自动化学科讲演

1、自动化学科概论(控制理论在冶金工程中的应用)1目录1.自动化与自动化学科，专业2.自动化的基本原理 3.自动化学科的发展趋势4.控制理论在冶金工程中的应用 21. 自动化与自动化学科，专业1.1 自动化概念家庭全自动照相机、洗衣机、电饭煲；银行自动取款机ATM；交通自动控制的红绿灯；楼宇自动门、自动自来水开关；日常生活温度控制系统3温度系统原理图 4温度控制系统原理图 5自动化的定义 自动化是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动控制、信息处理、分析判断、操纵控制等来实现预期的目标。 61.自动化与自动化学科，专业1.2 自动化内容和应用范

2、围设备、过程或系统的自动化：指设备、过程或系统的自动运行或自动控制。自动化技术或设备：指用于自动运行或自动控制的技术或设备。自动化状态：被自动控制或自动操作的状态。应用范围：自动化涉及的范围极其广泛，几乎无所不包：工业生产和工业自动化；农业自动化；服务自动化（办公，楼宇，商务，交通等）各行各业。 71.自动化与自动化学科，专业1.3 自动化的发展历史我国古代的指南车（公元235年）；1788年瓦特的飞球调节器；20世纪20年代40年代：电子反馈放大器（火炮控制系统） （经典控制理论的应用）；20世纪5070年代（现代控制理论的应用）；人造卫星(1957年)；阿波罗飞船登上月球(1957年)；

3、物控机床(1952年)；工业机器人(1954年).20世纪80年代以来: 加工中心和计算机集成制造系统（CIMS）81.自动化与自动化学科，专业1.4自动化在工业化、信息化、现代化建设中的作用和地位（介绍几个概念） 工业化发展的三个阶段：机械化（蒸汽机、动力机）电气化（电机、发电机、供电网络）自动化（电子控制器、自动化生产线）91.自动化与自动化学科，专业信息化发展阶段：数字化（数字计算机起源1946年，1960年大量应用）网络化（通讯网络起源1969年，1980年大量应用）系统化（系统、管理、集成，起源1975年，1990年大量应用）现代化发展阶段（中国人发明）后工业化（发达国家）101.自

4、动化与自动化学科，专业1.5自动化学科111.自动化与自动化学科，专业 1.6自动化专业122.自动化的基本原理2.2 自动控制系统的研究内容系统建模：机理建模、实验建模（系统辨识）.系统分析：稳定性、稳态性能、暂态性能、抗干扰性、鲁棒性等.系统综合：设计控制器（应用自动控制理论）.132.自动化的基本原理2.3 自动控制理论2.3.1 经典控制理论 时域分析法（数学模型:高阶微分方程）.根轨迹法（数学模型: 传递函数. 1948年W.Evans提出并完善.）频率特性法（传递函数. 1939年奈奎斯特图、伯德图）.相平面法和描述函数法（传递函数.应用于非线性系统）. 142.3 自动控制理论2

5、.3.2 现代控制理论 线性系统理论（数学模型：状态空间；能控性，能观性，系统综合或校正：极点配置法）系统辨识（最小二乘法）最优控制（极大值原理，动态规划）自适应控制（自校正控制，模型参考自适应）随机控制（白噪声干扰，概率统计方法）鲁棒控制（被控对象的不确定性）容错控制（系统安全性、可靠性）非线性理论（变结构控制，微分几何法，微分代数等）复杂控制（大型冶炼企业，大电网的调度控制以及社会、管理、经济等） 152.3 自动控制理论2.3.3 智能控制技术 智能控制技术是针对难以建立精确的，有效的数学模型，从而无法应用经典或现代控制理论进行分析，综合的复杂对象模糊控制神经网络控制专家系统遗传算法（智

6、能优化）免疫算法（智能优化）蚁群算法（智能优化）混沌控制 162.3 自动控制理论2.3.4 先进控制技术 先进控制技术是针对工业过程生产中，特别是化工、冶金工业，传统的PID算法难以满足控制要求，基于计算机的控制算法.内模控制（IMC）模型预测控制（MPC）动态矩阵控制（DMC）广义预测控制（CCPC）173.自动化学科的发展趋势（六个方面或领域）3.1控制理论3.2工程系统与控制3.3系统科学与系统工程3.4模式信息处理3.5人工智能3.6机器人学与机器人技术183.自动化学科的发展趋势3.1控制理论控制方法：系统模型的不确定性和非线性（自适应，鲁棒，容错，先进控制和智能控制等）研究复杂的

7、对象：变量过多，维数太大（CMIS、智能机器人、大型航天结构的复杂控制等）计算机模拟试验研究：航空航天，电力，核能，石化工业等庞大，昂贵或带有危险性的工程系统（CAD、实验模拟与仿真等）许多学科相互交叉和影响：（社会经济、生态环境、地球与大气等）193.自动化学科的发展趋势3.2工程系统与控制 新型执行器的传感技术:（谐振传感器、光纤传感器、集成传感器、生物传感器等）.递阶的分布式计算机控制系统:（现场总线，信息集成控制技术等）.工程系统控制管理一体化:（企业级、工厂级、车间级、过程级、单元级）.柔性制造自动化和计算机集成制造系统（CIMS）系统仿真203.自动化学科的发展趋势3.3系统科学与

8、系统工程 系统工程的概念：如1969年7月21日，美国“阿波罗11号”飞船登月成功历时11年的“阿波罗栽人登月计划”：2万多家公司，120多所大学和研究机构，42万余名参加人员，700多万个零部件和耗资300多亿美元理论基础：控制论（维纳），信息论（香农）和系统论（贝塔朗菲）方法：集中控制；分数控制；分解协调控制等范围：生命、气候、生态、地球表面、人口、人体和社会控制等213.自动化学科的发展趋势3.4模式信息处理 基本方法（统计模式识别和句法模式识别）.计算机视觉（马尔视觉计算理论、立体视觉、动态序列图像分析、视觉检测等）.文字识别与分析（多字体印刷体识别、手写汉字识别、文本的理解等）.语音

9、识别与理解（识别方法、语言识别与自然语言处理相结合等）.模式识别专用系统.223.自动化学科的发展趋势3.5人工智能 人工智能的概念：研究的机器或设备具有人的推理、理解、规划、决策、抽象、学习和创造等能力.基于物理符号的AI的进展：（逻辑表达或代数表达）.联接机制AI的进展：（并行分布式处理模型）.机器学习：（知识获取）.人机共栖：（智能的人机交互界面）专家系统.233.自动化学科的发展趋势3.6机器人学与机器人技术 装配机器人自动导向可移动或行走机器人直接驱动机器人智能机器人复杂的运动学、动力学和控制问题与机器人有关的人工智能研究244. 冶金工程中的控制方法4.1过程控制系统 常规过程控制有：温度控制压力控制流量控制物位控制成分控制等复杂过程控制有：前馈控制时滞控制（史密斯预估补偿）解耦控制比值控制均匀控制超池控制分