自动化概论

自动化概论本课程的主要内容1.自动化的概念和发展简史2.自动控制系统的类型和组成3.基本的控制方法4.控制和自动化的应用范畴5.控制和自动化的展望6.自动化专业概览教材与参考书[1]西安交大万百五主编《自动化（专业）概论》（第二版），武汉理工大学出版社，2005年。[2]电子书《信息爆炸时代的控制》——关于控制、动力学和系统未来方向的专家小组报告，2003年。[3]东南大学戴先中教授的课件“自动化学科概论”，2005年。[4]香港科技大学的报告“自动控制技术与人类进步”，2006年。[5]K.J.Åström教授在MIT的报告“Control-thetheHiddenHiddenTechnology”，2006年。[6]K.J.Åström教授在国际自控联合会（IFAC）的报告“PresentDevelopmentsinControlApplications”，德国Heidelberg，2006。课程基本情况学时：27作业：（无）成绩评定：平时（考勤）30%期末考查（开卷笔试）70%专业的前身工业企业电气化及自动化专业（简称工企专业）工业电气自动化专业工业自动化专业生产过程自动化仪表自动化自动化专业与电气工程及其自动化专业、电子信息工程专业、通信工程专业、计算机科学与技术专业、电子科学与技术专业、生物医学工程专业同属“工学”学科门类下的“电气信息类”，授予的学位为“工学学士”。到2004年，全国已有239所学校设立了自动化专业。自动化专业已成为设置学校最多的“工学”专业（工科专业）之一（仅次于计算机专业），如果再把那些将自动化作为其专业名称一部分的专业（如“电气工程及其自动化”、“机械设计制造及其自动化”、“农业机械化及其自动化”等专业）算在内，“自动化类专业”无疑将是中国最庞大的专业。自动化本科专业“自动化”的定义：自动化（Automation）是指机器设备（扩展到生产、管理过程）在没有人直接参与的情况下，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制实现预期的目标自动化的核心是“控制”自动化主要研究的是工程系统的控制问题，自动控制除了工程系统研究外，还研究社会、经济、生物、环境等非工程系统的控制问题。自动化技术的两方面：①动力方面的自动化技术——工业化——人的手、脚、各种感觉的延长②信息处理方面的自动化技术——信息化——延伸人的信息获取、处理和决策控制等功能自动化学科的内容控制理论与控制工程检测技术与自动化装置模式识别与智能系统系统工程导航、制导与控制自动化是一门涉及多个学科、应用广泛的综合性科学技术，它主要涉及自动控制和信息处理两个方面，主要研究内容包括理论、方法、硬件和软件。在我国，自动化学科的正式名称为“控制科学与工程”学科，属工科门类下的一级学科，共包括五个下属二级学科：信息化与自动化的关系广义自动化是指实现经营管理、计划调度、成本核算、生产监控、故障诊断、自动控制等更大范围内的自动化，又称之为综合自动化自动化往往是指包括检测、控制和继电保护等常规自动化的概念信息化与自动化的关系工业化信息化自动化（广义）基础促进带动保证依赖提升自动化技术和自动化专业的发展机遇：我国经济的持续高速增长，走新型工业化道路，“以信息化带动工业化”，自动化技术以信息技术作为主要的技术内涵。对自动化的认识自动化与工业化的关系工业化特点：专指工业，尤其是制造业工业化发展三阶段：机械化（大规模使用机器系统）电气化（加入电机、电网络）自动化（加入自动控制器）实现自动化，就完成工业化目前来说：自动化是工业化的最重要标志（我国总体来说，已机械化、电气化）信息化特点：不单指工业，包含第一、三产业仅从工业的角度，信息化发展也可分三阶段：一定在工业化的基础上计算机化（大规模使用数字计算机）网络化（实现计算机网络）先进自动化（综合集成了系统、管理）实现先进自动化，就完成（工业）信息化先进自动化是信息化的最重要标志（国内总体，数字化、网络化已有一定规模）（基础）自动化（核心是控制）是工业化完成与否的标志自动化技术是工业化的核心技术先进自动化（核心是信息、控制、系统）是信息化完成与否的标志先进自动化技术是信息化的核心技术自动化技术的发展检测、计算、通信、执行和复杂性技术成本/性能曲线机械化（应用机器系统）电气化（加入电机、网络）自动化（加入自动控制器）数字化（应用数字计算机）网络化（实现计算机网络）先进自动化（系统、管理）智能化（引入智能）知识化（处理知识）工业化信息化知识化社会总发展自动化与工业化、信息化、知识化的关系(1)系统：（System）是指由相互关联、相互制约、相互影响的一些部分组成的具有某种功能的有机整体。