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1、自动化学科概论自动化学科概论第第4 4章：章：现代自动化科学与技术现代自动化科学与技术 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 随着现代科学(特别是数学、系统科学)和技术(特别是微电子技术、计算机技术)的发展，自动化科学和技术在过去的几十年中也发生了翻天覆地的变化，控制技术和控制设备日新月异，控制理论也有长足的发展。 面向复杂系统的控制是自动化科学技术发展的动力，计算机及其网络技术的快速进步是自动化科学技术
2、发展的强大支持。为了解决越来越复杂的系统控制问题，系统科学和控制工程的研究者们通过不懈的工作，不断地丰富了自动控制理论和自动化技术，形成了现代自动化科学与技术的许多不同分支。 本章扼要介绍先进的、深奥的自动化科学与技术，这些知识绝大多数已超出本科生学习范围（属于研究生学习的内容）,供同学们拓展自动化知识或今后学习其中某一方面的内容时参考。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.自动化学科概论自动化学科概论4.
3、1 复杂系统及其控制 4.2 大系统控制4.3 集成自动化系统4.4 自动化科学与技术的最新发展Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.4.1.1 复杂系统及控制的困难4.1.2 先进控制技术4.1.3 智能控制第第4 4章章 现代自动化科学与技术现代自动化科学与技术Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5
4、.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 自动化科学和技术所面对的是一个复杂的系统，其复杂性具体表现为：一、系统结构的复杂性 系统模型的不确定性 强烈的非线性 变量过多、维数太大二、系统任务的复杂性三、系统环境的复杂性Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.一、自适应控制 自适应控制实质上是系统辨识与控制技术的结合，通常有自校正控制系统、模型参考自适应控制系统两种类
5、型。自校正控制系统控制器参数计算品质评价或参数估计控制器被控对象外环内环给 定 信 号r(t) +_u(t)被控量y（t）自校正控制系统框图Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 模型参考自适应控制系统 内环参考模型参数调整控制器被控对象给定信号r(t)+_u(t)+_外环被控量y(t)Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Clien
6、t Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.二、鲁棒控制 鲁棒控制是针对被控对象不确定性的一种控制方法。三、容错控制 容错控制指当系统出现故障时，实施必要的决策和控制，使系统仍然保持稳定运行，并具有可以接受的性能指标。 容错控制当前主要有硬件冗余和解析冗余两种方法。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 智能控制是一种应用拟人化的思维方式和决策方
7、法实现对被控对象有效控制的技术。 模糊逻辑控制、人工神经网络控制、专家控制是比较成熟并且应用最广的三个分支。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.一、模糊逻辑控制 模糊逻辑控制系统的基本结构，它用模糊控制器替代了传统的控制器，模糊控制器由知识库、模糊化处理、模糊推理、精确化处理四部分组成。数据库规则库模糊化模糊推理精确化被控对象模糊控制器r+_被控量y 模糊逻辑控制系统结构图Evaluation only.
8、Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.二、人工神经网络控制 人工神经网络（Artificial Neural Network，即ANN）模拟大脑神经元之间的连接，实现信息处理、存储等功能。一个简单的人工神经元模型，它的输入（ ）和输出（ ）关系可以描述为 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004
9、-2011 Aspose Pty Ltd. 人工神经网络是由大量人工神经元互连而成的网络，每个神经元是网络的一个节点，它接受多个节点的输出信号，并将自己的输出连接至其它节点。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 神经网络监督控制 系统在原有反馈控制的基础上增加人工神经网络作为控制器的前馈控制。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 C
10、lient Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 神经网络内模控制 系统中NNM为被控对象的模型，用于充分逼近被控对象的动态特性，而NNC（神经网络控制器）为对象的逆模型。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.BP神经网络的学习Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Cl
11、ient Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Evaluation only.
