自動(dòng)化的概念和發(fā)展簡(jiǎn)史培訓(xùn)課件

2自動(dòng)化的概念和發(fā)展簡(jiǎn)史1基本概念念自動(dòng)化，是指機(jī)器器或裝置置在無人人干預(yù)的的情況下下按規(guī)定定的程序序或指令令自動(dòng)地地進(jìn)行操操作或運(yùn)運(yùn)行。自動(dòng)控制制是關(guān)于于受控系系統(tǒng)的分分析、設(shè)設(shè)計(jì)和運(yùn)運(yùn)行的理理論和技技術(shù)。自動(dòng)化主主要研究究的是人人造系統(tǒng)統(tǒng)的控制制問題，，控制則則除了上上述研究究外，還還研究社社會(huì)、經(jīng)經(jīng)濟(jì)、生生物、環(huán)環(huán)境等非非人造系系統(tǒng)的控控制問題題。例如如生物控控制、經(jīng)經(jīng)濟(jì)控制制、社會(huì)會(huì)控制及及人口控控制等。。2我國古代代自動(dòng)裝裝置中國古代代能工巧巧匠發(fā)明明許多原原始的自自動(dòng)裝置置，以滿滿足生產(chǎn)產(chǎn)、生活活和作戰(zhàn)戰(zhàn)的需要要。其中中比較著著名有下下述的幾幾種：(1)指指南車(2)銅銅壺滴漏漏(3)浮浮子式閥閥門(4)飲飲酒速度度的自動(dòng)動(dòng)調(diào)節(jié)(5)計(jì)計(jì)里鼓車車(6)漏漏水轉(zhuǎn)渾渾天儀(7)候候風(fēng)地動(dòng)動(dòng)儀(8)水水運(yùn)儀象象臺(tái)3指南車指南車是是中國古古代用來來指示方方向的一一種具有有能自動(dòng)動(dòng)離合的的齒輪系系裝置的的車輛。。4指南車原原理齒輪系車身木人方向車輛轉(zhuǎn)彎5銅壺滴漏漏——中國古代代的自動(dòng)動(dòng)計(jì)時(shí)（（測(cè)量時(shí)時(shí)間）裝裝置，又又稱刻漏漏或漏刻刻。6飲酒速度度自動(dòng)調(diào)調(diào)節(jié)器

7計(jì)里鼓車車

8候風(fēng)地動(dòng)動(dòng)儀圖候風(fēng)地動(dòng)動(dòng)儀圖9自動(dòng)化技技術(shù)發(fā)展展簡(jiǎn)史自動(dòng)裝置置的出現(xiàn)現(xiàn)和應(yīng)用用（18世紀(jì)以以前）自動(dòng)化技技術(shù)形成成時(shí)期（（18世世紀(jì)末至至20世世紀(jì)30年代））局部自動(dòng)動(dòng)化時(shí)期期(20世紀(jì)紀(jì)40--50年年代)綜合自動(dòng)動(dòng)化時(shí)期期（20世紀(jì)50年代代末起至至今)10自動(dòng)裝置置的出現(xiàn)現(xiàn)和應(yīng)用用（18世紀(jì)以以前）“自動(dòng)控控制”作作為一種種技術(shù)掌掌握在發(fā)發(fā)明家的的手中中國和巴巴比倫出出現(xiàn)了自自動(dòng)計(jì)時(shí)時(shí)裝置——刻漏、、指南車車、、水運(yùn)運(yùn)儀象臺(tái)臺(tái)等。公公元1世世紀(jì)古埃埃及和希希臘的發(fā)發(fā)明家也也創(chuàng)造了了教堂廟廟門自動(dòng)動(dòng)開啟、、銅祭司司自動(dòng)灑灑圣水、、投幣式式圣水箱箱等自動(dòng)動(dòng)裝置。。中國天文文學(xué)家張張衡（公公元78-139）曾曾經(jīng)發(fā)明明了對(duì)天天體運(yùn)行行情況自自動(dòng)仿真真的漏水水轉(zhuǎn)渾天天儀和自自動(dòng)檢測(cè)測(cè)地震的的候風(fēng)地地動(dòng)儀。。公元1088年，中中國蘇頌頌等人把把渾儀（（天文觀觀測(cè)儀器器）、渾渾象（天天文表現(xiàn)現(xiàn)儀器））和自動(dòng)動(dòng)計(jì)時(shí)裝裝置結(jié)合合在一起起建成了了水運(yùn)儀儀象臺(tái)。。(1)古古代代自動(dòng)裝裝置11(2)近近代代自動(dòng)裝裝置法國物理理學(xué)家B.帕斯卡（（Pascal））在公元1642年發(fā)明明的加法法器荷蘭機(jī)械械師C.惠更斯（（Huygens）于公元1657年發(fā)明明鐘表英國機(jī)械械師E.李（Lee））在公元1745年發(fā)明明帶有風(fēng)風(fēng)向控制制的風(fēng)磨磨俄國機(jī)械械師И.И..波爾祖諾諾夫于公公元1765年年發(fā)明為為蒸汽鍋鍋爐水位位保持恒恒定用的的浮子式式閥門水水位調(diào)節(jié)節(jié)器。12自動(dòng)化技技術(shù)形成成時(shí)期（（18世世紀(jì)末至至20世世紀(jì)30年代））公元1788年年J.