自動(dòng)化是什么,自動(dòng)化概論,自動(dòng)化簡介

1、河北聯(lián)合大學(xué)自動(dòng)化導(dǎo)論課程論文題 目： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 電 話： 2014 年 4月10日1、 我對(duì)自動(dòng)化、自動(dòng)化專業(yè)的認(rèn)識(shí)自動(dòng)化就是在無人人工操作或干預(yù)的情況下，系統(tǒng)能夠按照預(yù)先設(shè)定好的程序自動(dòng)工作。自動(dòng)化主要是人造系統(tǒng)的問題，如工廠中的機(jī)床、飛行器的飛行姿態(tài)控制等。而相比之下自動(dòng)控制的概念就要廣泛一些，它不僅涉及人造系統(tǒng)問題，還涉及社會(huì)的方方面面，如環(huán)境的控制、人口的控制、經(jīng)濟(jì)的控制。自動(dòng)控制系統(tǒng)是隨著自動(dòng)化學(xué)科的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的，學(xué)者們把“轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)”和“伺服機(jī)構(gòu)”統(tǒng)一起來稱為“自動(dòng)控制系統(tǒng)”。其中伺服系統(tǒng)又叫做“隨動(dòng)系統(tǒng)”，它的特點(diǎn)是給定環(huán)節(jié)的信號(hào)

2、是我們未知的，我們需要按照未知的規(guī)律來控制被控制量。由此可見，自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)不斷變化的、動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)。 自動(dòng)控制系統(tǒng)分為幾個(gè)部分：給定環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、執(zhí)行環(huán)節(jié)。給定環(huán)節(jié)，顧名思義給出輸入信號(hào)反饋環(huán)節(jié)，通過對(duì)系統(tǒng)輸出測量，將它轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào)；比較環(huán)節(jié)，對(duì)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)測量比較，從而產(chǎn)生“誤差”信號(hào)，控制器就按照它實(shí)行調(diào)節(jié)；執(zhí)行環(huán)節(jié)是將控制信號(hào)進(jìn)行放大，是被控對(duì)象的被控量變化。自動(dòng)控制系統(tǒng)又分了很多種：恒值自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、程序自動(dòng)控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)。恒值自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用于克服各種對(duì)于被調(diào)節(jié)量的擾動(dòng)而帶來的控制問題，程序自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于給定信號(hào)已知的情況，這是與伺服系統(tǒng)相反的。它的控制方式又可

3、以細(xì)分為開環(huán)控制系統(tǒng)、反饋控制、復(fù)合控制。其中在工業(yè)上用的最多的是反饋控制。它的關(guān)鍵在于對(duì)系統(tǒng)輸出量進(jìn)行測量，將它轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào)。對(duì)于自動(dòng)化專業(yè)，我想它是一個(gè)大有前景、應(yīng)用廣泛的“萬金油”專業(yè)。它可以使人們從繁重的工作中解脫出來，更好的享受科技給我們帶來的樂趣。自動(dòng)化專業(yè)是在不斷向前發(fā)展的、工業(yè)化與信息化相結(jié)合的一門技術(shù)，自動(dòng)化專業(yè)已從早期的局部自動(dòng)化發(fā)展到了綜合自動(dòng)化時(shí)代，一些新技術(shù)和其它學(xué)科的發(fā)展與它相互促進(jìn)，共同發(fā)展。按照這些思路已經(jīng)研究出的智能控制的理論和技術(shù)有專家控制系統(tǒng) 、模糊控制系統(tǒng)、神經(jīng)控制系統(tǒng)及學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)等。它應(yīng)用廣泛是因?yàn)樗谖覀兩钪兴加械闹匾匚凰鶝Q定的?；鹆Πl(fā)電、

4、柔性生產(chǎn)線、彩印伺服系統(tǒng)無不是它應(yīng)用廣泛的生動(dòng)例證。2、 自動(dòng)化概述機(jī)器或裝置在無人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)進(jìn)行操作或控制的過程， 其目標(biāo)是 “穩(wěn)，準(zhǔn)，快”。通過傳感器對(duì)被控對(duì)象各狀態(tài)信息的獲取并由處理器對(duì)這些信息進(jìn)行分析與計(jì)算，使機(jī)器或裝置在無人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)進(jìn)行操作或運(yùn)行。自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研究、交通運(yùn)輸、商業(yè)、醫(yī)療、 服務(wù)和家庭等方面。 采用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動(dòng)、 部分腦力勞動(dòng)以及惡 劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴(kuò)展人的器官功能，極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng) 人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。因此，自動(dòng)化是工業(yè)、農(nóng)業(yè)

