生。簡單地說，數(shù)控技術是一門以數(shù)字的形式實現(xiàn)控制的技術。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)是由程序、輸入輸出設備、計算機數(shù)字控制裝置、可編程序控制器(PC)、主軸驅(qū)動裝置和進給驅(qū)動裝置等組成，如圖5.l所示。圖5.1計算機數(shù)數(shù)字控制（簡稱數(shù)控）——靈活、通用、高精度455.2.2柔性制造系統(tǒng)(FMS)

柔性制造系統(tǒng)（簡稱FMS）是在計算機直接數(shù)控(DNC)基礎上發(fā)展起來的一種高度自動化加工形式。它是由統(tǒng)一的控制系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)連接起來的一組加工設備，包括數(shù)控機床、材料和工具自動運輸設備、產(chǎn)品零件自動傳輸設備、自動檢測和試驗設備等，不僅能進行自動化生產(chǎn)，而且還能在—定范圍內(nèi)完成不同工件的加工任務。

柔性制造系統(tǒng)一般包括以下要素：(1)

標準的數(shù)控機床或制造單元。（制造單元是指具有自動上下料功能或具有多個工位的加工型及裝配型的數(shù)控機床）；(2)

在機床和裝卡工位之間運送零件和刀具的傳送系統(tǒng)；(3)

發(fā)布指令，協(xié)調(diào)機床、工件和刀具傳送裝置的監(jiān)控系統(tǒng)；(4)

中央刀具庫及其管理系統(tǒng)；(5)自動化倉庫及其管理系統(tǒng)。5.2.2柔性制造系統(tǒng)(FMS)柔性制造系統(tǒng)46由統(tǒng)一的控制系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)連接起來的一組加工設備，包括數(shù)控機床、材料和工具自動運輸設備、產(chǎn)品零件自動傳輸設備、自動檢測和試驗設備等，不僅能進行自動化生產(chǎn)，而且還能在—定范圍內(nèi)完成不同工件的加工任務。

柔性制造系統(tǒng)由加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、中央管理系統(tǒng)組成。自動輸送車中央管理和控制計算機物流控制裝置夾具站自動化倉庫工廠主計算機信息傳輸網(wǎng)庫具CNC機床機器人附屬工作站CNC機床機器人附屬工作站……制造單元刀圖5.2柔性制造系統(tǒng)結構圖由統(tǒng)一的控制系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)連接起來的一組加工47

5.2.3計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)

計算機集成制造系統(tǒng)是在自動化技術、計算機技術及制造技術的基礎上，通過計算機及其軟件，將制造工廠全部生產(chǎn)活動（設計、制造及經(jīng)營管理，包括市場調(diào)研、生產(chǎn)決策、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品設計、加工制造以及銷售經(jīng)營等）與整個生產(chǎn)過程有關的物料流與信息流實現(xiàn)高度統(tǒng)一的綜合化管理，構成一個優(yōu)化的完整的生產(chǎn)系統(tǒng)。圖5.3計算機集成制造系統(tǒng)組成框圖

5.2.3計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)485.3過程工業(yè)自動化在連續(xù)型工業(yè)中，主要對系統(tǒng)的溫度，壓力、流量、液位（料位）、成分和物性等六大參數(shù)進行控制的工業(yè)，稱之為過程工業(yè)。

過程工業(yè)包括電力、石油化工、化工、造紙、冶金、制藥、輕工等國民經(jīng)濟中舉足輕重的許多工業(yè)。

5.3.1過程工業(yè)自動化的研究內(nèi)容及特點工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制稱為過程控制，它是過程工業(yè)自動化的核心內(nèi)容。過程控制研究過程工業(yè)生產(chǎn)過程的描述、模擬、仿真、設計、控制和管理，旨在進一步改善工藝操作，提高自動化水平，優(yōu)化生產(chǎn)過程，加強生產(chǎn)管理，最終顯著地增加經(jīng)濟效益。

