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1、自動化前沿技術的發(fā)展,自動化的誕生,人類自開始進行勞動以來，就一直夢想著制造出能夠無需人的參與就可以自己完成任務的勞動工具。 從刀耕火種的年代起，人們就夢想著省時省力地生產出更多的東西，來滿足人們生活的需要。人們在幾千年的生產過程中，發(fā)明了很多節(jié)省力氣的工具，如在河流上建造的水車。可以通過水的沖擊帶動輪子轉動，實現灌溉、淘米等工作。 工業(yè)革命的到來(1788年)，為自動化的發(fā)展帶來了巨大的動力。此后的一百多年中，人們一直在探索，特別是，經過從1934年到1947年的十幾年研究(二戰(zhàn)期間),最終提出了自動化的理論基礎著作控制論。標志著自動化技術的正式誕生。 從誕生到現在，自動化技術在各個領域大

2、顯身手，飛機導航、交通運輸、導彈控制中到處都是自動化技術的應用。,自動化在炮火中發(fā)展,自動化技術從產生到現在，它的發(fā)展始終沒有離開武器裝備的需要。 在第二次世界大戰(zhàn)中，同盟國軍隊的主要作戰(zhàn)武器是火炮。當時的火炮威力大、射程遠，但是命中精度比較差。如果沒有二戰(zhàn)這個巨大的實驗場，自動化技術也不會有如此大的發(fā)展?？梢赃@樣說“軍事裝備是自動化之父，二戰(zhàn)是自動化誕生的產房”。 如果說軍事設備是自動化之父，那么工業(yè)生產就是自動化之母。自動化生產是人們夢寐以求的事情。 福特發(fā)明的汽車生產線是最成功的早期生產線，1913年福特創(chuàng)建了由專用機床組成的“運動中的組裝線”在這種生產線上，要組裝的部件由傳送帶運到一個

3、個工人面前，每一個工人只完成一種操作。,,自動化原理,下面我們以一個簡單的例子，來說明自動化的原理。,自動化設備和機器的關鍵就在于反饋的存在，正是有了他的存在，才使自動化成為可能。反饋就是自動化的奧妙所在。所以自動控自原理也叫反饋控制原理。 一個自動化系統無論結構多么復雜都是由下面幾部分組成： 第一，檢測比較裝置。 第二，控制器。 第三，執(zhí)行機構。,控制器系統的大腦 傳感器系統的耳目 執(zhí)行器系統的手腳 受控對象溫柔的羔羊 穩(wěn)定性不可或缺,,自動化的前沿技術,模糊控制其實我很清楚 最優(yōu)控制---“沒有更好只有最好” 自適應控制以變制變 魯棒控制以靜制動 線性控制理論縱橫 非線性控制理論的發(fā)展 P

4、ID控制簡而優(yōu)秀 預測控制未卜先知 故障診斷神醫(yī)妙手 人工智能智慧之巔 專家系統身邊的專家 推理控制經驗的作用 集散控制系統（DCS）,模糊控制,模糊控制是以模糊集合理論為基礎的一種新興的控制手段，它是模糊系統理論和模糊技術與自動控制技術相結合的產物。自從這門科學誕生以來，它產生了許多探索性甚至是突破性的研究與應用成果，同時，這一方法也逐步成為了人們思考問題的重要方法論。 1965年美國的控制論專家L. A. Zadeh教授創(chuàng)立了模糊集合論，從而為描述，研究和處，而且能模擬人的思維方式對一些無法構造數學模型的被控對象進行有效的控制。 模糊控制作為智能領域中最具有實際意義的一種控制方法，

