自動(dòng)化概述課件

自動(dòng)化概論

AnIntroductiontoAutomation1自動(dòng)化概論

AnIntroductiontoAuto設(shè)置該課程的目的與意義使自動(dòng)化及其他專業(yè)的學(xué)生全面了解自動(dòng)化的基本概念、自動(dòng)控制的基本原理和基本思想、自動(dòng)化的應(yīng)用狀況、應(yīng)用熱點(diǎn)、前沿技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)。自動(dòng)化系統(tǒng)隨處可見(jiàn)，自動(dòng)化技術(shù)具有很強(qiáng)的滲透性和擴(kuò)展性，自動(dòng)化的思想和方法可應(yīng)用于幾乎所有領(lǐng)域，包括工程、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、管理等。2設(shè)置該課程的目的與意義使自動(dòng)化及其他專業(yè)的學(xué)生全面了解自動(dòng)化教材:

趙曜主編．自動(dòng)化概論．機(jī)械工業(yè)出版社，2009主要參考書:

萬(wàn)百五主編．自動(dòng)化（專業(yè)）概論．武漢理工大學(xué)出版社，2002．戴先中，趙光宙．自動(dòng)化學(xué)科概論．高等教育出版社，2006．3教材: 主要參考書:3主要參考書（續(xù)）:

戴先中．自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的內(nèi)容、地位與體系．高等教育出版社，2003．汪晉寬，于丁文，張建．自動(dòng)化概論．北京郵電大學(xué)出版社，2006．陳虹．電氣學(xué)科導(dǎo)論．機(jī)械工業(yè)出版社，2006．王志良，李正熙，解侖．信息社會(huì)中的自動(dòng)化新技術(shù)．機(jī)械工業(yè)出版社，2004．4主要參考書（續(xù)）:4第1章自動(dòng)化概述5第1章自動(dòng)化概述5幾個(gè)問(wèn)題你心目中的自動(dòng)化自動(dòng)化教學(xué)與研究的現(xiàn)狀自動(dòng)化的核心理念：反饋、動(dòng)態(tài)、系統(tǒng)、折中6幾個(gè)問(wèn)題你心目中的自動(dòng)化6自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的特點(diǎn)自動(dòng)化科學(xué)的特點(diǎn)：數(shù)學(xué)屬性，嚴(yán)密的理論特征；對(duì)象特性，鮮明的改造世界的特征；系統(tǒng)與社會(huì)屬性，系統(tǒng)的復(fù)雜性特征；滲透與擴(kuò)散特性，普遍適用特征。前三個(gè)特點(diǎn)表明，從事自動(dòng)化科學(xué)研究，既要有理論，又要懂對(duì)象，更要有系統(tǒng)的觀念，三者缺一不可。而第四個(gè)特點(diǎn)指出，把自動(dòng)化科學(xué)中的基本原理與方法應(yīng)用到其他科學(xué)、技術(shù)與工程中去，是從事自動(dòng)化科學(xué)研究的人員義不容辭的職責(zé)。7自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的特點(diǎn)自動(dòng)化科學(xué)的特點(diǎn)：前三個(gè)在所有工科專業(yè)中，自動(dòng)化專業(yè)學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)知識(shí)僅次于計(jì)算機(jī)專業(yè)。在所有工科專業(yè)中，自動(dòng)化專業(yè)需要的數(shù)學(xué)知識(shí)最多。常說(shuō)：自動(dòng)化專業(yè)基礎(chǔ)面寬，需要學(xué)的知識(shí)多，并要求扎實(shí)。8在所有工科專業(yè)中，自動(dòng)化專業(yè)學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)知自動(dòng)化對(duì)于個(gè)人的影響自動(dòng)化既是以動(dòng)力學(xué)特性研究與定量分析相結(jié)合的一種工程方法論，同時(shí)其中一些最樸素的思想，如反饋、折中等，也將深刻地影響一個(gè)人的世界觀和人生觀。一個(gè)深刻掌握自動(dòng)化方法與思維方式的人，很容易適應(yīng)于其他領(lǐng)域的工作，而反過(guò)來(lái)則相對(duì)難度要大一些。9自動(dòng)化對(duì)于個(gè)人的影響自動(dòng)化既是以動(dòng)力學(xué)特性研究與定量分析相結(jié)理論與實(shí)際的結(jié)合要想成為一個(gè)優(yōu)秀的自動(dòng)化工程師，除了學(xué)好自動(dòng)控制的基本功底外，還需要深入透徹了解所從事對(duì)象的動(dòng)力學(xué)特性，否則將是無(wú)本之木，無(wú)從下手。10理論與實(shí)際的結(jié)合要想成為一個(gè)優(yōu)秀的自動(dòng)化工程師，除了學(xué)好自動(dòng)學(xué)習(xí)自動(dòng)化的基本要求具有辨證的、邏輯的、形象的和創(chuàng)造的科學(xué)思維方式和對(duì)事物進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、綜合、歸納的技能，并形成較強(qiáng)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力。特別需要注意的是，自動(dòng)控制是數(shù)學(xué)的嚴(yán)密性與一些經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的有機(jī)統(tǒng)一，需要合理地把握好這個(gè)尺度。11學(xué)習(xí)自動(dòng)化的基本要求具有辨證的、邏輯的、形象的和創(chuàng)造的本章內(nèi)容1.1什么是自動(dòng)化?1.2自動(dòng)化能做什么?

