自動(dòng)化專業(yè)概論

1、5.2 機(jī)械制造自動(dòng)化機(jī)械制造自動(dòng)化 5.3 過程工業(yè)自動(dòng)化過程工業(yè)自動(dòng)化5.4 電力系統(tǒng)自動(dòng)化電力系統(tǒng)自動(dòng)化 5.5 飛行器控制飛行器控制 5.6 智能建筑智能建筑 5.7 智能交通系統(tǒng)智能交通系統(tǒng) 5.8 生物控制生物控制 5.9 生態(tài)與環(huán)境控制生態(tài)與環(huán)境控制5.10 社會(huì)經(jīng)濟(jì)控制社會(huì)經(jīng)濟(jì)控制5.11 大系統(tǒng)控制與系統(tǒng)工程大系統(tǒng)控制與系統(tǒng)工程 控制與自動(dòng)化是不斷發(fā)展的高、新科學(xué)技術(shù)，對(duì)控制與自動(dòng)化是不斷發(fā)展的高、新科學(xué)技術(shù)，對(duì)人類生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究有著非常重要的影響。控人類生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究有著非常重要的影響?？刂婆c自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展至今，可以說是已從制與自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展至今，可以說是已從“

2、人類手腳人類手腳的延伸的延伸”擴(kuò)展到擴(kuò)展到“人類大腦的延伸人類大腦的延伸”?？刂婆c自動(dòng)化控制與自動(dòng)化技術(shù)時(shí)時(shí)在為人類技術(shù)時(shí)時(shí)在為人類“謀謀”福利，可謂無所不在、無處福利，可謂無所不在、無處沒有。沒有。 5.2 機(jī)械制造自動(dòng)化機(jī)械制造自動(dòng)化 機(jī)械制造是現(xiàn)代工業(yè)重要的組成部分，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)有非常巨大的影響。 機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)從20世紀(jì)50年代至今，經(jīng)歷了單機(jī)自動(dòng)化單機(jī)自動(dòng)化、剛性生剛性生產(chǎn)線產(chǎn)線，數(shù)控機(jī)床、加工中心和柔性制數(shù)控機(jī)床、加工中心和柔性制造造三個(gè)階段，正向計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）發(fā)展。5.2.1 5.2.1 數(shù)控技術(shù)和數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控技術(shù)和數(shù)控系統(tǒng)http:/ 簡(jiǎn)單地說，數(shù)控技術(shù)是一門以

3、數(shù)學(xué)的形式實(shí)現(xiàn)控制的技術(shù)。 傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control，亦即NC) 的核心數(shù)字控制裝置，是由各種邏輯元件、記憶元件組成的隨機(jī)邏輯電路，是采用固定接線的硬件結(jié)構(gòu)，它是由硬件來實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能的。 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)是由程序、輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置、可編程序控制器（PC）、主軸驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置組成，如圖5.1所示。圖圖5.1 5.1 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖計(jì)算機(jī)數(shù)字計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置控制裝置(CNCCNC裝置裝置)可編程邏輯可編程邏輯控制器控制器(PCPC)主軸主軸控制單元控制單元速度控制單元速度控制單元輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備程序程序

4、主軸電機(jī)主軸電機(jī)機(jī)床機(jī)床進(jìn)給電機(jī)進(jìn)給電機(jī)位置檢測(cè)器位置檢測(cè)器5.2.2 5.2.2 柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)(FMS)(FMS)http:/ 柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing Systems）是在計(jì)算機(jī)直接數(shù)控（DNC）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高度自動(dòng)化加工形式。 它是由統(tǒng)一的控制系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)連接起來的一組加工設(shè)備，包括數(shù)控機(jī)床、材料和工具自動(dòng)運(yùn)輸設(shè)備、產(chǎn)品零件自動(dòng)傳輸入設(shè)備、自動(dòng)檢測(cè)和試驗(yàn)設(shè)備等，不僅能進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，而且還能在一定范圍內(nèi)完成不同工件的加工任務(wù)。5.2.2 5.2.2 柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)(FMS)(FMS) 柔性制造系統(tǒng)由加工系統(tǒng)（多臺(tái)制造設(shè)備）

5、、物流系統(tǒng)（設(shè)備間自動(dòng)傳輸材料、工具和產(chǎn)品零件）、中央管理系統(tǒng)（執(zhí)行整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃與作業(yè)調(diào)度、集中監(jiān)控以及加工程序管理等工作）組成。 柔性制造系統(tǒng)一般包括以下要素： 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控機(jī)床或制造單元（制造單元是指具有自動(dòng)上下料功能或具有多個(gè)工位的加工型及裝配型的數(shù)控機(jī)床）； 在機(jī)床和裝卡工位之間運(yùn)送零件和刀具的傳送系統(tǒng)； 發(fā)布指令，協(xié)調(diào)機(jī)床、工件和刀具傳送裝置的監(jiān)控系統(tǒng)； 中央刀具庫及其管理系統(tǒng)； 自動(dòng)化倉庫及其管理系統(tǒng)。圖圖5.2 柔性制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖柔性制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖工廠主計(jì)算機(jī)工廠主計(jì)算機(jī)中央管理和控制中央管理和控制計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)物流控制裝置物流控制裝置夾具站夾具站自自動(dòng)動(dòng)化化倉倉庫庫中中央央刀

6、刀具具庫庫自動(dòng)傳送車自動(dòng)傳送車CNC機(jī)床機(jī)床機(jī)器人機(jī)器人機(jī)器人機(jī)器人CNC機(jī)床機(jī)床附屬工作附屬工作站站附屬工作附屬工作站站制制造造單單元元信息傳輸信息傳輸網(wǎng)網(wǎng) 由統(tǒng)一的控制系由統(tǒng)一的控制系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)連接起統(tǒng)和輸送系統(tǒng)連接起來的一組加工設(shè)備，來的一組加工設(shè)備，包括數(shù)控機(jī)床、材料包括數(shù)控機(jī)床、材料和工具自動(dòng)運(yùn)輸設(shè)備、和工具自動(dòng)運(yùn)輸設(shè)備、產(chǎn)品零件自動(dòng)傳輸設(shè)產(chǎn)品零件自動(dòng)傳輸設(shè)備、自動(dòng)檢測(cè)和試驗(yàn)備、自動(dòng)檢測(cè)和試驗(yàn)設(shè)備等，不僅能進(jìn)行設(shè)備等，不僅能進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，而且還自動(dòng)化生產(chǎn)，而且還能在能在定范圍內(nèi)完成定范圍內(nèi)完成不同工件的加工任務(wù)。不同工件的加工任務(wù)。 柔性制造系統(tǒng)由加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、中央管理系統(tǒng)

7、組成。柔性制造系統(tǒng)由加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、中央管理系統(tǒng)組成。5.2.3 5.2.3 計(jì)算機(jī)集成制造系計(jì)算機(jī)集成制造系（CIMSCIMS） 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是(Computer Integrated Manufacturing Systems)在自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)及其軟件，將制造工廠全部生產(chǎn)活動(dòng)（設(shè)計(jì)、制造及經(jīng)營(yíng)管理，包括市場(chǎng)調(diào)研、生產(chǎn)決策、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造以及銷售經(jīng)營(yíng)等）與整個(gè)生產(chǎn)過程有關(guān)的物料流與信息流實(shí)現(xiàn)高度統(tǒng)一的綜合化管理，把各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地集成起來，構(gòu)成一個(gè)優(yōu)化的完整的生產(chǎn)系統(tǒng)，從而獲得更高的整體效益，縮短產(chǎn)品

