電氣工程與自動化專業(yè)概論課件

電氣工程與自動化專業(yè)概論電氣工程與自動化專業(yè)概論課程主要內容電氣工程與自動化大類專業(yè)的結構及其沿革

（包括:電氣工程及其自動化和自動化兩個專業(yè)）自動化專業(yè)概論一、自動化的概念二、自動化的研究內容三、自動化的作用四、自動化專業(yè)的特點五、控制和自動化技術發(fā)展簡史六、控制與自動化技術的應用范疇七、控制科學和自動化技術的展望結束2課程主要內容電氣工程與自動化大類專業(yè)的結構及其沿革自動化專業(yè)電氣工程與自動化專業(yè)的設置結構及其沿革1）電氣信息類（電類）專業(yè)設置電機電器及其控制*電力系統(tǒng)及其自動化*高電壓與絕緣技術電氣技術*工業(yè)自動化*（5個專業(yè)）電工類（強電）自動控制應用電子技術通信工程………計算機及應用（14個專業(yè)）電子與信息類（弱電）

電氣工程及其自動化（以強電為主的專業(yè)）

自動化

（強、弱電結合的專業(yè)）1993年本科專業(yè)目錄：

1998年本科基本專業(yè)目錄（電氣信息類）：電子信息工程通信工程電子科學與技術計算機科學與技術

（弱電專業(yè)）電氣工程與自動化（大類專業(yè)）

1998年本科引導性專業(yè)目錄：

信息工程3電氣工程與自動化專業(yè)的設置結構及其沿革1）電氣信息類（電類）1994年全國高校相關的專業(yè)設置情況（按93年專業(yè)目錄）電機電器及其控制20高電壓與絕緣技術6電力系統(tǒng)及其自動化37電氣技術55工業(yè)自動化157自動控制402）專業(yè)分布狀況

1999年以來全國高校相關的專業(yè)設置情況（按98年專業(yè)目錄）

1999年2001年2006年2008年電氣工程及其自動化109149196200多自動化182197372405電氣工程與自動化1414（按引導性專業(yè)目錄）（按基本專業(yè)目錄）41994年全國高校相關的專業(yè)設置情況（按93年專業(yè)目錄）2）3）研究生的對應學科專業(yè)電氣工程及其自動化自動化

一級學科

電氣工程

*☆控制科學與工程

*

二級學科電機與電器電力系統(tǒng)及其自動化電力電子與電力傳動

電工理論與新技術

高電壓與絕緣技術控制理論與控制工程模式識別與智能系統(tǒng)檢測技術與自動化裝置系統(tǒng)工程導航、制導與控制53）研究生的對應學科專業(yè)電氣工程及其自動化自動化一一、自動化的概念水溫的手動控制水溫的自動控制水溫的控制:什么是自動化？6一、自動化的概念水溫的手動控制水溫的自動控制水溫的控制:什

現(xiàn)代社會和現(xiàn)代生活離不開對一些物理量的控制，包括實現(xiàn)對這種控制的自動化。

例如：公共電網上的電壓是50赫茲、220伏的交流電。為此，在發(fā)電廠就要設法控制頻率、電壓這兩物理量為恒值，這要采用自動調頻和自動調壓裝置。

在工業(yè)生產中，如在化肥廠控制反應釜（塔）內溫度和壓力，使化學反應速度加快。在機械加工廠金屬切削機床上，經常是控制工件或刀具的轉速，使產品的質量、產量能提高。而各種現(xiàn)代火炮的俯仰角和方位角都是自動控制的。

現(xiàn)代生活中，空調器保持室內溫度、衛(wèi)生潔具水箱的水位保持為恒值。其它如冰箱、洗衣機無不進行一些物理量的控制，而洗衣機更把洗衣、漂洗和脫水等操作自動按程序進行。7現(xiàn)代社會和現(xiàn)代生活離不開對一些物理量的控制防空導彈制導控制系統(tǒng)1-目標跟蹤雷達2-導彈導引雷達3-計算機控制系統(tǒng)4-導彈發(fā)射架自動導彈測試與發(fā)射控制8防空導彈制導控制系統(tǒng)1-目標跟蹤雷達2-導彈導引雷達3-計算自動化包含了兩層基本意思：所謂“自動”的，即沒有人或很少人直接參與；自動化的概念

自動化作為一種行為和一種狀態(tài)，它是通過自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)的。雖然沒有或不需要人，但肯定應按人的要求去做。

自動化是指設備、過程或系統(tǒng)，在沒有人或較少人的參與下，按照人的要求，通過自動運行或自動控制，完成其承擔的任務。系統(tǒng)是由相互作用、相互聯(lián)系的若干個組成部分結合而成的具有特定功能的整體。自動控制系統(tǒng)則是指能夠實現(xiàn)“自動化”任務的設備，它是人造系統(tǒng)，而且是工程技術領域的人造系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)通常由控制部分和控制對象組成。9自動化包含了兩層基本意思：自動化的概念自動化作為一種行為和

開環(huán)控制和閉環(huán)控制是按信號的傳遞路徑來區(qū)分的兩種不同的控制形式。開環(huán)控制與閉環(huán)控制1.開環(huán)控制水箱液位開環(huán)控制10開環(huán)控制和閉環(huán)控制是按信號的傳遞路徑來區(qū)分的兩種不同的自動控制最基本的形式，將被控量測量出來，反饋至控制系統(tǒng)的輸入端與給定信號進行比較得出偏差信號，然后根據(jù)偏差對被控對象實施有效控制，達到消除或減少偏差的目的。2.閉環(huán)系統(tǒng)水箱液位閉環(huán)自動控制11自動控制最2.閉環(huán)系統(tǒng)水箱液位閉環(huán)自動控制11一個典型的自動控制系統(tǒng)由下列基本部分組成：

給定環(huán)節(jié)：

產生給定輸入信號的環(huán)節(jié)

測量環(huán)節(jié)：

隨時將被控制量檢測出來的裝置

比較環(huán)節(jié)：其功能是將給定的輸入信號（被控制量的希望值）與測量環(huán)節(jié)得到的被控制量實際值加以比較控制環(huán)節(jié)：它的功能是根據(jù)偏差信號，決策如何去操作被控對象，實現(xiàn)被控量達到所希望的目標

執(zhí)行環(huán)節(jié)：按控制環(huán)節(jié)的控制決策，具體實施對控制對象的操作

被控對象：控制系統(tǒng)所要控制的設備或過程12一個典型的自動控制系統(tǒng)由下列基本部分組成：給定環(huán)節(jié)：產生自動化基本設備

傳感器：信息獲取

信號轉換與傳輸網絡：信息傳輸

控制器：信息處理執(zhí)行器：信息應用13自動化基本設備傳感器：信息獲取信號轉換與傳輸網絡：信息傳二、自動化的研究內容有自動控制和信號處理兩個方面，包括理論、方法、應用硬件和軟件等。從應用觀點來看，研究內容有：過程工業(yè)自動化電力系統(tǒng)自動化機械制造自動化武器及軍事自動化智能建筑自動化智能交通系統(tǒng)辦公室自動化和家庭自動化人工智能與機器人控制等等。自動化指揮系統(tǒng)公路智能系統(tǒng)14二、自動化的研究內容有自動控制和信號處理兩個方自動化是一個國家或社會現(xiàn)代化水平的重要標志

。自動化的研究內容寬廣，并且越來越寬廣。自動化是一門名副其實的多學科交叉學科。其它學科向自動化擴展

機械工程及其自動化電氣工程及其自動化動力工程及其自動化

甚至：農業(yè)工程及其自動化交通運輸自動化15自動化是一個國家或社會現(xiàn)代化水平的重要標志。自動化的研究內三、自動化的作用1.自動化在工業(yè)化進程中的作用和地位

