自动化前沿技术

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1、自动化前沿技术1、自动化技术的概述(1)自动化技术诞生(2)自动化技术发展(3)自动化技术原理2、自动化前沿技术(1)自动化技术的江湖门派(2)自动化技术的十八般武艺3、自动化技术的应用工业、军事、日常生活自动动化的诞诞生人类类自开始进进行劳动劳动 以来，就一直梦想着制造出能够够无 需人的参与就可以自己完成任务务的劳动劳动 工具。从刀耕火种的年代起，人们们就梦想着省时时省力地生产产出更 多的东东西，来满满足人们们生活的需要。人们们在几千年的生产过产过 程中，发发明了很多节节省力气的工具，如在河流上建造的水车车 。可以通过过水的冲击带动轮击带动轮 子转动转动 ，实现实现 灌溉溉、淘米等工作 。

2、工业业革命的到来(1788年)，为为自动动化的发发展带带来了巨 大的动动力。此后的一百多年中，人们一直在探索，特别是， 经过经过 从1934年到1947年的十几年研究(二战期间),最终终提出了 自动动化的理论论基础础著作控制论论。标标志着自动动化技术术的正 式诞诞生。从诞诞生到现现在，自动动化技术术在各个领领域大显显身手，飞飞 机导导航、交通运输输、导弹导弹 控制中到处处都是自动动化技术术的应应用 。 自动动化在炮火中发发展自动动化技术术从产产生到现现在，它的发发展始终终没有离开武器装 备备的需要。在第二次世界大战战中，同盟国军队军队 的主要作战战武器是火炮 。当时时的火炮威力大、射程远远，但

3、是命中精度比较较差。如果没 有二战这战这 个巨大的实验场实验场 ，自动动化技术术也不会有如此大的发发展 。可以这样说这样说 “军军事装备备是自动动化之父，二战战是自动动化诞诞生的 产产房”。如果说军说军 事设备设备 是自动动化之父，那么工业业生产产就是自动动化 之母。自动动化生产产是人们们梦寐以求的事情。福特发发明的汽车车生产线产线 是最成功的早期生产线产线 ，1913年福 特创创建了由专专用机床组组成的“运动动中的组组装线线”在这这种生产线产线 上 ，要组组装的部件由传传送带带运到一个个工人面前，每一个工人只 完成一种操作。自动动化技术为术为 生产产力的发发展起了巨大作用，实现实现 了人们摆

4、们摆 脱繁重的劳动劳动 的愿望。同时时自动动化技术术也在应应用中得到不断发发 展和完善。 自动动化原理下面我们们以一个简单简单 的例子，来说明自动化的原理。自动动化设备设备 和机器的关键键就在于反馈馈的存在，正是有了他的 存在，才使自动动化成为为可能。反馈馈就是自动动化的奥妙所在。 所以自动控自原理也叫反馈控制原理。 一个自动动化系统统无论结论结 构多么复杂杂都是由下面几部分组组成： 第一，检测检测 比较较装置。 第二，控制器。 第三，执执行机构。 第四，控制量。控制器系统统的大脑脑传传感器系统统的耳目执执行器系统统的手脚受控对对象温柔的羔羊稳稳定性不可或缺鲁鲁棒性健康的系统统极点控制系统统的

5、精灵自动化的前沿技术模糊控制其实实我很清楚 最优优控制-“没有更好只有最好” 自适应应控制以变变制变变 鲁鲁棒控制以静制动动 线线性控制理论纵论纵 横 非线线性控制理论论的发发展 PID控制简简而优优秀 预测预测 控制未卜先知 故障诊诊断神医妙手 人工智能智慧之巅巅 专专家系统统身边边的专专家 推理控制经验经验 的作用 集散控制系统统（DCS） 模糊控制模糊控制是以模糊集合理论为论为 基础础的一种新兴兴的控制手段，它 是模糊系统统理论论和模糊技术术与自动动控制技术术相结结合的产产物。自从 这门这门 科学诞诞生以来，它产产生了许许多探索性甚至是突破性的研究与 应应用成果，同时时，这这一方法也逐步

