自動(dòng)化概論報(bào)告(共20頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 自動(dòng)化概論報(bào)告 首先，通過(guò)學(xué)習(xí)這門(mén)課程，就是為了學(xué)會(huì)從 自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)學(xué)層面來(lái)審視、介紹自動(dòng)化這門(mén)專業(yè)。（一） 自動(dòng)化與自動(dòng)化學(xué)科、專業(yè) 在日常生活中，較少聽(tīng)到“自動(dòng)化”這個(gè)名詞，更多聽(tīng)到的是什么什么是自動(dòng)的、自動(dòng)控制的、或全自動(dòng)的。例如，全自動(dòng)照相機(jī)、ATM、自動(dòng)控制的紅綠燈、自動(dòng)門(mén)等。當(dāng)然“自動(dòng)化”設(shè)備，不僅應(yīng)用與日常生活，更多的是應(yīng)用于社會(huì)財(cái)富的創(chuàng)造業(yè)產(chǎn)業(yè)，包括農(nóng)業(yè)（第一產(chǎn)業(yè)）、工業(yè)（第二產(chǎn)業(yè)）和服務(wù)業(yè)（第三產(chǎn)業(yè)），分別稱之為農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化和服務(wù)自動(dòng)化。與此同時(shí)，軍事自動(dòng)化（自動(dòng)火炮、導(dǎo)彈、無(wú)人飛機(jī)、無(wú)人戰(zhàn)車(chē)等）也是自動(dòng)化的重要應(yīng)用領(lǐng)域。 到目前為止

2、，工業(yè)自動(dòng)化對(duì)人類社會(huì)作出的貢獻(xiàn)最大，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，在提升國(guó)家綜合實(shí)力方面起著重要作用；而服務(wù)自動(dòng)化今年來(lái)發(fā)展最快，大有后來(lái)居上之勢(shì)。 以上是從日常生活的感受和體驗(yàn)中獲得的對(duì)“自動(dòng)化”設(shè)備、“自動(dòng)化”的初步了解和感性認(rèn)識(shí)，為了能對(duì)自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化學(xué)科與專業(yè)有一個(gè)初步但全面的了解，僅有這些感性認(rèn)識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。需要從理性的角度，在了解自動(dòng)化發(fā)展的歷史基礎(chǔ)上，全面地認(rèn)識(shí)自動(dòng)化，把我自動(dòng)化的內(nèi)涵、本質(zhì)與外延、應(yīng)用，了解自動(dòng)化在工業(yè)化、信息化和現(xiàn)代化建設(shè)中的重要性與突出地位，為進(jìn)一步深刻了解自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的定義、內(nèi)涵和 外延，認(rèn)識(shí)自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)在整個(gè)科學(xué)技術(shù)體系中的重要性

3、打基礎(chǔ)。 另外，從自動(dòng)化的定義可以說(shuō)自動(dòng)化是指機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或過(guò)程（生產(chǎn)、管理過(guò)程），在沒(méi)有人或較少人的直接參與次下，按照人的要求，經(jīng)過(guò)自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析判斷、操縱控制，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。并且，自動(dòng)化涉及的范圍極其廣闊，幾乎是無(wú)所不包。 由此可以看出自動(dòng)化對(duì)人類的重要性。一方面，通過(guò)實(shí)施自動(dòng)化，能極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。從自動(dòng)化生產(chǎn)線上生產(chǎn)的產(chǎn)品，質(zhì)量越來(lái)越好，價(jià)格越來(lái)越低；另一方面，像機(jī)器人這樣的自動(dòng)化設(shè)備、系統(tǒng)能在危險(xiǎn)、惡劣的環(huán)境下（礦井掘井、核電站檢查、消防救火），替代人完成各種作業(yè)，把人從繁重危險(xiǎn)的工作中解放出來(lái)，降低公認(rèn)的勞動(dòng)強(qiáng)度，并使藍(lán)領(lǐng)工人變?yōu)榘最I(lǐng)工人。需要指出的是：實(shí)施自動(dòng)化

4、并不必然造成大量工人失業(yè)。歷史表明，這種擔(dān)心是不必要的。 自動(dòng)化的魅力還遠(yuǎn)不止這些。自動(dòng)化設(shè)備能克服人的局限性-生理極限，完成人無(wú)法完成的工作，例如：人易出錯(cuò)，而自動(dòng)化設(shè)備與系統(tǒng)完成作業(yè)的一致性與重復(fù)性要遠(yuǎn)高于人，可使生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高;人的視覺(jué)和手無(wú)法完成精確的動(dòng)作，因而集成電路的制作必須采用高精尖的自動(dòng)化設(shè)備；人的軀體“龐大”，無(wú)法在窄小空間中作業(yè)，因而各種管道（油管、水管）內(nèi)的檢修需要各種管道機(jī)器人老完成；人無(wú)法承受高溫、高壓、深水、核等環(huán)境下的工作，因此必須采用各種自動(dòng)化設(shè)備或機(jī)器人來(lái)完成。關(guān)于自動(dòng)化的發(fā)展歷史，自動(dòng)化的概念起源于最早的自動(dòng)控制，而最早的自動(dòng)控制可以追溯到公元前。