工業(yè)化的標志是“現(xiàn)代工業(yè)”在國民經濟中占主要地位?！艾F(xiàn)代工業(yè)”本身是一個發(fā)展的概念，世界范圍的工業(yè)化進程大致可分為順序發(fā)展的三個階段：機械化、電氣化、自動化自動化是新型工業(yè)化的最重要標志。16三、自動化的作用1.自動化在工業(yè)化進程中的作用和2.自動化在信息化進程中的作用和地位對工業(yè)，尤其是制造業(yè)來說，如僅從信息技術發(fā)展與應用的角度，到目前為止，“信息化”發(fā)展也可分為三個階段順序為：計算機化（或稱為數(shù)字化）、網絡化、系統(tǒng)化（或稱為集成化）172.自動化在信息化進程中的作用和地位對工業(yè)對工業(yè)，尤其是對制造業(yè)來說，信息化就是：在機械化、電氣化與開始實施自動化之后，在自動化的機電系統(tǒng)中進一步使用數(shù)字計算機——計算機化；再進一步聯(lián)網——網絡化；繼而引入系統(tǒng)與管理——系統(tǒng)化或集成化，從而構成計算機集成制造系統(tǒng)CIMS與計算機集成過程系統(tǒng)CIPS，成為更先進的自動化系統(tǒng)。18對工業(yè)，尤其是對制造業(yè)來說，信息化就是：在機械化發(fā)達工業(yè)化國的工業(yè)發(fā)展順序經歷了以下六個階段：機械化：在各種生產中大規(guī)模使用機器系統(tǒng)；電氣化：在機器系統(tǒng)中普遍使用電機與供電網絡；基礎自動化：在機電系統(tǒng)中進一步加入自動控制器；計算機化：在自動化機電系統(tǒng)中大規(guī)模使用計算機；網絡化：在自動化機電系統(tǒng)中大規(guī)模實現(xiàn)計算機聯(lián)網；先進自動化：綜合集成了系統(tǒng)觀念與管理理念。19發(fā)達工業(yè)化國的工業(yè)發(fā)展順序經歷了以下六個階段：機械化：在各種

“工業(yè)化”三階段與工業(yè)“信息化”三階段有相當明顯的一一對應關系：對于工業(yè)，“信息化”實質上就是“更先進的自動化”?！跋冗M自動化”是制造業(yè)“信息化”的最重要標志之一。20“工業(yè)化”三階段與工業(yè)“信息化”三階段有相當明顯機械化（應用機器系統(tǒng)）電氣化（加入電機、網絡）自動化（加入自動控制器）

工業(yè)化

社會總發(fā)展自動化與工業(yè)化、信息化、知識化的關系

數(shù)字化（應用數(shù)字計算機）網絡化（實現(xiàn)計算機網絡）先進自動化（系統(tǒng)、管理）信息化

智能化（引入智能）知識化（處理知識）知識化21機械化（應用機器系統(tǒng)）工業(yè)化社會總發(fā)（基礎）自動化（核心是控制）是工業(yè)化完成與否的標志

自動化技術是工業(yè)化的核心技術先進自動化（核心是信息、控制、系統(tǒng)）

是信息化完成與否的標志

先進自動化技術是信息化的核心技術自動化的重要性22自動化的重要性223.自動化的作用1）提高社會生產率和工作效率；2）節(jié)約能源和原材料消耗；3）保證產品質量；4）改善勞動條件，減輕體力和腦力勞動；5）改進生產工藝和管理體制；6）完成人無法完成的工作；

像機器人這樣的自動化設備、系統(tǒng)能在危險、惡劣的環(huán)境下替代人完成各種作業(yè)。7）擴展作用——管理、經濟、金融過程智能化。加速社會的產業(yè)結構的變革和社會信息化的進程。233.自動化的作用1）提高社會生產率和工作效率；2）節(jié)約能源國家863高科技發(fā)展計劃自動化是當代高科技的集中體現(xiàn)與應用。

智能機器人是當代高科技的結晶。

——宋鍵（原則：有所為，有所不為）分6個領域：自動化、能源、信息、新材料、生物與農業(yè)、資源環(huán)境（海洋）就有一個自動化領域分CIMS主題、機器人主題24國家863高科技發(fā)展計劃自動化是當代高科技的集中體現(xiàn)與應用。四、自動化專業(yè)的特點國家對該專業(yè)的定義是：培養(yǎng)出能夠從事運動控制、工業(yè)過程控制、電力電子技術應用、檢測與自動化儀表、計算機技術、信息處理等領域的系統(tǒng)分析、設計、研究、管理與決策的高級工程技術人才。自動化學科是一門多學科交叉的高技術學科。（1）學科特點（2）研究、應用特點研究的內容寬、廣，并且，伴隨其它技術發(fā)展，越來越廣?？刂茖W科具有鮮明的方法論的色彩。25四、自動化專業(yè)的特點國家對該專業(yè)的定義是：培養(yǎng)出能夠

自動化技術越來越和計算機、數(shù)據(jù)庫、網絡及通訊相結合（3C:ControlComputationCommunication）。（3）

學自動化的特點是一個符合學科專業(yè)結構調整方向的寬口徑的專業(yè)。特點：面向控制對象，強調系統(tǒng)組成，強弱電并重、軟硬件兼顧；強調從理論到實踐，其自然科學性與工程技術性并存，它的發(fā)展與國民經濟的發(fā)展息息相關。自動化專業(yè)寬基礎、寬專業(yè)面，需要學的知識多，并要求扎實。在工科的學生中，自動化專業(yè)學習的計算機內容僅次于計算機專業(yè)。自動化專業(yè)的學生適應面寬、就業(yè)面寬。26自動化技術越來越和計算機、數(shù)據(jù)庫、網絡及通訊相結合（3五、控制和自動化技術發(fā)展簡史自動裝置的出現(xiàn)和應用（18世紀以前）

自動化技術形成時期（18世紀末至20世紀30年代）

局部自動化時期（20世紀40-50年代）綜合自動化時期（20世紀50年代末起至今）27五、控制和自動化技術發(fā)展簡史自動裝置的出現(xiàn)和應用（18世紀以（1）自動裝置的出現(xiàn)和應用（18世紀以前）

中國和巴比倫出現(xiàn)了自動計時裝置—刻漏、指南車、水運儀象臺等。公元1世紀古埃及和希臘的發(fā)明家也創(chuàng)造了教堂廟門自動開啟、銅祭司自動灑圣水、投幣式圣水箱等自動裝置。

1）古代自動裝置

公元235年馬鈞研制出能自動指示方向的指南車28（1）自動裝置的出現(xiàn)和應用（18世紀以前）能自動離合的齒輪系車身木人方向車輛轉彎

指南車是一種馬拉的雙輪獨轅車，車箱上立一個伸臂的木人。車箱內裝有能自動離合的齒輪系。當車子轉彎偏離正南方向時車轅前端就順此方向移動，而后端則向反方向移動，并將傳動齒輪放落，使車輪的傳動帶動木人下的大齒輪向相反方向轉動，恰好抵消車子轉彎產生的影響。

29能自動離合的齒輪系車身木人方向車輛指南車是一

中國天文學家張衡（公元78-139）曾經發(fā)明了對天體運行情況自動仿真的漏水轉渾天儀和自動檢測地震的候風地動儀。候風地動儀30中國天文學家張衡（公元78-139）曾經發(fā)明了公元1088年，中國蘇頌等人把渾儀（天文觀測儀器）、渾象（天文表演儀器）和自動計時裝置結合在一起建成了水運儀象臺。

“自動控制”作為一種技術掌握在發(fā)明家的手中。水運儀象臺31公元1088年，中國蘇頌等人把渾儀（天文觀測儀器）、渾象（天17世紀以來，隨著生產的發(fā)展，在歐洲的一些國家相繼出現(xiàn)了多種自動裝置，其中比較典型的有：2）近代自動裝置法國物理學家B.帕斯卡（Pascal）在公元1642年發(fā)明的加法器；荷蘭機械師C.惠更斯（Huygens）于公元1657年發(fā)明鐘表；英國機械師E.李（Lee）在公元1745年發(fā)明帶有風向控制的風磨；俄國機械師И.И.波爾祖諾夫（Ползунов）于公元1765年發(fā)明為蒸汽鍋爐水位保持恒定用的浮子式閥門水位調節(jié)器。