1.3自動(dòng)化的過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)1.4自動(dòng)化與信息技術(shù)1.5自動(dòng)化與信息化12本章內(nèi)容12自動(dòng)化是利用機(jī)器、設(shè)備或裝置代替人或幫助人自動(dòng)地完成某個(gè)任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)某個(gè)過(guò)程。1.1什么是自動(dòng)化?自動(dòng)化是在沒(méi)有人的直接參與下，利用各種技術(shù)手段，通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析判斷、操縱控制，使機(jī)器、設(shè)備等按照預(yù)定的規(guī)律自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)，或使生產(chǎn)過(guò)程、管理過(guò)程、設(shè)計(jì)過(guò)程等按照人的要求高效自動(dòng)地完成。13自動(dòng)化是利用機(jī)器、設(shè)備或裝置代替人或幫助人自動(dòng)地圖示什么是自動(dòng)化

(a)手動(dòng)控制漫畫(b)自動(dòng)控制

水溫的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的示意圖14圖示什么是自動(dòng)化(a)手ASimplePlant(What’sit?)15ASimplePlant(What’sit?)15自動(dòng)化系統(tǒng)舉例

空調(diào)——自動(dòng)調(diào)節(jié)房間溫度：以取暖為例，空調(diào)通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)房間的溫度高低，空調(diào)控制器將檢測(cè)的溫度與設(shè)定值進(jìn)行比較，若溫度低于設(shè)定值的下限，則使壓縮機(jī)運(yùn)行，溫度上升，溫度上升到設(shè)定值的上限時(shí)則停止運(yùn)行?？照{(diào)運(yùn)行基于反饋信息（溫度測(cè)量值），屬于“反饋控制”，最為常見(jiàn)。16自動(dòng)化系統(tǒng)舉例空調(diào)——自動(dòng)調(diào)節(jié)房間溫度：全自動(dòng)洗衣機(jī)：按照設(shè)定的程序自動(dòng)完成洗衣任務(wù)。這是另一種典型的自動(dòng)化工作方式——程序控制。高檔的還能檢測(cè)出洗衣量的多少、臟的程度、衣料的質(zhì)地等，并根據(jù)這些信息自動(dòng)進(jìn)行分析計(jì)算，決定洗滌劑用量、水位高低、洗衣強(qiáng)度和洗衣時(shí)間等，從而實(shí)現(xiàn)“智能型”的全自動(dòng)洗衣。17全自動(dòng)洗衣機(jī)：按照設(shè)定的程序自動(dòng)完成洗衣任務(wù)。數(shù)控機(jī)床和數(shù)控加工中心：自動(dòng)完成零部件的加工和處理

