自动化的概念和发展简史培训课件

2自动化的概念和发展简史1基本概念念自动化，是指机器器或装置置在无人人干预的的情况下下按规定定的程序序或指令令自动地地进行操操作或运运行。自动控制制是关于于受控系系统的分分析、设设计和运运行的理理论和技技术。自动化主主要研究究的是人人造系统统的控制制问题，，控制则则除了上上述研究究外，还还研究社社会、经经济、生生物、环环境等非非人造系系统的控控制问题题。例如如生物控控制、经经济控制制、社会会控制及及人口控控制等。。2我国古代代自动装装置中国古代代能工巧巧匠发明明许多原原始的自自动装置置，以满满足生产产、生活活和作战战的需要要。其中中比较著著名有下下述的几几种：(1)指指南车(2)铜铜壶滴漏漏(3)浮浮子式阀阀门(4)饮饮酒速度度的自动动调节(5)计计里鼓车车(6)漏漏水转浑浑天仪(7)候候风地动动仪(8)水水运仪象象台3指南车指南车是是中国古古代用来来指示方方向的一一种具有有能自动动离合的的齿轮系系装置的的车辆。。4指南车原原理齿轮系车身木人方向车辆转弯5铜壶滴漏漏——中国古代代的自动动计时（（测量时时间）装装置，又又称刻漏漏或漏刻刻。6饮酒速度度自动调调节器