6、成为为了人们们思考问题问题 的重要方 法论论。1965年美国的控制论专论专 家L. A. Zadeh教授创创立了模糊集合论论， 从而为为描述，研究和处处理模糊性现现象提供了一种新的工具。一种利 用模糊集合的理论论来建立系统统模型，设计设计 控制器的新型方法模 糊控制也随之问问世了。模糊控制的核心就是利用模糊集合理论论，把 人的控制策略的自然语语言转转化为计为计 算机能够够接受的算法语语言所描 述的控制算法，这这种方法不仅仅能实现实现 控制，而且能模拟拟人的思维维 方式对对一些无法构造数学模型的被控对对象进进行有效的控制。模糊控制作为为智能领领域中最具有实际实际 意义义的一种控制方法，已 经经在

7、工业业控制领领域，家用电电器自动动化领领域和其他很多行业业中解决 了传统传统 控制方法无法或者是难难以解决的问题问题 ，取得了令人瞩目的成 效。最优优控制最优优控制问题问题 研究的主要内容是：怎样选择样选择 控制规规律才能使控 制系统统的性能和品质质在某种意义义下为为最优优，求解最优优控制问题问题 的方 法，目前主要的就是上述的两种方法，另外可能还还会用到一些数值值 解法。用这这些方法已经经成功的解决了许许多动态动态 控制问题问题 ，如最小时时 间间控制，最少燃料控制和最佳调节调节 器等。最优优控制已经经在航天，航 海，导弹导弹 ，电电力系统统，控制装置，生产设备产设备 和生产过产过 程中得到

8、了 比较较成功的应应用，而且在经济经济 系统统和社会系统统中也得到了广泛的应应 用。最优优控制问题问题 有四个关键键点：（1）受控对对象为动态为动态 系统统。（2 ）初始与终终端条件（时间时间 和状态态）。（3）性能指标标。（4）容许许控 制。而最优优控制问题问题 的实质实质 就是要找出容许许的控制作用或控制规规律 ，使动态动态 系统统（受控对对象）从初始状态转态转 移到某种要求的终终端状态态 ，并且保证证某种要求的性能指标标达到最小值值或者是最大值值。时时至今日，最优优控制理论论的研究，无论论在深度或是广度上，都 有了较较大的进进展。然而，随着人们对们对 客观观世界认识认识 的不断深化，又

9、提出了一系列有待解决的新问题问题 。可以毫不夸张张地说说，最优优控制理 论论依旧是极其活跃跃的科学领领域之一。自适应应控制在日常生活中，所谓谓自适应应是指生物能改变变自己的习习性以适 应应新的环环境的一种特征。因此，直观观地讲讲，自适应应控制器应应当是 这样这样 一种控制器，它能修正自己的特性以适应对应对 象和扰动扰动 的动态动态 特性的变变化。自适应应控制的研究对对象是具有一定程度不确定性的系统统，这这 里所谓谓的“不确定性”是指描述被控对对象及其环环境的数学模型不是完 全确定的，其中包含一些未知因素和随机因素。任何一个实际实际 系统统都具有不同程度的不确定性，这这些不确定 性有时时表现现在

10、系统统内部，有时时表现现在系统统的外部。从系统统内部来 讲讲，描述被控对对象的数学模型的结结构和参数，设计设计 者事先并不一 定能准确知道。作为为外部环环境对对系统统的影响，可以等效地用许许多 扰动扰动 来表示。这这些扰动扰动 通常是不可预测预测 的。此外，还还有一些测测量 时产时产 生的不确定因素进进入系统统。面对这对这 些客观观存在的各式各样样的 不确定性，如何设计设计 适当的控制作用，使得某一指定的性能指标标达 到并保持最优优或者近似最优优，这这就是自适应应控制所要研究解决的 问题问题 。鲁鲁棒控制鲁鲁棒控制（Robust Control）方面的研究始于20世纪纪50年代 。在过过去的5

11、0年中，鲁鲁棒控制一直是国际际自控界的研究热热点。所 谓谓“鲁鲁棒性”，是指控制系统统在一定（结结构，大小）的参数摄动摄动 下，维维持某些性能的特性。根据对对性能的不同定义义，可分为稳为稳 定鲁鲁棒性和性能鲁鲁棒性。以闭环闭环 系统统的鲁鲁棒性作为为目标设计标设计 得 到的固定控制器称为鲁为鲁 棒控制器。鲁鲁棒控制方法，是对时间对时间 域或频频率域来说说，一般要假设过设过 程动态动态 特性的信息和它的变变化范围围。一些算法不需要精确的过过 程模型，但需要一些离线线辨识识。一般鲁鲁棒控制系统统的设计设计 是以一些最差的情况为为基础础，因 此一般系统统并不工作在最优优状态态。常用的设计设计 方法有