5、、國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要條件和顯著標(biāo)志。3、 自動(dòng)化發(fā)展概況1946 年，美國福特公司的機(jī)械工程師 D.S.哈德最先提出“自動(dòng)化”一詞，并用來 描述發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的自動(dòng)傳送和加工的過程。50年代，自動(dòng)調(diào)節(jié)器和經(jīng)典控制理論的發(fā)展，使自動(dòng)化進(jìn)入以單變量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)為主的局部自動(dòng)化階段。60年代，隨現(xiàn)代控制理論的出現(xiàn)和電子計(jì)算機(jī)的推廣應(yīng)用，自動(dòng)控制與信息處 理結(jié)合起來，使自動(dòng)化進(jìn)入到生產(chǎn)過程的最優(yōu)控制與管理的綜合自動(dòng)化階段。70年代，自動(dòng)化的對(duì)象變?yōu)榇笠?guī)模、復(fù)雜的工程和非工程系統(tǒng)，涉及許多用現(xiàn) 代控制理論難以解決的問題。這些問題的研究，促進(jìn)了自動(dòng)化的理論、方法和手段的 革新， 于是出現(xiàn)了大系統(tǒng)的系統(tǒng)

6、控制和復(fù)雜系統(tǒng)的智能控制， 出現(xiàn)了綜合利用計(jì)算機(jī)、 通信技術(shù)、系統(tǒng)工程和人工智能等成果的高級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)，如柔性制造系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化、智能機(jī)器人、專家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等。 自動(dòng)裝置的出現(xiàn)和應(yīng)用是在 18 世紀(jì)以前。古代人類在長期生產(chǎn)和生活中為了 減輕自己的勞動(dòng) 逐漸 產(chǎn)生利用自然界 動(dòng)力代替人力畜力以 及用自 動(dòng)裝置代替人 的部分繁難的腦 力活動(dòng) 的愿望經(jīng)過經(jīng) 過漫長 歲月的探索他們互不相關(guān)地造出一些原始的自動(dòng)裝置。古代中國的指南車以及 17 世紀(jì)歐洲出現(xiàn)的鐘表和風(fēng)磨控制裝置雖然都是毫無聯(lián)系的發(fā)明但對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的形成卻起到了先導(dǎo)作用。 自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期是在 18 世紀(jì)末2

7、0 世紀(jì) 30 年代。1788 年英國機(jī)械師 J. 瓦特發(fā)明離心式調(diào)速器(又稱飛球調(diào)速器)并把它與蒸汽機(jī)的閥門連接起來構(gòu)成蒸 汽機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。瓦特的這項(xiàng)發(fā)明開創(chuàng)了近代自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用的新紀(jì) 元對(duì)第一次工業(yè)革命及后來控制理論的發(fā)展有重要影響。人們開始采用自動(dòng)調(diào)節(jié)裝 置來對(duì)付工業(yè)生產(chǎn)中提出的控制問題。這些調(diào)節(jié)器都是一些跟蹤給定值的裝置使一些物理量保持在給定值附近。自動(dòng)調(diào)節(jié)器應(yīng) 用標(biāo)志著自動(dòng)化 技術(shù)進(jìn)入新的歷史時(shí)期。進(jìn)入 20 世紀(jì)以后工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用各種自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置促進(jìn)了對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 進(jìn)行分析和綜合的研究工作。這一時(shí)期雖然在自動(dòng)調(diào)節(jié)器中已廣泛應(yīng)用反饋控制的結(jié) 構(gòu)但從理論上研究反饋控制的