3217世紀以來，隨著生產的發(fā)展，在歐洲的一些國（2）自動化技術形成時期（18世紀末至20世紀30年代）公元1788年J.瓦特將離心式調速器與蒸汽機的閥門連接起來，構成蒸汽機轉速的閉環(huán)自動調速系統(tǒng)。33（2）自動化技術形成時期（18世紀末至20世紀30年代）控制量負荷調節(jié)器(控制器)－誤差

＋被控對象輸出變量(被調量)輸入變量(給定規(guī)律)對象和調節(jié)器形成調節(jié)系統(tǒng)蒸汽源蒸汽機(對象)負荷離心式調速器(調節(jié)器)進汽閥轉速測量反饋控制（Feedback）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制行為提供依據(jù)。反饋調節(jié)（控制）系統(tǒng)前向通道反饋通道34控制量負荷調節(jié)器－誤差輸出變量輸入(給定規(guī)律)對象和1）自動調節(jié)的廣泛應用

公元1868年法國工程師J.法爾科（Farcot）發(fā)明反饋調節(jié)器，并把它與蒸汽閥連接起來，操作蒸汽船的舵，他稱之為伺服機構（Servo-mechanism）。20世紀20-30年代，美國開始采用PID模擬式調節(jié)器（比例-積分-微分調節(jié)器）?，F(xiàn)在還在許多工廠中采用。自動調節(jié)器和被控制對象（蒸汽機或船舵）組成自動調節(jié)系統(tǒng)（AutomaticRegulationSystem）。

由于第一次工業(yè)革命的需要，人們開始采用自動調節(jié)器（Regulator）或裝置，使一些物理量保持在給定值附近。351）自動調節(jié)的廣泛應用公元1868年法國工程2）自動調節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（Stability）問題當時人們發(fā)現(xiàn)蒸汽機轉速會忽高忽低，即系統(tǒng)會發(fā)生振蕩（不穩(wěn)定）。這迫使一些數(shù)學家從理論上來加以研究，創(chuàng)造多種穩(wěn)定判據(jù)。

在拉普拉斯（Laplace）變換的基礎上，引入傳遞函數(shù)（TransferFunction）的概念，成為分析自動調節(jié)系統(tǒng)的重要工具。穩(wěn)定判據(jù)加上公元1922年N.米諾爾斯基《關于船舶自動操舵的穩(wěn)定性》和1934年美國H.L.黑曾（Hazen）發(fā)表的《關于伺服機構理論》的論文標志著經典控制理論的誕生。

362）自動調節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（Stability）問題（3）局部自動化時期(20世紀40-50年代)

經典控制理論的形成和發(fā)展

局部自動化的廣泛應用

電子數(shù)字計算機在控制系統(tǒng)的應用

在第二次世界大戰(zhàn)期間，為了防空火力控制系統(tǒng)和飛機自動導航系統(tǒng)等軍事技術問題，各國科學家設計出各種精密的自動調節(jié)裝置，開創(chuàng)了防空火力系統(tǒng)和控制這一新的科學領域。37（3）局部自動化時期(20世紀40-50年代)經典自動防空火力控制系統(tǒng)38自動防空火力控制系統(tǒng)38在代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)和傳遞函數(shù)的基礎上加上W.埃文斯（Evans）1948年的根軌跡法（RootLocusMethod），奠定了適用于單變量控制問題的經典控制理論的基礎。隨著高速飛行、核反應堆、大電力網和大化工廠提出的新控制問題：非線性系統(tǒng)、時滯系統(tǒng)、脈沖及采樣控制系統(tǒng)、時變系統(tǒng)、分布參數(shù)系統(tǒng)和有隨機輸入的系統(tǒng)的控制問題等的深入研究，經典控制理論在20世紀50年代有新的發(fā)展。

1）經典控制理論的形成和發(fā)展依據(jù)頻率響應的頻率法（或稱頻域法，F(xiàn)requencyMethod）成為分析和設計線性單變量自動控制系統(tǒng)的主要方法。早期，反饋控制系統(tǒng)通稱為自動調節(jié)系統(tǒng)，后稱為自動控制系統(tǒng)（AutomaticControlSystem）。因此，調節(jié)器現(xiàn)也稱為控制器。39在代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)和傳遞函數(shù)的基礎上加上W.埃文斯（2）局部自動化的廣泛應用

二次大戰(zhàn)后，在工業(yè)上已廣泛應用PID調節(jié)器，并用電子模擬計算機（ElectronicAnalogComputer）來設計自動控制系統(tǒng)。當時在工業(yè)上實現(xiàn)局部自動化，即單個過程或單個機器的自動化。

在20世紀30-40年代出現(xiàn)了統(tǒng)一信號的、通用的、標準的氣動單元組合儀表。20世紀50年代研制出了電動單元組合儀表。這些為工業(yè)自動化提供了必不可少的技術工具，并使得構成和設計自動控制系統(tǒng)更簡便、更工程化了。402）局部自動化的廣泛應用二次大戰(zhàn)后，3）電子數(shù)字計算機在控制系統(tǒng)的應用目前小型電子數(shù)字計算機或單片計算機已成為復雜自動控制系統(tǒng)的一個組成部分，以實現(xiàn)復雜的控制和算法。

電子數(shù)字計算機內部元件和結構，經歷了電子管、晶體管、集成電路和大規(guī)模集成電路的四個發(fā)展階段。

電子數(shù)字計算機的發(fā)明，為60-70年代開始的在控制系統(tǒng)廣泛應用的程序控制、邏輯控制以及應用數(shù)字計算機直接控制生產過程，奠定了基礎。413）電子數(shù)字計算機在控制系統(tǒng)的應用目前小型（4）綜合自動化時期（20世紀50年代末至今）復雜工業(yè)、復雜工業(yè)過程和航天技術的自動控制問題，都是多變量控制系統(tǒng)的分析和綜合問題，迫切需要加以解決。現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展

1956年前蘇聯(lián)數(shù)學家Л.龐特里亞金提出極大值原理。同年美國數(shù)學家R.貝爾曼創(chuàng)立動態(tài)規(guī)劃。兩者為解決最優(yōu)控制問題提供了理論工具。1960年美國數(shù)學家R.卡爾曼提出能控性和能觀性兩個概念，揭示了系統(tǒng)的內在屬性。以上這些新概念和新方法標志著現(xiàn)代控制理論的誕生?？柭霠顟B(tài)空間法，提出具有二次型性能指標的線性狀態(tài)反饋控制律，為自動控制系統(tǒng)給出了最優(yōu)調節(jié)器的概念。42（4）綜合自動化時期（20世紀50年代末至今）現(xiàn)代控制理論的迅速發(fā)展，形成了多個重要分支：（1）系統(tǒng)辯識、建模與仿真經典控制理論是以傳遞函數(shù)為基礎，提供系統(tǒng)的輸入/輸出外部信息。主要研究單輸入、單輸出一類自動控制系統(tǒng)的分析和設計，并在工程上比較成功地解決了簡單控制系統(tǒng)的控制問題?，F(xiàn)代控制理論是建立在線性代數(shù)的數(shù)學基礎上，以狀態(tài)空間法（StateSpaceMethod)為基礎。不僅提供系統(tǒng)的外部信息，而且能提供系統(tǒng)的內部信息。對研究多輸入、多輸出、變參數(shù)、非線性、高精度、高性能等更廣泛、更復雜控制系統(tǒng)的分析和設計提供了有效的手段。（2）自適應控制（3）最優(yōu)控制（4）遙測、遙控和遙感