5、應(yīng)用自動(dòng)控制的方法代替人工控制各種機(jī)械設(shè)備是人類發(fā)展史中的一大創(chuàng)舉。由于自動(dòng)控制的引入，使得各種機(jī)械設(shè)備更有效、更安全地運(yùn)行，生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高。對(duì)自動(dòng)化的大量需求始于工業(yè)革命時(shí)期。20世紀(jì)20年代，電子管反饋放大區(qū)正式誕生。20世紀(jì)4060年代，控制論，工程控制論先后問(wèn)世，基于狀態(tài)空間法的現(xiàn)代控制理論對(duì)人類征服太空起了不可磨滅的作用，并成功地應(yīng)用航空、航天和其他領(lǐng)域。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展與逐步普及，以計(jì)算機(jī)控制為代表的自動(dòng)化技術(shù)、加工中心與工業(yè)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用，并逐步形成柔性自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS、計(jì)算機(jī)集成過(guò)程控制系統(tǒng)CIPS等一系列先進(jìn)自動(dòng)化

6、模式與理念，并再次成為發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)追求的模式。數(shù)字計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)的普遍應(yīng)用和系統(tǒng)管理理念的引入可算是自動(dòng)化發(fā)展中的第三個(gè)里程碑。隨著時(shí)代的發(fā)展，自動(dòng)化在工業(yè)化建設(shè)中的作用和地位越來(lái)越高。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化實(shí)際上都是自動(dòng)化的組成部分。其中數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化是先進(jìn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)、手段與工具（對(duì)應(yīng)著信息技術(shù)中的信息傳輸與信息處理），而系統(tǒng)化或集成化是先進(jìn)自動(dòng)化的內(nèi)涵與目的。因此可以說(shuō)，先進(jìn)自動(dòng)化是制造業(yè)“信息化”的最重要標(biāo)志之一。此外，更有不少學(xué)者在許多年前就提出將自動(dòng)化作為現(xiàn)代的代名詞。實(shí)施自動(dòng)化需要強(qiáng)有力地的科學(xué)與技術(shù)的支撐，自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)是自動(dòng)化取得巨大成功與成效的源泉與基礎(chǔ)；要大力發(fā)展自動(dòng)

7、化，首先要大力發(fā)展自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)。自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)是自動(dòng)化的起源與基礎(chǔ)，其物化是自動(dòng)化設(shè)備與系統(tǒng)（硬件和軟件），其應(yīng)用包括自動(dòng)化設(shè)計(jì)、自動(dòng)化制造、自動(dòng)化工程、自動(dòng)化管理、自動(dòng)化決策、自動(dòng)化運(yùn)行等待。自動(dòng)化的核心是控制與系統(tǒng)?？刂婆c系統(tǒng)不但是自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)與其他科學(xué)技術(shù)最大的不同點(diǎn)，更是自動(dòng)化科學(xué)對(duì)其他許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展所作的重要貢獻(xiàn)所在。信息、控制與系統(tǒng)是自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的核心概念。，（二） 自動(dòng)化的基本原理 實(shí)際上，“自動(dòng)化”可以理解為：一個(gè)設(shè)備，一個(gè)系統(tǒng)或者一個(gè)過(guò)程，采用一系列特定的技術(shù)，在沒(méi)有人參與或盡量少人參與的情況下實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的運(yùn)行過(guò)程或運(yùn)行狀態(tài)。其中所采用的技術(shù)就是自動(dòng)控制技術(shù)

8、，而這一技術(shù)的理論基礎(chǔ)是自動(dòng)控制理論，進(jìn)一步可追溯到工程控制論、控制論。 首先，自動(dòng)化作為一種行為和一種狀態(tài)哦，它是通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)是一個(gè)廣義的概念，它無(wú)處不在，無(wú)時(shí)不有。大到一個(gè)宇宙，小到一個(gè)原子都可以看做一個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)可以是自然的，如天體系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)，也可以是人造的，如機(jī)器、航天器、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等。 一個(gè)典型的自動(dòng)控制系統(tǒng)由下列不同功能的基本部分組成：被控對(duì)象;給定環(huán)節(jié)；測(cè)量環(huán)節(jié)；比較環(huán)節(jié)；控制環(huán)節(jié)；執(zhí)行環(huán)節(jié)。按照各環(huán)節(jié)的功能，可以組成典型的自動(dòng)控制系統(tǒng)，與自動(dòng)控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)之間相互聯(lián)系的是表示一定信息的信號(hào)，系統(tǒng)原理圖中用帶箭頭的線段來(lái)表示環(huán)節(jié)間的聯(lián)系及信息流向。實(shí)際上，可以把

