自動化(專業(yè))概論

1、1自動化（專業(yè)）概論自動化（專業(yè)）概論主主 講：楊清宇講：楊清宇 副教授副教授單單 位：西安交通大學(xué)電信學(xué)院自動化系位：西安交通大學(xué)電信學(xué)院自動化系郵郵 箱：箱：電電 話話:(029)82668665-167:(029)82668665-167辦公室：東辦公室：東2 2樓樓167167答答 疑：周二下午疑：周二下午2:302:305:305:30，東，東2 2樓樓1671672本課程的目的與任務(wù)自動化專業(yè)的自動化專業(yè)的性質(zhì)、內(nèi)容與培育目標(biāo)；性質(zhì)、內(nèi)容與培育目標(biāo)；自動化自動化的作用和地位；的作用和地位；自動化技術(shù)的當(dāng)前概貌和它的未來發(fā)展；自動化技術(shù)的當(dāng)前概貌和它的未來發(fā)展；自動化專業(yè)的教學(xué)與教育

2、自動化專業(yè)的教學(xué)與教育；大學(xué)學(xué)習(xí)生活的大學(xué)學(xué)習(xí)生活的特點與學(xué)習(xí)方法。特點與學(xué)習(xí)方法。3本課程參考書自動化（專業(yè)）概論（第自動化（專業(yè)）概論（第2版）版）萬百五、韓崇昭、蔡遠利萬百五、韓崇昭、蔡遠利 編著編著武漢理工大學(xué)出版社，武漢理工大學(xué)出版社，2002005 5年年有些內(nèi)容初學(xué)者比較不易理解有些內(nèi)容初學(xué)者比較不易理解適用于學(xué)生在大學(xué)學(xué)習(xí)的整個過程適用于學(xué)生在大學(xué)學(xué)習(xí)的整個過程可以作為在校期間專業(yè)學(xué)習(xí)的導(dǎo)引可以作為在校期間專業(yè)學(xué)習(xí)的導(dǎo)引4水溫控制系統(tǒng)水溫控制系統(tǒng) (a) 手動控制漫畫手動控制漫畫 (b) 自動控制自動控制 水溫的手動控制和自動控制的示意圖水溫的手動控制和自動控制的示意圖5 1-

3、1-目標(biāo)跟蹤雷達目標(biāo)跟蹤雷達2-導(dǎo)彈導(dǎo)引雷達導(dǎo)彈導(dǎo)引雷達3-3-計算機計算機4-導(dǎo)彈發(fā)射架導(dǎo)彈發(fā)射架防防 空空 導(dǎo)導(dǎo) 彈彈 制制 導(dǎo)導(dǎo)6自自 動動 化化 的的 作作 用用自動化是一個國家或社會現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志自動化是一個國家或社會現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志1. 提高社會生產(chǎn)率和工作效率；提高社會生產(chǎn)率和工作效率；2. 節(jié)約能源和原材料消耗；節(jié)約能源和原材料消耗；3. 保證產(chǎn)品質(zhì)量；保證產(chǎn)品質(zhì)量；4. 改善勞動條件，減輕體力、腦力勞動；改善勞動條件，減輕體力、腦力勞動；5. 改進生產(chǎn)工藝和管理體制。改進生產(chǎn)工藝和管理體制。7自動化的研究內(nèi)容自動化的研究內(nèi)容有反饋控制和信號處理兩個方面有反饋控制和信

4、號處理兩個方面，包括理論、，包括理論、方法、應(yīng)用硬件和軟件等。從應(yīng)用觀點來看，研究方法、應(yīng)用硬件和軟件等。從應(yīng)用觀點來看，研究內(nèi)容有過程自動化、機械制造自動化、武器及軍事內(nèi)容有過程自動化、機械制造自動化、武器及軍事自動化、辦公室自動化和家庭自動化等自動化、辦公室自動化和家庭自動化等。主要工具：數(shù)學(xué)主要工具：數(shù)學(xué)/ /計算機計算機8黨的十六大提出：黨的十六大提出：以信息化帶動工業(yè)化以信息化帶動工業(yè)化以工業(yè)化促進信息化以工業(yè)化促進信息化自動化是信息化的核心與基礎(chǔ)自動化是信息化的核心與基礎(chǔ)9主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容1. 專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和人才素質(zhì)要求專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和人才素質(zhì)要求 2. 自動化的概念和發(fā)展簡史