8、開發(fā)制造周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、提高企業(yè)的應(yīng)變能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。 圖圖5.3 5.3 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)組成框圖計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)組成框圖 設(shè)計(jì)功能 包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)(CAPP)等。 加工制造 按照數(shù)控代碼將一個(gè)毛坯加工成合格的零件并裝配成部件、產(chǎn)品。 計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理(CAPM) 包括制定年、月或周的生產(chǎn)計(jì)劃，物料需求計(jì)劃，生產(chǎn)能力（資源）平衡以及財(cái)務(wù)、倉庫等各種管理計(jì)劃，還包括市場(chǎng)預(yù)測(cè)及制定長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃等。 5.3 5.3 過程工業(yè)自動(dòng)化過程工業(yè)自動(dòng)化 現(xiàn)代工業(yè)分成三類：連續(xù)型、混合型和離散

9、型。在離散型工業(yè)中，主要對(duì)系統(tǒng)中的位移、速度、加速度等參數(shù)進(jìn)行控制，例如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人控制、飛行器控制等都是離散工業(yè)中的典型控制問題。 在連續(xù)型工業(yè)中，主要對(duì)系統(tǒng)的溫度、壓力、流量、液位(料位)、成分和物性等六大參數(shù)進(jìn)行控制。至于混合型，則介于兩者之間，往往是兩種控制系統(tǒng)均被采用。 習(xí)慣上，把連續(xù)型工業(yè)稱之為過程工業(yè)(Process Industries)，有時(shí)為突出其流動(dòng)的性質(zhì)而稱之為流程工業(yè)(Fluid Process Industries)。 其生產(chǎn)特征是：呈流體狀的各種原材料在連續(xù)流動(dòng)過程中，以過傳熱、傳質(zhì)、物理、生化和化學(xué)反應(yīng)等加工，發(fā)生了相變或分子結(jié)構(gòu)等的變化，失去了原有的性質(zhì)，

10、最終形成一種新的產(chǎn)品。 過程工業(yè)包括電力、石油化工、化工、造紙、冶金、制藥、輕工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)中舉足輕重的許多工業(yè)，研究這些工業(yè)的控制和管理成為人們十分關(guān)注的領(lǐng)域，是本學(xué)科非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。5.3.1 5.3.1 過程工業(yè)自動(dòng)化的研究?jī)?nèi)過程工業(yè)自動(dòng)化的研究?jī)?nèi)容及特點(diǎn)容及特點(diǎn) 一般把過程工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制稱為過程控制。 過程控制研究過程工業(yè)生產(chǎn)過程的描述、模擬、仿真、設(shè)計(jì)、控制和管理，旨在進(jìn)一步改善工藝操作，提高自動(dòng)化水平，優(yōu)化生產(chǎn)過程（提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低原材料和能源的損耗），加強(qiáng)生產(chǎn)管理，最終顯著地增加經(jīng)濟(jì)效益。 過程控制的特點(diǎn)： 連續(xù)型工業(yè)加工過程包括了信息流、物質(zhì)流和能量流，

11、同時(shí)還伴隨著物理化學(xué)反應(yīng)、生化反應(yīng)，還有物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。因此，生產(chǎn)過程的變化機(jī)理十分復(fù)雜，有的還非常不清楚。 過程工業(yè)往往處于十分苛刻的生產(chǎn)環(huán)境，例如高溫、高壓、真空，有時(shí)甚至是在易燃、易爆、有毒的環(huán)境，因而生產(chǎn)中的人身安全和設(shè)備安全被放在最重要的位置，相應(yīng)的故障預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)、診斷和安全監(jiān)控系統(tǒng)受到特別的重視。 過程工業(yè)的生產(chǎn)過程是連續(xù)的，因而強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)控制和管理的整體性，應(yīng)把各種裝置和生產(chǎn)車間連接在一起成為一個(gè)整體來考慮，實(shí)現(xiàn)了個(gè)別設(shè)備或裝置的優(yōu)化不一定是整體最優(yōu)的，應(yīng)謀求全廠的最優(yōu)化。http:/ 基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的過程控制系基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 早期的過程控制系統(tǒng)主要采用基地

12、式儀表、氣動(dòng)單元組合式儀表、電動(dòng)單元組合式儀表等傳統(tǒng)技術(shù)工具。 目前廣泛采用可編程單回路、多回路調(diào)節(jié)器以及分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(Distributed Computer Control System)。近年來迅速發(fā)展起來的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(FCS)，更是控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程數(shù)字計(jì)算機(jī)數(shù)字計(jì)算機(jī)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換操作臺(tái)操作臺(tái)控制變量控制變量輸出變量輸出變量擾動(dòng)擾動(dòng) 圖圖5.4 5.4 直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng) 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC)是過程控制中最先采用的計(jì)算機(jī)控制方式，如圖5.4所示。 分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 分布式計(jì)算機(jī)

13、控制系統(tǒng)（DCS）又稱集散控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是在硬件上將控制回路分散化，而數(shù)據(jù)顯示、實(shí)時(shí)監(jiān)督等功能則集中化。如圖5.5所示。圖圖5.5 5.5 分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制單元控制單元可編程邏輯可編程邏輯控制器控制器多路采集器多路采集器控制單元控制單元控制臺(tái)控制臺(tái)控制臺(tái)控制臺(tái)數(shù)據(jù)通道數(shù)據(jù)通道過程控制計(jì)算機(jī)過程控制計(jì)算機(jī)其他系統(tǒng)其他系統(tǒng)工程師工程師/ /操作員控制臺(tái)操作員控制臺(tái) 兩級(jí)優(yōu)化控制系統(tǒng)http:/ 采用上位機(jī)和分布式控制系統(tǒng)或電動(dòng)單元組合式儀表相結(jié)合，構(gòu)成兩級(jí)計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高級(jí)過程控制和優(yōu)化控制。 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 現(xiàn)場(chǎng)總線是近年來快速發(fā)展起來

14、的一種數(shù)據(jù)總線技術(shù)，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信問題，以及現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)間的信息傳遞問題。5.3.3 5.3.3 計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng) 與機(jī)械制造系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)( C I M S )類似，計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)(Computer Integrated Production Systems)將計(jì)劃優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營(yíng)管理和決策引入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，使市場(chǎng)意識(shí)與優(yōu)化控制相結(jié)合，管理與控制相結(jié)合，促使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)更加完善，將產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)進(jìn)步。 為了強(qiáng)調(diào)與計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的區(qū)別，人們常將計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)(C