12、Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.三、专家控制 专家系统是人工智能的重要内容，它主要是一个智能计算机程序系统，内部包含某个领域的专家水平的知识与经验，并利用来处理该领域的问题。专家系统通常由知识库和推理机两部分组成。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty L
13、td. 专家控制系统 是应用专家系统于自动控制的理想形式，它把自动控制系统视为基于知识的系统，并把有关控制的知识分类组织，形成数据库和规则库。 专家控制器 直接用专家系统作为传统反馈控制系统的控制器，使控制器具有智能。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.4.2.1 大系统及其控制4.2.2 系统工程及应用第第4 4章章 现代自动化科学与技术现代自动化科学与技术Evaluation only.Created
14、 with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.一、大系统的概念 给大系统下定义困难，具体界定也困难。认识一个大系统，只能从它所具有的特征出发。通常，一个大系统应该具有如下基本特征： 由一些子系统组成，规模庞大； 子系统间纵横交错，关系复杂； 整个系统目标多样，功能综合； 系统与环境有物质、能量、信息的交换，且往往数量较大； 具有非线性特性和繁殖、扩展能力； 往往是有人参与的系统，人为因素影响大。Evaluation only.Created with Aspo
15、se.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.二、大系统的控制 “化大为小，化整为零” 1.集中控制 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.2.分散控制Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile
16、5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.3.分解协调 (1)分级递阶控制Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.(2)分层Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. (3)分段控制
17、Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.一、系统工程的概念 系统工程是一门关于组织管理的技术。对被控过程实行有效的“控制”，其含义相当于将传统的控制系统广义化。 认为它包含了如下几方面的意思： (1)它面对的是一个庞大而复杂的对象； (2)它要达到的目标是系统的综合最优； (3)它根据系统的目标，把自然科学、社会科学中的某些思想、理论、方法、策略和手段等有机地结合起来，应用于人们的科研、生产、经济和社会活动；
18、 (4)它应用数学方法和电子计算机等工具，并有人的参与。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.二、系统建立和系统分析 要建造一个系统，通常要经过五个阶段。 系统规划阶段 系统分析阶段 系统设计阶段 系统构建阶段 系统运行阶段Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004
19、-2011 Aspose Pty Ltd.三、系统工程的应用(1) 工程系统工程 (2) 软件工程(3) 军事系统工程 (4) 社会系统工程(5) 环境系统工程(6) 交通系统工程(7) 企业系统工程Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.4.3.1 系统的集成和优化4.3.2 集成自动化系统第第4 4章章 现代自动化科学与技术现代自动化科学与技术Evaluation only.Created with As
20、pose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Computer-Aided Design，即CADComputer-Aided Manufacturing，即CAMMaterial Requirement Planning, 即MRP Manufacturing Resources Planning, 即MRP-Enterprise Resource Planning , 即ERPEvaluation only.Created with Aspose.Slides for .
21、NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 集成自动化系统或综合自动化系统,具有以下特点： (1) 系统包括控制和管理两个方面 (2) 系统采用分级递阶结构 (3) 系统的信息集成 (4) 系统的功能集成 (5) 人的介入和参与Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.一、计算机集成制造系统 计算机集成制造系统(Compu
22、ter Integrated Manufacturing System, 即CIMS)是面向制造业的集成自动化系统。 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.二、计算机集成过程系统 计算机集成过程系统(Computer Integrated Process System, 即CIPS) ，其中，上面三级属企业级，下面二级属车间或生产单元级。经营决策系统 MDS管理信息系统 MIS计划调度系统 PSS过程监控系
23、统 SCC现场控制系统（DCS、FCS等）流程工业生产过程管理层决策层调度层优化层控制层Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.二、计算机集成过程系统（续） CIPS中信息和数据主要有三部分组成，一部分来自生产过程的实时生产数据；第二部分是企业内部的管理信息；第三部分是企业与外界相联系的信息。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Cli
24、ent Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.4.4.1 基于网络环境的自动化4.4.2 人工智能在自动化系统中的进一步应用4.4.3 其它领域的自动化第第4 4章章 现代自动化科学与技术现代自动化科学与技术Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.4.4.1 基于网络环境的自动化 基于网络环境的自动化控制系统称为网络控制系统。 (1) 网络控制系
25、统具有网络化体系结构。 (2) 通过网络互联技术、动态数据交换技术、开放式数据库连接技术等实现网络水平上的集成。 (3) 网络控制系统通过公共网络传递测量信息和控制信号，从而构成闭合回路。 (4) 网络传输通常可视为可靠性不高的数据传输。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.人工智能在自动化系统的应用前景广阔一、脑科学研究对自动化的影响 人的智能来源于大脑的神经系统，是大脑思维活动的结果。 人的智能活动主要
26、有下列几方面的特征： 感知能力 记忆和思维能力 学习能力 行为能力Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.二、智能优化的应用 优化始终是控制的中心问题，智能优化从大自然的进化中受到启迪，是一类独特的优化方法。遗传算法免疫算法蚁群算法Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2
27、004-2011 Aspose Pty Ltd.Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.三、生物控制论 生物控制论一方面深入探讨生物体中通信和控制的机理，并借鉴用来构造更有效的人工系统；另一方面将信息技术和自动化手段反作用于生物系统，解释生物体各个不同结构层次的生命现象。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.一、农业自动化二、办公自动化三、楼宇自动化四、家庭自动化Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