9、一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)看成是一個(gè)將輸入信號(hào)加工活變換為所期望的輸出信號(hào)的裝備，系統(tǒng)的控制過(guò)程就是信號(hào)的加工、處理過(guò)程?？梢?jiàn)，自動(dòng)控制系統(tǒng)處理的主要是信息或信號(hào)。 為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的，控制器所要遵循的控制規(guī)律就是自動(dòng)控制理論所研究和闡述的內(nèi)容，它是自動(dòng)控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)。但是值得指出的是，它所包含的基本概念、基本原理、基本方法不僅適用于工程技術(shù)領(lǐng)域的自動(dòng)控制系統(tǒng)，也適用于諸如生物系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、甚至社會(huì)系統(tǒng)等領(lǐng)域的控制或管理。 自動(dòng)控制理論從三個(gè)方面對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和闡述：系統(tǒng)的模型，系統(tǒng)的分析，控制系統(tǒng)的綜合。其次，自動(dòng)控制理論誕生以來(lái)，已經(jīng)走過(guò)了多個(gè)里程碑。不同時(shí)期針對(duì)不同的世

10、紀(jì)問(wèn)題，提出了不同的解決控制問(wèn)題的方法，從而形成了不同特色的理論和技術(shù)體系。如經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論、大系統(tǒng)理論和智能控制技術(shù)。 對(duì)于自動(dòng)化專業(yè)人員，自動(dòng)控制理論是必須掌握的理論基礎(chǔ)；自動(dòng)控制系統(tǒng)是研究的對(duì)象，也是必須掌握的核心內(nèi)容；自動(dòng)控制工程涉及具體工程問(wèn)題，了解基本內(nèi)容有利于今后開(kāi)展這方面的工作。（三） 現(xiàn)代自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù) 隨著現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)在過(guò)去的幾十年中也發(fā)生了翻天覆地的變化，控制技術(shù)和控制設(shè)備日新月異，控制理論也有長(zhǎng)足的發(fā)展。 面向復(fù)雜系統(tǒng)的控制是自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力，計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速進(jìn)步是自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大支持。為了解決越來(lái)越復(fù)

11、雜的系統(tǒng)控制問(wèn)題，系統(tǒng)科學(xué)和控制工程的研究者們通過(guò)不懈努力，不斷地豐富了自動(dòng)控制理論和自動(dòng)化技術(shù)，形成了現(xiàn)代自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)，形成了現(xiàn)代自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的許多不同分支。大規(guī)模工業(yè)自動(dòng)化的要求，使自動(dòng)化系統(tǒng)從局部自動(dòng)化走向綜合自動(dòng)化，自動(dòng)控制問(wèn)題不在局限于研究一個(gè)明確的被控對(duì)象以及單回路的控制，而延伸至一個(gè)設(shè)備、一個(gè)工段、一個(gè)車(chē)間甚至一個(gè)工廠的全盤(pán)自動(dòng)化問(wèn)題，因此自動(dòng)化科學(xué)和技術(shù)所面對(duì)的是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其復(fù)雜性具體表現(xiàn)為：1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性（系統(tǒng)模型的不確定性、強(qiáng)烈的非線性、變量過(guò)大、維數(shù)太大）；2系統(tǒng)任務(wù)的復(fù)雜性；3系統(tǒng)環(huán)境的復(fù)雜性。傳統(tǒng)的控制理論通常把對(duì)象視為孤立的、自由的，實(shí)際上一個(gè)控制

12、系統(tǒng)是開(kāi)放的，總要收到外部環(huán)境的制約。例如自動(dòng)車(chē)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)要時(shí)時(shí)關(guān)注復(fù)雜的道路，各種各樣的障礙物以及其他行駛中的車(chē)輛，作出正確的決策和控制。面對(duì)具有以上特征的復(fù)雜系統(tǒng)，經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論都顯得無(wú)能為力，不能解決或者只能部分解決它們的控制問(wèn)題。從上世紀(jì)七十年代以來(lái)，一些先進(jìn)的控制策略和控制技術(shù)得以產(chǎn)生和發(fā)展。先進(jìn)控制技術(shù)分為自適應(yīng)控制，魯棒控制，容錯(cuò)控制。自適應(yīng)控制：實(shí)質(zhì)上是系統(tǒng)辨識(shí)與控制技術(shù)的結(jié)合，通常有自校正控制系統(tǒng)、模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)兩種類型。自校正控制系統(tǒng)是一種隨機(jī)自適應(yīng)控制系統(tǒng)，它由兩個(gè)環(huán)路組成，內(nèi)環(huán)由被控對(duì)象和一個(gè)控制器構(gòu)成，外環(huán)則由被控對(duì)象的參數(shù)估計(jì)器、控制器參數(shù)計(jì)