瓦特將離離心式調(diào)調(diào)速器與與蒸汽機(jī)機(jī)的閥門門連接起起來，構(gòu)構(gòu)成蒸汽汽機(jī)轉(zhuǎn)速速的閉環(huán)環(huán)自動(dòng)調(diào)調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)（圖2.16）13反饋和自自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)系統(tǒng)的的穩(wěn)定性性穩(wěn)定性是是自動(dòng)控控制中極極重要的的概念反饋（Feedback）是指將系系統(tǒng)的實(shí)實(shí)際輸出出和期望望輸出進(jìn)進(jìn)行比較較，形成成誤差，，從而為為確定下下一步的的控制行行為提供供依據(jù)。。人們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)蒸汽機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)會(huì)忽高忽忽低，即即系統(tǒng)會(huì)會(huì)發(fā)生振振蕩（不不穩(wěn)定））。這迫迫使一些些數(shù)學(xué)家家從理論論上來加加以研究究，創(chuàng)造造多種穩(wěn)穩(wěn)定判據(jù)據(jù)。14經(jīng)典控制制理論穩(wěn)定判據(jù)據(jù)加上公公元1922年年N.米諾爾斯斯基《關(guān)關(guān)于船舶舶自動(dòng)操操舵的穩(wěn)穩(wěn)定性》》和1934年年美國H.L..黑曾（Hazen）發(fā)表的《《關(guān)于伺伺服機(jī)構(gòu)構(gòu)理論》》的論文文標(biāo)志著著經(jīng)典控控制理論論的誕生生。進(jìn)入20世紀(jì)以以后，工工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)中廣泛泛應(yīng)用各各種自動(dòng)動(dòng)調(diào)節(jié)裝裝置，促促進(jìn)了對(duì)對(duì)調(diào)節(jié)系系統(tǒng)的分分析和綜綜合的研研究。15反饋控制制系統(tǒng)框框圖給定輸入入給定環(huán)節(jié)節(jié)控制器放大環(huán)節(jié)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)節(jié)被控對(duì)象象誤差反饋信號(hào)號(hào)輸出擾動(dòng)+_反饋環(huán)節(jié)節(jié)前向通道道反饋通道道16局部自動(dòng)動(dòng)化時(shí)期期(20世紀(jì)紀(jì)40--50年年代)經(jīng)典控制制理論的的形成和和發(fā)展局部自動(dòng)動(dòng)化的廣廣泛應(yīng)用用電子數(shù)字字計(jì)算機(jī)機(jī)的發(fā)明明17自動(dòng)防空空火力控控制系統(tǒng)統(tǒng)在第二次次世界大大戰(zhàn)期間間，為了了防空火火力控制制系統(tǒng)和和飛機(jī)自自動(dòng)導(dǎo)航航系統(tǒng)等等軍事技技術(shù)問題題，各國國科學(xué)家家設(shè)計(jì)出出各種精精密的自自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)裝置，，開創(chuàng)了了防空火火力系統(tǒng)統(tǒng)和控制制這一新新的科學(xué)學(xué)領(lǐng)域。。18經(jīng)典控制制理論的的形成和和發(fā)展代數(shù)穩(wěn)定定判據(jù)傳遞函數(shù)數(shù)根軌跡法法(W.埃文斯（（Evans）1948年)頻率法19局部自動(dòng)動(dòng)化的廣廣泛應(yīng)用用模擬計(jì)算算機(jī)氣動(dòng)單元元組合儀儀表智能化的的儀表和和控制器器20電子數(shù)字字計(jì)算機(jī)機(jī)電子管、、晶體管管、集成成電路和和大規(guī)模模集成電電路數(shù)字計(jì)算算機(jī)直接接控制生生產(chǎn)過程程數(shù)字計(jì)算算機(jī)是現(xiàn)現(xiàn)在自動(dòng)動(dòng)控制系系統(tǒng)的一一個(gè)重要要組成部部分21國產(chǎn)巨型型“銀河河Ⅱ”電電子數(shù)字字計(jì)算機(jī)機(jī)國產(chǎn)巨型型“銀河河Ⅲ”電電子數(shù)字字計(jì)算機(jī)機(jī)22綜合自動(dòng)動(dòng)化時(shí)期期（20世紀(jì)50年代代末起至至今）Л.龐特里亞亞金提出出極大值值原理R.貝爾曼創(chuàng)創(chuàng)立動(dòng)態(tài)態(tài)規(guī)劃R.