5.3過程工業(yè)自動化在連續(xù)型工業(yè)中，主要49早期的過程控制系統(tǒng)主要采用基地式儀表、氣動單元組合式儀表、電動單元組合式儀表等傳統(tǒng)技術工具。

但隨著微處理器和工業(yè)計算機技術的發(fā)展，目前廣泛采用可編程單回路、多回路調(diào)節(jié)器以及分布式計算機控制系統(tǒng)(DistributedComputerControlSystem，簡稱DCS)。近年來迅速發(fā)展起來的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡控制系統(tǒng)(FCS)，更是控制技術和計算機技術高度結合的產(chǎn)物。早期的過程控制系統(tǒng)主要采用基地式儀表、氣動單50

5.3.2基于計算機技術的過程控制系統(tǒng)

生產(chǎn)過程數(shù)字計算機A/D轉換D/A轉換操作臺擾動控制變量輸出變量……控制臺控制臺過程控制計算機控制單元控制單元多路采集器可編程邏輯控制器數(shù)據(jù)通道工程師/操作員控制臺其他系統(tǒng)圖5.5分布式計算機控制系統(tǒng)圖5.4直接數(shù)字控制系統(tǒng)5.3.2基于計算機技術的過程控制系統(tǒng)

生產(chǎn)過程51圖5.6計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)的結構模型

生產(chǎn)過程計算機集成控制系統(tǒng)是一種綜合自動化系統(tǒng)。目的是要使企業(yè)用最短的周期、最低的成本、最優(yōu)的質(zhì)量，生產(chǎn)出適銷對路的產(chǎn)品，以獲取最大的經(jīng)濟效益，增強國內(nèi)外市場的競爭能力。

其實質(zhì)就是將過程控制、計劃調(diào)度、經(jīng)營管理和市場銷售等信息進行集成，并求得全局優(yōu)化

圖5.6計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)的結構模型生產(chǎn)過程計算機集525.4電力系統(tǒng)自動化

5.4.1安全供電離不開自動化

5.4.2經(jīng)濟運營需要開自動化

對于火力發(fā)電廠，不但要考慮每個電廠的煤耗量，更要考慮電廠的煤耗微增率（即增加單位負荷所需的煤耗量）。此外，還要考慮不同電廠在輸電過程中的不同線路損耗。電力系統(tǒng)形成復雜的聯(lián)網(wǎng)時，需要依靠自動化和計算機來實現(xiàn)最優(yōu)經(jīng)濟運營。

對于單個的火力發(fā)電系統(tǒng)，為了保障發(fā)電機的安全，需要采用自動裝置進行過電壓保護、過電流保護、接地保護、功率反向保護或差動保護。對汽溫、汽壓、真空度、水位、爐膛壓力、燃燒情況以及汽輪發(fā)電機的電流、電壓、軸承溫度等等參數(shù)需要進行檢測和監(jiān)控。由不同規(guī)模、不同性質(zhì)的電力系統(tǒng)形成復雜的聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。5.4電力系統(tǒng)自動化5.4.1安全供電離535.4.3供電質(zhì)量的自動化要求供電質(zhì)量主要指電壓質(zhì)量和頻率質(zhì)量。我國電力系統(tǒng)的頻率標準是50hz，頻率下降時，鼓風機出力減少，鍋爐給水泵打不上水，火力發(fā)電廠的鍋爐將不能運行；油泵不能供應軸承潤滑油，汽輪發(fā)電機的軸瓦將被燒壞。頻率變化對電子設備的影響更大。但頻率變化是電力系統(tǒng)內(nèi)電力盈虧的標志。電力系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電出力多于用電量時，多余的電力轉化為加速電機轉速的動能，頻率將加快；發(fā)電不足時，發(fā)電機付出動能來滿足用電的需要，頻率將下降。所以，電力系統(tǒng)運行中，需要自動調(diào)頻裝置來保持電力的正常盈虧平衡，根據(jù)實際情況及時自動調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的出力或限制負荷。