15、IPS)稱為生產(chǎn)過程計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)。5.3.3 5.3.3 計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng) 生產(chǎn)過程計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)是一種綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。目的是要使企業(yè)用最短的周期、最低的成本、最優(yōu)的質(zhì)量，生產(chǎn)出適銷對(duì)路的產(chǎn)品，已獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。其實(shí)質(zhì)就是將來過程控制、計(jì)劃調(diào)度、經(jīng)營(yíng)管理和市場(chǎng)銷售等信息進(jìn)行集成，并求得全局優(yōu)化，也就是實(shí)現(xiàn)企業(yè)中信息的集成和利用，為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、管理和生產(chǎn)部門提供輔助決策與優(yōu)化的手段，進(jìn)行經(jīng)營(yíng)決策、優(yōu)化調(diào)度和優(yōu)化操作，并將這些決策和優(yōu)化與生產(chǎn)控制聯(lián)結(jié)起來，成為一體化的信息集成系統(tǒng)。5.3.3 5.3.3 計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)

16、 生產(chǎn)過程計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)由信息、優(yōu)化、控制和對(duì)象模型等組成， 具體可分為5層，即決策層、管理層、調(diào)度層、監(jiān)管層、控制層。圖圖5.6 5.6 計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型信息信息控制控制目標(biāo)目標(biāo)決策信息決策信息經(jīng)營(yíng)決策經(jīng)營(yíng)決策管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)測(cè)量信息測(cè)量信息管理信息管理信息調(diào)度信息調(diào)度信息工況信息工況信息利潤(rùn)最大利潤(rùn)最大生產(chǎn)管理生產(chǎn)管理經(jīng)營(yíng)管理經(jīng)營(yíng)管理優(yōu)化調(diào)度優(yōu)化調(diào)度高等控制高等控制操作優(yōu)化操作優(yōu)化故障診斷故障診斷復(fù)雜控制復(fù)雜控制常規(guī)控制常規(guī)控制生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程決策層決策層管理層管理層調(diào)度層調(diào)度層監(jiān)控層監(jiān)控層控制層控

17、制層5.4 5.4 電力系統(tǒng)自動(dòng)化電力系統(tǒng)自動(dòng)化 電力系統(tǒng)自動(dòng)化是過程工業(yè)自動(dòng)化重要的組成部分，但其中也有一些離散工業(yè)自動(dòng)化的內(nèi)容。 5.4.1 5.4.1 安全供電離不開自動(dòng)化安全供電離不開自動(dòng)化 即使對(duì)于單個(gè)的火力發(fā)電系統(tǒng)，為了保障發(fā)電機(jī)的安全，需要采用自動(dòng)裝置進(jìn)行過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、接地保護(hù)、功率反向保護(hù)或差動(dòng)保護(hù)。 對(duì)汽溫、汽壓、真空度、水位、爐膛壓力、燃燒情況以及汽輪發(fā)電機(jī)的電流、電壓、軸承溫度等參數(shù)需要進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控。這些都是電力系統(tǒng)基礎(chǔ)自動(dòng)化的基本內(nèi)容。5.4.2 5.4.2 經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)需要自動(dòng)化經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)需要自動(dòng)化 若干聯(lián)網(wǎng)電廠總的經(jīng)濟(jì)性和單個(gè)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的考慮出發(fā)點(diǎn)不同，不能僅

18、考慮單個(gè)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。 對(duì)于火力發(fā)電廠，不但要考慮每個(gè)電廠的煤耗量，更要考慮電廠的煤耗微增率（即增加單位負(fù)荷所需的煤耗量）。此外，還要考慮不同電廠在輸電過程中的不同線路損耗。 對(duì)于建在同一條江河上的梯級(jí)水電系統(tǒng)，需要考慮上下游水電廠之間的相互配合問題，還要考慮上游流到下游的時(shí)間差，經(jīng)濟(jì)用水和電力系統(tǒng)內(nèi)節(jié)省燃料，這些都有很復(fù)雜的關(guān)系。 對(duì)于用水庫儲(chǔ)水發(fā)電的水電站，如何經(jīng)濟(jì)運(yùn)行除要考慮水庫的經(jīng)濟(jì)用水外，還須考慮來水量的隨機(jī)性，考慮庫容的綜合利用（如防洪、灌溉、發(fā)電、保持航道水位等）。5.4.3 5.4.3 供電質(zhì)量的自動(dòng)化要求供電質(zhì)量的自動(dòng)化要求 供電質(zhì)量主要指電壓質(zhì)量和頻率質(zhì)量。 我國(guó)電力系統(tǒng)的

19、頻率標(biāo)準(zhǔn)是50Hz，頻率偏離標(biāo)準(zhǔn)將使許多機(jī)電設(shè)備不能正常工作，會(huì)給生產(chǎn)帶來嚴(yán)重后果。 保持系統(tǒng)頻率的精度是電力系統(tǒng)運(yùn)行中的主要任務(wù)之一，一般要求系統(tǒng)頻率相對(duì)額定頻率的偏差不超過0.050.15Hz 例如頻率下降時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)出力減少，鍋爐給水泵打不上水，火力發(fā)電廠的鍋爐將不能運(yùn)行；油泵不能供應(yīng)軸承潤(rùn)滑油，汽輪發(fā)電機(jī)的軸瓦將被燒壞。 電壓質(zhì)量直接影響到用戶的用電質(zhì)量。電壓過高會(huì)損害用電電器，或影響其壽命；電壓過低則電燈不亮，熒光燈不能啟動(dòng)，甚至?xí)捎谵D(zhuǎn)矩不夠而燒壞電動(dòng)機(jī)。自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的端電壓、保持用戶用電電壓穩(wěn)定是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要任務(wù)之一。 通常要求電壓幅值相對(duì)額定幅值變化量不超過+-510%

20、http:/ 5.5 飛行器控制飛行器控制 飛行器是人類征服自然、改造自然過程中發(fā)明的重要工具?，F(xiàn)代飛行器有很多種類，例如有飛機(jī)、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、直升機(jī)、運(yùn)載火箭、宇宙飛船、航天飛機(jī)等。 例如導(dǎo)彈又可以劃分為反坦克導(dǎo)彈、地對(duì)空導(dǎo)彈、空對(duì)空導(dǎo)彈、空對(duì)地導(dǎo)彈、艦對(duì)艦導(dǎo)彈、地對(duì)地導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈等。 不管是何種飛行器均離不開自動(dòng)控制系統(tǒng)。而且不同的飛行器其控制系統(tǒng)也各不相同，系統(tǒng)的性能、功能和結(jié)構(gòu)可能截然不同。5.5.1 5.5.1 導(dǎo)彈控制導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的功用系統(tǒng)的功用 導(dǎo)彈是依靠液體或固體推進(jìn)劑的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生推進(jìn)力，在控制系統(tǒng)的作用下，把有效載荷送至規(guī)定目標(biāo)附近的飛行器。 導(dǎo)彈的有效載荷一般是可爆