（5）綜合自動化（6）大系統(tǒng)理論（7）模式識別和人工智能（8）智能控制43現(xiàn)代控制理論的迅速發(fā)展，形成了多個重要分支：（1）系統(tǒng)辯識1）系統(tǒng)辯識、建模與仿真

(SystemIdentification、Modeling&Simulation)

系統(tǒng)辯識是以系統(tǒng)輸入、輸出數(shù)據(jù)為基礎，來建立系統(tǒng)數(shù)學模型的理論和方法。此外建立數(shù)學模型還可以采用解析法和實驗方法。在仿真設備上對系統(tǒng)的數(shù)學模型進行建立、修改和復現(xiàn)實驗，這就稱為系統(tǒng)仿真。

要精確地研究自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制的品質等重要問題，必須用微分方程、拉普拉斯變換等高等數(shù)學的工具，來描述每一個環(huán)節(jié)或元件以及它們組成的自動控制系統(tǒng)。這些微分方程（或拉普拉斯變換后組成的傳遞函數(shù)）被相應地稱為環(huán)節(jié)（元件）和系統(tǒng)的數(shù)學模型。441）系統(tǒng)辯識、建模與仿真

(SystemIdentific2）自適應控制（Self-adaptiveControl）

自適應控制能在對象數(shù)學模型變動和系統(tǒng)外界信息不完備的情況下，改變計算機控制的反饋控制器的特性，以保持良好的工作品質。自適應控制實質上是系統(tǒng)辨識與控制技術的結合，通常有自校正控制系統(tǒng)、模型參考自適應控制系統(tǒng)兩種類型。計算機

自適應控制框圖

校正作用被控對象反饋控制器自適應控制器

控制輸入

干擾

輸出452）自適應控制（Self-adaptiveContr⑴自校正控制系統(tǒng)

（Self-tuningRegulator）被控對象反饋控制器辨識器

參數(shù)

控制輸入

干擾

輸出自校正控制框圖計算機46⑴自校正控制系統(tǒng)（Self-tuningRegulato⑵模型參考自適應控制系統(tǒng)

47⑵模型參考自適應控制系統(tǒng)473）最優(yōu)控制（OptimalControl）軍事方面：飛行器同樣的飛行所消耗的燃料愈少愈好（最省燃料的飛行器飛行控制系統(tǒng)）。或者同樣的燃料，飛行的距離愈遠愈好。直升飛機上升：在有限的動力下，以最短的時間上升到一定的高度；工業(yè)方面：化學工業(yè)的過程控制中，選擇一個被控反應塔的溫度控制規(guī)律和相應的原料配比，使得化學反應過程的產量最多。工廠合理布局、物質合理調配，使運輸費用最省。安排生產計劃：在現(xiàn)有的人力、物力條件下，合理安排產品生產，使產量最高。設計產品，在滿足性能要求的前提下，使產品成本最低。潛艇的最速沉降問題。483）最優(yōu)控制（OptimalControl）軍事方面：飛

最優(yōu)控制器的設計主要應用龐特里亞金提出的極大值原理和貝爾曼創(chuàng)立的動態(tài)規(guī)劃。3）最優(yōu)控制（OptimalControl）這一類的自動控制系統(tǒng)中對于控制都有一定的技術指標，但與以往不同的是：通過設計控制作用要使這個技術指標達到極值（極大或極小）。

最優(yōu)控制是根據(jù)自動控制系統(tǒng)要實現(xiàn)控制要求的技術指標，通過設計控制作用從而使技術指標達到極值（極大或極?。?。商業(yè)方面：合理組織貨源，既滿足顧客的需求，又使企業(yè)的資金周轉最快，薄利多銷，使總利潤最高。農業(yè)方面：利用溫室生產蔬菜，合理控制溫度、濕度，使生產的周期最短，產量最高。49最優(yōu)控制器的設計主要應用龐特里亞金提出的極大值

遙測：

對被測對象的某些參數(shù)進行遠距離測量。4）遙測、遙控和遙感

（Telemetry、RemoteControl&RemoteSensing）遠距離控制(遙控)系統(tǒng)

遙控：

對被控對象進行遠距離控制。

遙感：

利用裝載在飛機或人造衛(wèi)星等運載工具上的傳感器，收集由地面目標物反射或發(fā)射出來的電磁波，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)來獲得關于目標物（如礦藏、森林、作物產量等）的信息。

全程遙控50遙測：對被測對象的某些參數(shù)進行遠距離測量。4）遙測、遙控5）綜合自動化（SyntheticAutomation）

20世紀50年代末到60年代初，出現(xiàn)計算機控制的化工廠；

無人加工車間

60年代末在制造工業(yè)中出現(xiàn)了許多自動生產線，工業(yè)生產開始由局部自動化向綜合（全局）自動化方向發(fā)展；70年代出現(xiàn)用專用機床組成的無人工廠；80年代初出現(xiàn)用柔性制造系統(tǒng)組成的無人工廠。515）綜合自動化（SyntheticAutomation）無人組裝車間52無人組裝車間52

60年末開始對出現(xiàn)的大系統(tǒng)如大電力系統(tǒng)、化工聯(lián)合企業(yè)、鋼鐵聯(lián)合企業(yè)及社會經濟大系統(tǒng)等開始進行了研究。

大系統(tǒng)理論的重要作用在于對大系統(tǒng)進行調度優(yōu)化和控制優(yōu)化，通過分解-協(xié)調以較短時間計算出優(yōu)化結果。6）大系統(tǒng)理論（Large-scaleSystem）大系統(tǒng)及其控制高速大型計算機的出現(xiàn)為大系統(tǒng)的研究和大量計算提供了前提條件。

系統(tǒng)工程及應用5360年末開始對出現(xiàn)的大系統(tǒng)如大電力系統(tǒng)、化工（一）大系統(tǒng)的概念給大系統(tǒng)下定義困難，具體界定也困難。認識一個大系統(tǒng)，只能從它所具有的特征出發(fā)。通常，一個大系統(tǒng)應該具有如下基本特征：（1）由一些子系統(tǒng)組成，規(guī)模龐大；（2）子系統(tǒng)間縱橫交錯，關系復雜；（3）整個系統(tǒng)目標多樣，功能綜合；（4）系統(tǒng)與環(huán)境有物質、能量、信息的交換，且往往數(shù)量較大；（5）具有非線性特性和繁殖、擴展能力；（6）往往是有人參與的系統(tǒng)，人為因素影響大。大系統(tǒng)及其控制54（一）大系統(tǒng)的概念通常，一個大系統(tǒng)應該具有如下基本特征：大系1.集中控制

大系統(tǒng)理論的主要控制方法：將大系統(tǒng)按多層結構或多級結構分解成子系統(tǒng)，采用分散控制的優(yōu)化控制方法。

“化大為小，化整為零”

能對全局作出優(yōu)化的控制方案，但控制系統(tǒng)反應遲鈍，應變能力差，可靠性差。

(二)大系統(tǒng)的控制551.集中控制大系統(tǒng)理論的主每個子系統(tǒng)的控制器需要處理的信息量少，處理速度快，增強了系統(tǒng)的應變能力，提高了系統(tǒng)局部控制效果；提高了系統(tǒng)可靠性。

每個子系統(tǒng)的控制器只能獲得系統(tǒng)的部分信息，而整個大系統(tǒng)缺乏總體控制和協(xié)調能力，很難保證全局的控制優(yōu)化。2.分散控制56每個子系統(tǒng)的控制器需要處理的信息量少，處理速度快，增