13、算單元組成。內(nèi)環(huán)是典型的反饋控制系統(tǒng)。模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)則是解決自適應(yīng)控制問(wèn)題的主要方法。魯棒控制：是針對(duì)被控對(duì)象不確定性的一種控制方法。與自適應(yīng)控制去修正控制器的參數(shù)的方式不一樣，魯棒控制是研究如何設(shè)計(jì)一個(gè)固定的控制器，使得相應(yīng)的閉環(huán)系統(tǒng)在強(qiáng)度確定的不確定性擾動(dòng)作用下扔能保持預(yù)期的性能，形成了以不確定性描述、魯棒穩(wěn)定性及魯棒鎮(zhèn)定、魯棒控制器設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的魯棒控制理論和技術(shù)。容錯(cuò)控制：它是指當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，實(shí)施必要的決策和控制，使系統(tǒng)仍然保持穩(wěn)定運(yùn)行，并具有可以接受的性能指標(biāo)。容錯(cuò)控制當(dāng)前主要有硬件冗余和解析冗余兩種方法。硬件冗余方法基于硬件結(jié)構(gòu)上的考慮，對(duì)重要部件或易發(fā)生故障的部件采用雙

14、重或多重備份，從而建立起冗余的信號(hào)通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件環(huán)節(jié)失效的控制。解析冗余是一種“軟件冗余”，它通過(guò)控制器的設(shè)計(jì)提高整個(gè)控制系統(tǒng)的冗余度。智能控制是一種擬人化的思維方式和決策方法實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象有效控制的技術(shù)。它建立在如下的事實(shí)基礎(chǔ)上：由于被控對(duì)象本身及所處環(huán)境的復(fù)雜性，特別是各種不確定性因素的存在，雖使得基于數(shù)學(xué)模型的控制方法顯得無(wú)能為力，但熟練的操作工、技術(shù)人員或者專家憑借他們的經(jīng)驗(yàn)操作卻仍能獲得滿意的控制效果。并且，智能控制一經(jīng)出現(xiàn)就表現(xiàn)出了強(qiáng)大的生命力。智能控制又可分為模糊邏輯控制，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和專家控制。模糊邏輯控制：模糊邏輯是模糊邏輯控制的基礎(chǔ)，其中模糊集合論是描述象溫度的高低、

15、偏差的大小、閥門(mén)開(kāi)度的大小等這類不具有明確邊界的事物的數(shù)學(xué)工具，它利用隸屬度函數(shù)將這類事物進(jìn)行合理的表述。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制:它是模擬大腦神經(jīng)元之間的鏈接，實(shí)現(xiàn)信息處理、存儲(chǔ)等功能。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量人工神經(jīng)元互聯(lián)而成的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)神經(jīng)元是網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，它接受多個(gè)節(jié)點(diǎn)輸出的信號(hào)，并將自己的輸出鏈接至其他節(jié)點(diǎn)。另外，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還具有以下特點(diǎn)：1具有學(xué)習(xí)和記憶功能;2對(duì)非線性函數(shù)的逼近能力；3具有數(shù)據(jù)并行除了人和泛化（數(shù)據(jù)的正確內(nèi)插和外推）能力。另外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督控制盒神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)膜控制是兩種應(yīng)用于控制的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。專家控制：專家控制是將專家系統(tǒng)與控制理論方法相結(jié)合，應(yīng)用專家的智能指導(dǎo)工程控

16、制的控制技術(shù)，是智能控制的重要分支。專家系統(tǒng)是人工智能的重要內(nèi)容，它主要 是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，內(nèi)部包含某個(gè)領(lǐng)域的專家水平的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，并利用來(lái)處理該領(lǐng)域的問(wèn)題。專家系統(tǒng)通常由知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)兩部分組成。將專家系統(tǒng)應(yīng)用到自動(dòng)控制領(lǐng)域，就是專家控制，有兩種形式，即專家控制系統(tǒng)和專家控制器。在這里還需要提及的是大系統(tǒng)控制。大系統(tǒng)是指規(guī)模宏大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、變量數(shù)目多的系統(tǒng)。實(shí)際上，大系統(tǒng)涉及的領(lǐng)域很廣，可以是自然界的，社會(huì)領(lǐng)域的，甚至包括工程技術(shù)領(lǐng)域的。通常，一個(gè)大系統(tǒng)應(yīng)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(cuò)，關(guān)系復(fù)雜；3整個(gè)系統(tǒng)目標(biāo)多樣，功能綜合；4系統(tǒng)與環(huán)境有物質(zhì)、

