自动化专业概论

自动化专业概论一，自动化的概念自动化包含了两层根本意思：1．所谓“自动”的，即没有人或很少人直接参与2。虽然没有或不需要人，但确定应按人的要求去做自动化是指设备、过程或系统，在没有人或较少人的参与下，依据人的要求，通过自动运行或自动掌握，完成其担当的任务。1自动化作为一种行为和一种状态，它是通过自动掌握系统实现的。系统是由相互作用、相互联系的假设干个组成局部结合而成的具有特定功能的整体。自动掌握系统则是指能够实现“自动化”任务的设备，它是人造系统，而且是工程技术领域的人造系统。自动掌握系统通常由掌握局部和掌握对象组成。开环掌握与闭环掌握开环掌握和闭环掌握是按信号的传递路径来区分的两种不同的掌握形式。闭环系统：自动掌握最根本的形式，将被控量测量出来，反响至掌握系统的输入端与给定信号进展比较得出偏差信号，然后依据偏差对被控对象实施有效掌握，到达消退或削减偏差的目的二、自动化的争论内容有自动掌握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，争论内容有：过程工业自动化，力系统自动化，机械制造自动化武器及军事自动化 。智能建筑自动化，能交通系统办公室自动化和家庭自动化，工智能与机器人掌握等等。自动化的争论内容宽广，并且越来越宽广。自动化是一门名副其实的多学科穿插学科。l其它学科向自动化扩展：机械工程及其自动化，气工程及其自动化，力工程及其自动化农业工程及其自动化，通运输自动化要自动化是一个国家或社会现代化水平的重标志。三，自化的作用提高社会生产率和工作效率；节约能源和原材料消耗；保证产品质量；改善劳动条件，减轻体力和脑力劳动；改进生产工艺和治理体制；完成人无法完成的工作；像机器人这样的自动化设备、系统能在危急、恶劣的环境下替代人完成各种作业。——治理、经济、金融过程智能化。加速社会的产业构造的变革和社会信息化的进程。四、自动化专业的特点学科特点自动化学科是一门多学科穿插的高技术学科。掌握学科具有鲜亮的方法论的颜色。争论、应用特点国家对该专业的定义是：培育出能够从事运动掌握、工业过程掌握、电力电子技术应用、检测与自动化仪表、计算机技术、信息处理等领域的系统分析、设计、争论、治理与决策的高级工程技术人才。争论的内容，并且，伴随其它技术进展，越来越广。学自动化的特点自动化专业，需要学的学问多，并要求扎实。在工科的学生中，自动化专业学习的计算机内容仅次于计算机专业。自动化专业的学生适应面宽、就业好。是一个符合学科专业构造调整方向的宽口径的专业。自动化技术越来越和计算机、数据库、网络及通讯相结合〔3C:ControlComputationCommunicatio。特点：面对掌握对象，强调系统组成，强弱电并重、软硬件兼顾；强调从理论到实践，其自然科学性与工程技术性并存，它的进展与国民经济的进展息息相关。五、掌握和自动化技术进展简史自动装置的消灭和应用18世纪以前：古代自动装置中国和巴比伦消灭了自动计时装置—刻漏、指南车 、水运仪象台等。公元1世纪古埃及和希腊的制造家也制造了教堂庙门自动开启、铜祭司自动洒圣水、投币式圣水箱等自动装置。中国天文学家张衡〔公元78-139〕曾经制造了对天体运行状况自动仿真的漏水转浑天仪和自动检测地震的候风地动仪。近代自动装置17世纪以来，随着生产的进展，在欧洲的一些国家相继消灭了多种自动装置，其中比较典型的有：法国物理学家B.帕斯卡〔Pascal〕在公元1642年制造的加法器；C.惠更斯〔Huygens〕1657年制造钟表；E.李〔Lee〕1745年制造带有风向掌握的风磨；俄国机械师И.И.波尔祖诺夫〔Ползунов〕1765年制造为蒸汽锅炉水位保持恒定用的浮子式阀门水位调整器。自动化技术形成时期〔1820世纪30年月〕对象和调整器形成调整系统；反响调整〔掌握〕系统1〕自动调整的广泛应用由于第一次工业革命的需要，人们开头承受自动调整器〔Regulator〕或装置，使一些物理量保持在给定值四周。自动调整器和被掌握对象〔蒸汽机或船舵〕组成自动调整系统〔AutomaticRegulationSyste。2〕自动调整系统的稳定性〔Stability〕问题当时人们觉察蒸汽机转速会忽高忽低，即系统会发生振荡〔不稳定。这迫使一些数学家从理论上来加以争论，制造多种稳定判据。