專(zhuān)題自動(dòng)化技術(shù)

1、專(zhuān)題(zhunt) 自動(dòng)化前沿技術(shù)共四十八頁(yè)第一節(jié) 自動(dòng)化技術(shù)的概述第二節(jié) 自動(dòng)化前沿技術(shù)第三節(jié)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用共四十八頁(yè)自動(dòng)化的誕生(dnshng) 從刀耕火種的年代起，人們就夢(mèng)想著省時(shí)省力地生產(chǎn)出更多的東西，來(lái)滿足人們生活的需要。人們?cè)趲浊甑纳a(chǎn)過(guò)程中，發(fā)明了很多節(jié)省力氣(l qi)的工具，如在河流上建造的水車(chē)?？梢酝ㄟ^(guò)水的沖擊帶動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)灌溉、淘米等工作。 第一節(jié) 自動(dòng)化技術(shù)的概述共四十八頁(yè)自動(dòng)化的誕生(dnshng)工業(yè)革命的到來(lái)(1788年)，為自動(dòng)化的發(fā)展帶來(lái)了巨大的動(dòng)力。此后的一百多年中，人們一直在探索(tn su)，特別是，經(jīng)過(guò)從1934年到1947年的十幾年研究(二戰(zhàn)

2、期間)，最終提出了自動(dòng)化的理論基礎(chǔ)著作控制論。標(biāo)志著自動(dòng)化技術(shù)的正式誕生。第一節(jié) 自動(dòng)化技術(shù)的概述共四十八頁(yè)自動(dòng)化在炮火(pohu)中發(fā)展自動(dòng)化技術(shù)從產(chǎn)生到現(xiàn)在，始終沒(méi)有離開(kāi)武器裝備的需要。 “二戰(zhàn)”中，同盟國(guó)軍隊(duì)的主要作戰(zhàn)(zu zhn)武器是火炮。當(dāng)時(shí)的火炮威力大、射程遠(yuǎn)，但是命中精度比較差。如果沒(méi)有“二戰(zhàn)”這個(gè)巨大的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，自動(dòng)化技術(shù)也不會(huì)有如此大的發(fā)展?？梢哉f(shuō)“軍事裝備是自動(dòng)化之父，二戰(zhàn)是自動(dòng)化誕生的產(chǎn)房”。共四十八頁(yè)自動(dòng)化在炮火(pohu)中發(fā)展如果說(shuō)軍事設(shè)備是自動(dòng)化之父，那么工業(yè)生產(chǎn)就是自動(dòng)化之母。福特的汽車(chē)生產(chǎn)線是最成功的早期生產(chǎn)線，1913年福特創(chuàng)建了由專(zhuān)用機(jī)床組成的“運(yùn)動(dòng)中的

3、組裝線” ，要組裝的部件由傳送帶運(yùn)到工人面前，每個(gè)工人只完成一種操作(cozu)。自動(dòng)化技術(shù)為生產(chǎn)力的發(fā)展起了巨大作用，實(shí)現(xiàn)了人們擺脫繁重的勞動(dòng)的愿望。共四十八頁(yè)自動(dòng)化原理(yunl)下面我們以一個(gè)簡(jiǎn)單(jindn)的例子，來(lái)說(shuō)明自動(dòng)化的原理。 自動(dòng)化設(shè)備的關(guān)鍵就在于反饋的存在，正是有了他的存在，才使自動(dòng)化成為可能。反饋就是自動(dòng)化的奧妙所在。所以自動(dòng)控自原理也叫反饋控制原理。 一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)論結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜都是由下面幾部分組成：第一，檢測(cè)比較裝置。 第二，控制器。第三，執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 第四，控制量。共四十八頁(yè) 控制器系統(tǒng)的大腦 傳感器系統(tǒng)的耳目(r m) 執(zhí)行器系統(tǒng)的手腳 受控對(duì)象溫柔的羔羊 穩(wěn)定