5、已經在工業(yè)控制領域，家用電器自動化領域和其他很多行業(yè)中解決了傳統控制方法無法或者是難以解決的問題，取得了令人矚目的成效。,最優(yōu)控制,最優(yōu)控制問題研究的主要內容是：怎樣選擇控制規(guī)律才能使控制系統的性能和品質在某種意義下為最優(yōu)，求解最優(yōu)控制問題的方法，目前主要的就是上述的兩種方法，另外可能還會用到一些數值解法。用這些方法已經成功的解決了許多動態(tài)控制問題，如最小時間控制，最少燃料控制和最佳調節(jié)器等。最優(yōu)控制已經在航天，航海，導彈，電力系統，控制裝置，生產設備和生產過程中得到了比較成功的應用，而且在經濟系統和社會系統中也得到了廣泛的應用。 最優(yōu)控制問題有四個關鍵點：（1）受控對象為動態(tài)系統。（2）初

6、始與終端條件初始狀態(tài)轉移到某種要求的終端狀態(tài)，并且保證某種要求的性能指標達到最小值或者是最大值。 時至今日，最優(yōu)控制理論的研究，無論在深度或是廣度上，都有了較大的進展。然而，隨著人們對客觀世界認識的不斷深化，又提出了一系列有待解決的新問題?？梢院敛豢鋸埖卣f，最優(yōu)控制理論依舊是極其活躍的科學領域之一。,自適應控制,在日常生活中，所謂自適應是指生物能改變自己的習性以適應新的環(huán)境的一種特征。因此，直觀地講，自適應控制器應當是這樣一種控制器，它能修正自己的特性以適應對象和擾動的動態(tài)特性的變化。 自適應控制的研究對象是具有一定程度不確定性的系統，這里所謂的“不確定性”是指描述被控對象及其環(huán)境的數

7、學模型不是完全確定的，其中包含一些未知因素和隨機因素。 任何一個實際系統都具有不同程度的不確定性，這些不確定性有時表現在系境對系統的影響，可以等效地用許多擾動來表示。這些擾動通常是不可預測的。此外，還有一些測量時產生的不確定因素進入系統。面對這些客觀存在的各式各樣的不確定性，如何設計適當的控制作用，使得某一指定的性能指標達到并保持最優(yōu)或者近似最優(yōu)，這就是自適應控制所要研究解決的問題。,魯棒控制,魯棒控制（Robust Control）方面的研究始于20世紀50年代。在過去的50年中，魯棒控制一直是國際自控界的研究熱點。所謂“魯棒性”，是指控制系統在一定（結構，大?。┑膮禂z動下，維持某些性

8、能的特性。根據對性能的不同定義，可分為穩(wěn)定魯棒性和性能魯棒性。以閉環(huán)系統的魯棒性作為目標設計得到的固定控制器稱為魯棒控制器。 魯棒控制方法，是對時間域或頻率域來說，一般要假設過程動態(tài)特性的信息和它的變化范圍。一些算法不需要精確的過程模型，但需要一些離線辨識。 一般魯棒在最優(yōu)狀態(tài)。常用的設計方法有：INA方法，同時 鎮(zhèn)定，完整性控制器設計，魯棒控制， 魯棒PID控制以及魯棒極點配置，魯棒觀測器等。 魯棒控制方法適用于穩(wěn)定性和可靠性作為首要目標的應用，同時過程的動態(tài)特性已知且不確定因素的變化范圍可以預估。飛機和空間飛行器的控制是這類系統的例子。,線性控制理論,線性控制理論是系統與控制理

9、論中最為成熟和最為基礎的一個組成分支，是現代控制理論的基石。系統與控制理論的其他分支，都不同程度地受到線性控制理論的概念、方法和結果的影響和推動。 嚴格地說，一切實際的系統都是非線性的，真正的線性系統在現實世界是不存在的。但是，很大一部分實際系統，它們的某些主要關系特性，在一定的范圍內，可以充分精確地用線性系統來加以近似地代表。并且，實際系統與理想化了的線性系統間的差別，對于所研究的問題統或者可線性化的系統又是大量存在的，而這正是研究線性系統的實際背景。 簡單說，線性系統理論主要研究線性系統狀態(tài)的運動規(guī)律和改變這種運動規(guī)律的可能性方法，建立和揭示系統結構、參數、行為和性能間的確定的和定