8、原理則是從 20 世紀(jì) 20 年代開始的。1833 年英國數(shù) 學(xué)家 C.巴貝奇在設(shè)計(jì)分析機(jī)時(shí)首先提出程序控制的原理。 1939 世界上第一批系統(tǒng)與控 制的專業(yè)研究機(jī)構(gòu)成立為 20 世紀(jì) 40 年代形成經(jīng)典控制理論和發(fā)展局部自動(dòng)化作了理論上和組織上的準(zhǔn)備。20 世紀(jì) 4050 年代是局部自動(dòng)化時(shí)期第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期形成的經(jīng)典控制理論對(duì)戰(zhàn)后發(fā)展局部自動(dòng)化起了重要的促進(jìn)作用。在問題的過程中形成了經(jīng)典控制理論設(shè)計(jì)出各種精密的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置開創(chuàng)了系統(tǒng)和控制這一新的科學(xué)領(lǐng)域。這一新的學(xué)科當(dāng)時(shí)在美國稱 為伺服機(jī)構(gòu)理論在蘇聯(lián)稱為自動(dòng)調(diào)整理論主要是解決單變量的控制問題。經(jīng)典控制理論這個(gè)名稱是 1960 年在第一屆

9、全美聯(lián)合自動(dòng)控制會(huì)議上提出來的。1945 年后由于戰(zhàn)時(shí)出版禁令的解除出現(xiàn)了系統(tǒng)闡述經(jīng)典控制理論的著作。1 945 年美國數(shù)學(xué)家維納N.把反饋的概念推廣到一切控制系統(tǒng)。50 年代以后經(jīng)典控制理論有了許多新的發(fā)展。經(jīng)典控制理論的方法基本上能滿足第二次世界大戰(zhàn)中軍事技術(shù)上的需要和戰(zhàn)后工業(yè)發(fā)展上的需要。但是到了 50 年代末就發(fā)現(xiàn)把經(jīng)典控制理論的方法推廣到多變量系統(tǒng)時(shí)會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論。經(jīng)典控制理論的方法有其局限性。 20 世紀(jì) 40 年代中發(fā)明的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)開創(chuàng)了數(shù)字程序控制的新紀(jì)元雖然當(dāng)時(shí)還局限于自動(dòng)計(jì)算方面，但 ENIAC 和 EDVAC 的制造成功開創(chuàng)了電子數(shù)字程序控制的新紀(jì)元。電子數(shù)字計(jì)算機(jī)

10、的發(fā)明為 6070 年代在控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用程序控制和邏輯控制以及廣泛應(yīng)用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)直接控制生產(chǎn)過程奠定了基礎(chǔ)。 20 世紀(jì) 50 年代末起至今是綜合自動(dòng)化時(shí)期，這一時(shí)期空間技術(shù)迅速發(fā)展迫切 需要解決多變量系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題。于是誕生了現(xiàn)代控制理論?，F(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展為綜合自動(dòng)化奠定了理論基礎(chǔ)。同時(shí)微電子技術(shù)有了新的突破。1958 年出 現(xiàn)晶體管計(jì)算機(jī)1965 年出現(xiàn)集成電路計(jì)算機(jī)1971 年出現(xiàn)單片微處理機(jī)。微處理機(jī)的出現(xiàn)對(duì)控制技術(shù)產(chǎn)生了重大影響控制工程師可以很方便 地利用微處理機(jī)來實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制使綜合自動(dòng)化成為現(xiàn)實(shí)?！白詣?dòng)化(Automation)”是美國人 D.S.Hard

11、er 于 1936 年提出的他認(rèn)為在一個(gè)生產(chǎn)過程中，機(jī)器之間的零件轉(zhuǎn)移不用人去搬運(yùn)就是“自動(dòng)化” 。自動(dòng)化的概念是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展過程。過去，人們對(duì)自動(dòng)化的理解或者說自動(dòng)化的 功能目標(biāo)是以機(jī)械的動(dòng)作代替人力操作，自動(dòng)地完成特定的作業(yè)。這實(shí)質(zhì)上是自動(dòng)化代替人的體力勞動(dòng)的觀點(diǎn)。后來隨著電子和信息技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，自動(dòng)化的概念已擴(kuò)展為用機(jī)器(包括計(jì)算機(jī))不僅代替人的體力勞動(dòng)而且還代替或輔助腦力勞動(dòng)，以自動(dòng)地完成特定的作業(yè)。今天看來自動(dòng)化的上述概念也還不完善。把自動(dòng)化的功能目標(biāo)看成是用機(jī)器代替人的體力勞動(dòng)或腦力勞動(dòng)是比較狹窄的理解。這種理解甚至在某種程度上阻礙了自動(dòng) 化技術(shù)的發(fā)