數(shù)控機(jī)床——計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械技術(shù)相結(jié)合，相當(dāng)于給機(jī)床添加了“大腦”和“感覺(jué)器官”，賦予了“智慧”，可以完成難度更大的任務(wù)。數(shù)控加工中心——帶有刀具庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置的多功能數(shù)控機(jī)床，能自動(dòng)完成多種工序和復(fù)雜形狀的產(chǎn)品加工。一種數(shù)控加工中心18數(shù)控機(jī)床和數(shù)控加工中心：自動(dòng)完成零部件的加工和處理數(shù)控戰(zhàn)機(jī)對(duì)目標(biāo)的自動(dòng)化攻擊：現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)在攻擊目標(biāo)時(shí)，可以在幾十、甚至幾百公里以外就將導(dǎo)彈發(fā)射出去，新型的導(dǎo)彈可以做到“發(fā)射后不管”，即在發(fā)射后能夠自動(dòng)搜尋、跟蹤和擊毀目標(biāo)，是一種高度自動(dòng)化的攻擊方式。戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈戰(zhàn)機(jī)的武器系統(tǒng)19戰(zhàn)機(jī)對(duì)目標(biāo)的自動(dòng)化攻擊：現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)在攻擊目標(biāo)時(shí)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（簡(jiǎn)稱CAD，ComputerAidedDesign）：綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟、硬件及網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的自動(dòng)化。設(shè)計(jì)者只要輸入相關(guān)數(shù)據(jù)（如產(chǎn)品的規(guī)格、功能、要求等），計(jì)算機(jī)就能完全自動(dòng)地進(jìn)行分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)，并自動(dòng)輸出設(shè)計(jì)的結(jié)果。

CAD廣泛應(yīng)用于服裝、紡織、建筑、汽車、機(jī)械、造船、電子、航空航天等。廣義的CAD還包括虛擬裝配、計(jì)算機(jī)輔助制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等內(nèi)容。20計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（簡(jiǎn)稱CAD，ComputerAided我國(guó)飛機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中的CAD與虛擬裝配示意圖21我國(guó)飛機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中的CAD與虛擬裝配示意圖211.2自動(dòng)化能做什么？自動(dòng)化使我們的生活與工作更加方便、高效、省心、省力；自動(dòng)化使生產(chǎn)過(guò)程的效率更高、成本更低、產(chǎn)品質(zhì)量更好、競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)、對(duì)環(huán)境的影響和沖擊更小、并顯著地降低能源和原材料消耗；自動(dòng)化使我們能夠做很多我們以前無(wú)法做的事情，如通過(guò)載人航天器翱翔太空、“九天攬?jiān)隆?，借助無(wú)人潛水器探測(cè)深海，利用機(jī)器人處理危險(xiǎn)品、爆炸物、核廢料，利用人造衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球通信等；221.2自動(dòng)化能做什么？自動(dòng)化使我們的生活與工作更加方便、機(jī)器延伸了人的四肢、計(jì)算機(jī)延伸了人的大腦，傳感器及檢測(cè)技術(shù)延伸了人的感官，通信技術(shù)延伸了人的神經(jīng)傳導(dǎo)和信息傳遞功能，而自動(dòng)化則全面提升、取代和擴(kuò)展了人的功能；早期的自動(dòng)化使人類從體力上獲得了解放，現(xiàn)代的自動(dòng)化則已發(fā)展為綜合自動(dòng)化，可以自動(dòng)完成分析、設(shè)計(jì)、計(jì)算、優(yōu)化、協(xié)調(diào)、決策等，從而使人不僅從體力上，也從腦力上獲得了很大程度的解放；自動(dòng)化廣泛應(yīng)用于工業(yè)﹑農(nóng)業(yè)﹑交通、國(guó)防﹑商業(yè)﹑醫(yī)療﹑航空航天、服務(wù)和家庭等各個(gè)領(lǐng)域。23機(jī)器延伸了人的四肢、計(jì)算機(jī)延伸了人的大腦，傳感器及檢測(cè)技術(shù)延自動(dòng)化的常見(jiàn)應(yīng)用類型工廠自動(dòng)化（FactoryAutomation）