電壓質(zhì)量直接影響到用戶的用電質(zhì)量。電壓過高會損害用電電器，或響應其壽命；電壓過低則電燈不亮，熒光燈不能啟動，甚至會由于轉矩不夠而燒壞電動機。5.4.3供電質(zhì)量的自動化要求供電質(zhì)量主541965年11月9日下午5點16分11秒，紐約一條線路的后備保護誤動作把線路開關跳開，負荷轉加給了其他四條線路，使它們先后在2.72秒內(nèi)斷開。于是貝克水電站的發(fā)電機由于失去負荷而加速，頻率上升，電力向紐約州強送，使紐約州涌進了大量電力，在大約1.5秒內(nèi)，這些線路的過負載保護先后動作而斷開，造成紐約市缺電大約130萬kw，從而又使附近紐澤西州的電力向紐約市涌進了100萬kw，以至電壓和頻率不能平衡。幾分鐘內(nèi)，該區(qū)內(nèi)頻率下降，電廠的風機和水泵出力降低，甚至停轉，發(fā)電機只得相繼斷開。由于潤滑泵停運，區(qū)內(nèi)三臺大機組因軸承損壞而停運，最終導致全市停電。高樓電梯、地鐵、交通信號燈以至路燈等都不工作，全市大亂。斷電時間長達13.5小時。由此可知，先進、可靠的電力自動化系統(tǒng)是多么重要和必要！5.4.4從一次停電事故看電力系統(tǒng)自動化1965年11月9日下午5點16分11秒，紐555.5飛行器控制

5.5.1導彈控制系統(tǒng)的功用5.5.2導航系統(tǒng)5.5.3制導系統(tǒng)5.5.4姿態(tài)控制系統(tǒng)5.5.5飛行控制電子綜合系統(tǒng)5.5.6測試與發(fā)射控制系統(tǒng)

現(xiàn)代飛行器有很多種類，例如有飛機、導彈、人造衛(wèi)星、直升機、運載火箭、宇宙飛船、航天飛機等?，F(xiàn)代飛行器有很多種類，例如有飛機、導彈、人造衛(wèi)星、直升機、運載火箭、宇宙飛船、航天飛機等。不同種類的飛行器具有不同的用途，同一種飛行器也由于功能、性能不同而分為不同類型。飛行器控制的內(nèi)容非常豐富：5.5飛行器控制5.5.1導彈控制系統(tǒng)的功用565.5.1導彈控制系統(tǒng)的功用飛行器控制系統(tǒng)飛行控制系統(tǒng)測試發(fā)射控制系統(tǒng)導航系統(tǒng)制導系統(tǒng)姿態(tài)控制系統(tǒng)電子綜合系統(tǒng)測試系統(tǒng)發(fā)射控制系統(tǒng)監(jiān)視控制系統(tǒng)圖5.7飛行器控制系統(tǒng)的構成

導彈控制系統(tǒng)的主要任務是：控制導彈有效載荷的投擲精度（命中精度）；對飛行器實施姿態(tài)控制，保證在各種條件下的飛行穩(wěn)定性；在發(fā)射前對飛行器進行可靠、準確的檢測和操縱發(fā)射?？刂葡到y(tǒng)的作用就是消除或減小干擾和影響的后果，控制導彈準確、可靠地完成飛行動作，最后飛向目標。5.5.1導彈控制系統(tǒng)的功用飛行器控制系統(tǒng)飛行控制系統(tǒng)57

5.5.2導航系統(tǒng)