卡爾曼提提出狀態(tài)態(tài)空間法法(可控性、、可觀性性、最優(yōu)優(yōu)狀態(tài)估估計(jì)等)現(xiàn)代控制制理論的的形成和和發(fā)展23現(xiàn)代控制制理論的的發(fā)展系統(tǒng)辯識(shí)識(shí)、建模與仿仿真自適應(yīng)控控制遙測(cè)、遙控和遙遙感大系統(tǒng)理理論模式識(shí)別別和人工工智能智能控制制24（1）系統(tǒng)辯辯識(shí)、建模與仿仿真系統(tǒng)辯識(shí)識(shí)是根據(jù)據(jù)系統(tǒng)輸輸入、輸輸出數(shù)據(jù)據(jù)為系統(tǒng)統(tǒng)建立數(shù)數(shù)學(xué)模型型的理論論和方法法。此外外建立數(shù)數(shù)學(xué)模型型還可以以采用解解析法和和實(shí)驗(yàn)方方法。通通常有必必要在仿仿真設(shè)備備上試驗(yàn)驗(yàn)系統(tǒng)，，包括建建立、修修改、復(fù)復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)的模型型，這稱稱為系統(tǒng)統(tǒng)仿真。。自適應(yīng)控控制能在在對(duì)象數(shù)數(shù)學(xué)模型型變動(dòng)和和系統(tǒng)外外界信息息不完備備的情況況下改變變反饋控控制器的的特性，，以保持持良好的的工作品品質(zhì)。(2)自自適應(yīng)應(yīng)控制(3)遙遙測(cè)、遙控和遙遙感遙測(cè)就是是對(duì)被測(cè)測(cè)對(duì)象的的某些參參數(shù)進(jìn)行行遠(yuǎn)距離離測(cè)量。。遙控就是是對(duì)被控控對(duì)象進(jìn)進(jìn)行遠(yuǎn)距距離控制制。遙感感就是利利用裝載載在飛機(jī)機(jī)或人造造衛(wèi)星等等運(yùn)載工工具上的的傳感器器，收集集由地面面目標(biāo)物物反射或或發(fā)射出出來的電電磁波，，再根據(jù)據(jù)這些數(shù)數(shù)據(jù)來獲獲得關(guān)于于目標(biāo)物物（如礦礦藏、森森林、作作物產(chǎn)量量等）的的信息。。25開始對(duì)出出現(xiàn)的大大系統(tǒng)如如大電力力系統(tǒng)、、化工聯(lián)聯(lián)合企業(yè)業(yè)、鋼鐵鐵聯(lián)合企企業(yè)及社社會(huì)經(jīng)濟(jì)濟(jì)大系統(tǒng)統(tǒng)等開始始進(jìn)行了了研究。。特別是是高速大大型計(jì)算算機(jī)的出出現(xiàn)為大大系統(tǒng)的的研究和和大量計(jì)計(jì)算提供供了前提提條件。。大系統(tǒng)理理論的重重要作用用在于對(duì)對(duì)大系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行調(diào)調(diào)度優(yōu)化化和控制制優(yōu)化，，通過分分解-協(xié)協(xié)調(diào)以較較短時(shí)間間計(jì)算出出優(yōu)化結(jié)結(jié)果。(5)模式識(shí)別別和人工工智能使用電子子數(shù)字計(jì)計(jì)算機(jī)直直接接受受和處理理各種自自然的模模式消息息，如語語言、文文字、圖圖象、景景物等。。人工智智能學(xué)者者已研制制出用于于醫(yī)療診診斷、地地質(zhì)勘探探、金融融決策、、軍事指指揮、大大規(guī)模集集成電路路設(shè)計(jì)等等各種專專家系統(tǒng)統(tǒng)；研制制出智能能機(jī)器人人，如有有視覺和和觸覺的的機(jī)器人人和能與與人對(duì)答答的機(jī)器器人等等等。(4)大系統(tǒng)理理論的誕誕生26(6)智能控制制的誕生生將人工智智能引入入到自動(dòng)動(dòng)控制系系統(tǒng)，形形成智能能控制系系統(tǒng)。這這是新一一代的自自動(dòng)控制制系統(tǒng)。。它的特特點(diǎn)是具具有智能能，能解解決一些些以往的的自動(dòng)控控制解決決得不好好或者不不能解決決的控制制問題。。它將人工工智能中中的專家家系統(tǒng)、、學(xué)習(xí)控控制、模模糊邏輯輯控制和和具有多多層感知知器的神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)等分別別與自動(dòng)動(dòng)控制和和系統(tǒng)工工程的一一些方法法相結(jié)合合，形成成一些新新的、具具有獨(dú)特特性能的的智能自自動(dòng)控制制系統(tǒng)，，如智能能機(jī)器人人。27智能和水水下機(jī)器器人28綜合自動(dòng)動(dòng)化20世紀(jì)紀(jì)50年年代末到