5、自動化的概念和發(fā)展簡史 3. 自動控制系統(tǒng)的類型和組成自動控制系統(tǒng)的類型和組成 4. 基本的控制方法基本的控制方法 5. 控制和自動化的應(yīng)用范疇控制和自動化的應(yīng)用范疇 6. 控制和自動化的展望控制和自動化的展望 7. 自動化自動化類專業(yè)類專業(yè)的教學(xué)安排的教學(xué)安排 8. 學(xué)習(xí)原理與學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)原理與學(xué)習(xí)方法 101 自動化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和人才素質(zhì)要求自動化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和人才素質(zhì)要求自動化和自動化類專業(yè)自動化和自動化類專業(yè)自動化、自動控制、控制論自動化、自動控制、控制論自動化自動化，指機器或裝置在無人干預(yù)的情況下按規(guī)定指機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地進行操作或運行。的程序或指令

6、自動地進行操作或運行。自動控制自動控制是關(guān)于受控系統(tǒng)的分析、設(shè)計和運行的理是關(guān)于受控系統(tǒng)的分析、設(shè)計和運行的理論和技術(shù)。論和技術(shù)。11 控制科學(xué)與工程控制科學(xué)與工程 學(xué)科學(xué)科 圖圖1.1 學(xué)科組成示意圖學(xué)科組成示意圖自動控制自動控制 電氣工程與自動化電氣工程與自動化 工業(yè)自動化工業(yè)自動化 機械制造自動化機械制造自動化 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化 121.2 自動化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)自動化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo) l 培養(yǎng)適合社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要，德智體全培養(yǎng)適合社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要，德智體全面發(fā)展，在控制理論、控制系統(tǒng)、生產(chǎn)過程自面發(fā)展，在控制理論、控制系統(tǒng)、生產(chǎn)過程自動化、人工智能與機器人控制等領(lǐng)域

7、具有動化、人工智能與機器人控制等領(lǐng)域具有寬廣寬廣理論基礎(chǔ)和相關(guān)專門知識理論基礎(chǔ)和相關(guān)專門知識，具有創(chuàng)新和開，具有創(chuàng)新和開拓精神的高級工程技術(shù)人才。拓精神的高級工程技術(shù)人才。l 畢業(yè)生能在國民經(jīng)濟及國防各部門和行業(yè)從事畢業(yè)生能在國民經(jīng)濟及國防各部門和行業(yè)從事信息及控制系統(tǒng)的信息及控制系統(tǒng)的研究、設(shè)計、集成、開研究、設(shè)計、集成、開發(fā)、制造和應(yīng)用發(fā)、制造和應(yīng)用等工作。等工作。 如何將培養(yǎng)目標(biāo)具體化、時代化如何將培養(yǎng)目標(biāo)具體化、時代化13一些術(shù)語（1）l 科學(xué)（科學(xué)（Science）是指對各種事實和現(xiàn)象進行觀是指對各種事實和現(xiàn)象進行觀察、分類、歸納、演繹、分析、推理、計算和實察、分類、歸納、演繹、分析

8、、推理、計算和實驗，從而發(fā)現(xiàn)規(guī)律，并對各種定量規(guī)律予以驗證驗，從而發(fā)現(xiàn)規(guī)律，并對各種定量規(guī)律予以驗證和公式化的知識體系。科學(xué)的任務(wù)是揭示事物發(fā)和公式化的知識體系。科學(xué)的任務(wù)是揭示事物發(fā)展的客觀規(guī)律，探求真理，作為人們改造世界的展的客觀規(guī)律，探求真理，作為人們改造世界的指南。指南。l 技術(shù)（技術(shù)（Technology）是指人類根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗是指人類根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和自然科學(xué)原理改變或控制其環(huán)境的手段和活動，和自然科學(xué)原理改變或控制其環(huán)境的手段和活動，是人類活動的一個專門領(lǐng)域。技術(shù)的任務(wù)是利用是人類活動的一個專門領(lǐng)域。技術(shù)的任務(wù)是利用和改造自然，以其生產(chǎn)的產(chǎn)品為人類服務(wù)。和改造自然，以其生產(chǎn)的產(chǎn)