17、能量、信息的交換，且往往數(shù)量較大；5具有非線性特征和繁殖、擴(kuò)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)的特點(diǎn)是規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給控制帶來(lái)了困難。解決的思路就是“化大為小，化整為零”，把高維的大系統(tǒng)，分解為若干個(gè)低維的便于控制的子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)可以獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)有效的控制。根據(jù)大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方式，可以歸納為三種類型的控制。分別為集中控制，分散控制和分解-協(xié)調(diào)。另外，關(guān)于系統(tǒng)工程，它是一門(mén)關(guān)于組織管理的技術(shù)。一個(gè)計(jì)劃的實(shí)施，一個(gè)工程的完成，一個(gè)戰(zhàn)役的展開(kāi)，等等，都可以看做是一個(gè)被控制的過(guò)程，當(dāng)然這里的“控制”有別于前面對(duì)物理量的 控制，主要包括組織、管理、指揮等意思。對(duì)被控過(guò)程實(shí)行有

18、效的“控制”，其含義相當(dāng)于將傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)廣義化。雖然對(duì)系統(tǒng)工程下一個(gè)確切的定義尚有一定困難，但可以認(rèn)為它包含了如下幾個(gè)方面的意思：1它面對(duì)的是一個(gè)龐大而復(fù)雜的對(duì)象；2它要達(dá)到的目標(biāo)是系統(tǒng)的綜合最優(yōu)；3它涉及的不僅僅是工程技術(shù)問(wèn)題，它根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)，把自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)中的某些思想、理論、方法、策略和手段等有機(jī)結(jié)合起來(lái)，應(yīng)用于人們的科研、生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)活動(dòng)；4它應(yīng)用數(shù)學(xué)方法和電子計(jì)算機(jī)等工具，并有人的參與。當(dāng)然，要建造一個(gè)系統(tǒng)，通常要經(jīng)過(guò)以下五個(gè)階段：系統(tǒng)規(guī)劃系統(tǒng)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)建系統(tǒng)運(yùn)行。在系統(tǒng)規(guī)劃階段，主要是提出問(wèn)題、定義系統(tǒng)、設(shè)定目標(biāo)。在系統(tǒng)分析階段，主要是系統(tǒng)目標(biāo)分析、收集信息、制

19、定各種方案、模型化和最優(yōu)化、評(píng)價(jià)和決策。在此基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)方案，然后進(jìn)入具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)構(gòu)建和系統(tǒng)運(yùn)行個(gè)階段。在系統(tǒng)建立過(guò)程中，系統(tǒng)分析的工作特別重要，它的任務(wù)是在設(shè)定的目標(biāo)下，從多個(gè)備選方案中選出其中的最優(yōu)方案。為此，在系統(tǒng)分析階段，要對(duì)系統(tǒng)的目的、功能、環(huán)境、費(fèi)用、效益等進(jìn)行充分的調(diào)查研究，收集、處理大量的數(shù)據(jù)、資料，建立各個(gè)備選方案及其相應(yīng)的模型，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)和優(yōu)化分析，并與原定目標(biāo)和計(jì)劃進(jìn)行比較，作出評(píng)價(jià)，整理出完整、準(zhǔn)確的綜合資料，提供給決策者，作為決策者選擇最優(yōu)方案的依據(jù)。在系統(tǒng)分析過(guò)程中，善于運(yùn)用邏輯思維和邏輯推理很重要，并往往利用計(jì)算機(jī)這一現(xiàn)代化的信息分析、處理工具。所以

20、，凡是要解決比較龐大、比較復(fù)雜的問(wèn)題而要人為建造一個(gè)“系統(tǒng)”的地方都是系統(tǒng)工程的用武之地，它滲透到各行各業(yè)，各個(gè)領(lǐng)域，例如：（1）工程系統(tǒng)工程 指工程體系的設(shè)計(jì)、組織和管理。例如建造一個(gè)聯(lián)合企業(yè)，建造一臺(tái)復(fù)雜的機(jī)器（如飛機(jī)），建立一套大規(guī)模的自動(dòng)控制系統(tǒng)等。上面所說(shuō)的美國(guó)“阿波羅登月計(jì)劃”是工程系統(tǒng)工程的典范。（2）軟件工程 指對(duì)一個(gè)龐大計(jì)算機(jī)軟件（系統(tǒng)軟件或應(yīng)用軟件等）的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、調(diào)試的組織和管理。（3）軍事系統(tǒng)工程 指軍事領(lǐng)域行為的組織和管理。例如一個(gè)戰(zhàn)役的組織和指揮。（4）社會(huì)系統(tǒng)工程 指以社會(huì)活動(dòng)為對(duì)象的系統(tǒng)工程。例如國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的組織和管理，社會(huì)治安系統(tǒng)等。（5）環(huán)境系統(tǒng)工程 例如