10、量的關系。在對系統進行研究的過程中，建立合理的系統數學模型是首要的前提，對于線性系統，常用的模型有時間域模型和頻率域模型，時間域模型比較直觀，而頻率域模型則是一個更強大的工具，而者建立的基本途徑一般都通過解析法和實驗法。,非線性控制理論,對非線性控制系統的研究，到上個世紀四十年代，已取得一些明顯的進展。主要的分析方法有：相平面法、李亞普諾夫法和描述函數法等。這些方法都已經被廣泛用來解決實際的非線性系統問題。但是這些方法都有一定的局限性，都不能成為分析非線性系統的通用方法。例如，用相平面法雖然能夠獲得系統的全部特征，如穩(wěn)定性、過渡過程等，但大于三階的系統無法應用。李亞普諾夫法則僅限于分析系統的絕

11、對穩(wěn)定性問題，而且要求非線性元件的特性滿足一定條件。雖然這些年來，國內外有不少學者一直在這方面進行研究，也研究出一些新的方法，如頻率域的波波夫判據，廣義圓判據，輸入輸出穩(wěn)定性理論等。但總的來說，非線性控制系統理論目前仍處于發(fā)展階段，遠非完善，很多問題都還有待研究解決，領域十分寬。 非線性控制理論作為很有前途的控制理論，將成為二十一世紀的控制理論的主旋律，將為我們人類社會提供更先進的控制系統，使自動化水平有更大的飛越。,PID控制簡而優(yōu)秀,PID（比例-積分-微分）控制器作為最早實用化的控制器已有50多年歷史，現在仍然是應用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統模型等先決

12、條件，因而成為應用最為廣泛的控制器。 PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其輸入e (t)與輸出u (t)的關系為: 因此它的傳遞函數為： 它由于用途廣泛、使用靈活，已有系列化產品，使用中只需設定三個參數（Kp， Ki和Kd）即可。在很多情況下，并不一定需要全部三個單元，可以取其中的一到兩個單元，但比例控制單元是必不可少的。 PID控制器是最簡單的有時卻是最好的控制器,預測控制,,預測控制是近年來發(fā)展起來的一類新型的計算機控制算法。由于它采用多步測試、滾動優(yōu)化和反饋校正等控制策略，因而控制效果好，適用于控制不易建立精確數字模型且比較復雜的工業(yè)生產過程，所以

13、它一出現到國內外工程界的重視，并已在石油、化工、電力、冶金、機械等工業(yè)部門的控制系統得到了成功的應用。 下面以模型算法控制為例子來說明預測控制的基本原理:,,由于預測控制具有適應復雜生產過程控制的特點，所以預測控制具有強大的生命力?？梢灶A言，隨著預測控制在理論和應用兩方面的不斷發(fā)展和完善，它必將在工業(yè)生產過程中發(fā)揮出越來越大的作用，展現出廣闊的應用的前景,故障診斷,現代的機械制造系統具有控制規(guī)模大、自動化程度高和柔性化強的特點。由于制造系統的結構越來越復雜，價格越來越昂貴，因此因為各種故障而導致的停機都是不可忍受的負擔。故障診斷系統就能夠在這個情況下滿足需要，也就是能夠合理制定維修計劃，最大

14、限度減少停機維修的時間，以及在故障發(fā)生之后能夠迅速做出反應。因此，故障診斷系統在現在得到了迅速的發(fā)展。,故障診斷是隨著生產過程的復雜化而產生的一種技術，由于和現代傳感器技術、專家系統技術相結合，已經展現出了很強的生命力，必將為提高企業(yè)的生產效率和穩(wěn)定性提供越來越強大的支持。,人工智能,人工智能是一門邊緣學科，用來模擬人的思維，已經引起了許多學科的日益重視，并且有越來越多的實用意義，而且許多不同專業(yè)背景的科學家正在人工智能領域內獲得一些新的思維和新的方法。作為一個計算機科學中涉及智能計算機系統的一個分支，這些系統呈現出與人類的智能行為有關的特性。 人工智能的主要領域包括問題求解、語言處理、自