9、品為人類服務(wù)。l 工程（工程（Engineering）是指應(yīng)用科學(xué)知識使自然是指應(yīng)用科學(xué)知識使自然資源最好地為人類服務(wù)的專門技術(shù)。資源最好地為人類服務(wù)的專門技術(shù)。14一些術(shù)語（2）l 系統(tǒng)（系統(tǒng)（System）是指由相互關(guān)聯(lián)、相互制約、相是指由相互關(guān)聯(lián)、相互制約、相互影響的一些部分組成的具有某種功能的有機整體?；ビ绊懙囊恍┎糠纸M成的具有某種功能的有機整體。 (線性和非線性系統(tǒng)線性和非線性系統(tǒng))1、線性系統(tǒng)、線性系統(tǒng) 同時滿足疊加原理和齊次性條件；同時滿足疊加原理和齊次性條件；2、非線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng) 不同時滿足疊加原理和齊次性條件；不同時滿足疊加原理和齊次性條件；15一些術(shù)語（3）l 信息（

10、信息（Information）是指符號、信號或消息所包是指符號、信號或消息所包含的內(nèi)容，用來消除對客觀事物認識的不確定性。含的內(nèi)容，用來消除對客觀事物認識的不確定性。l 控制（控制（Control）是指為了改善系統(tǒng)的性能或達到是指為了改善系統(tǒng)的性能或達到特定的目的，通過信息的采集和加工而施加到系統(tǒng)特定的目的，通過信息的采集和加工而施加到系統(tǒng)的作用。的作用。 l 反饋（反饋（Feedback）是指將系統(tǒng)的實際輸出和期望是指將系統(tǒng)的實際輸出和期望輸出進行比較，形成誤差，從而為確定下一步的控輸出進行比較，形成誤差，從而為確定下一步的控制行為提供依據(jù)。制行為提供依據(jù)。16一些術(shù)語（4）l 調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)（

11、Regulation）是指通過系統(tǒng)的反饋信息自是指通過系統(tǒng)的反饋信息自動校正系統(tǒng)的誤差，使諸如溫度、速度、壓力或動校正系統(tǒng)的誤差，使諸如溫度、速度、壓力或位置等參量保持恒定或在給定范圍之內(nèi)的過程。位置等參量保持恒定或在給定范圍之內(nèi)的過程。l 管理（管理（Management）是指為了充分利用各種資是指為了充分利用各種資源來達到一定的目標(biāo)而對社會或其組成部分施加源來達到一定的目標(biāo)而對社會或其組成部分施加的一種控制。的一種控制。l 決策（決策（Decision Making）是指為最優(yōu)地達到目是指為最優(yōu)地達到目標(biāo)，對若干準(zhǔn)備行動的方案進行選擇。標(biāo)，對若干準(zhǔn)備行動的方案進行選擇。17反饋控制系統(tǒng)框圖

12、反饋控制系統(tǒng)框圖給 定給 定輸入輸入給定環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)控制器控制器 放大放大環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)執(zhí)行環(huán)節(jié)節(jié)被 控 對被 控 對象象誤差誤差反 饋反 饋信號信號輸輸出出擾擾動動+_反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)前向通道前向通道反饋通道反饋通道18對自動化類專業(yè)人才的素質(zhì)要求對自動化類專業(yè)人才的素質(zhì)要求（1） 認知和技能方面認知和技能方面（2） 思想和情感方面思想和情感方面 （3） 意識和意志方面意識和意志方面 （4） 其他方面其他方面 19認知和技能方面認知和技能方面 掌握數(shù)理等基礎(chǔ)理論的原理和方法；掌握數(shù)理等基礎(chǔ)理論的原理和方法； 了解機械、力學(xué)、電器、化工等相關(guān)學(xué)科的一般了解機械、力學(xué)、電器、化工等相關(guān)學(xué)科的一般