包括生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)線、生產(chǎn)過(guò)程、管理過(guò)程等的自動(dòng)化。通常由數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工中心、工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)傳送線、無(wú)人運(yùn)輸車、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)及計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心等構(gòu)成自動(dòng)化生產(chǎn)線或自動(dòng)化工廠。管理過(guò)程自動(dòng)化一般包含一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)、財(cái)務(wù)、人事、技術(shù)與設(shè)備等的自動(dòng)化管理。24自動(dòng)化的常見(jiàn)應(yīng)用類型工廠自動(dòng)化（FactoryAutoma發(fā)展趨勢(shì)：“管控一體化”或“綜合自動(dòng)化”生產(chǎn)自動(dòng)化與管理自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合稱為“管控一體化”或“綜合自動(dòng)化”，可以實(shí)現(xiàn)從需求分析、產(chǎn)品預(yù)訂、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)到產(chǎn)品銷售、用戶信息反饋及售后服務(wù)等全方位的高水平自動(dòng)化，從而最快速地對(duì)市場(chǎng)作出反應(yīng)，最大限度地滿足客戶需求、提高生產(chǎn)效率、確保產(chǎn)品質(zhì)量、減少原材料、能源等各種消耗。25發(fā)展趨勢(shì)：“管控一體化”或“綜合自動(dòng)化”生產(chǎn)“管控一體化”系統(tǒng)示意圖26“管控一體化”系統(tǒng)示意圖26辦公自動(dòng)化（OfficeAutomation，簡(jiǎn)稱OA）利用計(jì)算機(jī)、掃描儀、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、電話機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、配套軟件等各種現(xiàn)代化辦公設(shè)備和先進(jìn)的通信技術(shù)，高效率地從事辦公業(yè)務(wù)，廣泛、全面、迅速地收集、整理、加工、存儲(chǔ)和使用各種信息，為科學(xué)管理和決策服務(wù)。27辦公自動(dòng)化（OfficeAutomation，簡(jiǎn)稱OA辦公自動(dòng)化通常有三個(gè)層次：事務(wù)級(jí)OA，包括文字處理、電子排版、電子表格處理、文件收發(fā)登錄、電子文檔管理、辦公日程管理、人事管理、財(cái)務(wù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表處理等；信息管理級(jí)OA，在事務(wù)級(jí)OA的基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)進(jìn)行信息管理，如各種政務(wù)信息的管理，企業(yè)對(duì)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃、市場(chǎng)動(dòng)態(tài)、供銷業(yè)務(wù)、庫(kù)存統(tǒng)計(jì)等信息的管理等；決策支持型OA，在信息管理級(jí)OA基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)庫(kù)提供的信息，由計(jì)算機(jī)執(zhí)行決策程序，進(jìn)行綜合分析、作出相應(yīng)的決策。28辦公自動(dòng)化通常有三個(gè)層次：事務(wù)級(jí)OA，包括文字處理、電子排家庭自動(dòng)化（HomeAutomation）指家庭生活服務(wù)或家庭信息服務(wù)的自動(dòng)化，如空調(diào)、洗衣機(jī)、照明控制系統(tǒng)、自動(dòng)烹調(diào)裝置、防盜系統(tǒng)、自動(dòng)抄表系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等。高層次的家庭自動(dòng)化利用中央微處理機(jī)及網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一管理和控制所有的家電設(shè)備，既可以在家里通過(guò)鍵盤、觸摸式屏幕、按鈕等設(shè)備將指令發(fā)送至中央微處理機(jī)，也可以在外面通過(guò)電話、手機(jī)或互聯(lián)網(wǎng)發(fā)出指令，獲取工作狀態(tài)的信息，接受提示或報(bào)警等。29家庭自動(dòng)化（HomeAutomation）家庭自動(dòng)化系統(tǒng)示意圖30家庭自動(dòng)化系統(tǒng)示意圖30樓宇自動(dòng)化（BuildingAutomation）對(duì)建筑物中所有能源、機(jī)電、消防、安全保護(hù)設(shè)施等實(shí)行高度自動(dòng)化和智能化的統(tǒng)一管理，以創(chuàng)造出了一個(gè)有適宜溫度、濕度、亮度、空氣清新、節(jié)能高效、舒適安全和方便快捷的工作或生活環(huán)境。