21、炸的戰(zhàn)斗部，有效載荷最終偏離目標(biāo)的距離是導(dǎo)彈系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)（命中精度）。目標(biāo)可以是固定的，如敵方陣地、工廠、發(fā)電廠、重要建筑物等；目標(biāo)也可以是活動(dòng)的，如來襲飛機(jī)、導(dǎo)彈、坦克等。 導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是： 控制導(dǎo)彈有效載荷的投擲精度（命中精度）；對(duì)飛行器實(shí)施姿態(tài)控制，保證在各種條件下的飛行穩(wěn)定性；在發(fā)射前對(duì)飛行器進(jìn)行可準(zhǔn)確的檢測(cè)和操縱發(fā)射。圖圖5.7 5.7 飛行器控制系統(tǒng)的構(gòu)成飛行器控制系統(tǒng)的構(gòu)成監(jiān)視控制系統(tǒng)監(jiān)視控制系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)射控制系統(tǒng)發(fā)射控制系統(tǒng)飛行器控制系統(tǒng)飛行器控制系統(tǒng)姿態(tài)控制系統(tǒng)姿態(tài)控制系統(tǒng)電子綜合系統(tǒng)電子綜合系統(tǒng)制導(dǎo)系統(tǒng)制導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)彈系統(tǒng)導(dǎo)彈系統(tǒng)測(cè)試與發(fā)射控制系統(tǒng)測(cè)試與發(fā)

22、射控制系統(tǒng)飛行控制系統(tǒng)飛行控制系統(tǒng)5.5.2 5.5.2 導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng) 所謂導(dǎo)航，是指利用敏感器件測(cè)量飛行器的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并將測(cè)量的信息直接或經(jīng)過變換、計(jì)算來表征飛行器在某種坐標(biāo)系的角度、速度和位置等狀態(tài)量。 飛行器是六自由度運(yùn)動(dòng)體，包含角運(yùn)動(dòng)和線運(yùn)動(dòng)，一般分別稱為繞質(zhì)心運(yùn)動(dòng)和質(zhì)心運(yùn)動(dòng)。 無線電導(dǎo)航系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）。GPS接收機(jī)的恰當(dāng)組合還可以測(cè)量出飛行器的姿態(tài)角度、角速度等。5.5.3 5.5.3 制導(dǎo)系統(tǒng)制導(dǎo)系統(tǒng) 制導(dǎo)系統(tǒng)的主要功能是利用導(dǎo)航系統(tǒng)提供的飛行器運(yùn)動(dòng)參數(shù)，對(duì)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，使飛行器從某一飛行狀態(tài)達(dá)到期望的終端條件，保證飛行器以足夠的精度命中目標(biāo)。制導(dǎo)系統(tǒng)俗稱

23、大回路。典型的制導(dǎo)規(guī)律有追蹤法、三點(diǎn)法和比例引導(dǎo)法等。5.5.4 姿態(tài)控制系統(tǒng)姿態(tài)控制系統(tǒng) 飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)又稱為穩(wěn)定控制系統(tǒng)，俗稱小回路。姿態(tài)控制系統(tǒng)的作用是控制飛行器姿態(tài)、保證飛行穩(wěn)定性，同時(shí)實(shí)施制導(dǎo)系統(tǒng)（制導(dǎo)規(guī)律）產(chǎn)生的制導(dǎo)指令。 姿態(tài)控制系統(tǒng)接受兩個(gè)方面的控制信息。一是來自姿態(tài)敏感器的信息，該信息是由于飛行器受干擾作用使姿態(tài)偏離原來狀態(tài)而產(chǎn)生的。 另一控制信息來自制導(dǎo)系統(tǒng)，它們是飛行器機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)彎的導(dǎo)引指令，在保持飛行器狀態(tài)穩(wěn)定的同時(shí)，改變、調(diào)整飛行器質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的軌跡。 5.5.5 5.5.5 飛行控制電子綜合系統(tǒng)飛行控制電子綜合系統(tǒng) 飛行控制電子綜合控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、飛行控制電子綜合控

24、制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、制導(dǎo)、姿態(tài)控制等功能的電子系統(tǒng)，主制導(dǎo)、姿態(tài)控制等功能的電子系統(tǒng)，主要包括控制信息的傳輸、變換、綜合、要包括控制信息的傳輸、變換、綜合、控制信號(hào)（指令）生成等，涉及系統(tǒng)功控制信號(hào)（指令）生成等，涉及系統(tǒng)功能的綜合實(shí)現(xiàn)、動(dòng)作指令分配、電源配能的綜合實(shí)現(xiàn)、動(dòng)作指令分配、電源配電、發(fā)射前飛行控制系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)等。電、發(fā)射前飛行控制系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)等。 5.5.6 5.5.6 測(cè)試與發(fā)射控制系統(tǒng)測(cè)試與發(fā)射控制系統(tǒng) 測(cè)試與發(fā)射控制系統(tǒng)測(cè)試與發(fā)射控制系統(tǒng)是是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的重要組導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的重要組成部分，用以對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行測(cè)試、監(jiān)視和控制發(fā)射。成部分，用以對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行測(cè)試、監(jiān)視和控制發(fā)射。 對(duì)于地面發(fā)射的導(dǎo)

25、彈武器系統(tǒng)來講，測(cè)試與發(fā)對(duì)于地面發(fā)射的導(dǎo)彈武器系統(tǒng)來講，測(cè)試與發(fā)射控制系統(tǒng)包含測(cè)試監(jiān)視和發(fā)射控制兩部分內(nèi)容，射控制系統(tǒng)包含測(cè)試監(jiān)視和發(fā)射控制兩部分內(nèi)容，具有在地面導(dǎo)彈進(jìn)行測(cè)試、初始對(duì)準(zhǔn)、狀態(tài)監(jiān)視具有在地面導(dǎo)彈進(jìn)行測(cè)試、初始對(duì)準(zhǔn)、狀態(tài)監(jiān)視和操縱發(fā)射的功能。為了確保導(dǎo)彈準(zhǔn)確無誤的飛和操縱發(fā)射的功能。為了確保導(dǎo)彈準(zhǔn)確無誤的飛行，在發(fā)射前必須檢查、測(cè)試飛行控制系統(tǒng)各個(gè)行，在發(fā)射前必須檢查、測(cè)試飛行控制系統(tǒng)各個(gè)部分的功能和參數(shù)，以及各部分間匹配及相關(guān)性部分的功能和參數(shù)，以及各部分間匹配及相關(guān)性能。發(fā)射控制在發(fā)射陣地進(jìn)行，用于臨射狀態(tài)的能。發(fā)射控制在發(fā)射陣地進(jìn)行，用于臨射狀態(tài)的過程監(jiān)視、指揮決策、遠(yuǎn)距離對(duì)

26、導(dǎo)彈的狀態(tài)操縱、過程監(jiān)視、指揮決策、遠(yuǎn)距離對(duì)導(dǎo)彈的狀態(tài)操縱、控制點(diǎn)火發(fā)射等。發(fā)射控制是導(dǎo)彈進(jìn)入飛行狀態(tài)控制點(diǎn)火發(fā)射等。發(fā)射控制是導(dǎo)彈進(jìn)入飛行狀態(tài)前不可缺少的環(huán)節(jié)。前不可缺少的環(huán)節(jié)。5.6 5.6 智能建筑智能建筑 5.6.1 5.6.1 智能建筑的概念及構(gòu)成智能建筑的概念及構(gòu)成 智能建筑(Intelligent Building)，又稱為智能大廈，是把現(xiàn)代建筑技術(shù)和信息技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，設(shè)計(jì)和建造安全、舒適、高效、節(jié)能、方便靈活的現(xiàn)代化建筑。 世界上公認(rèn)的第一座智能化大廈是1984年美國(guó)康涅狄格州哈特福特市的“城市廣場(chǎng)”。 目前，智能建筑還沒有嚴(yán)格、統(tǒng)一的公認(rèn)定義。 美國(guó)智能建筑學(xué)會(huì)將智能建