15、動定理證明、智能數計、數學證明都有重要應用。人工智能的第一個大成就是發(fā)展了能夠求解難題的下棋程序。 人工智能包含的領域非常廣泛，問題的求解只是其中的一個重要方面。其他的方面包括比如謂詞演算、規(guī)則演繹系統、機器人問題以及專家系統等一系列問題。人工智能作為一個復雜的邊緣學科，正在有著越來越廣闊的前景，隨著新的數學理論的完善以及計算機新的硬件的出現，人工智能必將能夠更好地模擬人的思維。,專家系統,專家系統(Expert System)是一個基于知識的智能推理系統，它涉及到對知識獲取、知識庫、推理控制機制以及智能人機接口的研究，是集人工智能和領域知識于一體的系統。近些年，專家系統的迅速發(fā)展和廣泛應

16、用大大推進了各個應用領域向智能化方向發(fā)展，成為人工智能從實驗室研究進入實用領域的一個里程碑。 在一個成熟的專家系統中，有幾項技術是極為關鍵的。首先，為了便于知識在計算機中的存貯、檢索、使用和修改，并進行推理和搜索，知識表示技術必須具有很高的效率，目前主要有產生式表達法、語義網絡表達法、框架表達法、謂詞邏輯表達法等技術，并且新的技術還在開發(fā)當中；其次，因為要在專家系統中用計算機模擬人的思維，不精確推理方法是必不可少的，針對實際需要，概率算法一度成為最重要的方法，近幾年來，模糊數學的引入為這一領域的發(fā)展開辟了新的前景；最后，和知識表示技術與推理方法相關，作為人的思維搜索過程的模擬，搜索策略的好

17、壞對系統的成敗也是意義重大的，現在人們已經利用的技術有狀態(tài)空間法、問題遞歸法、最佳優(yōu)先法等。 總之，人工智能系統的特殊性，決定了它是一個跨越多學科、充滿活力、對基礎研究的依賴性很強的一個領域，它的發(fā)展，必將向我們展示科學技術王國的更多魅力，也會令我們的生活更為美好。,集散控制系統(DCS),DCS，即所謂的分布式控制系統，或在有些資料中稱之為集散系統，是相對于集中式控制系統而言的一種新型計算機控制系統，它是在集中式控制系統的基礎上發(fā)展、演變而來的。在系統功能方面，DCS和集中式控制系統的區(qū)別不大，但在系統功能的實現方法上卻完全不同。 DCS自1975年問世以來，已經經歷了三十多年的發(fā)展歷程

18、。在這三十多年發(fā)展和完善，其功能和性能都得到了巨大的提高。總的來說，DCS正在向著更加開放，更加標準化，更加產品化的方向發(fā)展。 進入二十一世紀以來，計算機技術突飛猛進，更多新的技術被應用到了DCS之中。PLC是一種針對順序邏輯控制發(fā)展起來的電子設備，它主要用于代替不靈活而且笨重的繼電器邏輯?，F場總線技術在進入九十年代中期以后發(fā)展十分迅猛，以至于有些人已做出預測：基于現場總線的FCS將取代DCS成為控制系統的主角。,自動化技術的十八般兵器,物理傳感器 光纖傳感器 仿生傳感器 紅外傳感器 電磁傳感器 磁光效應傳感器 壓力傳感器 溫度傳感器 超聲波傳感器 虛擬儀表 步進電機 變頻

19、器 電磁閥 液壓裝備 繼電器控制設備 單片機 可編程控制器（PLC） 工業(yè)計算機（IPC）,自動化技術的應用,1、自動化技術在工業(yè)中的應用 自動化的制造業(yè) 電力系統自動化 建筑自動化 交通運輸自動化 信息自動化 自動無極限 2、自動化技術在軍事中的應用 新型自動化武器 軍事指揮自動化 3、 自動化技術在日常生活中的應用 自動累計，無需勞神；溫度控制，冷熱不紊； 定時控制，歲月有情；定時控制，歲月有情； 防災報警，守護生命；自動電器，化繁為簡,自動化技術在工業(yè)中的應用,自動化的制造業(yè) 蒸汽機新時代的開端 設計自動化CAD和CAPP 車間舊貌換新顏 數

