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1、专题 自动化前沿技术,自动化的诞生,从刀耕火种的年代起，人们就梦想着省时省力地生产出更多的东西，来满足人们生活的需要。人们在几千年的生产过程中，发明了很多节省力气的工具，如在河流上建造的水车。可以通过水的冲击带动轮子转动，实现灌溉、淘米等工作。,第一节 自动化技术的概述,自动化的诞生,工业革命的到来(1788年)，为自动化的发展带来了巨大的动力。此后的一百多年中，人们一直在探索，特别是，经过从1934年到1947年的十几年研究(二战期间)，最终提出了自动化的理论基础著作控制论。标志着自动化技术的正式诞生。,第一节 自动化技术的概述,自动化在炮火中发展,自动化技术从产生到现在，始终没有离开武器装
2、备的需要。 “二战”中，同盟国军队的主要作战武器是火炮。当时的火炮威力大、射程远，但是命中精度比较差。如果没有“二战”这个巨大的实验场，自动化技术也不会有如此大的发展。可以说“军事装备是自动化之父，二战是自动化诞生的产房”。,自动化在炮火中发展,如果说军事设备是自动化之父，那么工业生产就是自动化之母。福特的汽车生产线是最成功的早期生产线，1913年福特创建了由专用机床组成的“运动中的组装线” ，要组装的部件由传送带运到工人面前，每个工人只完成一种操作。自动化技术为生产力的发展起了巨大作用，实现了人们摆脱繁重的劳动的愿望。,自动化原理,下面我们以一个简单的例子，来说明自动化的原理。,自动化设备的
3、关键就在于反馈的存在，正是有了他的存在，才使自动化成为可能。反馈就是自动化的奥妙所在。所以自动控自原理也叫反馈控制原理。一个自动化系统无论结构多么复杂都是由下面几部分组成： 第一，检测比较装置。 第二，控制器。 第三，执行机构。 第四，控制量。,控制器系统的大脑 传感器系统的耳目 执行器系统的手脚 受控对象温柔的羔羊 稳定性不可或缺 鲁棒性健康的系统 极点控制系统的精灵,自动化的前沿技术,模糊控制其实我很清楚 最优控制-“没有更好只有最好” 自适应控制以变制变 鲁棒控制以静制动 线性控制理论纵横 非线性控制理论的发展 PID控制简而优秀 预测控制未卜先知 故障诊断神医妙手 人工智能智慧之巅 专
4、家系统身边的专家 推理控制经验的作用 集散控制系统（DCS）,模糊控制,模糊控制是以模糊集合理论为基础的一种新兴的控制手段，它是模糊系统理论和模糊技术与自动控制技术相结合的产物。1965年美国Zadeh教授创立了模糊集合论，从而为描述，研究和处理模糊性现象提供了一种新的工具。一种利用模糊集合的理论来建立系统模型，设计控制器的新型方法模糊控制也随之问世了。模糊控制的核心就是利用模糊集合理论，把人的控制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言所描述的控制算法，这种方法不仅能实现控制，而且能模拟人的思维方式对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效的控制。模糊控制作为智能领域中最具有实际意义的一种
5、控制方法，已经在工业控制领域解决了传统控制方法无法或者难以解决的问题，取得了明显的成效。,最优控制,最优控制问题研究的主要内容是：怎样选择控制规律才能使控制系统的性能和品质在某种意义下为最优。用这些方法已经成功的解决了许多动态控制问题，如最小时间控制，最少燃料控制和最佳调节器等，最优控制已经在航天，航海，导弹，电力系统，控制装置，生产设备和生产过程中得到了比较成功的应用，而且在经济系统和社会系统中也得到了广泛的应用。最优控制问题的实质就是要找出容许的控制作用或控制规律，使动态系统（受控对象）从初始状态转移到某种要求的终端状态，并且保证某种要求的性能指标达到最小值或者是最大值。,自适应控制,所谓