飛行器是六自由度運動體，包含角運動和線運動，一般分別稱為繞質(zhì)心運動和質(zhì)心運動。繞質(zhì)心運動參數(shù)(如姿態(tài)角度、角速度)的測量主要利用慣性器件，質(zhì)心運動參數(shù)(如位置、速度、加速度)的測量有慣性測量方法和依靠外界參照信息的無線電測量、光學測量方法幾類。所謂導航，是指利用敏感器件測量飛行器的運動參數(shù)，并將測量的信息直接或經(jīng)過變換、計算來表征飛行器在某種坐標系的角度、速度和位置等狀態(tài)量。而由測量、傳遞、變換、計算幾個環(huán)節(jié)組成并給出飛行器初始狀態(tài)和飛行運動參數(shù)的系統(tǒng)則稱為導航系統(tǒng)。5.5.2導航系統(tǒng)飛行器是六自由585.5.3制導系統(tǒng)圖5.8追蹤法示意圖

圖5.9三點法示意圖

圖5.10比例導引法示意圖

制導系統(tǒng)的主要功能是利用導航系統(tǒng)提供的飛行器運動參數(shù)，對質(zhì)心運動進行控制，使飛行器從某一飛行狀態(tài)達到期望的終端條件，保證飛行器以足夠的精度命中目標。

5.5.3制導系統(tǒng)圖5.8追蹤法示意圖595.6智能建筑5.6.1智能建筑的概念及構成

智能建筑，又稱為智能大廈，是把現(xiàn)代建筑技術和信息技術有機地結合起來，設計和建造安全、舒適、高效、節(jié)能、方便靈活的現(xiàn)代化建筑。

智能建筑通過綜合布線系統(tǒng)與各種信息終端來“感知”建筑物內(nèi)各個空間的信息，經(jīng)過計算機處理作出相應對策，使建筑物具有某種“智能”。建筑物的使用者和管理者可以對大樓的供熱、供水、空調(diào)、電氣、電梯、照明、音樂、防火、防盜、電話、傳真、閉路電視(或衛(wèi)星電視)、計算機通信、購物、保健等設施實現(xiàn)按需控制，對建筑物的關鍵部位或特殊部位進行監(jiān)控并提供與互聯(lián)網(wǎng)的有效連接。智能建筑包含三大基本要素，即樓宇自動化，簡稱BA)系統(tǒng)、通信自動化，簡稱CA)系統(tǒng)和辦公自動化，簡稱OA)系統(tǒng)，三者是有機結合在一起，成為智能建筑“3A”結構。5.6智能建筑5.6.1智能建筑的概60圖5.113A智能建筑的構成三大基本要素：樓宇自動化系統(tǒng)、通信自動化系統(tǒng)和辦公自動化系統(tǒng)。圖5.113A智能建筑的構成三大基本要素：樓宇自動化系615.6.2樓宇自動化系統(tǒng)對大樓供電、照明、報警、消防、電梯、空調(diào)等設備監(jiān)控和管理，對設備運行參數(shù)進行實時控制與監(jiān)視、或節(jié)能控制、非正常運行狀態(tài)報警。并通過與辦公自動化及通信自動化系統(tǒng)的綜合設計，支持面向用戶的服務功能，提高大樓的舒適性、安全性、節(jié)能性，降低費用，實現(xiàn)高度的集成化管理。傳統(tǒng)的樓宇自動化系統(tǒng)采用的是集中監(jiān)視、集中控制的方式。圖5.13集中式樓宇自動化系統(tǒng)的結構5.6.2樓宇自動化系統(tǒng)對大樓供電、照明、報62

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫大樓主干通信網(wǎng)樓宇控制局域網(wǎng)監(jiān)控中心操作站……操作站控制器……監(jiān)控管理計算機系統(tǒng)控制器由于并行的分布式計算機網(wǎng)絡技術以及集散型監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，分布式樓宇自動化系統(tǒng)成為目前樓宇自動化系統(tǒng)廣為采用的一種結構。系統(tǒng)各現(xiàn)場控制器通過通信的方式與監(jiān)控管理計算機連接在一起，各控制器獨立地完成系統(tǒng)分配給自己的任務，如數(shù)據(jù)采集、計算、處理、檢測、控制等。圖5.14分布式樓宇自動化系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫大樓主干通信網(wǎng)樓宇控制局域網(wǎng)監(jiān)控中心操作站……操635.6.3通信自動化系統(tǒng)