(2)信息：（Information）是指符号、信号或消息所包含的内容，用来消除对客观事物认识的不确定性。(3)控制：（Control）是指为了改善系统的性能或达到特定的目的，通过信息的采集和加工而施加到系统的作用。(4)反馈：（Feedback）是指将系统的实际输出和期望输出进行比较，形成误差，从而为确定下一步的控制行为提供依据。这是自动控制的基本方式。一些术语直流电机的自动调速系统放大器+V测速发电机＋－电动机自动控制的范例Qi浮子——测量元件HQo执行阀控制器液面给定液位自动调节系统不允许水溢出、流干工程自然系统的自动控制直流反馈电阻交流反馈电阻因特网阻塞控制电子放大电路果蝇的飞行控制TCP/IP通信协议IP（InternetProtocol）负责传送路径的建立，并将传输的信息切成小段信息，打包成为数据包（Packet）后，在网络中传出，各数据包可选择不同的路径，到达接受端才再重组起来，实现数据通信的低成本化。IP协议采用了开环控制和非连接式的传送方式，无法将传送网络产生的异常状况回报，因此，并不能保证正确无误的数据传送每次都成功。TCP（TransmissionControlProtocol）协议具有流量控制能力，依照对方回应已收到几个数据包后，再送出，以保持在传输中的数据包个数不超过一定的数目。在接收端，若发现数据有误时，也可要求重传。TCP协议采用了闭环控制和连接式的传输机制，用以实现数据传输的稳定性和可靠性，保证数据包正确送达目的地。自动控制的典型应用能源生产过程控制离散制造工业通信运输建筑航空航天娱乐、消费仪器机电设备材料加工物理生物经济学2005年我国成功发射载人飞船（神舟6号）技术难点1、轨道设计与飞行程序控制问题2、卫星姿态控制的三矢量控制问题3、卫星环境适应性设计4、远距离测控与通信问题嫦娥一号中国自主研制、发射的第一个月球探测器北京现代汽车车身车间焊接机器人清华大学提出的电力系统的混成控制离散逻辑控制指令～连续动态底层（动态电力系统）电厂、变电站&FACTS设备电力系统混成控制中间处理与操作层Processing&Operating最高决策与指挥层Decision–making&Commanding中间层信息控制指令(事件驱动)Data底层设备的反馈控制操作命令底层信息发电机、补偿器及FACTS设备的控制器数据数据数据控制指令调度员控制汽车电子控制系统配电系统发电系统煮糖结晶过程控制仪器（光年~纳米）自适应光学天文望远镜扫描探针显微镜计算机、控制与通信集成系统无线传感器自动控制理论的经典著作控制器对象执行器传感器信号处理D/AA/D-+知识领域：计算与处理知识单元：信号、图象处理并行、分布处理软件工程计算、搜索、推理模式识别等等知识领域：控制与智能知识单元：控制理论稳定性与鲁棒性可靠性与容错自适应、自学习人工智能最优、智能控制人机控制等等知识领域：执行与驱动知识单元：机电汽液驱动自动化仪表光机电一体化各种遥控器电力电子等等知识领域：模型与仿真知识单元：系统辨识参数估计各类系统建模技术CAD仿真技术电机原理与传动机械原理与结构机器人原理等等知识领域：通信与网络知识单元：通信技术计算机网络多媒体遥技术等等知识领域：传感与检测知识单元：理化生等传感器检测与诊断遥测、遥感抗干扰技术测量信号处理机器人感知等等控制系统的一种自然模型控制器(计算机)大脑控制理论思想、智能传感器感觉器官执行器肌肉能量食物更好的执行器提供更好的体能更好的传感器提供更好的视觉更好的控制使传感器和执行器的组合以更智能的方式提供更灵巧的作用自然模型小结自动化是一个发展充分、工程概念强、内容丰富、应用领域广泛的技术学科，是人类文明进步和社会现代化的标志。自动化是信息化的必然，是智能化的基础，是人类体能和智力扩展的关键技术，是从信息社会迈向知识社会的必经之路。自动化专业培育高素质的控制、管理、决策人才，要求：理论与实践（抽象思维与动手，数学方程与物理概念）、硬件与软件、强电与弱电并重谢谢！Thanksforyourattention!