6、自适应是指生物能改变自己的习性以适应新的环境的一种特征。直观地讲，自适应控制器能修正自己的特性以适应对象和扰动的动态特性的变化。自适应控制的研究对象是具有一定不确定性的系统，这里所谓的“不确定性”是指描述被控对象及其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。任何一个实际系统都具有不同程度的不确定性，不确定性有时表现在系统内部，有时表现在系统的外部。从系统内部来讲，描述被控对象的数学模型的结构和参数，设计者事先并不一定能准确知道。作为外部环境对系统的影响，可以等效地用许多扰动来表示。这些扰动通常是不可预测的。,鲁棒控制,鲁棒控制（Robust Control）的研究始于20世
7、纪50年代。所谓“鲁棒性”，是指控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下，维持某些性能的特性。鲁棒控制方法，是对时间域或频率域来说，一般要假设过程动态特性的信息和它的变化范围。一些算法不需要精确的过程模型，但需要一些离线辨识。一般鲁棒控制系统的设计是以一些最差的情况为基础，因此一般系统并不工作在最优状态。鲁棒控制适用于稳定性和可靠性作为首要目标的应用，同时过程的动态特性已知且不确定因素的变化范围可以预估。飞机和空间飞行器的控制是这类系统的例子。,线性控制理论,线性控制理论是系统与控制理论中最为成熟和最为基础的一个组成分支，是现代控制理论的基石。严格地说，一切实际的系统都是非线性的，真正的线性系
8、统在现实世界是不存在的。但是，很大一部分实际系统，它们的某些主要关系特性，在一定的范围内，可以充分精确地用线性系统来加以近似地代表。简单说，线性系统理论主要研究线性系统状态的运动规律和改变这种运动规律的可能性方法，建立和揭示系统结构、参数、行为和性能间的确定的和定量的关系。,非线性控制理论,对非线性控制系统的研究，到20世纪40年代已取得一些明显的进展。主要的分析方法有：相平面法、李亚普诺夫法和描述函数法等。这些方法都已经被广泛用来解决实际的非线性系统问题。但是这些方法都有一定的局限性，都不能成为分析非线性系统的通用方法。但总的来说，非线性控制系统理论目前仍处于发展阶段，远非完善，很多问题都还
9、有待研究解决，领域十分宽。非线性控制理论作为很有前途的控制理论，将成为21世纪的控制理论的主旋律，将为我们人类社会提供更先进的控制系统，使自动化水平有更大的飞越。,PID控制简而优秀,PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史。PID控制器简单易懂，因而成为应用最为广泛的控制器。PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t)与输出u (t)的关系为:因此它的传递函数为：它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp， Ki和Kd）即可。PID控制器是最简单的有时却是最好的控制器,预测控制,预测控制是近年来发
10、展起来的一类新型的计算机控制算法。由于它采用多步测试、滚动优化和反馈校正等控制策略，因而控制效果好，适用于控制不易建立精确数字模型且比较复杂的工业生产过程，所以它一出现就受到国内外工程界的重视，并已在石油、化工、电力、冶金、机械等工业部门的控制系统得到了成功的应用。,故障诊断,由于制造系统的结构越来越复杂，价格越来越昂贵，因此因为各种故障而导致的停机都是不可忍受的负担。故障诊断系统能够在这个情况下满足需要，也就是能够合理制定维修计划，最大限度减少停机维修的时间，以及在故障发生之后能够迅速做出反应。因此，故障诊断系统在现在得到了迅速的发展。,故障诊断是随着生产过程的复杂化而产生的一种技术，由于和
11、现代传感器技术、专家系统技术相结合，已经展现出了很强的生命力，必将为提高企业的生产效率和稳定性提供越来越强大的支持。,人工智能,人工智能是一门边缘学科，用来模拟人的思维，已经引起了许多学科的日益重视，并且有越来越多的实用意义。人工智能的主要领域包括问题求解、语言处理、自动定理证明、智能数据检索等领域。人工智能的第一个大成就是发展了能够求解难题的下棋程序。,专家系统,专家系统(Expert System)是一个基于知识的智能推理系统，它涉及到对知识获取、知识库、推理控制机制以及智能人机接口的研究，是集人工智能和领域知识于一体的系统。近些年，专家系统的迅速发展和广泛应用大大推进了各个应用领域向智能