通信自動化系統(tǒng)是大廈智能化的“中樞神經(jīng)”。它由各種通信設備、通信線路以及相關計算機軟件組成。它主要包括傳送話音、數(shù)據(jù)和圖像的基本通信網(wǎng)絡；實現(xiàn)樓層間(內(nèi))各種終端、微機、工作站之間通信的樓層局域網(wǎng)；溝通樓群或樓內(nèi)計算機與樓內(nèi)各個局域網(wǎng)間通信聯(lián)系的樓群或樓內(nèi)高速主干網(wǎng)以及與公共信息資源(如Internet)相通的遠程數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。圖5.15智能建筑的通信網(wǎng)絡結構5.6.3通信自動化系統(tǒng)通信自動化系統(tǒng)是64

5.6.4辦公自動化系統(tǒng)

辦公自動化系統(tǒng)具有文字處理、資料管理、行政管理、圖像或圖形處理、聲音處理、網(wǎng)絡通信等多種功能，可以對智能大廈內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡控制中心提供動態(tài)信息資源分配、故障診斷及恢復、信息處理及網(wǎng)絡性能等進行監(jiān)控。5.6.5綜合布線系統(tǒng)建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)主要是針對計算機和通信設備的布線系統(tǒng)而設計的，它能滿足各類計算機和通信設備傳輸信號的不同要求。智能大樓布線系統(tǒng)是一種靈活性很高的建筑布線網(wǎng)絡，它能連接話音、圖像和數(shù)據(jù)以及各種用于樓宇控制與管理的裝置。智能大樓布線系統(tǒng)是一種工程化的、專門設計的完整系統(tǒng)。5.6.4辦公自動化系統(tǒng)辦公自動化65圖5.12樓宇自動化系統(tǒng)的構成圖5.12樓宇自動化系統(tǒng)的構成665.7

智能交通系統(tǒng)

5.7.1智能交通系統(tǒng)的概念

智能交通系統(tǒng)可以廣泛應用于包括高速公路、城市道路、橋梁等設施的龐大的運輸網(wǎng)絡，也可應用于數(shù)量日益增多的各種車輛

(1)提高公路交通的安全性

(2)

降低能源消耗，減少汽車運輸對環(huán)境的影響(3)提高公路網(wǎng)絡的通行能力(4)提高汽車運輸生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益5.7智能交通系統(tǒng)

5.7.1675.7.2智能交通系統(tǒng)的主要內(nèi)容

1.出行與運輸管理系統(tǒng)2.出行需求管理系統(tǒng)3.公共交通運營系統(tǒng)4.商用車輛運營系統(tǒng)5.電子收費系統(tǒng)

6.應急管理系統(tǒng)