20、控機床 柔性制造系統（FMS）虛擬機床DNC系統 淺談自動化孤島 未來工廠CIMS 自動化倉庫ABC 現場總線技術 21世紀的制造自動化 并行工程 敏捷制造 精良生產 仿生制造 智能制造 虛擬制造,電力系統自動化,電是怎樣生產出來的 從蒸汽機到火力發(fā)電站 大亞灣里的自動化 三峽電站的秘密 電的旅途 電力調度自動化 無人職守變電站 故障是怎樣解除的 電網上能打電話嗎,建筑自動化,智能大廈簡介 智能大廈智能大廈 智能大廈 什么叫智能建筑 樓宇自動化 辦公自動化使你工作效率更高,交通運輸自動化,自動化列車的焦點 無人飛機明日之星 自動化公路偉大的奠基 交通自動收費系統 汽車的自動

21、導航 無人駕駛汽車介紹,信息自動化,企業(yè)新形象 前景誘人的“三金”工程 WWW快速上手 電子會議系統 信息科技的發(fā)展 信息高速公路 生物芯片的異軍突起 嶄露頭角的多媒體 信息技術的明天 信息時代的象征,自動無極限,農業(yè)新紀元 醫(yī)學界新寵 讓學習輕松簡單使你的消費準確便利 化工生產自動化新世紀的鋼鐵生產 圖書管理自動化水庫管理自動化 銀行自動化 煤礦自動化 電視轉播自動化冶金自動化 城市供熱自動化石油化工自動化 公共場合衛(wèi)生管理自動化細菌鑒定 家庭自動化 IC卡技術 條碼技術 信號處理,自動化技術在軍事中的應用,精確制導，彈無虛發(fā) 制導導彈，長劍倚天 陀螺雖小，制導關鍵 智能

22、地雷，出其不意 機器奇兵，鋼鐵戰(zhàn)士 無人戰(zhàn)機，決勝千里 隱身部隊，悄無聲息 微型電機，神鬼莫測 網絡戰(zhàn)爭，黑客縱橫 神通雷達，恢恢天網 滑翔炸彈，殺手翩翩 聲納致命，大洋深處 爆破鐵甲，導彈兇猛 衛(wèi)星遙感，盡收眼底 隱身飛機，無形神鷹,新 型 自 動 化 武 器,自動化技術在軍事中的應用,信息革命和信息戰(zhàn)爭 數字化地球展望 軍事指揮中的多媒體 遙感衛(wèi)星在戰(zhàn)爭中 CCCIS系統簡述 現代戰(zhàn)爭中的自動化 戰(zhàn)爭模擬與仿真 信息戰(zhàn)與制導技術,軍 事 指 揮 自 動 化,自動化技術在日常生活中的應用,自動累計， 無需勞神 自動累計 記時鐘表 自動水表 燃氣表 電度表 熱量表 里程表,溫度控制

23、，冷熱不紊 雙金屬溫控 壓力式溫控,自動化技術在日常生活中的應用,壓力控制，小心翼翼 壓力鍋安全閥 自行車電打氣 壓力比例調節(jié),流量控制，吞吐自如 氣動控制和電磁閥 滅火自動關氣 停水自動關氣 邏輯控制,液位行程，巧奪天工 行程開關 液位開關 浮子式液位控制,自動化技術在日常生活中的應用,定時控制，歲月有情 機械鐘表定時 微波爐雙速定時 順控程控，親疏不同 洗衣機 音樂噴泉,自動化技術在日常生活中的應用,連鎖保護，珠聯璧合 微波輻射保護 電梯的安全保護 定時控制，歲月有情 自動門 電扇遙控器 電視遙控器,自動化技術在日常生活中的應用,防災報警，守護生命 漏電保護器 煤氣報警器 火災報警器 酒精測試器 智能玩具,自動化技術在日常生活中的應用,佇立前沿，遠矚明天 變頻空調 模糊洗衣機 電話遙控 家電遠程控制,自動化技術在日常生活中的應用,