27、筑定義為：通過對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理這四個(gè)基本要素以及它們之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)的最優(yōu)化組合，而獲得的一個(gè)投資合理且高效、舒適、安全、便利的環(huán)境。 一般認(rèn)為智能建筑包含三大基本要素，即樓宇自動(dòng)化(Building Automation,簡(jiǎn)稱BA)系統(tǒng),通信自動(dòng)化(Communication Automation,簡(jiǎn)稱CA)系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化(Office Automation,簡(jiǎn)稱OA)系統(tǒng)，三者是有機(jī)結(jié)合在一起的，成為智能建筑“3A”結(jié)構(gòu)。 有時(shí)為了強(qiáng)調(diào)消防和保安的重要性和獨(dú)特性，將消防自動(dòng)化(Fire-protecting Automation,簡(jiǎn)稱FA)和保安自動(dòng)化(Security A

28、utomation,簡(jiǎn)稱SA)從樓宇自動(dòng)化中單列出來，從而得到所謂的“5A”結(jié)構(gòu)?！?A”結(jié)構(gòu)的智能建筑功能框圖如圖5.11所示。綜合布線系統(tǒng)綜合布線系統(tǒng)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)辦公自動(dòng)化系統(tǒng)辦公自動(dòng)化系統(tǒng)通信自動(dòng)化系統(tǒng)通信自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)設(shè)備備監(jiān)監(jiān)控控系系統(tǒng)統(tǒng)火火警警消消防防系系統(tǒng)統(tǒng)公公共共安安全全系系統(tǒng)統(tǒng)電電信信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)電電視視網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)日日常常事事物物處處理理中中上上層層管管理理決決策策圖圖5.11 3A5.11 3A智能建筑的構(gòu)成智能建筑的構(gòu)成 不管是3A結(jié)構(gòu)還是5A結(jié)構(gòu)的智能建筑，綜合布線系統(tǒng)(PDS)是連接所有自動(dòng)化子系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。5.6.2 5.6.2 樓宇自

29、動(dòng)化系統(tǒng)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng) 建筑物的智能化往往總是從樓宇自動(dòng)化開始的。樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)是建筑智能化的必備要素之一，缺少樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)就不成其為“智能建筑”了。 樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括大樓設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)、火警消防子系統(tǒng)和公共安全子系統(tǒng)等。樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式如圖5.12所示。5.12 5.12 樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)大樓設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)大樓設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)火警消防系統(tǒng)火警消防系統(tǒng)公共安全系統(tǒng)公共安全系統(tǒng)空空調(diào)調(diào)及及通通風(fēng)風(fēng)系系統(tǒng)統(tǒng)衛(wèi)衛(wèi)星星接接收收和和有有線線電電視視系系統(tǒng)統(tǒng)火火警警報(bào)報(bào)警警系系統(tǒng)統(tǒng)消消防防滅滅火火和和噴噴淋淋系系統(tǒng)統(tǒng)消消防防聯(lián)聯(lián)動(dòng)動(dòng)系系統(tǒng)統(tǒng)出出入

30、入口口控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)閉閉路路電電視視監(jiān)監(jiān)視視系系統(tǒng)統(tǒng)保保安安巡巡更更管管理理系系統(tǒng)統(tǒng)電電力力供供應(yīng)應(yīng)和和照照明明系系統(tǒng)統(tǒng)停停車車場(chǎng)場(chǎng)管管理理系系統(tǒng)統(tǒng)多多媒媒體體音音像像系系統(tǒng)統(tǒng)電電梯梯安安全全及及運(yùn)運(yùn)行行控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)制制冷冷系系統(tǒng)統(tǒng)背背景景音音樂樂系系統(tǒng)統(tǒng)給給排排水水系系統(tǒng)統(tǒng)供供熱熱系系統(tǒng)統(tǒng)智智能能卡卡系系統(tǒng)統(tǒng)防防盜盜報(bào)報(bào)警警系系統(tǒng)統(tǒng)周周界界防防衛(wèi)衛(wèi)系系統(tǒng)統(tǒng)應(yīng)應(yīng)急急廣廣播播系系統(tǒng)統(tǒng)應(yīng)應(yīng)急急照照明明系系統(tǒng)統(tǒng)應(yīng)應(yīng)急急呼呼叫叫系系統(tǒng)統(tǒng)圖圖5.13 5.13 集中式樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)集中式樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)顯示顯示報(bào)警報(bào)警費(fèi)用計(jì)算費(fèi)用計(jì)算設(shè)備管理設(shè)備管理報(bào)表生成報(bào)表生成中央計(jì)算機(jī)中央計(jì)算機(jī)控

31、制器控制器控制器控制器監(jiān)控中心監(jiān)控中心大樓主干通信網(wǎng)大樓主干通信網(wǎng)樓宇控制局域網(wǎng)樓宇控制局域網(wǎng)監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制器控制器控制器控制器操作站操作站操作站操作站系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫5.14 5.14 分布式樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分布式樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)5.6.3 5.6.3 通信自動(dòng)化系統(tǒng)通信自動(dòng)化系統(tǒng) 通信自動(dòng)化系統(tǒng)（CAS）是大廈智能化的“中樞神經(jīng)”。它由各種通信設(shè)備、通信線路以及相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件組成。中心主機(jī)中心主機(jī)高速主干網(wǎng)高速主干網(wǎng)樓層局域網(wǎng)樓層局域網(wǎng)部門子網(wǎng)部門子網(wǎng)用戶設(shè)備用戶設(shè)備圖圖5.15 智能建筑的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)智能建筑的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)5.6.4 5.6.4 辦公

32、自動(dòng)化系統(tǒng)辦公自動(dòng)化系統(tǒng) 辦公自動(dòng)化，有時(shí)也稱為辦公室自動(dòng)化。辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（OAS）可以有效地提高工作效率和質(zhì)量、輔助決策，充分利用信息資源，促進(jìn)辦公體制的改革和發(fā)展，使管理更加科學(xué)、更加合理。5.6.5 5.6.5 綜合布線系統(tǒng)綜合布線系統(tǒng) 綜合布線系統(tǒng)是智能大廈的基礎(chǔ)。 建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)主要是針對(duì)計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備的布線系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，它能滿足各類計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備傳輸信號(hào)的不同要求。 它在網(wǎng)絡(luò)上的對(duì)象是：模擬/數(shù)字語音信號(hào)；高速/低速的數(shù)據(jù)信號(hào)；傳真機(jī)、圖像終端、繪圖儀等需要傳輸?shù)膱D像資料信號(hào)；電視會(huì)議、安全監(jiān)示電視的視頻信號(hào)；建筑樓內(nèi)保安系統(tǒng)和各個(gè)測(cè)控器的信號(hào)。 智能大樓布線系統(tǒng)（