包含的子系統(tǒng)：空調(diào)與通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)、給排水監(jiān)控系統(tǒng)、照明監(jiān)控系統(tǒng)、電力供應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)、電梯運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)、綜合防盜保安系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)、停車場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)等。31樓宇自動(dòng)化（BuildingAutomation）樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)示意圖32樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)示意圖32交通自動(dòng)化（TrafficAutomation）綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)、通信、檢測(cè)、自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)交通運(yùn)輸系統(tǒng)的自動(dòng)化管理和控制。目標(biāo)是安全、快捷、舒適、準(zhǔn)點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)。主要內(nèi)容有交通狀況的監(jiān)控與管理、交通信息的提供與服務(wù)、運(yùn)輸系統(tǒng)的最優(yōu)化運(yùn)行與控制等。交通自動(dòng)化正在走向智能化、信息化和綜合自動(dòng)化，如紅綠燈自動(dòng)優(yōu)化配時(shí)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)及綜合監(jiān)控系統(tǒng)等正迅速推廣普及。33交通自動(dòng)化（TrafficAutomation）城市智能交通綜合管理系統(tǒng)示意圖34城市智能交通綜合管理系統(tǒng)示意圖34軍事自動(dòng)化（MilitaryAutomation）核心是武器裝備的自動(dòng)化和軍事指揮的自動(dòng)化。傳統(tǒng)的機(jī)械化戰(zhàn)爭(zhēng)正發(fā)展為信息化和自動(dòng)化戰(zhàn)爭(zhēng)，誰(shuí)勝誰(shuí)負(fù)主要取決于信息化和自動(dòng)化水平的高低，誰(shuí)能夠更快、更準(zhǔn)確的獲取信息，并在最短的時(shí)間里完成分析和決策，以最快的方式實(shí)施盡可能精確的打擊，誰(shuí)就掌握了戰(zhàn)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)。作戰(zhàn)機(jī)器人、無(wú)人飛機(jī)、無(wú)人潛艇等各種智能型武器系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)將是智能機(jī)器與智能機(jī)器的較量，比的是自動(dòng)化水平的高低和計(jì)算機(jī)、通訊、檢測(cè)、控制等信息技術(shù)的優(yōu)劣。35軍事自動(dòng)化（MilitaryAutomation）海陸空天一體的指揮體系36海陸空天一體的指揮體系36我軍新型隱形導(dǎo)彈艇作戰(zhàn)機(jī)器人我軍無(wú)人攻擊機(jī)美軍F117隱形戰(zhàn)斗轟炸機(jī)37我軍新型隱形導(dǎo)彈艇作戰(zhàn)機(jī)器人我軍無(wú)人攻擊機(jī)美軍F117隱形戰(zhàn)我國(guó)“東風(fēng)”彈道導(dǎo)彈美軍“三叉戟”彈道導(dǎo)彈國(guó)產(chǎn)“雷霆”激光制導(dǎo)炸彈38我國(guó)“東風(fēng)”彈道導(dǎo)彈美軍“三叉戟”彈道導(dǎo)彈國(guó)產(chǎn)“雷霆”激無(wú)人立體作戰(zhàn)系統(tǒng)構(gòu)想圖39無(wú)人立體作戰(zhàn)系統(tǒng)構(gòu)想圖39農(nóng)業(yè)自動(dòng)化（AgricultureAutomation）農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志：大量應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)。“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的概念：根據(jù)土壤肥力、墑情、苗情、雜草、病蟲(chóng)害等信息，自動(dòng)地進(jìn)行精確或精準(zhǔn)的耕作、播種、施肥、灌溉、除草、噴灑農(nóng)藥、收割等作業(yè)，從而達(dá)到省力、高效、安全、節(jié)省資源和保護(hù)生態(tài)的目的。40農(nóng)業(yè)自動(dòng)化（AgricultureAutomation）日本基于GPS的無(wú)人駕駛自動(dòng)插秧機(jī)41日本基于GPS的無(wú)人駕駛自動(dòng)插秧機(jī)41各種自動(dòng)化農(nóng)業(yè)機(jī)械A(chǔ)utonomousricetransplanter42各種自動(dòng)化農(nóng)業(yè)機(jī)械A(chǔ)utonomousricetrans自動(dòng)化噴灌系統(tǒng)溫室立體栽培43自動(dòng)化噴灌系統(tǒng)溫室立體栽培431.3自動(dòng)化的過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)