(1)分級遞階控制3.分解—協(xié)調57(1)分級遞階控制3.分解—協(xié)調57總目標、總任務總決策目標函數(shù)、約束條件、模型參數(shù)優(yōu)化控制決策控制輸出(2)分層58總目標、總任務總決策目標函數(shù)、約束條件、模型參數(shù)優(yōu)化控制決策按系統(tǒng)運行的時間順序進行分解。如生產流水線、導彈飛行控制等。(3)分段控制59按系統(tǒng)運行的時間順序進行分解。如生產流水線、導彈飛行(一)系統(tǒng)工程的概念系統(tǒng)工程是一門關于組織管理的技術。對被控過程實行有效的“控制”，其含義相當于將傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)廣義化。它包含了如下幾方面的意思：(1)它面對的是一個龐大而復雜的對象；(2)它要達到的目標是系統(tǒng)的綜合最優(yōu)；(3)它根據(jù)系統(tǒng)的目標，把自然科學、社會科學中的某些思想、理論、方法、策略和手段等有機地結合起來，應用于人們的科研、生產、經濟和社會活動；(4)它應用數(shù)學方法和電子計算機等工具，并有人的參與系統(tǒng)工程及其應用60(一)系統(tǒng)工程的概念它包含了如下幾方面的意思：系統(tǒng)工程及其要建造一個系統(tǒng)，通常要經過五個階段：系統(tǒng)規(guī)劃階段系統(tǒng)分析階段系統(tǒng)設計階段系統(tǒng)構建階段系統(tǒng)運行階段提出問題、定義系統(tǒng)、設定目標目標分析、收集信息、制定方案(二)系統(tǒng)建立和系統(tǒng)分析61要建造一個系統(tǒng)，通常要經過五個階段：系統(tǒng)規(guī)劃階段提出問工程系統(tǒng)工程：工程體系的設計、組織和管理軟件工程：對一個龐大計算機軟件的設計、開發(fā)、調試的組織和管理軍事系統(tǒng)工程：軍事領域行為的組織和管理社會系統(tǒng)工程：以社會活動為對象的系統(tǒng)工程環(huán)境系統(tǒng)工程：例如區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)、流域水污染治理系統(tǒng)交通系統(tǒng)工程：例如城市智能交通管理系統(tǒng)企業(yè)系統(tǒng)工程：企業(yè)的結構調整、新產品研發(fā)、市場預測、全面質量管理、成本核算、材料供應等企業(yè)管理系統(tǒng)

(三)系統(tǒng)工程的應用62工程系統(tǒng)工程：工程體系的設計、組織和管理軟件工程：對一個龐大

模式識別是使用計算機直接接受和處理各種自然的模式消息，如語言、文字、圖象、景物等。7）模式識別和人工智能

（ImageRecognition&ArtificialIntelligence）人工智能學者已研制出用于醫(yī)療診斷、地質勘探、金融決策、軍事指揮、大規(guī)模集成電路設計等各種專家系統(tǒng)；研制出智能機器人，如有視覺和觸覺的機器人和能與人對答的機器人等等。63模式識別是使用計算機直接接受和處理各種自然的

機器人戰(zhàn)勝國際象棋冠軍——2010年64機器人戰(zhàn)勝國際象棋冠軍——2010年64足球機器人——小型組65足球機器人——小型組656666足球機器人——中型組67足球機器人——中型組678）智能控制（IntelligentControl）將人工智能引入到自動控制系統(tǒng)，形成智能控制系統(tǒng)。這是新一代的自動控制系統(tǒng)。它的特點是具有智能，能解決一些以往的自動控制解決得不好或者不能解決的控制問題。它將人工智能中的專家系統(tǒng)、學習控制、模糊邏輯控制和具有多層感知器的神經網絡等分別與自動控制和系統(tǒng)工程的一些方法相結合，形成一些新的、具有獨特性能的智能自動控制系統(tǒng)，例如智能機器人。688）智能控制（IntelligentControl）

智能機器人

水下機器人69智能機器人水下機器人69機器手臂70機器手臂70汽車加油機器人71汽車加油機器人71工程機器人帶有壓力傳感器的機器手72工程機器人帶有壓力傳感器的機器手72壁面清洗機器人擦玻璃機器人73壁面清洗機器人擦玻璃機器人73飛機清洗機器人74飛機清洗機器人74家用清潔機器人75家用清潔機器人75高壓輸電線維修（遙操作）機器人76高壓輸電線維修76采松果機器人挖樹根機器人77采松果機器人挖樹根機器人77采摘機器人嫁接機器人78采摘機器人嫁接機器人78醫(yī)用機器人79醫(yī)用機器人79中國骨科機器人系統(tǒng)80中國骨科機器人系統(tǒng)80法國遠程醫(yī)療機器人81法國遠程醫(yī)療機器人81智能控制系統(tǒng)（IntelligentControlSystem）對于許多復雜的被控對象和它的外界環(huán)境，難以建立有效的數(shù)學模型和采用常規(guī)的經典或現(xiàn)代控制理論去進行定量計算和分析、設計。

智能控制的理論和技術：

專家控制系統(tǒng)

模糊控制系統(tǒng)

神經控制系統(tǒng)

學習控制系統(tǒng)

智能優(yōu)化算法

智能控制是一種應用擬人化的思維方式和決策方法實現(xiàn)對被控對象有效控制的技術。具有人工智能、控制論和運籌學等形成交叉學科的特點和定量與定性相結合的分析方法特點。82智能控制系統(tǒng)（IntelligentControlSysa）專家控制系統(tǒng)（ExpertControlSystem）專家系統(tǒng)是人工智能的重要內容，它主要是一個智能計算機程序系統(tǒng)，內部包含某個領域的專家水平的知識與經驗，并利用來處理該領域的問題。專家系統(tǒng)通常由知識庫和推理機兩部分組成。83a）專家控制系統(tǒng)（ExpertControlSystem專家控制器的結構

控制器根據(jù)反饋環(huán)節(jié)（傳感器）測量被控制量，判斷瞬時誤差的正負和大?。蝗缓笞R別調節(jié)過程的特征，如超調（在調節(jié)過程中的調節(jié)過頭）、振蕩次數(shù)（調節(jié)過程中的）和穩(wěn)態(tài)誤差等；再根據(jù)以往的控制知識和經驗決定：應該施加多大（增加還是減少）的控制器輸出至執(zhí)行機構。RY特征識別信息處理SKGIU專家控制器eU控制規(guī)則集推理機（IE）知識庫（KB）對象和執(zhí)行機構反饋環(huán)節(jié)RY+_84專家控制器的結構控制器根據(jù)反饋環(huán)節(jié)（傳感器b）模糊控制系統(tǒng)（FuzzyControlSystem）

系統(tǒng)根據(jù)知識和經驗在對被控量（輸出）的特征用語言信息進行識別；然后根據(jù)模糊控制規(guī)則進行復雜的推理和判斷，它們也是基于語言信息的；例如，爐溫作為一個語言變量,其溫度集T可為:T(溫度)={超高,很高,較高,中等,

較低,很低,過低}

這種模糊控制規(guī)則表達知識既方便又有效。這種語言表達的控制規(guī)則，用于控制就形成了模糊控制。85b）模糊控制系統(tǒng)（FuzzyControlSystem）c）神經控制系統(tǒng)（NeuralControlSystem）

人工神經元(ArtificialNeuron)由計算機模擬一個生物神經元；w11Wnny1y3xnx1輸入層輸出層隱層反向傳播x2y2………前饋多層網絡神經元模型f()∑-1

jx1x2xn…yjW

j1Wjny

j

(t)=f

(∑wji

x

i-

j)在人工神經元基礎上發(fā)展成人工神經網絡，經過訓練后可以起控制器的作用，稱為神經網絡控制器。86c）神經控制系統(tǒng)（NeuralControlSystem水輪發(fā)電機組++fG-

G+2

/S同步控制器速度調節(jié)器+-

NfN水輪發(fā)電機復雜控制系統(tǒng)