33、IBS）能將建筑群內(nèi)所有的設(shè)備子系統(tǒng)集為一體，具有很強(qiáng)的綜合支持能力，系統(tǒng)管理效率高。5.7 5.7 智能交通系統(tǒng)智能交通系統(tǒng) 智能交通系統(tǒng) ( Intelligent Transportation System，簡(jiǎn)稱ITS)。5.7.1 5.7.1 智能交通系統(tǒng)的概念智能交通系統(tǒng)的概念 智能交通系統(tǒng)是將先進(jìn)的數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個(gè)地面運(yùn)輸管理體系，而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合運(yùn)輸和管理系統(tǒng)。 智能交通系統(tǒng)對(duì)于公路交通帶來的影響主要包括以下幾個(gè)方面： 提高公路交通的安全性。據(jù)專家估計(jì)，采用智能交通系統(tǒng)，

34、在今后20年內(nèi)可降低8%的交通災(zāi)難。每年交通事故的死亡人數(shù)可減小30%70%； 降低能源消耗，減少汽車運(yùn)輸對(duì)環(huán)境的影響； 提高公路網(wǎng)絡(luò)的通行能力； 提高汽車運(yùn)輸生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，并對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各方面都將產(chǎn)生積極的影響； 通過對(duì)智能交通系統(tǒng)的研究、開發(fā)和普及，創(chuàng)造出新的市場(chǎng)。5.7.2 5.7.2 智能交通系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容智能交通系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容 出行與運(yùn)輸管理系統(tǒng)出行與運(yùn)輸管理系統(tǒng) 該系統(tǒng)包括城市道路信號(hào)控制、高速公路交通監(jiān)控、交通事故處理等公路交通管理的各種功能，以及用來研究和評(píng)價(jià)交通控制系統(tǒng)運(yùn)行功能與效果的三維交通模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)有6個(gè)子系統(tǒng)： 在途

35、駕駛員信息系統(tǒng)； 線路引導(dǎo)系統(tǒng)； 出行人員服務(wù)系統(tǒng)； 交通控制系統(tǒng)； 突發(fā)事件管理系統(tǒng)； 排放測(cè)試與污染防護(hù)系統(tǒng)。 出行需求管理系統(tǒng)出行需求管理系統(tǒng) 該系統(tǒng)向用戶提供有關(guān)出行信息，改善交通需求管理。若將該系統(tǒng)和出行與運(yùn)輸管理系統(tǒng)結(jié)合起來，駕駛員就可以通過車載或處所的計(jì)算機(jī)和無線通訊獲得各種交通信息（道路條件、交通狀況、服務(wù)設(shè)施位置以及導(dǎo)游信息等），合理選擇出行方式、時(shí)間和路線。 駕駛員還可利用車載定位導(dǎo)航儀-GPS，在車載計(jì)算機(jī)上給出出發(fā)地點(diǎn)和目的地，計(jì)算機(jī)便可根據(jù)實(shí)時(shí)交通信息自動(dòng)選擇出最佳行駛路線，避開交通擁擠和阻塞，并促進(jìn)高乘載率車輛的使用，從而提高運(yùn)輸效率。

36、 這個(gè)系統(tǒng)包括3個(gè)子系統(tǒng)： 出發(fā)前的出行信息系統(tǒng)； 合乘配載和預(yù)約系統(tǒng)； 需求管理與運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)。 公共交通運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)公共交通運(yùn)營(yíng)系統(tǒng) 該系統(tǒng)用以提高公共交通的可靠性、安全性及其生產(chǎn)效率，使公共交通對(duì)潛在的用戶更具有吸引力。 該系統(tǒng)有4個(gè)子系統(tǒng)： 公共運(yùn)輸管理系統(tǒng)； 途中換乘信息系統(tǒng)； 滿足個(gè)人需求的非定線公共交通系統(tǒng)； 出行安全系統(tǒng)。 商用車輛運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)商用車輛運(yùn)營(yíng)系統(tǒng) 該系統(tǒng)能在州際運(yùn)輸管理中自動(dòng)詢問和接受各種交通信息，進(jìn)行合理調(diào)度，包括為駕駛員提供一些特殊的公路信息，如橋梁凈高、急彎陡坡路段的限速等，對(duì)運(yùn)送危險(xiǎn)品等特種車輛的跟蹤以及車輛

37、和駕駛員的狀況進(jìn)行安全監(jiān)視與自動(dòng)報(bào)警。該系統(tǒng)有6個(gè)子系統(tǒng)： 商用車輛電子通關(guān)系統(tǒng); 自動(dòng)化路側(cè)安全檢測(cè)系統(tǒng); 商用車輛管理程序系統(tǒng); 車載安全監(jiān)控系統(tǒng); 商用車輛交通信息系統(tǒng); 危險(xiǎn)品應(yīng)急反應(yīng)系統(tǒng). 電子收費(fèi)系統(tǒng)電子收費(fèi)系統(tǒng) 該系統(tǒng)通過電子卡或電子標(biāo)簽由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收費(fèi),可使所有地面交通收費(fèi)包括道路通行費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)和停車費(fèi)等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 應(yīng)急管理系統(tǒng)應(yīng)急管理系統(tǒng) 該系統(tǒng)用以提高對(duì)突發(fā)交通事件的報(bào)警和反應(yīng)能力，改善應(yīng)急反應(yīng)的資源配置。 該系統(tǒng)有2個(gè)子系統(tǒng)： 緊急告警與人員安全系統(tǒng)； 應(yīng)急車輛管理系統(tǒng)。 先進(jìn)

38、的車輛控制和安全系統(tǒng)先進(jìn)的車輛控制和安全系統(tǒng) 該系統(tǒng)應(yīng)用先進(jìn)的傳感、通訊和自動(dòng)控制技術(shù)，為駕駛員提供各種形式的避撞和安全保障措施。 該系統(tǒng)包括7個(gè)子系統(tǒng)： 縱向避撞系統(tǒng)； 側(cè)向避撞系統(tǒng)； 交叉口避撞系統(tǒng)； 視覺強(qiáng)化避撞系統(tǒng)； 事故前乘員安全保護(hù)系統(tǒng)； 危險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)； 自動(dòng)公路系統(tǒng)。5.7.3 5.7.3 我國(guó)的智能交通系統(tǒng)我國(guó)的智能交通系統(tǒng) 我國(guó)從20世紀(jì)70年代末開始利用電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)改進(jìn)交叉路口的信號(hào)燈控制。此后一直在探索利用電子信息技術(shù)改進(jìn)交通控制與管理、提高交通效率。 20世紀(jì)90年代初，我國(guó)開始注意國(guó)際上已經(jīng)提出的智能交通系統(tǒng)。從1995年開始，我國(guó)專家積極參與了國(guó)際上智能交通