441.3自動(dòng)化的過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)444545指南車指南車是中國(guó)古代用來(lái)指示方向的一種具有能自動(dòng)離合的齒輪系裝置的車輛。指南車是一種馬拉的雙輪獨(dú)轅車，車箱上立一個(gè)伸臂的木人。車箱內(nèi)裝有能自動(dòng)離合的齒輪系。當(dāng)車子轉(zhuǎn)彎偏離正南方向時(shí)車轅前端就順此方向移動(dòng)，而后端則向反方向移動(dòng)，并將傳動(dòng)齒輪放落，使車輪的傳動(dòng)帶動(dòng)木人下的大齒輪向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，恰好抵消車子轉(zhuǎn)彎產(chǎn)生的影響。用英國(guó)著名科學(xué)史專家李約瑟的話說(shuō)，中國(guó)古代的指南車“可以說(shuō)是人類歷史上邁向控制論機(jī)器的第一步”，是人類“第一架體內(nèi)穩(wěn)定機(jī)”。

齒輪系車身木人方向車輛轉(zhuǎn)彎46指南車指南車是中國(guó)古代用來(lái)指示方向的一種具有能自動(dòng)離合的齒輪指南車復(fù)原模型47指南車復(fù)原模型47飲酒速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)48飲酒速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)4818世紀(jì)末發(fā)明蒸汽機(jī)及離心調(diào)速器

第一次工業(yè)革命大規(guī)模使用機(jī)器系統(tǒng)瓦特1788年發(fā)明蒸汽機(jī)及其反饋控制系統(tǒng)Watt的蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)原理圖蒸汽蒸汽機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)速杠桿套筒彈簧飛錘圓錐齒輪轉(zhuǎn)速檢測(cè)轉(zhuǎn)速閥門4918世紀(jì)末發(fā)明蒸汽機(jī)及離心調(diào)速器

第一次工業(yè)革命蒸汽機(jī)時(shí)代的工廠50蒸汽機(jī)時(shí)代的工廠5019世紀(jì)下半葉發(fā)明電、發(fā)電機(jī)及電動(dòng)機(jī)

第二次工業(yè)革命（電氣化）

大量采用電氣控制裝置5119世紀(jì)下半葉發(fā)明電、發(fā)電機(jī)及電動(dòng)機(jī)

