概论1-30(新)

1自动化(专业)概论西安交通大学系统工程研究所万百五制2莘莘学子的问题？进入“自动化”各类专业的每个莘莘学子，都渴望了解自己所学的专业：（4）在大学接受高等教育和在中学接受中等教育有何区别，怎样适应大学的学习生活，怎样最大限度地调动自己的学习潜力，发挥自己学习上的主动性，发展自己的特长和才华，创造性地进行学习？（3）自己在学校环境里将学到哪些知识，获得哪些技能，培养哪些能力？（2）学校将通过哪些途径把自己培养成有什么样素质的自动化技术人才？（1）自动化专业的性质，它在我国社会主义建设中的作用和地位，自动化技术的当前概貌和它的未来发展；3本课和本教科书的任务本书——《自动化（专业）概论》万百五、韩崇昭、蔡远利编武汉工业大学出版社2002年6月有些内容初学者比较不易理解。教师只宜作简略介绍，留待日后的学习过程中再自学、复习和逐步消化。可以作为他们在校期间的专业学习的导引本书是整个专业的概论或导论本书回答各类自动化专业新同学的有关专业和培养的问题本教材的各章适用于学生在大学学习的整个过程4本课主讲教师：辅导或答疑教师：本课考核方式：考查。本课考查以书面回答25道思考题，每章至少2题，作为考查的评分依据。本课共学时，其中组织本校实验室参观学习一次，同学间讨论2次。5什么是自动化？(a)手动控制漫画(b)自动控制图2.2水温的手动控制和自动控制的示意图6图中水温的操作员要用手（通过感觉）来测试水的温度，并将此温度与他要求的值（给定值）相比较（通过大脑）。同时他要决定（通过大脑）：他的手应该朝哪个方向旋转加温用的蒸汽阀门和旋转多大的角度。采用自动控制时上述功能都有各种的元件和仪表来代替。例如，温度测量元件、控制记录仪表和调节阀等。7防空导弹制导1-目标跟踪雷达2-导弹导引雷达3-计算机雷达4-导弹发射架8各种现代火炮的俯仰角和方位角都是自动控制的，特别用双雷达控制的防空导弹可以自动跟踪高空的飞行目标进行命中爆炸（图2.1）。9现代社会和现代生活离不开对一些物理量的控制，包括实现对这种控制的自动化。例如公共电网上的电压是50周、220伏的交流电。为此，在发电厂就要设法控制电压、频率这两物理量为恒值，这要采用自动调压和自动调频装置。在工业生产中，如在化肥厂控制反应釜（塔）内温度和压力为恒值，使化学反应速度加快。在机械加工厂金属切削机床上，经常是控制工件或刀具的转速为恒值，使产品的质量、产量能提高。而各种现代火炮的俯仰角和方位角都是自动控制的。现代生活中，空调器保持室内温度为恒值、卫生洁具水箱的水位也保持为恒值。其它如冰箱、洗衣机无不进行一些物理量的控制为恒值，而洗衣机更把洗衣、漂洗和脱水等操作自动按程序进行。10自动化的作用加速社会的产业结构的变革和社会信息化的进程•1.提高社会生产率和工作效率，•2.节约能源和原材料消耗，•3.保证产品质量，•4.改善劳动条件，减轻体力、脑力劳动，•5.改进生产工艺和管理体制。11自动化的研究内容有自动控制和信号处理两个方面，包括理论、方法、应用硬件和软件等。从应用观点来看，研究内容有过程自动化、机械制造自动化、武器及军事自动化、办公室自动化和家庭自动化等。12以信息化带动工业化以工业化促进信息化中国共产党十六次代表大会报告自动化是一个国家或社会现代化水平的重要标志13本课内容1.专业培养目标和人才素质要求2.自动化的概念和发展简史3.自动控制系统的类型和组成4.基本的控制方法5.控制和自动化的应用范畴6.控制和自动化的展望7.自动化类专业的教学安排8.学习原理与学习方法141自动化专业培养目标和人才素质要求1.1自动化和自动化类专业15控制科学与工程学科图1.1学科组成示意图自动化自动控制控制理论电气工程与自动化工业自动化机械制造自动化电力系统自动化161.2高等院校自动化类专业的培养目标•培养适合社会主义现代化建设需要，德智体全面发展，在控制理论、控制系统、生产过程自动化、人工智能与机器人控制等领域具有宽广理论基础和相关专门知识，具有创新和开拓精神的高级工程技术人才。•毕业生能在国民经济及国防各部门和行业从事信息及控制系统的研究、设计、集成、开发、制造和应用等工作。在“十六大”的精神下如何将培养目标具体化、时代化171.3一些术语(1)科学科学（Science）是指对各种事实和现象进行观察、分类、归纳、演绎、分析、推理、计算和实验，从而发现规律，并对各种定量规律予以验证和公式化的知识体系。科学的任务是揭示事物发展的客观规律，探求真理，作为人们改造世界的指南。(2)技术技术（Technology）是指人类根据生产实践经验和自然科学原理改变或控制其环境的手段和活动，是人类活动的一个专门领域。技术的任务是利用和改造自然，以其生产的产品为人类服务。(3)工程工程（Engineering）是指应用科学知识使自然资源最好地为人类服务的专门技术。18(4)系统系统（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。