7.先進的車輛控制和安全系統(tǒng)5.7.2智能交通系統(tǒng)的主要內(nèi)容1.出行與運輸管685.7.2.1出行與運輸管理系統(tǒng)該系統(tǒng)有6個子系統(tǒng)：（1）在途駕駛員信息系統(tǒng)；（2）線路引導系統(tǒng)；（3）出行人員服務系統(tǒng)；（4）交通控制系統(tǒng)；（5）突發(fā)事件管理系統(tǒng)；（6）排放測試與污染防護系統(tǒng)。5.7.2.1出行與運輸管理系統(tǒng)695.7.2.2出行需求管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括3個子系統(tǒng)：（1）出發(fā)前的出行信息系統(tǒng)；（2）合乘配載和預約系統(tǒng)；（3）需求管理與運營系統(tǒng)。該系統(tǒng)有4個子系統(tǒng)：（1）公共運輸管理系統(tǒng)；（2）途中換乘信息系統(tǒng)；（3）滿足個人需求的非定線公共交通系統(tǒng)；（4）出行安全系統(tǒng)。5.7.2.3公共交通運營系統(tǒng)5.7.2.2出行需求管理系統(tǒng)該系705.7.2.4商用車輛運營系統(tǒng)該系統(tǒng)有6個子系統(tǒng)：（1）商用車輛電子通關系統(tǒng)；（2）自動化路側安全檢測系統(tǒng)；（3）商用車輛管理程序系統(tǒng)；（4）車載安全監(jiān)控系統(tǒng)；（5）商用車輛交通信息系統(tǒng)；（6）危險品應急反應系統(tǒng)。5.7.2.5電子收費系統(tǒng)該系統(tǒng)通過電子卡或電子標簽由計算機實現(xiàn)自動收費。5.7.2.4商用車輛運營系統(tǒng)該系統(tǒng)715.7.2.6應急管理系統(tǒng)該系統(tǒng)有2個子系統(tǒng)：（1）緊急告警與人員安全系統(tǒng)；（2）應急車輛管理系統(tǒng)。5.7.2.7先進的車輛控制和安全系統(tǒng)該系統(tǒng)包括7個子系統(tǒng)：（1）縱向避撞系統(tǒng)；（2）側向避撞系統(tǒng)；（3）交叉口避撞系統(tǒng)；（4）視覺強化避撞系統(tǒng)；（5）事故前乘員安全保護系統(tǒng)；（6）危險預警系統(tǒng)；（7）自動公路系統(tǒng)。5.7.2.6應急管理系統(tǒng)該系統(tǒng)有2個子系統(tǒng)：72

5.8生物控制5.8.1生物控制的研究內(nèi)容及特點具體研究方向有生物控制系統(tǒng)（血壓控制系統(tǒng)、呼吸控制系統(tǒng)、體溫控制系統(tǒng)、神經(jīng)控制系統(tǒng)、內(nèi)分泌控制系統(tǒng)和肌肉起動控制系統(tǒng)等）、遺傳及其控制、神經(jīng)控制、生物行為控制、仿生學等等。5.8.2神經(jīng)控制已在4.6.3神經(jīng)控制系統(tǒng)節(jié)中加以介紹5.8生物控制5.8.1生物控制的研究內(nèi)容及特點735.8.3仿生技術

仿生技術研究的內(nèi)容有五個方面：(1)信息仿生包括感官仿生，細胞內(nèi)和細胞間通信、動物間通信仿生，以及智能仿生等方面。(2)控制仿生包括體內(nèi)穩(wěn)態(tài)調(diào)控、肢體運動控制、動物的定向?qū)Ш?、生態(tài)系統(tǒng)的漲落等。(3)力學仿生是關于動物飛行、運動動力學的研究。(4)化學仿生研究生物體內(nèi)一些特殊的化學過程，以便使這些過程也能在工業(yè)中實現(xiàn)。(5)醫(yī)學仿生研究用人工仿制品代替人的有機體的某一部分。

5.8.4生物控制與中醫(yī)學就是用人造裝置對有生命物質(zhì)進行模擬。仿生就是用人造裝置對有生命物質(zhì)進行模擬。5.8.3仿生技術仿生技術研究的內(nèi)容有五745.8.4生物控制與中醫(yī)學

中醫(yī)學是我國人民經(jīng)過幾千年實踐總結出來的一門關于人的科學，它和生物控制研究方法的共同點是注重整體性和系統(tǒng)性。其中記載的經(jīng)絡學說實質(zhì)上是世界上最早的古典生物控制理論。根據(jù)經(jīng)絡學說的論述，從生物控制的觀點看來，可以認為經(jīng)絡實質(zhì)上是指人體整個生命活動的功能控制系統(tǒng)。因為它是一個