水輪發(fā)電機同步控制系統(tǒng)fN和фN為電網的頻率和相位；fG和фG為發(fā)電機的頻率和相位；水輪發(fā)電機的并網運行的理想條件為：發(fā)電機與電網間的電壓差Δu=0，頻率差Δf=0和相位差Δф=0。并網連接時間應盡可能短。該復雜控制系統(tǒng)能實現(xiàn)頻率跟蹤和相位跟蹤的復雜控制方案。轉換器裝置++NfKφ水輪發(fā)電機組++KfNφw1w3w2w4w5x1x2x3x5x4Z

(t)Zf

(t)u

(t)uf(t)++...u(t)轉換器水輪發(fā)電機雙神經元同步控制系統(tǒng)...利用兩個神經元Nφ和Nf實現(xiàn)水輪發(fā)電機雙神經元同步控制：

Kf〉0和Kφ〉0為神經元的比例系統(tǒng)；Zf(t)和Zφ(t)為控制的性能指標，即測量Δf和Δф；xi為神經元輸入，wi為xi的權系數(shù)（i=1,2,…,5）。經訓練神經元后，雙神經元同步控制系統(tǒng)具有良好的控制效果，可直接用于控制水輪發(fā)電機的并網運行。87水輪++fG-G+2/S同步速度+-NfN水輪發(fā)電機復d）學習控制（LearningControl）

學習控制是指在控制系統(tǒng)的進程中估計某些信息并據(jù)以改善控制的一種控制方法，以便逐步改進控制系統(tǒng)的性能。

學習系統(tǒng)是自適應系統(tǒng)的發(fā)展與延伸，它能夠按照運行進程中的“經驗”和“教訓”來不斷增長知識、改進算法，更廣泛地模擬人類的某些行為（如判斷、推理等）。輸出誤差輸入+_由智能決策單元(IntelligentDecisionUnit)來修正控制器參數(shù)IDU推理機規(guī)則庫學習機數(shù)據(jù)庫控制器工業(yè)過程88d）學習控制（LearningControl）e）智能優(yōu)化算法

（IntelligentOptimalAlgorithm）

遺傳算法（GeneticAlgorithm，GA）是模擬自然界生物進化過程中的“優(yōu)勝劣汰，適者生存”的生物進化機制，并模擬人類的優(yōu)生學原理。利用隨機信息交換思想，使生成的子代不斷向著優(yōu)化方向發(fā)展，直到滿足終止優(yōu)化條件。

基本步驟為：基因編碼、形成初始群體、計算適應度、執(zhí)行遺傳操作和終止操作。

基本思想是：從一組隨機生成的初始個體出發(fā)，經過對基因的選擇、交換、變異等操作，并根據(jù)適應度的大小進行個體的優(yōu)勝劣汰，提高新一代群體的質量，再經過多次反復選代，逐步逼近優(yōu)化問題的最優(yōu)解。89e）智能優(yōu)化算法

（IntelligentOptimal六、控制與自動化技術的應用范疇

控制與自動化是不斷發(fā)展的高、新科學技術，對人類生產、生活和科學研究有著非常重要的影響?？刂婆c自動化技術發(fā)展至今，可以說是已從“人類手腳的延伸”擴展到“人類大腦的延伸”?？刂婆c自動化技術時時在為人類“謀”福利，可謂無所不在、無處沒有。

從廣度來看，涉及第二產業(yè)——工業(yè)自動化

、第一產業(yè)——農業(yè)自動化

、第三產業(yè)——服務自動化（如辦公自動化、樓宇自動化、商務自動化、交通自動化等等）；涉及的系統(tǒng)可有人造系統(tǒng)（如機器系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)）和自然系統(tǒng)（如生命系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)）；涉及的過程有生產過程、管理過程、決策過程等等。90六、控制與自動化技術的應用范疇控制與自動化是自動化技術的主要應用范疇：機械制造自動化過程工業(yè)自動化電力系統(tǒng)自動化飛行器控制智能建筑智能交通系統(tǒng)生物控制生態(tài)與環(huán)境控制社會經濟控制大系統(tǒng)控制與系統(tǒng)工程91自動化技術的主要應用范疇：機械制造自動化過程工業(yè)自（一）機械制造自動化（1）數(shù)控技術和數(shù)控系統(tǒng)在產品加工中，對于多品種、加工批量小、零件形狀復雜、精度要求高的零件的加工，必須采用一種靈活、通用、高精度、高效率的自動化生產技術——數(shù)字控制（簡稱數(shù)控）技術。數(shù)控技術是一門以數(shù)字的形式實現(xiàn)控制的技術。計算機數(shù)控系統(tǒng)結構圖

92（一）機械制造自動化（1）數(shù)控技術和數(shù)控系統(tǒng)1952年

美國MIT研制出

第一臺數(shù)控機床

現(xiàn)代高速大型數(shù)控中心（沈陽第一機床廠）931952年

美國MIT研制出

第一臺數(shù)控機床現(xiàn)代高速大型數(shù)（2）柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem）

柔性制造系統(tǒng)（簡稱FMS）是在計算機直接數(shù)控(DNC)基礎上發(fā)展起來的一種高度自動化加工形式。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備，包括數(shù)控機床、材料和工具自動運輸設備、產品零件自動傳輸設備、自動檢測和試驗設備等，不僅能進行自動化生產，而且還能在—定范圍內完成不同工件的加工任務。中央管理和控制計算機物流控制裝置CNC機床機器人附屬工作站制造單元....自動輸送車附屬工作站CNC機床機器人自動化倉庫工廠主計算機夾具站信息傳輸網刀具庫94（2）柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturi1913年美國建成最早的汽車裝配流水線1926年美國建成第一條汽車自動生產線

現(xiàn)代自動化工廠生產線（國產）奇瑞、長安汽車沖壓生產線長春汽車焊接生產線951913年美國建成最早的汽車裝配流水線現(xiàn)代自動化工廠生產線（（3）計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)

（ComputerIntegratedManufacturingSystem）

計算機集成制造系統(tǒng)是在自動化技術、計算機技術及制造技術的基礎上，通過計算機及其軟件，將制造工廠全部生產活動（設計、制造及經營管理，包括市場調研、生產決策、生產計劃、生產管理、產品開發(fā)、產品設計、加工制造以及銷售經營等）與整個生產過程有關的物料流與信息流實現(xiàn)高度統(tǒng)一的綜合化管理，構成一個優(yōu)化的完整的生產系統(tǒng)。

經營決策管理系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng)組成框圖

柔性制造單元與系統(tǒng)計算機輔助設計與制造96（3）計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)

（Compu計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)是面向制造業(yè)的集成自動化系統(tǒng)。

特點：

(1)系統(tǒng)包括控制和管理兩個方面(2)系統(tǒng)采用分級遞階結構(3)系統(tǒng)的信息集成(4)系統(tǒng)的功能集成(5)人的介入和參與97計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)是面向制造業(yè)的集成自動化系統(tǒng)。（二）過程工業(yè)自動化

（ProcessIndustrialAutomation）在連續(xù)型工業(yè)中，主要對系統(tǒng)的溫度，壓力、流量、液位（料位）、成分和物性等六大參數(shù)進行控制的工業(yè)，稱為過程工業(yè)。

隨著微處理器和工業(yè)計算機技術的發(fā)展，基于計算機技術的過程控制系統(tǒng)目前被廣泛采用。近年來迅速發(fā)展起來的現(xiàn)場總線網絡控制系統(tǒng)(FCS)，更是控制技術和計算機技術高度結合的產物。

直接數(shù)字控制系統(tǒng)生產過程數(shù)字計算機A/D轉換D/A轉換操作臺動擾控制變量輸出變量……控制臺控制臺過程控制計算機控制單元控制單元多路采集器工程師/操作員控制臺其他系統(tǒng)分布式計算機控制系統(tǒng)可編程邏輯控制器數(shù)據(jù)通道98（二）過程工業(yè)自動化