局部自动化时期〔2040-50年月〕在其次次世界大战期间，为了防空火力掌握系统和飞机自动导航系统等军事技术问题，各国科学家设计出各种周密的自动调整装置，开创了防空火力系统和掌握这一的科学领域。综合自动化时期〔20世纪50年月末起至今〕简单工业、简单工业过程和航天技术的自动掌握问题，都是多变量掌握系统的分析和综合问题，迫切需要加以解决。1〕系统辩识、建模与仿真要准确地争论自动掌握系统的稳定性和掌握的品质等重要问题，必需用微分方程、拉普拉斯变换等高等数学的工具，来描述每一个环节或元件以及它们组成的自动掌握系统。这些微分方程〔或拉普拉斯变换后组成的传递函数〕被相应地称为环节〔元件〕和系统的数学模型。系统辩识是依据系统输入、输出数据为系统建立数学模型的理论和方法。此外建立数学模型还可以承受解析法和试验方法。通常有必要在仿真设备上试验系统，包括建立、修改、复现系统的模型，这就称为系统仿真。自适应掌握自适应掌握能在对象数学模型变动和系统，外界信息不完备的状况下，转变计算机掌握的反响掌握器的特性，以保持良好的工作品质自适应掌握实质上是系统辨识与掌握技术的结合，通常有自校正掌握系统、模型参自适应掌握系统两种类型最优掌握最优掌握是依据自动掌握系统要实现掌握要求的技术指标，通过设计掌握作用从而使技术指标到达极值〔极大或微小。最优掌握器的设计主要应用庞特里亚金提出的极大值原理和贝尔曼创立的动态规划。遥测、遥控和遥感遥测：对被测对象的某些参数进展远距离测量。遥控：对被控对象进展远距离掌握。遥感：利用装载在飞机或人造卫星等运载工具上的传感器，收集由地面目标物反射或放射出来的电磁波，再依据这些数据来获得关于目标物〔如矿藏、森林、作物产量等〕的信息。5〕综合自动化205060年月初，消灭计算机掌握的化工厂；60〔全局〕自动化方向进展；70年月消灭用专用机床组成的无人工厂；80年月初消灭用柔性制造系统组成的无人工厂。大系统理论60年末开头对消灭的大系统如大电力系统、化工联合企业、钢铁联合企业及社会经济大系统等开头进展了争论。模式识别和人工智能模式识别是使用计算机直接承受和处理各种自然的模式消息，如语言、文字、图象、景物等。人工智能学者已研制出用于医疗诊断、地质勘探、金融决策、军事指挥、大规模集成电路设计等各种专家系统；智能掌握将人工智能引入到自动掌握系统，形成智能掌握系统。这是一代的自动掌握系统。它的特点是具有智能，能解决一些以往的自动掌握解决得不好或者不能解决的掌握问题。它将人工智能中的专家系统、学习掌握、模糊规律掌握和具有多层感知器的神经网络等分别与自动掌握和系统工程的一些方法相结合，形成一些的、具有独特性能的智能自掌握系统，例如智能机器人。六、掌握与自动化技术的应用范畴掌握与自动化是不断进展的高、科学技术，对人类生产、生活和科学争论有着格外重要的影响。掌握与自动化技术进展至今，可以说是已从“人类手脚的延长”扩展到“人类大脑的延长”。掌握与自动化技术时时在为人类“谋”福利，可谓无所不在、无处没有。从广度来看，涉及其次产业——工业自动化、第一产业——农业自动化、第三产业效劳自动化〔如办公自动化、楼宇自动化、商务自动化、交通自动化等等涉及的系统可有人造系统〔如机器系统、交通系统、电力系统、军事系统〕和自然系统〔如生命系统、生态系统；涉及的过程有生产过程、治理过程、决策过程等等械制造自动化数控技术和数控系统：在产品加工中，对于多品种、加工批量小、零件外形简单、精度要求高的零件的加工，必需承受一种敏捷、通用、高精度、高效率的自动化生产技术——数字掌握〔简称数控〕技术。柔性制造系统：柔性制造系统〔简称FMS〕是在计算机直接数控(DNC)根底上进展起来的一种高度自动化加工形式。它是由统一的掌握系统和输送系统连接起来的一组加工设备，包括数控机床、材料和工具自动运输设备、产品零件自动传输设备、自动检测和试验设备等，不仅能进展自动化生产，而且还能在—定范围内完成不同工件的加工任务。计算机集成制造系统计算机集成制造系统是在自动化技术、计算机技术及制造技术的根底上，通过计算机及其软件，将制造工厂全部生产活动〔设计、制造及经营治理，包括市场调研、生产决策、生产打算、生产治理、产品开发、产品设计、加工制造以及销售经营等〕与整个生产过程有关的物料流与信息流实现高度统一的综合化治理，构成一个优化的完整的生产系统。