12、化方向发展，成为人工智能从实验室研究进入实用领域的一个里程碑。总之，人工智能系统的特殊性，决定了它是一个跨越多学科、充满活力、对基础研究的依赖性很强的一个领域，它的发展，必将向我们展示科学技术王国的更多魅力，也会令我们的生活更为美好。,集散控制系统(DCS),DCS，即分布式控制系统，在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统。在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。进入21世纪以来，计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了DCS之中。PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，它主要用于代替不灵活而且笨重
13、的继电器逻辑。现场总线技术在进入九十年代中期以后发展十分迅猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的FCS将取代DCS成为控制系统的主角。,集散控制系统(DCS),自动化技术的十八般兵器,物理传感器 光纤传感器 仿生传感器 红外传感器 电磁传感器 磁光效应传感器 压力传感器 温度传感器 超声波传感器 虚拟仪表 步进电机 变频器 电磁阀 液压装备 继电器控制设备 单片机 可编程控制器（PLC） 工业计算机（IPC）,自动化技术的应用,1、自动化技术在工业中的应用自动化的制造业 电力系统自动化 建筑自动化 交通运输自动化 信息自动化 自动无极限 2、自动化技术在军事中的应用新型自动化武器 军事指挥
14、自动化 3、 自动化技术在日常生活中的应用自动累计，无需劳神；温度控制，冷热不紊；定时控制，岁月有情；定时控制，岁月有情；防灾报警，守护生命；自动电器，化繁为简,自动化技术在工业中的应用,设计自动化,自动化技术在工业中的应用,工业过程自动化,自动化技术在工业中的应用,自动化监控系统,自动化技术在工业中的应用,现场总线(Fieldbus)技术是近年来发展起来的一种工业数据总线，主要解决工业现场的仪器仪表、控制器、执行机构等设备间的通信以及这些现场控制设备与高级控制系统之间的信息传递问题。,自动化技术在工业中的应用,虚拟制造在一个统一模型之下对设计和制造等过程进行集成，将与产品制造相关的各种过程集
15、成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。,虚拟制造,电力系统自动化,电力调度自动化,电力系统自动化,无人职守变电站,建筑自动化,交通运输自动化,交通运输自动化,无人驾驶车,无人机,信息自动化,电子会议系统,信息高速公路,信息自动化,生物芯片,网络自动化,自动化技术在军事中的应用,制导导弹,网络战争,无人机,自动化技术在军事中的应用,无人炮塔坦克,战场机器人,自动化技术在军事中的应用,指挥自动化系统,战争模拟仿真,自动无极限,农业新纪元 医学界新宠让学习轻松简单 使你的消费准确便利化工生产自动化 新世纪的钢铁生产图书管理自动化 水库管理自动化银行自动化 煤矿自动化电视转播自动化 冶金自动化城市供热自动化 石油化工自动化公共场合卫生管理 自动化细菌鉴定,自动化技术在日常生活中的应用,自动累计， 无需劳神自动累计 记时钟表自动水表 燃气表电度表 热量表里程表,温度控制，冷热不紊 双金属温控 压力式温控 热敏铁氧体温控 温度比例调节,自动化技术在日常生活中的应用,压力控制，小心翼翼 压力锅安全阀 自行车电打气 压力比例调节,流量控制，吞吐自如 气动控制和电磁阀 灭火自动关气 停水自动关气 逻辑控制,液位行程，巧夺天工 行程开关 液位开关 浮子式液位控制,自动化技术在日常生活中的应用,定时控制，岁月有情机械钟表定时微波炉双速定时录象机自动定时录像顺控程控，亲疏不同洗衣机音乐喷泉,