（ProcessI（三）電力系統(tǒng)自動化

（ElectricPowerSystemAutomation）

經濟運營對于火力發(fā)電廠，不但要考慮每個電廠的煤耗量，更要考慮電廠的煤耗微增率（即增加單位負荷所需的煤耗量）。不同電廠在輸電過程中的不同線路損耗。電力系統(tǒng)形成復雜的聯(lián)網時，需要依靠自動化和計算機來實現(xiàn)最優(yōu)經濟運營。對于單個的火力發(fā)電系統(tǒng)，為了保障發(fā)電機的安全，需要采用自動裝置進行過電壓保護、過電流保護、接地保護、功率反向保護或差動保護。對汽溫、汽壓、真空度、水位、爐膛壓力、燃燒情況以及汽輪發(fā)電機的電流、電壓、軸承溫度等等參數(shù)需要進行檢測和監(jiān)控。由不同規(guī)模、不同性質的電力系統(tǒng)形成復雜的聯(lián)網已經成為電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。安全供電離不開自動化經濟運營需要自動化99（三）電力系統(tǒng)自動化

（ElectricP供電質量需要自動化供電質量主要指頻率質量和電壓質量。我國電力系統(tǒng)的頻率標準是50hz，頻率下降時，鼓風機出力減少，鍋爐給水泵打不上水，火力發(fā)電廠的鍋爐將不能運行；油泵不能供應軸承潤滑油，汽輪發(fā)電機的軸瓦將被燒壞。頻率變化對電子設備的影響更大。

頻率變化是電力系統(tǒng)內電力盈虧的標志。電力系統(tǒng)內發(fā)電出力多于用電量時，多余的電力轉化為加速電機轉速的動能，頻率將加快；發(fā)電不足時，發(fā)電機付出動能來滿足用電的需要，頻率將下降。所以，電力系統(tǒng)運行中，需要自動調頻裝置來保持電力的正常盈虧平衡，根據(jù)實際情況及時自動調節(jié)電力系統(tǒng)的出力或限制負荷。

電壓質量直接影響到用戶的用電質量。電壓過高會損害用電電器，或響應其壽命；電壓過低則電燈不亮、熒光燈不能啟動、燒壞電動機等。100供電質量需要自動化供電質量主要指頻率質量和從一次停電事故看電力系統(tǒng)自動化1965年11月9日下午5點16分11秒，紐約一條線路的后備保護誤動作把線路開關跳開，負荷轉加給了其他四條線路，使它們先后在2.72秒內斷開。

可見，先進、可靠的電力自動化系統(tǒng)是多么重要和必要！于是貝克水電站的發(fā)電機由于失去負荷而加速，頻率上升，電力向紐約州強送，使紐約州涌進了大量電力，在大約1.5秒內，這些線路的過負載保護先后動作而斷開，造成紐約市缺電大約130萬kw。從而又使附近紐澤西州的電力向紐約市涌進了100萬kw，以至電壓和頻率不能平衡。幾分鐘內，該區(qū)內頻率下降，電廠的風機和水泵出力降低，甚至停轉，發(fā)電機只得相繼斷開。由于潤滑泵停運，區(qū)內三臺大機組因軸承損壞而停運，最終導致全市停電。高樓電梯、地鐵、交通信號燈以至路燈等都不工作，全市大亂。斷電時間長達13.5小時。

101從一次停電事故看電力系統(tǒng)自動化1965年11月9（四）飛行器控制（FlyerControl）

現(xiàn)代飛行器有很多種類，例如有飛機、導彈、人造衛(wèi)星、直升機、運載火箭、宇宙飛船、航天飛機等。飛行器控制系統(tǒng)飛行控制系統(tǒng)測試發(fā)射控制系統(tǒng)導航系統(tǒng)制導系統(tǒng)姿態(tài)控制系統(tǒng)電子綜合系統(tǒng)測試系統(tǒng)發(fā)射控制系統(tǒng)監(jiān)視控制系統(tǒng)飛行器控制系統(tǒng)的構成

102（四）飛行器控制（FlyerControl）導航系統(tǒng)

飛行器是六自由度運動體，包含角運動和線運動，一般分別稱為繞質心運動和質心運動。繞質心運動參數(shù)(如姿態(tài)角度、角速度)的測量主要利用慣性器件，質心運動參數(shù)(如位置、速度、加速度)的測量有慣性測量方法和依靠外界參照信息的無線電測量、光學測量方法。

導航是指利用敏感器件測量飛行器的運動參數(shù)，并將測量的信息直接或經過變換、計算來表征飛行器在某種坐標系的角度、速度和位置等狀態(tài)量。導航系統(tǒng)是由測量、傳遞、變換、計算幾個環(huán)節(jié)組成并給出飛行器初始狀態(tài)和飛行運動參數(shù)的系統(tǒng)。103導航系統(tǒng)飛行器是六自由度運動體，包含角運動和線制導系統(tǒng)制導系統(tǒng)的主要功能是利用導航系統(tǒng)提供的飛行器運動參數(shù)，對質心運動進行控制，使飛行器從某一飛行狀態(tài)達到期望的終端條件，保證飛行器以足夠的精度命中目標。

導彈與控制追蹤法示意圖比例導引法示意圖三點法示意圖104制導系統(tǒng)制導系統(tǒng)的主要功能是利用導航系統(tǒng)提供的飛行（五）智能建筑（IntelligentBuilding）

智能建筑通過綜合布線系統(tǒng)與各種信息終端來“感知”建筑物內各個空間的信息，經過計算機處理作出相應對策，使建筑物具有某種“智能”?？梢詫Υ髽堑墓?、供水、空調、電氣、電梯、照明、音樂、防火、防盜、電話、傳真、閉路電視(或衛(wèi)星電視)、計算機通信、購物、保健等設施實現(xiàn)按需控制，對建筑物的關鍵部位或特殊部位進行監(jiān)控并提供與互聯(lián)網的有效連接。綜合布線系統(tǒng)辦公自動化系統(tǒng)(OA)樓宇自動化系統(tǒng)(BA)通信自動化系統(tǒng)(CA)日常事物處理中上層管理決策設備監(jiān)控系統(tǒng)火警消防系統(tǒng)公共安全系統(tǒng)電信網絡電視網絡計算機網絡3A智能建筑的構成105（五）智能建筑（IntelligentBuilding）樓宇自動化系統(tǒng)對大樓供電、照明、報警、消防、電梯、空調等設備監(jiān)控和管理，對設備運行參數(shù)進行實時控制與監(jiān)視、或節(jié)能控制、非正常運行狀態(tài)報警。并通過與辦公自動化及通信自動化系統(tǒng)的綜合設計，支持面向用戶的服務功能，提高大樓的舒適性、安全性、節(jié)能性，降低費用，實現(xiàn)高度的集成化管理。傳統(tǒng)的樓宇自動化系統(tǒng)采用集中監(jiān)視、集中控制的方式。集中式樓宇自動化系統(tǒng)的結構106樓宇自動化系統(tǒng)對大樓供電、照明、報警、消防、電由于并行的分布式計算機網絡技術以及集散型監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，分布式樓宇自動化系統(tǒng)成為目前樓宇自動化系統(tǒng)廣為采用的一種結構。系統(tǒng)各現(xiàn)場控制器通過通信的方式與監(jiān)控管理計算機連接在一起，各控制器獨立地完成系統(tǒng)分配給自己的任務，如數(shù)據(jù)采集、計算、處理、檢測、控制等。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫大樓主干通信網樓宇控制局域網監(jiān)控中心操作站……操作站控制器……監(jiān)控管理計算機系統(tǒng)控制器分布式樓宇自動化系統(tǒng)107由于并行的分布式計算機網絡技術以及集散型監(jiān)控通信自動化系統(tǒng)