过程工业自动化在连续型工业中，主要对系统的温度，压力、流量、液位〔料位、成分和物性等六大参数进展掌握的工业，称为过程工业。近年来快速进展起来的现场总线网络掌握系统(FCS)，更是掌握技术和计算机技术高度结合的产物。电力系统自动化供电离不开自动化：了保障发电机的安全，需要承受自动装置进展过电压保护、过电流保护、接地保护、功率反向保护或差动保护。经济运营需要自动化：经济运营需要考虑每个电厂增加单位负荷所需的煤耗量、不同电厂在输电过程中的不同线路损耗。电力系统形成简单的联网时，需要依靠自动化和计算机来实现最优经济运营。供电质量需要自动化：供电质量主要指频率质量和电压质量。频率变化是电力系统内电力盈亏的标志，电力系统运行中，需要自动调频装置来依据实际状况准时自动调整电力系统的出力或限制负荷。电压质量直接影响到用户的用电质量。电压过高会损害用电电器；电压过低则电灯不亮、荧光灯不能启动、烧坏电动机等飞行器掌握：现代飞行器有很多种类，例如有飞机、、人造卫星、直升机、运载火箭、宇宙飞船、航天飞机等。智能建筑：智能建筑可以对大楼的供热、供水、空调、电气、电梯、照明、音乐、防火、防盗、、、闭路电视(或卫星电视)、计算机通信、购物、保健等设施实现按需掌握，对建筑物的关键部位或特别部位进展监控并供给与互联网的有效连接智能交通系统：智能交通系统可以广泛应用于包括高速大路、城市道路、桥梁等设施的浩大的运输网络，也可应用于数量日益增多的各种车辆。生物掌握：生物掌握具体争论方向有生物掌握系统〔血压掌握系统、呼吸掌握系统、体温掌握系统、神经掌握系统、内分泌掌握系统和肌肉起动掌握系统等、遗传及其掌握、神经掌握、生物行为掌握、仿生学等等。生态与环境掌握：生态掌握的根本任务之一是用系统和信息观点和方法分析、设计、规划和掌握人工生态系统、资源的合理利用和再循环、环境的综合治理和优化以及在的生态平衡格局下人类怎样适应和协调。环境掌握将环境当作受控的开放系统，争论、实施有效的掌握行为，使人们的生存环境质量维持在一个良好的水平。环境掌握中的掌握行为主要有三个方面：局部污染处理、综合环境治理和环境系统治理。社会经济掌握：会经济掌握是将社会经济系统〔SocioeconomicSystem〕看成是一个具有反响调整，特别是信息反响的掌握系统。给出最优的经济决策，通过最优的经济治理，实现预期的经济指标。大系统掌握与系统工程：大系统理论主要争论：规模宏大、构造简单的系统构造、模型简化、掌握方案、系统稳定性以及最优化等。系统工程是以系统(特别是大系统)学和电子计算机等工具，对系统的构成要素、组织构造、信息交换和自动掌握等进展分析、争论，从而到达最优设计、最优掌握和最优治理的目标，是为更加合理地研制和运用大系统而实行的各种组织治理技术的总称〔如长江三峡施工组织治理系统〕。涉及工程、社会、经济、政治、军事、文化、教育等领域。七、掌握科学与自动化技术的展望〔一〕计算机集成制造系统〔CIMS〕在制造业中利用计算机不仅实现单元生产柔性自动化，并把制造过程〔产品设计、生产打算与掌握、生产过程等等〕集成为一个统一系统，同时企图对整个系统的运行加以优化。计算机集成制造系统所涉及的自动化技术：数控技术、计算机关心设计〔CAD〕与计算机关心制造〔CAM〕等、立体仓库与自动化物料运输系统、自动扮装配与工业机器人、计算机关心生产打算制定、计算机关心生产作业调度、质量监测与故障诊断系统、办公自动化与经营关心决策。〔二〕机器人应用于生产和社会生活的各方面机器人主要分为两大类：用于制造环境下的工业机器人〔如焊接、装配、喷涂、搬运等机器人〕;用于非制造环境下的特种机器人〔如水下机器人、农业机器人、微操作机器人、医疗机器人、军用机器人、消遣机器人等。〔三〕基于网络环境的自动化基于网络环境的自动化掌握系统称为网络掌握系统特点：网络掌握系统具有网络化体系构造。通过网络互联技术、动态数据交换技术、开放式数据库连接技术等实现网络水平上的集成。网络掌握系统通过公共网络传递测量信息和掌握信号，从而构成闭合回路。(3)网络掌握系统通过公共网络传递测量信息和掌握信号，从而构成闭合回路。〔四〕人工智能在自动化系统中的进一步应用1、脑科学争论对自动化的影响2、智能优化的应用3、生物掌握论〔五〕高速列车和太