12、：INA方法 ，同时时 镇镇定，完整性控制器设计设计 ，鲁鲁棒控制， 鲁鲁棒PID控制以 及鲁鲁棒极点配置，鲁鲁棒观测观测 器等。鲁鲁棒控制方法适用于稳稳定性和可靠性作为为首要目标标的应应用 ，同时过时过 程的动态动态 特性已知且不确定因素的变变化范围围可以预预估 。飞飞机和空间飞间飞 行器的控制是这类这类 系统统的例子。线线性控制理论论线线性控制理论论是系统统与控制理论论中最为为成熟和最为为基础础的一个 组组成分支，是现现代控制理论论的基石。系统统与控制理论论的其他分支， 都不同程度地受到线线性控制理论论的概念、方法和结结果的影响和推动动 。严严格地说说，一切实际实际 的系统统都是非线线性的

13、，真正的线线性系统统在 现实现实 世界是不存在的。但是，很大一部分实际实际 系统统，它们们的某些主 要关系特性，在一定的范围围内，可以充分精确地用线线性系统统来加以 近似地代表。并且，实际实际 系统统与理想化了的线线性系统间统间 的差别别，对对 于所研究的问题问题 而言已经经小到无关紧紧要的程度而可予以忽略不计计。 因此，从这这个意义义上说说，线线性系统统或者可线线性化的系统统又是大量存 在的，而这这正是研究线线性系统统的实际实际 背景。简单说简单说 ，线线性系统统理论论主要研究线线性系统统状态态的运动规动规 律和 改变这变这 种运动规动规 律的可能性方法，建立和揭示系统结统结 构、参数、行

14、为为和性能间间的确定的和定量的关系。在对对系统进统进 行研究的过过程中， 建立合理的系统统数学模型是首要的前提，对对于线线性系统统，常用的模 型有时间时间 域模型和频频率域模型，时间时间 域模型比较较直观观，而频频率域模 型则则是一个更强大的工具，而者建立的基本途径一般都通过过解析法 和实验实验 法。 非线线性控制理论论对对非线线性控制系统统的研究，到上个世纪纪四十年代，已取得 一些明显显的进进展。主要的分析方法有：相平面法、李亚亚普诺诺夫 法和描述函数法等。这这些方法都已经经被广泛用来解决实际实际 的非 线线性系统问题统问题 。但是这这些方法都有一定的局限性，都不能成为为 分析非线线性系统统

15、的通用方法。例如，用相平面法虽虽然能够获够获 得 系统统的全部特征，如稳稳定性、过过渡过过程等，但大于三阶阶的系统统 无法应应用。李亚亚普诺诺夫法则仅则仅 限于分析系统统的绝对稳绝对稳 定性问题问题 ，而且要求非线线性元件的特性满满足一定条件。虽虽然这这些年来， 国内外有不少学者一直在这这方面进进行研究，也研究出一些新的方 法，如频频率域的波波夫判据，广义圆义圆 判据，输输入输输出稳稳定性理 论论等。但总总的来说说，非线线性控制系统统理论论目前仍处处于发发展阶阶段 ，远远非完善，很多问题问题 都还还有待研究解决，领领域十分宽宽。非线线性控制理论论作为为很有前途的控制理论论，将成为为二十一 世纪

16、纪的控制理论论的主旋律，将为为我们们人类类社会提供更先进进的控 制系统统，使自动动化水平有更大的飞飞越。PID控制简简而优优秀 PID（比例-积积分-微分）控制器作为为最早实实用化的控制器已有50 多年历历史，现现在仍然是应应用最广泛的工业业控制器。PID控制器简单简单 易懂，使用中不需精确的系统统模型等先决条件，因而成为应为应 用最为为 广泛的控制器。PID控制器由比例单单元（P）、积积分单单元（I）和微分单单元（D） 组组成。其输输入e (t)与输输出u (t)的关系为为:因此它的传递传递 函数为为：它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产产品，使用中只需设设定 三个参数（Kp， Ki和Kd）即可。在很多情况下，并不一定需要全 部三个单单元，可以取其中的一到两个单单元，但比例控制单单元是必不 可少的。PID控制器是最简单简单 的有时时却是最好的控制器预测预测 控制预测预测 控制是近年来发发展起来的一类类新型的计计算机控制算法。由 于它采用多步测试测试 、滚动优滚动优 化和反馈馈校正等控制策略，因而控制效