12、展，例如，有人就認(rèn)為，中國人多，搞自動(dòng)化沒有很大的必要。今天，自動(dòng)化已遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破了上述傳統(tǒng)的概念，具有更加寬廣和深刻的內(nèi)涵。自動(dòng)化的廣義內(nèi)涵至少包括以下幾點(diǎn)：在形式方面，制造自動(dòng)化有三個(gè)方面的含 義：代替人的體力勞動(dòng)，代替或輔助人的腦力勞動(dòng)，制造系統(tǒng)中人機(jī)及整個(gè)系統(tǒng)的協(xié) 調(diào)、管理、控制和優(yōu)化。在功能方面，自動(dòng)化代替人的體力勞動(dòng)或腦力勞動(dòng)僅僅是自 動(dòng)化功能目標(biāo)體系的一部分。自動(dòng)化的功能目標(biāo)是多方面的，已形成一個(gè)有機(jī)體系。 在范圍方面，制造自動(dòng)化不僅涉及到具體生產(chǎn)制造過程，而是涉及產(chǎn)品生命周期所有 過程。4、 研究內(nèi)容自動(dòng)化是一門涉及學(xué)科較多、應(yīng)用廣泛的綜合性科學(xué)技術(shù)。作為一個(gè)系統(tǒng)工程， 它由 5

13、個(gè)單元組成：程序單元。決定做什么和如何做。作用單元。施加能量和定 位。傳感單元。檢測過程的性能和狀態(tài)。制定單元。對(duì)傳感單元送來的信息進(jìn)行 比較，制定和發(fā)出指令信號(hào)?？刂茊卧?。進(jìn)行制定并調(diào)節(jié)作用單元的機(jī)構(gòu)。自動(dòng)化 的研究內(nèi)容主要有自動(dòng)控制和信息處理兩個(gè)方面，包括理論、方法、硬件和軟件等， 從應(yīng)用觀點(diǎn)來看，研究內(nèi)容有過程自動(dòng)化、機(jī)械制造自動(dòng)化、管理自動(dòng)化、實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化和家庭自動(dòng)化等。過程自動(dòng)化 石油煉制和化工等工業(yè)中流體或粉體的化學(xué)處理自動(dòng)化。一般采用由檢測儀表、調(diào)節(jié)器和計(jì)算機(jī)等組成的過程控制系統(tǒng)，對(duì)加熱爐、精餾塔等設(shè)備或 整個(gè)工廠進(jìn)行最優(yōu)控制。采用的主要控制方式有反饋控制、前饋控制和最優(yōu)控制等。

14、 機(jī)械制造自動(dòng)化 這是機(jī)械化、電氣化與自動(dòng)控制相結(jié)合的結(jié)果，處理的對(duì)象是 離散工件。早期的機(jī)械制造自動(dòng)化是采用機(jī)械或電氣部件的單機(jī)自動(dòng)化或是簡單的自 動(dòng)生產(chǎn)線。20 世紀(jì) 60 年代以后，由于電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、自動(dòng)化倉庫等。研制出適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)型式的柔性制造系統(tǒng)（FMS） 。以柔性制造系統(tǒng)為基礎(chǔ)的自動(dòng)化車間，加 上信息管理、生產(chǎn)管理自動(dòng)化，出現(xiàn)了采用計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的工廠自 動(dòng)化。管理自動(dòng)化 工廠或事業(yè)單位的人、財(cái)、物、生產(chǎn)、辦公等業(yè)務(wù)管理自動(dòng)化，是以信息處理為核心的綜合性技術(shù)，涉及電子計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)與控

15、制等學(xué)科。一般采用由多臺(tái)具有高速處理大量信息能力的計(jì)算機(jī)和各種終端組成的局部網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)代已在管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研制出決策支持系統(tǒng)（DSS） ，為高層管理人員決策提供備選的方案。 對(duì)社會(huì)的影響自動(dòng)化是新的技術(shù)革命的一個(gè)重要方面。自動(dòng)化技術(shù)的研究、應(yīng)用和推廣，對(duì)人類的生產(chǎn)、生活等方式將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。生產(chǎn)過程自動(dòng)化和辦公室自 動(dòng)化可極大地提高社會(huì)生產(chǎn)率和工作效率，節(jié)約能源和原材料消耗，保證產(chǎn)品質(zhì)量， 改善勞動(dòng)條件，改進(jìn)生產(chǎn)工藝和管理體制，加速社會(huì)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革和社會(huì)信息化 的進(jìn)程。五、發(fā)展趨勢 現(xiàn)代生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)自動(dòng)化技術(shù)提出越來越高的要求，同時(shí)也為自動(dòng) 化技術(shù)的革新提供了必要條件。70