通信自動化系統(tǒng)是大廈智能化的“中樞神經”。它由各種通信設備、通信線路以及相關計算機軟件組成。它主要包括傳送話音、數(shù)據(jù)和圖像的基本通信網絡；實現(xiàn)樓層間(內)各種終端、微機、工作站之間通信的樓層局域網；溝通樓群或樓內計算機與樓內各個局域網間通信聯(lián)系的樓群或樓內高速主干網以及與公共信息資源(如Internet)相通的遠程數(shù)據(jù)通信網。智能建筑的通信網絡結構108通信自動化系統(tǒng)通信自動化系統(tǒng)是大廈智能化的“中樞神辦公自動化系統(tǒng)

辦公自動化系統(tǒng)具有文字處理、資料管理、行政管理、圖像或圖形處理、聲音處理、網絡通信等多種功能，可以對智能大廈內的數(shù)據(jù)網絡控制中心提供動態(tài)信息資源分配、故障診斷及恢復、信息處理及網絡性能等進行監(jiān)控。綜合布線系統(tǒng)建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)主要是針對計算機和通信設備的布線系統(tǒng)而設計的，它能滿足各類計算機和通信設備傳輸信號的不同要求。智能大樓布線系統(tǒng)是一種靈活性很高的建筑布線網絡，能連接話音、圖像和數(shù)據(jù)以及各種用于樓宇控制與管理的裝置。智能大樓布線系統(tǒng)是一種工程化的、專門設計的完整系統(tǒng)。

109辦公自動化系統(tǒng)辦公自動化系統(tǒng)具有文字處理、資（六）智能交通系統(tǒng)

（IntelligentTransportationSystem）

智能交通系統(tǒng)可以廣泛應用于包括高速公路、城市道路、橋梁等設施的龐大的運輸網絡，也可應用于數(shù)量日益增多的各種車輛。

智能交通系統(tǒng)的主要內容：

1.出行與運輸管理系統(tǒng)

2.出行需求管理系統(tǒng)

3.公共交通運營系統(tǒng)

4.商用車輛運營系統(tǒng)

5.電子收費系統(tǒng)

6.應急管理系統(tǒng)

7.先進的車輛控制和安全系統(tǒng)

110（六）智能交通系統(tǒng)

（Intelligent

生物控制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)、神經控制系統(tǒng)、內分泌控制系統(tǒng)和肌肉起動控制系統(tǒng)等）、遺傳及其控制、神經控制、生物行為控制、仿生學等等。（七）生物控制（BiologicalControl）

機器蛇機器魚（仿生）機器魚111生物控制具體研究方向有生物控制系統(tǒng)（血壓控制系統(tǒng)（八）生態(tài)與環(huán)境控制（Ecological&EnvironmentControl）

生態(tài)控制的基本任務之一是用系統(tǒng)和信息觀點和方法分析、設計、規(guī)劃和控制人工生態(tài)系統(tǒng)、資源的合理利用和再循環(huán)、環(huán)境的綜合治理和優(yōu)化以及在新的生態(tài)平衡格局下人類怎樣適應和協(xié)調。

環(huán)境控制將環(huán)境當作受控的開放系統(tǒng)，研究、實施有效的控制行為，使人們的生存環(huán)境質量維持在一個良好的水平。環(huán)境控制中的控制行為主要有三個方面：局部污染處理、綜合環(huán)境治理和環(huán)境系統(tǒng)管理。

112（八）生態(tài)與環(huán)境控制生態(tài)控制的基本任務之一是（九）社會經濟控制(1)將社會經濟系統(tǒng)（SocioeconomicSystem）看成是一個具有反饋調節(jié)，特別是信息反饋的控制系統(tǒng)；（2）

對社會經濟系統(tǒng)進行定量的描述與處理，以求達到最優(yōu)控制，作出有效、合理的經濟決策;(3)社會經濟控制的主要任務是：給出最優(yōu)的經濟決策，通過最優(yōu)的經濟管理，實現(xiàn)預期的經濟指標。

113（九）社會經濟控制(1)將社會經濟系統(tǒng)（Socioec

大系統(tǒng)理論主要研究：規(guī)模宏大、結構復雜的系統(tǒng)結構、模型簡化、控制方案、系統(tǒng)穩(wěn)定性以及最優(yōu)化等。

系統(tǒng)工程是以系統(tǒng)(特別是大系統(tǒng))為研究對象的一門跨學科的邊緣科學。是應用現(xiàn)代數(shù)學和電子計算機等工具，對系統(tǒng)的構成要素、組織結構、信息交換和自動控制等進行分析、研究，從而達到最優(yōu)設計、最優(yōu)控制和最優(yōu)管理的目標，是為更加合理地研制和運用大系統(tǒng)而采取的各種組織管理技術的總稱（如長江三峽施工組織管理系統(tǒng)）。涉及工程、社會、經濟、政治、軍事、文化、教育等領域。（十）大系統(tǒng)控制與系統(tǒng)工程114大系統(tǒng)理論主要研究：規(guī)模宏大、結構復雜的系統(tǒng)結構七、控制科學與自動化技術的展望控制科學的發(fā)展

國家基礎研究——認知科學的研究國家自然科學重點——復雜控制系統(tǒng)理論數(shù)學工具的突破人（生物）大腦研究的突破寄希望于自動化技術的發(fā)展依托計算機發(fā)展生物工程發(fā)展納米技術發(fā)展重點：系統(tǒng)、集成技術115七、控制科學與自動化技術的展望控制科學的發(fā)展（一）計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）在制造業(yè)中利用計算機不僅實現(xiàn)單元生產柔性自動化，并把制造過程（產品設計、生產計劃與控制、生產過程等等）集成為一個統(tǒng)一系統(tǒng)，同時企圖對整個系統(tǒng)的運行加以優(yōu)化。計算機集成制造系統(tǒng)所涉及的自動化技術：數(shù)控技術、計算機輔助設計（CAD）與計算機輔助制造（CAM）等、立體倉庫與自動化物料運輸系統(tǒng)、自動化裝配與工業(yè)機器人、計算機輔助生產計劃制定、計算機輔助生產作業(yè)調度、質量監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)、辦公自動化與經營輔助決策。116（一）計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）在制造業(yè)中（二）機器人應用于生產和社會生活的各方面

機器人涉及的自動化技術

（1）變結構控制與學習控制（2）機器視覺與機器智能（3）智能控制與信息融合

機器人主要分為兩大類：用于制造環(huán)境下的工業(yè)機器人（如焊接、裝配、噴涂、搬運等機器人）;用于非制造環(huán)境下的特種機器人（如水下機器人、農業(yè)機器人、微操作機器人、醫(yī)療機器人、軍用機器人、娛樂機器人等）。117（二）機器人應用于生產和社會生活的各方面機器人涉及1954年第一臺工業(yè)機器人國產100公斤點焊機器人1181954年第一臺工業(yè)機器人國產100公斤點焊機器人118

智能移動機器人是機器人研究領域中的一個重要分支。機器人也正在向個人機器人的方向發(fā)展。特種機器人在海洋與農業(yè)、服務與醫(yī)療、生物與基因工程、航空與航天等領域的應用顯示出強大的生命力，如安全微創(chuàng)的腦外科輔助定位機器人、雕刻機器人、導游機器人等都進入實用化階段。機器人正在清洗瓷磚壁面醫(yī)療輔助機器人119智能移動機器人是機器人研究領域中的一個重要微形機器人120微形機器人120

微型（幾毫米）機器人121微型（幾毫米）機器人121122122軍用機器人軍用機器人反恐機器人123軍用機器人軍用機器人反恐機器人123機器人能否干活？124機器人能否干活？124機器人干活！操作機器人125機器人干活！操作機器人125人形機器人——真正像“人”!126人形機器人——真正像“人”!126Pino人形機器人人形機器人127Pino人形機器人人形機器人127邁向二十世紀的

中國機器人我國把智能機器人列為高技術發(fā)展計劃，主要是圍繞特種機器人進行攻關。完成1000m水下無纜自主機器人的研制，并完成了無人駕駛振動式壓路機