21、區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)，流域水污染治理系統(tǒng)等。（6）交通系統(tǒng)工程 例如城市智能交通管理系統(tǒng)等。（7）企業(yè)系統(tǒng)工程 涉及一個(gè)企業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整、新產(chǎn)品研發(fā)、市場(chǎng)預(yù)測(cè)、全面質(zhì)量管理、成本核算、材料供應(yīng)等的企業(yè)管理系統(tǒng)。接下來(lái)，簡(jiǎn)潔介紹自動(dòng)化與自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的最新發(fā)展。首先，自動(dòng)化是基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，如DCS、FCS、PLC等。在這些系統(tǒng)中所建立的網(wǎng)絡(luò)都是小范圍的控制專用網(wǎng)絡(luò)局域網(wǎng)，具有優(yōu)良的實(shí)時(shí)性和可靠性?；诰W(wǎng)絡(luò)環(huán)境的自動(dòng)化控制系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，它們具有如下的特點(diǎn)：（1） 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)化體系結(jié)構(gòu)，支持如總線型、星型、樹(shù)型等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，與DCS等遞階結(jié)構(gòu)相比，顯得更加扁平和穩(wěn)定。所謂扁平式

22、指縱向?qū)哟螠p少，橫向聯(lián)系增加，這種趨勢(shì)簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。（2） 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)、開(kāi)放式數(shù)據(jù)連接技術(shù)等實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)水平上的集成。（3） 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通過(guò)公關(guān)網(wǎng)絡(luò)傳遞測(cè)量測(cè)量信息和控制信號(hào)，從而構(gòu)成閉合回路，這樣，在每一個(gè)信息傳遞環(huán)節(jié)都會(huì)由于通信延遲而帶來(lái)控制系統(tǒng)的時(shí)間延遲，而且這個(gè)時(shí)間延遲具有隨機(jī)性。時(shí)延是控制系統(tǒng)的一大難題，它嚴(yán)重降低控制系統(tǒng)的性能，甚至使系統(tǒng)部穩(wěn)定。隨機(jī)時(shí)延條件下，如何設(shè)計(jì)穩(wěn)定的優(yōu)化的控制系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)必須要解決的首要問(wèn)題。（4） 網(wǎng)路傳輸通?？梢暈榭煽啃圆桓叩臄?shù)據(jù)傳輸，當(dāng)將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息以“包”的形式交付給網(wǎng)絡(luò)傳送時(shí)，會(huì)

23、產(chǎn)生可能的“丟包”概率條件下如何設(shè)計(jì)具有一定性能指標(biāo)的控制系統(tǒng)，同樣是自動(dòng)化科技工作者面臨的新問(wèn)題。自上個(gè)世紀(jì)80年代以來(lái)，智能控制技術(shù)得以廣泛的研究和快速發(fā)展，在解決復(fù)雜系統(tǒng)控制問(wèn)題方面起到較大的作用。但是正如前面所述，它尚處于發(fā)展的初期，還未形成完整的理論、方法體系。而人活著生物界的智能活動(dòng)極其復(fù)雜，僅從一個(gè)或幾個(gè)側(cè)面去表述它、模擬它是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此以仿生學(xué)為基礎(chǔ)的人工智能還有廣泛的領(lǐng)域等著去開(kāi)發(fā)，人工智能在自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用前景廣闊。（四） 自動(dòng)化學(xué)科、專業(yè)的知識(shí)體系與課程體系這章這要講的是構(gòu)筑自動(dòng)化學(xué)科知識(shí)大廈中各部分知識(shí)之間的聯(lián)系，即給出自動(dòng)化學(xué)科的完整知識(shí)體系和自動(dòng)化專業(yè)的完整課程

24、體系。在之前，我們已經(jīng)了解到自動(dòng)化學(xué)科與其他學(xué)科、與應(yīng)用領(lǐng)域 之間的緊密聯(lián)系，并勾畫(huà)出自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的結(jié)構(gòu)框架，即自動(dòng)化學(xué)科是在眾多基礎(chǔ)與交叉學(xué)科的支撐下、在眾多技術(shù)與工具的支持下、在與眾多應(yīng)用領(lǐng)域的相互推動(dòng)下發(fā)展起來(lái)的。據(jù)此可以看出：自動(dòng)化的理論、方法與技術(shù)正是自動(dòng)化學(xué)科的主要研究?jī)?nèi)容；自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及其廣闊，學(xué)科與應(yīng)用的互動(dòng)特別明顯；作為一門(mén)綜合交叉性的學(xué)科，在自動(dòng)化學(xué)科的主要研究?jī)?nèi)容中，必然會(huì)包含與其相互交叉聯(lián)系的其他學(xué)科的一些分支。構(gòu)筑一個(gè)學(xué)科的知識(shí)大廈中的各部分知識(shí)之間應(yīng)該是有聯(lián)系的，而分析一個(gè)學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)并建立相應(yīng)的知識(shí)體系就是要找出其內(nèi)在的有機(jī)聯(lián)系，并通過(guò)知識(shí)之間的