13、原理和方法；原理和方法；掌握計算機、通信、電子等關(guān)聯(lián)學(xué)科的基本原理、掌握計算機、通信、電子等關(guān)聯(lián)學(xué)科的基本原理、方法和應(yīng)用以及相應(yīng)的實驗儀器和方法和應(yīng)用以及相應(yīng)的實驗儀器和 技能；技能； 掌握控制系統(tǒng)分析和綜合（設(shè)計）等專業(yè)知識和掌握控制系統(tǒng)分析和綜合（設(shè)計）等專業(yè)知識和方法；方法； 掌握系統(tǒng)仿真、科學(xué)計算、軟硬件開發(fā)等科學(xué)實掌握系統(tǒng)仿真、科學(xué)計算、軟硬件開發(fā)等科學(xué)實驗方法和技術(shù)；驗方法和技術(shù)；有哲學(xué)、方法論、經(jīng)濟學(xué)、歷史、法律、倫理、有哲學(xué)、方法論、經(jīng)濟學(xué)、歷史、法律、倫理、社會學(xué)、文學(xué)、藝術(shù)等人文社會科學(xué)方面以及軍社會學(xué)、文學(xué)、藝術(shù)等人文社會科學(xué)方面以及軍事方面的基本知識；事方面的基本知識

14、；20認知和技能方面認知和技能方面具有良好的資料收集、文獻檢索以及口頭表達和具有良好的資料收集、文獻檢索以及口頭表達和書面寫作等技巧和能力，并形成很強的自主學(xué)習(xí)書面寫作等技巧和能力，并形成很強的自主學(xué)習(xí)能力；能力；具有辨證的、邏輯的、形象的和創(chuàng)造的科學(xué)思維具有辨證的、邏輯的、形象的和創(chuàng)造的科學(xué)思維方式和對事物進行統(tǒng)計、分析、綜合、歸納的技方式和對事物進行統(tǒng)計、分析、綜合、歸納的技能，并形成較強的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問能，并形成較強的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力；題能力； 具有一定的適應(yīng)、協(xié)調(diào)、合作、組織和管理能力。具有一定的適應(yīng)、協(xié)調(diào)、合作、組織和管理能力。 21思想和情感方面思想和情

15、感方面l 政治品質(zhì)政治品質(zhì) 熱愛祖國、關(guān)心集體、尊敬師長、愛護同志和熱愛祖國、關(guān)心集體、尊敬師長、愛護同志和家人，關(guān)心國家大事、時事家人，關(guān)心國家大事、時事 政治，有較強的政治，有較強的法治、法規(guī)觀念法治、法規(guī)觀念; ;l 思想品質(zhì)思想品質(zhì) 樹立了積極向上的人生觀、正確的價值觀和辨樹立了積極向上的人生觀、正確的價值觀和辨證唯物主義世界觀；證唯物主義世界觀；l 道德品質(zhì)道德品質(zhì) 有良好的品德修養(yǎng)和文明的行為準(zhǔn)則，具有敬有良好的品德修養(yǎng)和文明的行為準(zhǔn)則，具有敬業(yè)精神和職業(yè)道德業(yè)精神和職業(yè)道德. .22意識和意志方面意識和意志方面l 實踐意識實踐意識 堅持一切從實際出發(fā)，不迷信書本、不迷信權(quán)威。堅持

16、一切從實際出發(fā)，不迷信書本、不迷信權(quán)威。l 質(zhì)量意識質(zhì)量意識 認認真真做好每一件事，在研制和開發(fā)的每一個環(huán)節(jié)都堅認認真真做好每一件事，在研制和開發(fā)的每一個環(huán)節(jié)都堅持質(zhì)量至上的思想。持質(zhì)量至上的思想。l 協(xié)作意識協(xié)作意識 現(xiàn)代科學(xué)研究和現(xiàn)代工程已經(jīng)很少是一個人可以獨立完成現(xiàn)代科學(xué)研究和現(xiàn)代工程已經(jīng)很少是一個人可以獨立完成的了，所以要能與同事協(xié)同工作、協(xié)調(diào)配合。不會和他人的了，所以要能與同事協(xié)同工作、協(xié)調(diào)配合。不會和他人協(xié)作的工程師，一定不會是一個合格的工程師。協(xié)作的工程師，一定不會是一個合格的工程師。l 創(chuàng)新與競爭意識創(chuàng)新與競爭意識 現(xiàn)代社會是充滿挑戰(zhàn)和競爭的社會，只有那些不斷追求新現(xiàn)代社會是充滿挑戰(zhàn)和競爭的社會，只有那些不斷追求新意境、新見解、敢于競爭的人才能把握機遇、走向成功。意境、新見解、敢于競爭的人才能把握機遇、走向成功。l 堅毅意志堅毅意志 人生路漫