自动化概论第1章.ppt

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1、自动化教研室第第1 1章章 自动化的概念和发展简史自动化的概念和发展简史 1.1 1.1 自动控制和自动化的概念自动控制和自动化的概念 1.2 1.2 自动化发展简史自动化发展简史 1.3 1.3 自动化学科的分类自动化学科的分类 1.4 1.4 自动化科学技术的发展趋势自动化科学技术的发展趋势1.11.1自动控制和自动化的概念自动控制和自动化的概念诺伯特诺伯特维纳维纳(Norbert Wiener，1894-1964)，数学家，控制论的创始人。将控制论定义为“研究动物和机器中控制和通信的科学研究动物和机器中控制和通信的科学”。1948年，出版了控制论控制论一书。提出了控制论（Cybernet

2、ice)。诺伯特诺伯特维纳维纳v钱学森（钱学森（1911.12），），著名v科学家，工程控制论创始人。v1954年，出版了工程控制论工程控制论一书。从技术v科学的观点，将各种工程技术系统的技术总结v提炼为一般性理论，建立起一门新的技术v科学。使用“工程控制论”这一名称，并用它来v指称在工程设计和实验中能够直接应用的关于v受控工业系统的理论、概念和方法受控工业系统的理论、概念和方法。1.1.1自动化的定义自动化的定义 自动控制自动控制 指机器设备或系统在无人直接参与下，能全部自动地按人指机器设备或系统在无人直接参与下，能全部自动地按人 预先规定的要求和既定程序运行，完成其承担的任务预先规定的要求

3、和既定程序运行，完成其承担的任务，并实现预期目标。并实现预期目标。例如：电饭锅、电冰箱、全自动洗衣机、机器人等。例如：电饭锅、电冰箱、全自动洗衣机、机器人等。自动化自动化 是指由一个或多个自动控制系统或装置所构成的、没有是指由一个或多个自动控制系统或装置所构成的、没有人直接干预的生产过程。人直接干预的生产过程。例如：玻璃自动化生产线、轧钢自动生产线等。例如：玻璃自动化生产线、轧钢自动生产线等。v自动化科学自动化科学自动化科学或控制科学是以控制论为理论基自动化科学或控制科学是以控制论为理论基础，并与系统论、信息论密切相关的一门技术础，并与系统论、信息论密切相关的一门技术科学，是一门应用基础科学科

4、学，是一门应用基础科学。自动化技术或控制技术是实现自动化科学与自自动化技术或控制技术是实现自动化科学与自动化工程（包括非工程）之间的桥梁动化工程（包括非工程）之间的桥梁。v自动化技术将自动化科学原理与方法转换为工自动化技术将自动化科学原理与方法转换为工v程实用技术（包括工具和手段），使之应用于程实用技术（包括工具和手段），使之应用于v工程实际，将自动化科学的研究成果迅速转化工程实际，将自动化科学的研究成果迅速转化v为生产力。并将工程实际中遇到的问题提炼、为生产力。并将工程实际中遇到的问题提炼、v抽象成为科学问题，为自动化科学研究提供新抽象成为科学问题，为自动化科学研究提供新v的研究对象。的研究

5、对象。自动化的作用与重要性基本作用基本作用（传统观念）（传统观念）v比人干得更快、更好，极大地提高了生产力极大地提高了生产力v 自动化生产线上生产的产品，质量越来越好，价格越来越低。把人从繁重、危险的工作中解放出来 矿井掘井、核电站检查、消防救火、无人侦察机、导弹（无人）完成人无法完成的工作 管道机器人（各种油管、水管）、水下机器人扩展作用扩展作用 管理、经济、金融过程智能化管理、经济、金融过程智能化自动化在国民经济、国家综合实力中自动化在国民经济、国家综合实力中起着举足轻重的作用，并且其作用越来越重要。自动化在人民日常生活自动化在人民日常生活自动化的应用举例自动化的应用举例v机器人等自动化机

6、械（机器、设备）v自动化生产线v自动化车间v自动化工厂直角坐标直角坐标机器人机器人并联机器人并联机器人搬运机器人搬运机器人装配机器人装配机器人绕线机弯管机注塑机龙门式五轴联动混联机床龙门式五轴联动混联机床高速五轴龙门铣床高速五轴龙门铣床 全弹自动装配生产线 汽车自动焊接生产线汽车自动焊接生产线自动立体仓库自动搬运车1.1.2 自动化的一些相关术语自动化的一些相关术语1.系统系统 系统是指由若干个称为子系统相互依存和相互作用的部分为达到某些特定目的所组成的完整综合体。反馈控制系统v2.2.信息信息v 信息是人类对自然和人类自身能量变换状态的描述。信v 息分为两类：自然信息和社会信息。v3.3.控