7计里鼓车车

8候风地动动仪图候风地动动仪图9自动化技技术发展展简史自动装置置的出现现和应用用（18世纪以以前）自动化技技术形成成时期（（18世世纪末至至20世世纪30年代））局部自动动化时期期(20世纪纪40--50年年代)综合自动动化时期期（20世纪50年代代末起至至今)10自动装置置的出现现和应用用（18世纪以以前）“自动控控制”作作为一种种技术掌掌握在发发明家的的手中中国和巴巴比伦出出现了自自动计时时装置——刻漏、、指南车车、、水运运仪象台台等。公公元1世世纪古埃埃及和希希腊的发发明家也也创造了了教堂庙庙门自动动开启、、铜祭司司自动洒洒圣水、、投币式式圣水箱箱等自动动装置。。中国天文文学家张张衡（公公元78-139）曾曾经发明明了对天天体运行行情况自自动仿真真的漏水水转浑天天仪和自自动检测测地震的的候风地地动仪。。公元1088年，中中国苏颂颂等人把把浑仪（（天文观观测仪器器）、浑浑象（天天文表现现仪器））和自动动计时装装置结合合在一起起建成了了水运仪仪象台。。(1)古古代代自动装装置11(2)近近代代自动装装置法国物理理学家B.帕斯卡（（Pascal））在公元1642年发明明的加法法器荷兰机械械师C.惠更斯（（Huygens）于公元1657年发明明钟表英国机械械师E.李（Lee））在公元1745年发明明带有风风向控制制的风磨磨俄国机械械师И.И..波尔祖诺诺夫于公公元1765年年发明为为蒸汽锅锅炉水位位保持恒恒定用的的浮子式式阀门水水位调节节器。12自动化技技术形成成时期（（18世世纪末至至20世世纪30年代））公元1788年年J.瓦特将离离心式调调速器与与蒸汽机机的阀门门连接起起来，构构成蒸汽汽机转速速的闭环环自动调调速系统统（图2.16）13反馈和自自动调节节系统的的稳定性性稳定性是是自动控控制中极极重要的的概念反馈（Feedback）是指将系系统的实实际输出出和期望望输出进进行比较较，形成成误差，，从而为为确定下下一步的的控制行行为提供供依据。。人们发现现蒸汽机机转速会会忽高忽忽低，即即系统会会发生振振荡（不不稳定））。这迫迫使一些些数学家家从理论论上来加加以研究究，创造造多种稳稳定判据据。14经典控制制理论稳定判据据加上公公元1922年年N.米诺尔斯斯基《关关于船舶舶自动操操舵的稳稳定性》》和1934年年美国H.L..黑曾（Hazen）发表的《《关于伺伺服机构构理论》》的论文文标志着着经典控控制理论论的诞生生。进入20世纪以以后，工工业生产产中广泛泛应用各各种自动动调节装装置，促促进了对对调节系系统的分分析和综综合的研研究。15反馈控制制系统框框图给定输入入给定环节节控制器放大环节节执行环节节被控对象象误差反馈信号号输出扰动+_反馈环节节前向通道道反馈通道道16局部自动动化时期期(20世纪纪40--50年年代)经典控制制理论的的形成和和发展局部自动动化的广广泛应用用电子数字字计算机机的发明明17自动防空空火力控控制系统统在第二次次世界大大战期间间，为了了防空火火力控制制系统和和飞机自自动导航航系统等等军事技技术问题题，各国国科学家家设计出出各种精精密的自自动调节节装置，，开创了了防空火火力系统统和控制制这一新新的科学学领域。。18经典控制制理论的的形成和和发展代数稳定定判据传递函数数根轨迹法法(W.埃文斯（（Evans）1948年)频率法19局部自动动化的广广泛应用用模拟计算算机气动单元元组合仪仪表智能化的的仪表和和控制器器20电子数字字计算机机电子管、、晶体管管、集成成电路和和大规模模集成电电路数字计算算机直接接控制生生产过程程数字计算算机是现现在自动动控制系系统的一一个重要要组成部部分21国产巨型型“银河河Ⅱ”电电子数字字计算机机国产巨型型“银河河Ⅲ”电电子数字字计算机机22综合自动动化时期期（20世纪50年代代末起至至今）Л.庞特里亚亚金提出出极大值值原理R.贝尔曼创创立动态态规划R.卡尔曼提提出状态态空间法法(可控性、、可观性性、最优优状态估估计等)现代控制制理论的的形成和和发展23现代控制制理论的的发展系统辩识识、建模与仿仿真自适应控控制遥测、遥控和遥遥感大系统理理论模式识别别和人工工智能智能控制制24（1）系统辩辩识、建模与仿仿真系统辩识识是根据据系统输输入、输输出数据据为系统统建立数数学模型型的理论论和方法法。此外外建立数数学模型型还可以以采用解解析法和和实验方方法。通通常有必必要在仿仿真设备备上试验验系统，，包括建建立、修修改、复复现系统统的模型型，这称称为系统统仿真。。自适应控控制能在在对象数数学模型型变动和和系统外外界信息息不完备备的情况况下改变变反馈控控制器的的特性，，以保持持良好的的工作品品质。(2)自自适应应控制(3)遥遥测、遥控和遥遥感遥测就是是对被测测对象的的某些参参数进行行远距离离测量。。遥控就是是对被控控对象进进行远距距离控制制。遥感感就是利利用装载载在飞机机或人造造卫星等等运载工工具上的的传感器器，收集集由地面面目标物物反射或或发射出出来的电电磁波，，再根据据这些数数据来获获得关于于目标物物（如矿矿藏、森森林、作作物产量量等）的的信息。。25开始对出出现的大大系统如如大电力力系统、、化工联联合企业业、钢铁铁联合企企业及社社会经济济大系统统等开始始进行了了研究。。特别是是高速大大型计算算机的出出现为大大系统的的研究和和大量计计算提供供了前提提条件。。大系统理理论的重重要作用用在于对对大系统统进行调调度优化化和控制制优化，，通过分分解-协协调以较较短时间间计算出出优化结结果。(5)模式识别别和人工工智能使用电子子数字计计算机直直接接受受和处理理各种自自然的模模式消息息，如语语言、文文字、图图象、景景物等。。人工智智能学者者已研制制出用于于医疗诊诊断、地地质勘探探、金融融决策、、军事指指挥、大大规模集集成电路路设计等等各种专专家系统统；研制制出智能能机器人人，如有有视觉和和触觉的的机器人人和能与与人对答答的机器器人等等等。(4)大系统理理论的诞诞生26(6)智能控制制的诞生生将人工智智能引入入到自动动控制系系统，形形成智能能控制系系统。这这是新一一代的自自动控制制系统。。它的特特点是具具有智能能，能解解决一些些以往的的自动控控制解决决得不好好或者不不能解决决的控制制问题。。它将人工工智能中中的专家家系统、、学习控控制、模模糊逻辑辑控制和和具有多多层感知知器的神神经网络络等分别别与自动动控制和和系统工工程的一一些方法法相结合合，形成成一些新新的、具具有独特特性能的的智能自自动控制制系统，，如智能能机器人人。27智能和水水下机器器人28综合自动动化20世纪纪50年年代末到