39、系統(tǒng)的研究和開發(fā)活動(dòng)，并且在國(guó)內(nèi)有條件的地方和高速公路上進(jìn)行了初步試驗(yàn)。 總的說來，我國(guó)的智能交通系統(tǒng)還處于發(fā)展的初級(jí)階段，尚需要包括自動(dòng)化領(lǐng)域在內(nèi)的科技工作者長(zhǎng)期不懈的努力。5.8 5.8 生物控制生物控制 有人預(yù)測(cè)21世紀(jì)將是生命科學(xué)和信息科學(xué)的世紀(jì)。依照這種觀點(diǎn)，作為生命科學(xué)和信息科學(xué)相互滲透而產(chǎn)生的生物控制必將對(duì)人類生產(chǎn)、生活帶來巨大影響和改變。 生物控制(Biological Control)是維納開創(chuàng)的控制論在生物領(lǐng)域的研究體現(xiàn)。5.8.1 5.8.1 生物控制的研究?jī)?nèi)容及特點(diǎn)生物控制的研究?jī)?nèi)容及特點(diǎn) 生物控制研究的內(nèi)容十分廣泛，主要包括：研究生物體中通信和控制的動(dòng)態(tài)過程，研究生命

40、體遺傳、發(fā)育、進(jìn)化中的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，研究生物體與周圍環(huán)境相互聯(lián)系和制約中的反饋機(jī)制； 進(jìn)一步通過信息技術(shù)和自動(dòng)化手段在不同的結(jié)構(gòu)層次（群體、個(gè)體、器官、細(xì)胞、分子、量子）上予以控制，乃至把高度發(fā)達(dá)的生物機(jī)能作為工程系統(tǒng)或社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)控制或決策中的“參考系“等。 具體研究方向有生物控制系統(tǒng)（血壓控制系統(tǒng)、呼吸控制系統(tǒng)、體溫控制系統(tǒng)、神經(jīng)控制系統(tǒng)、內(nèi)分泌控制系統(tǒng)和肌肉起動(dòng)控制系統(tǒng)等）、遺傳及其控制、神經(jīng)控制、生物行為控制、仿生學(xué)等等。5.8.2 5.8.2 神經(jīng)控制神經(jīng)控制 動(dòng)物和人體的控制系統(tǒng)基本上分為兩大類：一類是神經(jīng)控制系統(tǒng)，一類是體液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 由于神經(jīng)控制是研究神經(jīng)系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)問題的，因

41、此神經(jīng)元模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信息處理能力的研究是神經(jīng)控制研究的一個(gè)最基本的方面。 神經(jīng)系統(tǒng)是由大量的神經(jīng)元組成的，如人類大腦皮層就大約有一百多億個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元都是一個(gè)信息處理單元。 總的說來，目前神經(jīng)控制中對(duì)腦信息處理的研究、對(duì)腦模型的研究等仍較初步，但為人們研究人腦信息處理、研究腦這個(gè)復(fù)雜的自組織系統(tǒng)已經(jīng)建立了一條有效的途經(jīng)，并為發(fā)展新一代控制理論智能控制提供了寶貴的物理原型。神經(jīng)控制還有待于進(jìn)一步發(fā)展完善。5.8.3 5.8.3 仿生技術(shù)仿生技術(shù) 生物體具有高度的自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自修復(fù)、自繁殖能力；存在于生物群體或個(gè)體中的特異功能，特別是人腦的高級(jí)神經(jīng)反饋機(jī)制，為人們的研究與開發(fā)工作提供

42、了極為豐富的高級(jí)模型。 簡(jiǎn)單地講，仿生(Bionics)就是用人造裝置對(duì)有生命物質(zhì)進(jìn)行模擬。廣義地，仿生技術(shù)可以概括為模擬生物系統(tǒng)的信息加工、能量轉(zhuǎn)換和力學(xué)結(jié)構(gòu)，用以改進(jìn)或建造工程技術(shù)系統(tǒng)。 仿生技術(shù)研究的內(nèi)容大致有五個(gè)方面: 信息仿生 包括感官仿生,細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間通信、動(dòng)物間通信仿生，以及智能仿生等方面。例如，模仿青蛙眼睛制成的電子蛙眼，可以用來識(shí)別飛行中的導(dǎo)彈?，F(xiàn)在已投入使用的一種人造衛(wèi)星自反差跟蹤系統(tǒng)就是模仿蛙眼制成的。 控制仿生 包括體內(nèi)穩(wěn)態(tài)調(diào)控、肢體運(yùn)動(dòng)控制、動(dòng)物的定向?qū)Ш?、生態(tài)系統(tǒng)的漲落等。例如蜜蜂具有天然“太陽羅盤”，人們模仿它制成了導(dǎo)航設(shè)備偏光羅盤。 又如，借助超聲波回音定位，

43、海豚在3km以外便能發(fā)現(xiàn)魚類，蝙蝠在飛行中能分辨直徑0.1mm的線。這些功能對(duì)提高雷達(dá)的靈敏度和抗干擾性能極有參考價(jià)值。 力學(xué)仿生 主要是關(guān)于動(dòng)物飛行、運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)的研究。例如，按照海豚體形和身體各部位比例建造的新型核潛艇，速度提高了25%。又如，模擬企鵝體形的雪地汽車速度可達(dá)50km/h。 化學(xué)仿生 主要研究生物體內(nèi)一些特殊的化學(xué)過程，以便使這些過程也能在工業(yè)中實(shí)現(xiàn)。 醫(yī)學(xué)仿生 主要是研究用人工仿制品代替人的有機(jī)體的某一部分，如人工心臟、人工腎、人造假肢等等。 仿生技術(shù)有著極為廣闊的發(fā)展前景，各行各業(yè)、各個(gè)學(xué)科都可以從中得到啟示，對(duì)生物控制無疑也起著很大的促進(jìn)作用。 5.8.4 5.8.4 生

44、物控制與中醫(yī)學(xué)生物控制與中醫(yī)學(xué) 中醫(yī)學(xué)是我國(guó)人民經(jīng)過幾千年實(shí)踐總結(jié)出來的一門關(guān)于人的科學(xué)，它和生物控制研究方法的共同點(diǎn)是注重整體性和系統(tǒng)性。 我國(guó)早在兩千多年前已成書的黃帝內(nèi)經(jīng)，可以說是世界上最早的生物控制論著。其中記載的經(jīng)絡(luò)學(xué)說實(shí)質(zhì)上是世界上最早的古典生物控制理論。 中醫(yī)長(zhǎng)期的醫(yī)療實(shí)踐與臨床現(xiàn)象表明，經(jīng)絡(luò)的功能是客觀存在的，但是至今在解剖上還沒有發(fā)現(xiàn)奇異的經(jīng)絡(luò)實(shí)體，這引起了許多人對(duì)經(jīng)絡(luò)學(xué)說科學(xué)性的懷疑。 經(jīng)絡(luò)的實(shí)質(zhì)究竟是什么呢？根據(jù)經(jīng)絡(luò)學(xué)說的論述，從生物控制的觀點(diǎn)看來，可以認(rèn)為經(jīng)絡(luò)實(shí)質(zhì)上是指人體整個(gè)生命活動(dòng)的功能控制系統(tǒng)。 這個(gè)功能控制系統(tǒng)是一個(gè)以腦為控制中心的多級(jí)閉環(huán)控制系統(tǒng)，在經(jīng)絡(luò)學(xué)說中