第二自動(dòng)調(diào)節(jié)的廣泛應(yīng)用由于第一次工業(yè)革命的需要，人們開(kāi)始采用自動(dòng)調(diào)節(jié)器(Regulator)或裝置，使一些物理量保持在給定值附近。公元1868年法國(guó)工程師J.法爾科（Farcot）發(fā)明反饋調(diào)節(jié)器，并把它與蒸汽閥連接起來(lái)，操作蒸汽船的舵，他稱之為伺服機(jī)構(gòu)（Servo-mechanism）。20世紀(jì)20-30年代，美國(guó)開(kāi)始采用PID模擬式調(diào)節(jié)器（比例-積分-微分調(diào)節(jié)器）?，F(xiàn)在還在許多工廠中采用。52自動(dòng)調(diào)節(jié)的廣泛應(yīng)用由于第一次工業(yè)革命的需要，人們開(kāi)始采用自動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題自動(dòng)調(diào)節(jié)器和被控制對(duì)象（蒸汽機(jī)或船舵）組成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（AutomaticRegulationSystem）。當(dāng)時(shí)人們發(fā)現(xiàn)蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)忽高忽低，即系統(tǒng)會(huì)發(fā)生振蕩(不穩(wěn)定)。這迫使一些數(shù)學(xué)家從理論上來(lái)加以研究，創(chuàng)造多種穩(wěn)定判劇。(英國(guó)的Routh;德國(guó)的Hurwitz；俄國(guó)的Lyapunov)穩(wěn)定性是自動(dòng)控制中極重要的概念!!!53自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題自動(dòng)調(diào)節(jié)器和被控制對(duì)象（蒸汽機(jī)或船舵20世紀(jì)上半葉的“二戰(zhàn)”、工業(yè)化及經(jīng)典控制理論的成熟推動(dòng)了自動(dòng)化系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用5420世紀(jì)上半葉的“二戰(zhàn)”、工業(yè)化及經(jīng)典控制理論的成熟推動(dòng)了自反饋控制和頻率法進(jìn)入上世紀(jì)20世紀(jì)以后，工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用各種自動(dòng)控制裝置，促進(jìn)了對(duì)控制系統(tǒng)的分析和綜合的研究。傳遞函數(shù)、Nyquist穩(wěn)定判據(jù)加上1922年N.米諾爾斯基《關(guān)于船舶自動(dòng)操舵的穩(wěn)定性》和1934年美國(guó)H.L.Hazen發(fā)表的《關(guān)于伺服機(jī)構(gòu)理論》的論文標(biāo)志著經(jīng)典控制理論的誕生。55反饋控制和頻率法進(jìn)入上世紀(jì)20世紀(jì)以后，工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用各PioneerNorbertWiener(Cybernetics:orcontrolandcommunicationintheanimalandthemachine)讓人干真正適合人干的的事情56PioneerNorbertWiener56Pioneer控制論，是一個(gè)不同學(xué)科互相交流的產(chǎn)物。(1)牛頓時(shí)間和柏森格時(shí)間；(2)群和統(tǒng)計(jì)力學(xué)；(3)時(shí)間序列，信息和通訊(4)反饋和振蕩；(5)計(jì)算機(jī)和神經(jīng)系統(tǒng)；(6)完形和普遍觀念；(7)控制論和精神病理學(xué)；(8)信息、語(yǔ)言和社會(huì)57Pioneer控制論，是一個(gè)不同學(xué)科互相交流的產(chǎn)物。57Pioneer錢學(xué)森,1954，EngineeringCybernetics(工程控制論)。Wiener是控制論的哲學(xué)先驅(qū)，而錢學(xué)森則是將其作為一個(gè)學(xué)科體系化的第一人，《工程控制論》奠定了目前工程上最常用的控制理論的基礎(chǔ)。58Pioneer錢學(xué)森,1954，EngineeringC工程控制論一位美國(guó)專欄作家這樣評(píng)論《工程控制論》：“工程師偏重于實(shí)踐，解決具體問(wèn)題，不善于上升到理論高度；數(shù)學(xué)家則擅長(zhǎng)理論分析，卻不善于從一般到個(gè)別去解決實(shí)際問(wèn)題。錢學(xué)森則集中兩個(gè)優(yōu)勢(shì)于一身，高超地將兩只輪子裝到一輛戰(zhàn)車上，碾出了工程控制論研究的一條新途徑……”在《工程控制論》的第18章闡述了一個(gè)很重要的觀點(diǎn)———“通過(guò)工程控制協(xié)調(diào)的方法，即使用不太可靠的元器件也可以組成一個(gè)可靠的系統(tǒng)?！?/p>

59工程控制論一位美國(guó)專欄作家這樣評(píng)論《工程控制論》：“工程師偏20世紀(jì)中葉發(fā)明計(jì)算機(jī)在自動(dòng)化系統(tǒng)中大量采用計(jì)算機(jī)——計(jì)算機(jī)化古董計(jì)算機(jī)現(xiàn)代工業(yè)控制計(jì)算機(jī)主板6020世紀(jì)中葉發(fā)明計(jì)算機(jī)在自動(dòng)化系統(tǒng)中大量采用計(jì)算機(jī)——綜合自動(dòng)化時(shí)期

（20世紀(jì)50年代末起至今）需求牽引：復(fù)雜工業(yè)、復(fù)雜工業(yè)過(guò)程和航天技術(shù)的自動(dòng)控制問(wèn)題，都是多變量控制系統(tǒng)的分析和綜合問(wèn)題，迫切需要加以解決。61綜合自動(dòng)化時(shí)期

