自动化概述ppt课件.ppt

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1、自动化科学的特点： 数学属性，严密的理论特征数学属性，严密的理论特征； 对象特性，鲜明的改造世界的特征对象特性，鲜明的改造世界的特征； 系统与社会属性，系统的复杂性特征系统与社会属性，系统的复杂性特征； 渗透与扩散特性，普遍适用特征渗透与扩散特性，普遍适用特征。 前三个特点表明，从事自动化科学研究，既要有理论，又要懂对象，更要有系统的观念，三者缺一不可。而第四个特点指出，把自动化科学中的基本原理与方法应用到其他科学、技术与工程中去，是从事自动化科学研究的人员义不容辞的职责。在所有工科专业中，自动化专业学习的计算机学习的计算机 知识知识 仅次于计算机专业仅次于计算机专业。在所有工科专业中，自动化

2、专业需要的需要的 数学知识最多数学知识最多。 常说：自动化专业基础面宽， 需要学的知识多，并要求扎实。1.1 1.1 什么是自动化什么是自动化? ?1.2 1.2 自动化能做什么自动化能做什么? ? 1.3 1.3 自动化的过去、现在和将来自动化的过去、现在和将来1.4 1.4 自动化与信息技术自动化与信息技术1.5 1.5 自动化与信息化自动化与信息化 (a) 手动控制漫画手动控制漫画 (b) 自动控制自动控制 水温的手动控制和自动控制的示意图水温的手动控制和自动控制的示意图一种数控加工中心一种数控加工中心战斗机发射导弹战斗机发射导弹战机的武器系统战机的武器系统“管控一体化管控一体化”系统示

3、意图系统示意图我军新型隐形导弹艇我军新型隐形导弹艇作战机器人作战机器人我军无人攻击机我军无人攻击机美军美军F117隐形战斗轰炸机隐形战斗轰炸机我国我国“东风东风” 弹道导弹弹道导弹美军美军“三叉戟三叉戟” ” 弹道导弹弹道导弹国产国产“雷霆雷霆”激光制导炸弹激光制导炸弹Autonomous rice transplanter自动化喷灌系统自动化喷灌系统温室立体栽培温室立体栽培 齿轮系齿轮系车身车身木人木人方向方向车辆车辆转弯转弯瓦特瓦特1788年发明年发明蒸汽机及其反馈蒸汽机及其反馈控制系统控制系统WattWatt的蒸汽机转速控制系统原理图的蒸汽机转速控制系统原理图蒸汽蒸汽机蒸汽机负负载载转速

4、杠杆 套筒弹簧飞锤圆锥齿轮转速检测转速阀门由于第一次工业革命的需要，人们开始采用自动调节由于第一次工业革命的需要，人们开始采用自动调节器器(Regulator)或装置，使一些物理量保持在给定值附或装置，使一些物理量保持在给定值附近。近。公元公元1868年法国工程师年法国工程师J.法尔科（法尔科（Farcot）发明反）发明反馈调节器，并把它与蒸汽阀连接起来，操作蒸汽船馈调节器，并把它与蒸汽阀连接起来，操作蒸汽船的舵，他称之为伺服机构（的舵，他称之为伺服机构（Servo-mechanism）。）。20世纪世纪20-30年代，美国开始采用年代，美国开始采用PID模拟式调节模拟式调节器（器（比例比例-

5、积分积分-微分调节器微分调节器）。现在还在许多工厂）。现在还在许多工厂中采用。中采用。自动调节器和被控制对象（蒸汽机或船舵）组成自动调自动调节器和被控制对象（蒸汽机或船舵）组成自动调节系统（节系统（Automatic Regulation System）。当时人们）。当时人们发现蒸汽机转速会忽高忽低，即系统会发生振荡发现蒸汽机转速会忽高忽低，即系统会发生振荡(不稳不稳定定)。这迫使一些数学家从理论上来加以研究，创造多种这迫使一些数学家从理论上来加以研究，创造多种稳稳定判剧定判剧。(英国的英国的Routh;德国的德国的Hurwitz；俄国的；俄国的Lyapunov)稳定性是自动控制中极重要的概念

6、稳定性是自动控制中极重要的概念!进入上世纪进入上世纪20世纪以后，工业生产中广泛应用世纪以后，工业生产中广泛应用各种自动控制装置，促进了对控制系统的分析各种自动控制装置，促进了对控制系统的分析和综合的研究。和综合的研究。传递函数、传递函数、Nyquist稳定判据稳定判据加上加上1922年年N.米诺尔斯基米诺尔斯基关于船舶自动操舵的稳定性关于船舶自动操舵的稳定性和和1934年美国年美国H.L. Hazen发表的发表的关于伺服关于伺服机构理论机构理论的论文标志着的论文标志着经典控制理论经典控制理论的诞的诞生。生。古董计算机现代工业控制计算机主板1956年前苏联数学家年前苏联数学家.庞特里亚金庞特里

7、亚金提出提出极大值原理极大值原理。同年。同年美国数学家美国数学家R.贝尔曼贝尔曼创立创立动态规划动态规划。两者为解决最优控制。两者为解决最优控制问题提供了理论工具。问题提供了理论工具。1960年美国数学家年美国数学家R.卡尔曼卡尔曼提出提出可控性和可观性可控性和可观性两个概两个概念，揭示了系统的内在属性。卡尔曼还引入念，揭示了系统的内在属性。卡尔曼还引入状态空间法状态空间法，提出具有二次型性能指标的线性状态反馈律，为线性自提出具有二次型性能指标的线性状态反馈律，为线性自动控制系统给出了最优调节器的概念。动控制系统给出了最优调节器的概念。以上这些新概念和新方法标志着现代控制理论的诞生。以上这些新

8、概念和新方法标志着现代控制理论的诞生。控制层控制层管理层管理层中央控制器中央控制器设计设计计划计划管理管理调度调度控制控制单元控制器单元控制器数控系统数控系统Monitor人机一体化：人机一体化：自动化自动化不应单纯追求完全的不应单纯追求完全的“无人化无人化”，而应充，而应充分发挥人的智能优势，分发挥人的智能优势，将人作为自动化系统将人作为自动化系统的一部分。的一部分。 绿色化：绿色化：自动化系统应当从设计、运行、维护到报自动化系统应当从设计、运行、维护到报废整个过程考虑对环境的影响和可持续发展问题，废整个过程考虑对环境的影响和可持续发展问题，实现最有效地利用资源，最大限度地减少对人类的实现最有效地利用资源，最大限度地减少对人类的损害和对环境的污染。损害和对环境的污染。End of Chapter 1