45、，稱腦為“元神府”，它通過督脈（總督全身的陽經(jīng)）、任脈（總?cè)稳淼年幗?jīng)）等，控制五臟六腑、四肢百骸，而五官七竅、體表穴位則為測(cè)量裝置（傳感器）與外界環(huán)境發(fā)生聯(lián)系。 總之，中醫(yī)理論對(duì)控制科學(xué)的許多思想、觀點(diǎn)、方法都可以有所啟發(fā)和豐富。反過來，生物控制理論及技術(shù)也可以使中醫(yī)學(xué)的科學(xué)性得到準(zhǔn)確的說明和鑒定，使中醫(yī)理論真正建立在科學(xué)基礎(chǔ)上，以進(jìn)一步得到發(fā)展。生物控制和中醫(yī)理論的結(jié)合將為中醫(yī)理論的發(fā)展開辟一條新的廣闊途徑。5.9 5.9 生態(tài)與環(huán)境控制生態(tài)與環(huán)境控制 人類只有一個(gè)地球，保護(hù)地球生態(tài)，保護(hù)人類環(huán)境，是造福子孫后代的戰(zhàn)略問題，意義非常深遠(yuǎn)、巨大。生態(tài)控制、環(huán)境控制的意義正在于此。5.9.1

46、5.9.1 生態(tài)控制生態(tài)控制 自然生態(tài)系統(tǒng)(Ecological System)在演化過程中，依靠生物與環(huán)境的相互作用自動(dòng)地逼近最優(yōu)目標(biāo)。 生態(tài)控制的基本任務(wù)之一是用系統(tǒng)和信息觀點(diǎn)和方法分析、設(shè)計(jì)、規(guī)劃和控制人工生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要素、工藝流程、反饋機(jī)制，使之最大限度地符合人類整體和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益。 資源的合理利用和再循環(huán)、環(huán)境的綜合治理和優(yōu)化、在新的生態(tài)平衡格局下人類怎樣適應(yīng)和協(xié)調(diào)，都是生態(tài)控制研究的重點(diǎn)。5.9.2 5.9.2 環(huán)境控制環(huán)境控制 環(huán)境控制(Environment Control)就是將環(huán)境當(dāng)作受控的開放系統(tǒng)，研究、實(shí)施有效的控制行為，使人們的生存環(huán)境質(zhì)量維持在一個(gè)良好的水平。 環(huán)境控

47、制中的控制行為主要有三個(gè)方面：局部污染處理、綜合環(huán)境治理和環(huán)境系統(tǒng)管理。 綜合環(huán)境治理采用反饋控制的原理，開展下列工作： 掌握環(huán)境與污染物之間的信息流； 努力減少或阻斷從資源（原料）轉(zhuǎn)變?yōu)槲廴疚锏奈镔|(zhì)流； 力圖削弱污染物流通途徑上的能量流以把污染效應(yīng)降低到最小水平； 改變或轉(zhuǎn)移污染物的流動(dòng)路徑或方向； 按系統(tǒng)分析的一般步驟安排環(huán)境治理。 環(huán)境系統(tǒng)管理主要包括： 建設(shè)區(qū)域性或全國(guó)性環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或監(jiān)測(cè)網(wǎng)； 根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的信息做出實(shí)時(shí)反饋控制； 充分利用大自然的自我凈化能力和生物降解污物的能力，最大限度地降低環(huán)保費(fèi)用。5.10 5.10 社會(huì)經(jīng)濟(jì)控制社會(huì)經(jīng)濟(jì)控制 控制科學(xué)在各種工程系統(tǒng)中取得了舉

48、世矚目的成就，在生物系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)及環(huán)境系統(tǒng)等領(lǐng)域也大顯身手、嶄露頭角，人們自然會(huì)問能否開展社會(huì)控制的研究呢？答案是肯定的。 然而，社會(huì)控制(Social Control)較之工程控制要復(fù)雜得多，涉及社會(huì)學(xué)、國(guó)家管理、行政管理、法與法律、經(jīng)濟(jì)學(xué)、人口學(xué)、企業(yè)管理等等。 其研究對(duì)象是包括人在內(nèi)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)模宏大、具有多種不確定因素的大系統(tǒng)，涉及人與政治、經(jīng)濟(jì)、道德、倫理、法律的交互作用、相互影響。 目前，社會(huì)控制中相對(duì)成熟的是社會(huì)經(jīng)濟(jì)控制(Socioeconomic Control)。 簡(jiǎn)單地講，社會(huì)經(jīng)濟(jì)控制就是將控制科學(xué)中的原理、概念和方法應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域（包括經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)管理）。 它有兩個(gè)

49、突出的特點(diǎn)： (1)將社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)(Socioeconomic System)看成是一個(gè)具有反饋調(diào)節(jié)，特別是信息反饋的控制系統(tǒng)； 對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)行定量的描述與處理，以求達(dá)到最優(yōu)控制，作出有效、合理的經(jīng)濟(jì)決策。 社會(huì)經(jīng)濟(jì)控制的主要任務(wù)是：給出最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)決策，通過最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)管理，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)控制的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 建立社會(huì)經(jīng)濟(jì)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型； 通過計(jì)算機(jī)仿真比較各種方案，尋找最優(yōu)或次優(yōu)的經(jīng)濟(jì)決策； 運(yùn)用自動(dòng)控制理論、系統(tǒng)工程、運(yùn)籌學(xué)等方法和工具，從整體上研究社會(huì)經(jīng)濟(jì)控制系統(tǒng)的各種特性，特別是系統(tǒng)的穩(wěn)定性；設(shè)計(jì)相應(yīng)的施控系統(tǒng)，通過信息反饋對(duì)其受控系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)的、有效的

50、自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制，力求通過最優(yōu)的途徑保證指標(biāo)或目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)； 建立完善而合理的經(jīng)濟(jì)信息系統(tǒng)。5.11 5.11 大系統(tǒng)控制與系統(tǒng)工程大系統(tǒng)控制與系統(tǒng)工程 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)正在以前所未有的高速度飛快發(fā)展，一方面學(xué)科越分越細(xì)，產(chǎn)生了越來越多新的學(xué)科分支、學(xué)科領(lǐng)域；另一方面，學(xué)科之間相互滲透、相互影響，形成了許多嶄新的交叉學(xué)科、交叉領(lǐng)域。 尤其是后者更加引人注目，過去不太相關(guān)的學(xué)科今天正在有機(jī)地結(jié)合，為人們解決以前單一學(xué)科望塵莫及的各種問題提供了可能，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展中一個(gè)顯著的特點(diǎn)。大系統(tǒng)理論、系統(tǒng)工程就是這樣正在形成和發(fā)展的科學(xué)技術(shù)。5.11.1 5.11.1 大系統(tǒng)控制大系統(tǒng)控制 簡(jiǎn)單地講，所謂大系統(tǒng)就是規(guī)模宏大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的的系統(tǒng)。例如，現(xiàn)代大型企業(yè)的多級(jí)計(jì)算機(jī)管理和控制系統(tǒng)（如大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)），大型工程項(xiàng)目的計(jì)劃協(xié)調(diào)與組織管理系統(tǒng)（如長(zhǎng)江三峽施工組織管理系統(tǒng)），全國(guó)性或地區(qū)性的供電網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度、管理和優(yōu)化運(yùn)行系統(tǒng)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，大都市的交通管理與控制系統(tǒng)，環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)以及航天運(yùn)載火箭、洲際導(dǎo)彈等，都是典型的