25、關(guān)聯(lián)表述將其清晰地給出，從而使每一位剛接觸該學(xué)科的人員都能清晰和正確地了解需要掌握哪些知識(shí)和為什么要掌握這些知識(shí)。首先，將為自動(dòng)化學(xué)科的知識(shí)大廈建立了這樣的核心概念框架自動(dòng)化的核心是控制與系統(tǒng)，反饋閉環(huán)控制是自動(dòng)控制的最基本形式，（復(fù)雜）大系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制是自動(dòng)化學(xué)科研究的主要問(wèn)題。其次，介紹自動(dòng)化學(xué)科的知識(shí)體系。知識(shí)體系由知識(shí)層、知識(shí)域、知識(shí)元和知識(shí)點(diǎn)四個(gè)層次組成。每個(gè)知識(shí)層由若干個(gè)知識(shí)域組成，一個(gè)知識(shí)域包括若干個(gè)知識(shí)元，而知識(shí)元又可進(jìn)一步分解成若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，知識(shí)元又是知識(shí)體系中的基本單位，知識(shí)元又分為核心知識(shí)元和一般（非核心）知識(shí)元。核心知識(shí)元是組成了知識(shí)體系的最小集合。由此，我們

26、得出了自動(dòng)化學(xué)科的三層知識(shí)結(jié)構(gòu)框架：系統(tǒng)知識(shí)層，控制知識(shí)層和基礎(chǔ)知識(shí)層。1 基礎(chǔ)知識(shí)層：含三個(gè)知識(shí)域，分別為數(shù)理基礎(chǔ)、機(jī)電基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)；2 控制知識(shí)層：含六個(gè)知識(shí)域，分別為傳感與檢測(cè)（或信息獲?。?、網(wǎng)絡(luò)與通信（或信息傳輸）、計(jì)算與處理（或信息處理）、控制與智能（或信息控制）、執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)（或信息應(yīng)用、信息能量轉(zhuǎn)換）、對(duì)象與建模；3. 系統(tǒng)知識(shí)層：含系統(tǒng)與工程一個(gè)知識(shí)域。在以上知識(shí)域中，反映自動(dòng)化學(xué)科特點(diǎn)的是控制與智能、傳感與檢測(cè)、執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)、對(duì)象與建模系統(tǒng)與工程等五個(gè)知識(shí)域；而控制與智能、對(duì)象與建模、系統(tǒng)與工程等三個(gè)知識(shí)域則可視為自動(dòng)化學(xué)科知識(shí)體系的核心知識(shí)域，也是自動(dòng)化學(xué)科與其他學(xué)科的最大

27、區(qū)別。面向整個(gè)科學(xué)技術(shù)研究與科學(xué)工程教育的自動(dòng)化學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)與知識(shí)體系，對(duì)僅面向高等教育的自動(dòng)化專業(yè)來(lái)說(shuō)，顯然其知識(shí)結(jié)構(gòu)式一樣的，知識(shí)體系是類似的，但各個(gè)知識(shí)域包含的知識(shí)元將有很大的區(qū)別，即使知識(shí)元的名稱相同，包含的知識(shí)內(nèi)容（知識(shí)元）也要少得多、基礎(chǔ)得多。另一方面，自動(dòng)化專業(yè)人員的知識(shí)結(jié)構(gòu)與知識(shí)體系將直接聯(lián)系著自動(dòng)化專業(yè)的課程體系、直接影響著課程的設(shè)置。而我國(guó)目前設(shè)置自動(dòng)化專業(yè)的高等院校已有239所，覆蓋了工科類、綜合類、師范類、農(nóng)林類的“研究性”大學(xué)、“教學(xué)研究型”大學(xué)和“教學(xué)型”大學(xué)，涉及到部位屬院校、地方院校和民辦院校。對(duì)于這些不同類型院校的自動(dòng)化專業(yè)，其培養(yǎng)目標(biāo)或任務(wù)會(huì)有很大的差別，

28、其知識(shí)結(jié)構(gòu)與知識(shí)體系必須體現(xiàn)這些差別。我們知道，控制是自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的核心概念，也是自動(dòng)化學(xué)科與其他學(xué)科最大的不同點(diǎn)。所謂控制，一定要有被控制的對(duì)象。從最初的機(jī)器、設(shè)備到今天的大型復(fù)雜系統(tǒng)或過(guò)程，對(duì)自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)來(lái)說(shuō)都是被控制的對(duì)象。從工程的觀點(diǎn)，自動(dòng)化離不開(kāi)具體對(duì)象。具體對(duì)象小到日常的家用電器，大到電力系統(tǒng)那樣的人造復(fù)雜大系統(tǒng)；可以是非常具體的機(jī)器、設(shè)備，也可能是相對(duì)抽象的虛擬機(jī)器、設(shè)備。實(shí)體的控制，即工程中具體對(duì)象（實(shí)際設(shè)備）的控制，是自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)中最基本、也是最實(shí)在的控制，最充分地體現(xiàn)了自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的作用是如何有效地利用信息來(lái)促進(jìn)能量與物質(zhì)（如能源、材料和環(huán)境資源、人力資源等）的