(5)信息信息（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。(6)控制控制（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。(7)反馈反馈（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。19(9)管理管理（Management）是指为了充分利用各种资源来达到一定的目标而对社会或其组成部分施加的一种控制。(10)决策决策（DecisionMaking）是指为最优地达到目标，对若干准备行动的方案进行选择。(8)调节调节（Regulation）是指通过系统的反馈信息自动校正系统的误差，使诸如温度、速度、压力或位置等参量保持恒定或在给定范围之内的过程。自动化（Automation），指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。自动控制是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和技术。201.4对自动化类专业人才的素质要求全面建设小康社会的意气奋发建设者中华民族伟大复兴的推进者•（1）认知和技能方面•（2）思想和情感方面•（3）意识和意志方面•（4）其他方面21（1）认知和技能方面①掌握数理等基础理论的原理和方法；②了解机械、力学、电器、化工等相关学科的一般原理和方法；③掌握计算机、通信、电子等关联学科的基本原理、方法和应用以及相应的实验仪器和技能；④掌握控制系统分析和综合（设计）等专业知识和方法；⑤掌握系统仿真、科学计算、软硬件开发等科学实验方法和技术；⑥有哲学、方法论、经济学、历史、法律、伦理、社会学、文学、艺术等人文社会科学方面以及军事方面的基本知识；⑦具有良好的资料收集、文献检索以及口头表达和书面写作等技巧和能力，并形成很强的自主学习能力；⑧具有辨证的、逻辑的、形象的和创造的科学思维方式和对事物进行统计、分析、综合、归纳的技能，并形成较强的发现问题、分析问题和解决问题能力；⑨具有一定的适应、协调、合作、组织和管理能力。22(2)思想和情感方面②思想品质树立了积极向上的人生观、正确的价值观和辨证唯物主义世界观，对我国自动化事业有情感、有信念、有责任心；①政治品质热爱祖国、关心集体、尊敬师长、爱护同志和家人，关心国家大事、时事政治，有较强的法治、法规观念；③道德品质有良好的品德修养和文明的行为准则，具有敬业精神和职业道德。23（3）意识和意志方面①实践意识坚持一切从实际出发，不迷信书本、不迷信权威。②质量意识认认真真做好每一件事，在研制和开发的每一个环节都坚持质量至上的思想。③协作意识现代科学研究和现代工程已经很少是一个人可以独立完成的了，所以要能与同事协同工作、协调配合。不会和他人协作的工程师，一定不会是一个合格的工程师。④创新与竞争意识现代社会是充满挑战和竞争的社会，只有那些不断追求新意境、新见解、敢于竞争的人才能把握机遇、走向成功。⑤坚毅意志人生路漫漫，每个人在生活、学习和工作中都可能遇到这样或那样的困难和挫折，要敢于面对困难、善于克服困难。24（4）其他方面①学风上勤奋、严谨、求实、进取；②作风上谦虚、谨慎、朴实、守信；③具有健康的心理、务实的心态；④具有健全的体质、良好的体能；⑤拥有旺盛的精力、敏捷的思路。252自动化的概念和发展简史26自动化，是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。自动控制是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和技术。两者既有联系，但也有一定的区别。自动化主要研究的是人造系统的控制问题，自动控制则除了上述研究外，还研究社会、经济、生物、环境等非人造系统的控制问题。例如生物控制、经济控制、社会控制及人口控制等，显然这些都不能归入自动化的研究领域的。不过人们提到自动控制，通常是指工程系统的控制，在这个意义上自动化和自动控制是相近的。2.1控制和自动化的概念272.2我国古代自动装置中国古代能工巧匠发明许多原始的自动装置，以满足生产、生活和作战的需要。其中比较著名有下述的几种：(1)指南车(2)铜壶滴漏(3)浮子式阀门(4)饮酒速度的自动调节(5)计里鼓车(6)漏水转浑天仪(7)候风地动仪(8)水运仪象台28指南车是中国古代用来指示方向的一种具有能自动离合的齿轮系装置的车辆。指南车是一种马拉的双轮独辕车，车箱上立一个伸臂的木人。车箱内装有能自动离合的齿轮系。当车子转弯偏离正南方向时车辕前端就顺此方向移动，而后端则向反方向移动，并将传动齿轮放落，使车轮的传动带动木人下的大齿轮向相反方向转动，恰好抵消车子转弯产生的影响（图2.3）齿轮系车身木人方向车辆转弯（1）29指南车复原模型30指南车原理