（20世紀(jì)50年代末起至今）需求牽引：復(fù)雜工現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展1956年前蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家Л.龐特里亞金提出極大值原理。同年美國(guó)數(shù)學(xué)家R.貝爾曼創(chuàng)立動(dòng)態(tài)規(guī)劃。兩者為解決最優(yōu)控制問(wèn)題提供了理論工具。1960年美國(guó)數(shù)學(xué)家R.卡爾曼提出可控性和可觀性兩個(gè)概念，揭示了系統(tǒng)的內(nèi)在屬性?？柭€引入狀態(tài)空間法，提出具有二次型性能指標(biāo)的線性狀態(tài)反饋律，為線性自動(dòng)控制系統(tǒng)給出了最優(yōu)調(diào)節(jié)器的概念。以上這些新概念和新方法標(biāo)志著現(xiàn)代控制理論的誕生。62現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展1956年前蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家Л.龐特里亞金20世紀(jì)80年代在自動(dòng)化系統(tǒng)中大規(guī)模實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)——網(wǎng)絡(luò)化6320世紀(jì)80年代在自動(dòng)化系統(tǒng)中大規(guī)模實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)——網(wǎng)絡(luò)化20世紀(jì)90年代通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將管理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)一體化，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的綜合最優(yōu)控制層管理層中央控制器設(shè)計(jì)計(jì)劃管理調(diào)度控制單元控制器數(shù)控系統(tǒng)Monitor6420世紀(jì)90年代通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將管理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)一體化，實(shí)21世紀(jì)的自動(dòng)化——數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、綜合集成化、信息化、智能化、綠色化等人機(jī)一體化：自動(dòng)化不應(yīng)單純追求完全的“無(wú)人化”，而應(yīng)充分發(fā)揮人的智能優(yōu)勢(shì)，將人作為自動(dòng)化系統(tǒng)的一部分。綠色化：自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)從設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)到報(bào)廢整個(gè)過(guò)程考慮對(duì)環(huán)境的影響和可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)最有效地利用資源，最大限度地減少對(duì)人類的損害和對(duì)環(huán)境的污染。6521世紀(jì)的自動(dòng)化——數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、綜合集成化、信息化、智能自動(dòng)化發(fā)展歷程中的幾個(gè)特征人類總是在尋求把今天的事情交給明天的機(jī)器設(shè)備去完成，并盡可能地通過(guò)機(jī)器設(shè)備來(lái)延伸自己的聰明才智和擴(kuò)展自身的器官功能。自動(dòng)化的發(fā)展始終是和社會(huì)需求緊密聯(lián)系在一起的，幾次大的發(fā)展階段更是如此，而且都是由重大社會(huì)需求驅(qū)動(dòng)的。新技術(shù)、新發(fā)明、新創(chuàng)造往往給自動(dòng)化帶來(lái)新的機(jī)遇、新的挑戰(zhàn)和新的發(fā)展，并可能從根本上改變自動(dòng)化的存在形式和實(shí)現(xiàn)方式。66自動(dòng)化發(fā)展歷程中的幾個(gè)特征人類總是在尋求把今天的事情交給明自動(dòng)化涉及多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展過(guò)程充分體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)的綜合作用，既離不開(kāi)機(jī)械、電氣、自動(dòng)控制及其他信息技術(shù)，同時(shí)也緊密依托于數(shù)學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)等理論學(xué)科，而且還需要結(jié)合相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的專門知識(shí)。自動(dòng)化具有很強(qiáng)的滲透性和普遍適用性，其應(yīng)用從工業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)展到了非工業(yè)和非工程領(lǐng)域，如辦公自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、交通自動(dòng)化、醫(yī)療自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、管理自動(dòng)化、社會(huì)與經(jīng)濟(jì)控制等。67自動(dòng)化涉及多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展過(guò)程充分體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)的綜1.4自動(dòng)化與信息技術(shù)

681.4自動(dòng)化與信息技術(shù)68什么是信息技術(shù)?信息技術(shù)（InformationTechnology，簡(jiǎn)稱IT）是指對(duì)信息的獲取、傳輸、存儲(chǔ)、處理和應(yīng)用的技術(shù)。信息技術(shù)的基礎(chǔ)是微電子技術(shù)，核心是檢測(cè)技術(shù)（信息的獲?。?、通信技術(shù)（信息的傳輸）、計(jì)算機(jī)技術(shù)（信息的存儲(chǔ)和處理）、自動(dòng)控制技術(shù)（信息的應(yīng)用）等，此外還有圖形圖像的處理和識(shí)別技術(shù)、對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行分解、變換及濾波的技術(shù)等。69什么是信息技術(shù)?信息技術(shù)（InformationTechn自動(dòng)化技術(shù)與信息技術(shù)的關(guān)系自動(dòng)化系統(tǒng)一般包含信號(hào)檢