29、有效利用。因此，要實(shí)現(xiàn)實(shí)體的控制，不僅要考慮信息，還要考慮能量、熱量和效率等因素，因而直接關(guān)聯(lián)到許多其他相關(guān)學(xué)科（如機(jī)械工程、電機(jī)工程、航空和航天工程、化學(xué)工程等）。如電力系統(tǒng)自動(dòng)化涉及到電機(jī)工程，制造系統(tǒng)自動(dòng)化涉及到機(jī)械工程，化工生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化涉及到化工工程，等等。因此，對(duì)實(shí)體控制的研究，主要從技術(shù)與工程的角度，將自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的原理與方法轉(zhuǎn)換為工程應(yīng)用技術(shù)（控制工程設(shè)計(jì)方法和軟件），使其適用于工程實(shí)際；同時(shí)將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于具體對(duì)象，使其成為自動(dòng)化設(shè)備、自動(dòng)化系統(tǒng)或自動(dòng)化工程，并解決工程實(shí)際中遇到的各種實(shí)際技術(shù)問(wèn)題，如特殊設(shè)備軟硬件研制。根據(jù)以上所說(shuō)的自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，規(guī)劃自動(dòng)化人才

30、的完整知識(shí)結(jié)構(gòu)和對(duì)自動(dòng)化專業(yè)人才的能力與素質(zhì)要求。自動(dòng)化這個(gè)專業(yè)隊(duì)本科生的培養(yǎng)目標(biāo)是：自動(dòng)化工程師或科學(xué)家的“雛形”或“毛坯”。這包含了兩重意思，或者說(shuō)可分解成近期目標(biāo)與長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)兩部分：1長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)：使每一位學(xué)生將來(lái)都能成為自動(dòng)化工程師或科學(xué)家；2近期目標(biāo)：通過(guò)四年自動(dòng)化專業(yè)教育的培養(yǎng)，使每一位學(xué)生都具備自動(dòng)化工程師或科學(xué)家的基本素質(zhì)、基本能力和基本完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)。我們知道，知識(shí)、能力和素質(zhì)是進(jìn)行高科技創(chuàng)新的基礎(chǔ)。只有將三者的教育與培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，并貫穿于教育的全過(guò)程，才有可能培養(yǎng)出高水平的人才。正確理解知識(shí)、能力和素質(zhì)的內(nèi)涵及其關(guān)系很重要。目前的認(rèn)識(shí)是：知識(shí)是基礎(chǔ)，是能力和素質(zhì)的載體；能力是

31、知識(shí)的綜合體現(xiàn)，是在獲取知識(shí)過(guò)程中，經(jīng)培養(yǎng)訓(xùn)練和實(shí)踐鍛煉而形成的；素質(zhì)是人在獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)和創(chuàng)造知識(shí)過(guò)程中，在社會(huì)化過(guò)程中形成的相對(duì)穩(wěn)定的各種品質(zhì)的總和。知識(shí)和能力可以相得益彰，而高的素質(zhì)可以推動(dòng)知識(shí)和能力的擴(kuò)展。講完課本，最后總結(jié)。我覺(jué)得未來(lái)自動(dòng)化的發(fā)展： 自動(dòng)化是新的技術(shù)革命的一個(gè)重要方面。自動(dòng)化技術(shù)的研究應(yīng)用和推廣對(duì)人類的生產(chǎn)生活等方式將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和辦公室自動(dòng)化可極大地提高社會(huì)生產(chǎn)率和工作效率節(jié)約能源和原材料消耗保證產(chǎn)品質(zhì)量改善勞動(dòng)條件改進(jìn)生產(chǎn)工藝和管理體制加速社會(huì)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革和社會(huì)信息化的進(jìn)程。自動(dòng)控制行業(yè)近幾年發(fā)展迅猛，市場(chǎng)規(guī)模也以平均每年20%的速度遞增，高于國(guó)家GDP的增長(zhǎng)率。 在各應(yīng)用領(lǐng)域增長(zhǎng)情況有所差異，增長(zhǎng)快的行業(yè)自動(dòng)化需求增長(zhǎng)也快，其中電力和石油化工需求增長(zhǎng)最快，“十五”期間自動(dòng)化需求的規(guī)律也是如此；自動(dòng)化主控系統(tǒng)仍將以DCS和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為主,DCS和FCS將在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)并存大型DCS系統(tǒng)以國(guó)外產(chǎn)品為主的狀況近期將不會(huì)有大的改變PLC及基于IPC的國(guó)產(chǎn)DCS和工業(yè)控制裝置在中小工程應(yīng)用將