16、 年代以后，自動(dòng)化開始向復(fù)雜的系統(tǒng)控制和高級(jí) 的智能控制發(fā)展，并廣泛地應(yīng)用到國防、科學(xué)研究和經(jīng)濟(jì)等各個(gè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模 的自動(dòng)化，例如大型企業(yè)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、全國鐵路自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)、國家電力網(wǎng)自 動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)、空中交通管制系統(tǒng)、城市交通控制系統(tǒng)、自動(dòng)化指揮系統(tǒng)、國民經(jīng)濟(jì)管 理系統(tǒng)等。自動(dòng)化的應(yīng)用正從工程領(lǐng)域向非工程領(lǐng)域擴(kuò)展，如醫(yī)療自動(dòng)化、人口控制、 經(jīng)濟(jì)管理自動(dòng)化等。自動(dòng)化將在更大程度上模仿人的智能，機(jī)器人已在工業(yè)生產(chǎn)、海 洋開發(fā)和宇宙探測等領(lǐng)域得到應(yīng)用，專家系統(tǒng)在醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探等方面取得顯著 效果。工廠自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化和農(nóng)業(yè)自動(dòng)化將成為新技術(shù)革命的重要 內(nèi)容，并得到迅速發(fā)展

17、。六、應(yīng)用領(lǐng)域自動(dòng)化主要體現(xiàn)在自動(dòng)控制領(lǐng)域。汽車工業(yè)的工廠自動(dòng)化控制，采用一貫作業(yè)的生產(chǎn)方式，借著整條生產(chǎn)線的分工裝配，每幾分鐘即可生產(chǎn)一部汽車。紡織工業(yè)的工廠自動(dòng)化控制，亦采用一貫作業(yè)的生產(chǎn)方式，每幾分鐘即可高速生產(chǎn)一批布料。塑料工業(yè)的工廠自動(dòng)化控制，亦采用一貫作業(yè)的生產(chǎn)方式，產(chǎn)出塑料原料后，在經(jīng)過射出成型機(jī)器，產(chǎn)出各種塑料模型。電子工業(yè)的工廠自動(dòng)化控制，亦采用一貫作業(yè)的生產(chǎn)方式，產(chǎn)出各式各樣的消費(fèi)電子產(chǎn)品，如電視機(jī)、照相機(jī)等。芯片制造工業(yè)的工廠自動(dòng)化控制，亦采用一貫作業(yè)的生產(chǎn)方式，經(jīng)過研磨、暴光、顯影、蝕刻、切割、封裝等技術(shù)，產(chǎn)出一顆顆的功能式芯片，以供應(yīng)電子工業(yè)。電機(jī)工業(yè)的工廠自動(dòng)化控制

18、，亦采用一貫作業(yè)的生產(chǎn)方式，產(chǎn)出各式各樣的電機(jī)設(shè)備產(chǎn)品，如變壓器、馬達(dá)、發(fā)電機(jī)組等。機(jī)械制造的工廠自動(dòng)化控制，通過柔性制造系統(tǒng)，使一臺(tái)機(jī)器能生產(chǎn)出符合要求的不同的零件，由數(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)傳輸設(shè)備、自動(dòng)檢測等試驗(yàn)設(shè)備真正實(shí)現(xiàn)“無人工廠”。在機(jī)械工業(yè)上，自動(dòng)控制技術(shù)還應(yīng)用于計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，它是基于自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及制造技術(shù)之上，通過計(jì)算機(jī)軟件，將設(shè)計(jì)、制造、經(jīng)營管理，與其它與生產(chǎn)過程有關(guān)的物料流與信息流實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的管理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化。在機(jī)械工業(yè)中，還有一類成為“過程工業(yè)”。也就是工廠中各個(gè)工序不是獨(dú)立的，而是前一個(gè)工序直接關(guān)系到下一個(gè)工序，環(huán)環(huán)相扣，最終影響