7、制控制v 控制是指为某种规定的预期目标而对过程变化施加的干v 预。控制和自动化是两个密切相关但不完全相同的概v 念。v4.4.反馈反馈v 反馈是指将系统的实际输出和期望输出进行比较，产生v 偏差，从而为控制器确定下一步的控制行为提供依据。v5.5.调节调节 v 调节是指通过系统的反馈信息自动校正系统的误差，使v 一些参数如温度、速度、压力或位置等在一定的精度范v 围内按照要求的规律变化。v6.6.管理管理v 管理是指为了充分利用各种资源来达到一定的目标而对社会或其组成部分施加的一种控制。v7.7.决策决策v 决策是指为了获得最优方案，对若干准备行动的方案进行选择 1.2 自动化发展简史自动化发

8、展简史v自动化的发展历史是一个自动化的发展历史是一个“需求驱动型需求驱动型”的发的发v展过程。即展过程。即v自动化装置自动化技术自动化理论自动v化科学。v自动化的发展历史可分为四个阶段自动化的发展历史可分为四个阶段v 自动装置的出现和应用(18世纪以前)v 自动化技术形成时期(18世纪末20世纪30年v代)v 局部自动化时期(20世纪4050年代)v 综合自动化时期(20世纪50年代末起至今1.2.11.2.1自动装置的出现和应用自动装置的出现和应用公元前我国的自动计时漏壶公元132年张衡研制出自动测量地震的候风地动仪公元235年马钧研制出能自动指示方向的指南车 1.2.2自动化技术形成时期自

9、动化技术形成时期18世纪末到20世纪30年代自动调节的广泛应用自动调节系统的稳定性问题反馈控制理论和奈奎斯特频率法1788年英国Watt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器 长春汽车焊接生产线长春汽车焊接生产线1913年美国建成最早的汽车装配流水线1926年美国建成第一条汽车自动生产线 1.2.3 局部自动化时期局部自动化时期v 20世纪4050年代 v 经典控制理论的形成和发展v 局部自动化的广泛应用v 电子数字计算机的发明1952年美国MIT研制出第一台数控机床 1954年第一台工业机器人 1.2.4 综合自动化时期综合自动化时期v 20世纪50年代末起至今现代控制理论的形成v 现代控制理论

10、发展及其应用1981年美国“哥伦比亚”号航天飞机首次发射成功2005年我国成功发射载人飞船（神舟6号）1.3自动化学科的分类自动化学科的分类1.科学与技术完全分开的分类法 按照国家的有关学科分类的标准，自动化科学与自动化技术分开划分。代码代码学科名称学科名称代码代码学科名称学科名称120信息科学与系统科学信息科学与系统科学510电子、通信与自动化技术电子、通信与自动化技术120.1信息科学与系统科学基础信息科学与系统科学基础学科学科510.80自动控制技术自动控制技术120.101信息论信息论510.8010自动控制原理自动控制原理120.102控制论控制论120.103系统论系统论v表表1-

11、1“学科分类与代码学科分类与代码”的国家标准的国家标准自动化学科部分自动化学科部分2.2.科学与技术一体化的分类法科学与技术一体化的分类法根据研究对象的不同来划分下属内容或各子学科，在各子学科内部，科学与技术不再分离。国务院学位委员会对于硕士与博士生学位培养的学科分类就是按这一思想进行。学科代码学科代码学科分类学科分类学科名称学科名称0811一级学科一级学科控制科学与工程控制科学与工程081101二级学科二级学科控制理论与控制工程控制理论与控制工程081101二级学科二级学科检测技术与自动化装置检测技术与自动化装置081101二级学科二级学科系统工程系统工程081101二级学科二级学科模式识别

12、与智能系统模式识别与智能系统081101二级学科二级学科导航、制导与控制导航、制导与控制v表表1-2 1-2 国家研究生培养的国家研究生培养的“学科分类与代码学科分类与代码”自动化学科部分自动化学科部分 按我国的习惯，自动化专业特指大学教育（包括本科生和专科生两个层次），是自动化高等教育的基础层次。本科自动化专业与电气工程及其自动化专业、电子信息工程专业、通信工程专业、计算机科学与技术专业、电子科学与技术专业、生物医学工程专业同属“工学”学科门类下的“电气信息类”，授予的学位为“工学学士”。1.4 自动化科学技术的发展趋势自动化科学技术的发展趋势v1、计算机技术进展、计算机技术进展 v2、信息

13、网络环境下的自动控制理论、信息网络环境下的自动控制理论 v3、智能自动化技术、智能自动化技术 v4、生物技术与控制论、生物技术与控制论 v5、脑科学对控制理论的影响及反作用、脑科学对控制理论的影响及反作用 v6、绿色自动化技术、绿色自动化技术 v21世纪自动化技术的发展趋势世纪自动化技术的发展趋势v 综合化综合化(CIMS+CIPS)v 网络化网络化(Internet)v 人性化人性化(AI+AP)v 绿色化绿色化(洁净生产洁净生产+绿色制造绿色制造)v 从科学的层次上，将是自动化理论与生物从科学的层次上，将是自动化理论与生物科学的交叉促进发展的趋势，这种趋势可能在科学的交叉促进发展的趋势，这种趋势可能在10年以后或几十年以后影响人们的生活。年以后或几十年以后影响人们的生活。