4、性不可或缺 魯棒性健康的系統(tǒng) 極點(diǎn)控制系統(tǒng)的精靈共四十八頁(yè)自動(dòng)化的前沿技術(shù)模糊控制其實(shí)我很清楚最優(yōu)控制-“沒(méi)有更好只有最好”自適應(yīng)控制以變制變魯棒控制以靜制動(dòng)線性控制理論縱橫非線性控制理論的發(fā)展PID控制簡(jiǎn)而優(yōu)秀預(yù)測(cè)控制未卜先知故障診斷神醫(yī)妙手人工智能智慧之巔專(zhuān)家系統(tǒng)身邊的專(zhuān)家推理(tul)控制經(jīng)驗(yàn)的作用集散控制系統(tǒng)（DCS） 共四十八頁(yè)模糊控制 模糊控制是以模糊集合理論為基礎(chǔ)的一種新興的控制手段，它是模糊系統(tǒng)理論和模糊技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 1965年美國(guó)Zadeh教授創(chuàng)立了模糊集合論，從而為描述，研究和處理模糊性現(xiàn)象提供了一種新的工具。一種利用模糊集合的理論來(lái)建立系統(tǒng)模型，設(shè)計(jì)控

5、制器的新型方法模糊控制也隨之問(wèn)世了。模糊控制的核心就是利用模糊集合理論，把人的控制策略的自然語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠(nnggu)接受的算法語(yǔ)言所描述的控制算法，這種方法不僅能實(shí)現(xiàn)控制，而且能模擬人的思維方式對(duì)一些無(wú)法構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的被控對(duì)象進(jìn)行有效的控制。 模糊控制作為智能領(lǐng)域中最具有實(shí)際意義的一種控制方法，已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域解決了傳統(tǒng)控制方法無(wú)法或者難以解決的問(wèn)題，取得了明顯的成效。共四十八頁(yè)最優(yōu)控制 最優(yōu)控制問(wèn)題研究的主要內(nèi)容是：怎樣選擇控制規(guī)律才能使控制系統(tǒng)的性能和品質(zhì)在某種意義下為最優(yōu)。用這些方法已經(jīng)成功的解決了許多動(dòng)態(tài)控制問(wèn)題，如最小時(shí)間控制，最少燃料控制和最佳調(diào)節(jié)器等，最優(yōu)控制已經(jīng)在航

6、天，航海，導(dǎo)彈，電力系統(tǒng)(din l x tn)，控制裝置，生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程中得到了比較成功的應(yīng)用，而且在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)中也得到了廣泛的應(yīng)用。 最優(yōu)控制問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是要找出容許的控制作用或控制規(guī)律，使動(dòng)態(tài)系統(tǒng)（受控對(duì)象）從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移到某種要求的終端狀態(tài)，并且保證某種要求的性能指標(biāo)達(dá)到最小值或者是最大值。 共四十八頁(yè)自適應(yīng)控制 所謂自適應(yīng)是指生物能改變自己的習(xí)性以適應(yīng)新的環(huán)境的一種特征。直觀地講，自適應(yīng)控制器能修正自己的特性以適應(yīng)對(duì)象和擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性的變化。 自適應(yīng)控制的研究對(duì)象是具有一定不確定性的系統(tǒng)，這里所謂的“不確定性”是指描述被控對(duì)象及其環(huán)境的數(shù)學(xué)模型不是完全確定的，其中包含一些

7、未知因素和隨機(jī)因素。 任何一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)都具有不同程度的不確定性，不確定性有時(shí)表現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)部，有時(shí)表現(xiàn)在系統(tǒng)的外部。從系統(tǒng)內(nèi)部來(lái)講，描述被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，設(shè)計(jì)者事先并不一定能準(zhǔn)確知道。作為外部環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響，可以(ky)等效地用許多擾動(dòng)來(lái)表示。這些擾動(dòng)通常是不可預(yù)測(cè)的。共四十八頁(yè)魯棒控制 魯棒控制（Robust Control）的研究始于20世紀(jì)50年代。所謂“魯棒性”，是指控制系統(tǒng)在一定（結(jié)構(gòu)，大?。┑膮?shù)攝動(dòng)下，維持某些性能的特性。 魯棒控制方法，是對(duì)時(shí)間域或頻率域來(lái)說(shuō)，一般要假設(shè)過(guò)程動(dòng)態(tài)特性的信息和它的變化范圍。一些算法不需要精確的過(guò)程模型，但需要一些離線辨識(shí)。 一般魯棒控

8、制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以一些最差的情況為基礎(chǔ)，因此一般系統(tǒng)并不工作在最優(yōu)狀態(tài)。 魯棒控制適用于穩(wěn)定性和可靠性作為首要目標(biāo)(mbio)的應(yīng)用，同時(shí)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性已知且不確定因素的變化范圍可以預(yù)估。飛機(jī)和空間飛行器的控制是這類(lèi)系統(tǒng)的例子。共四十八頁(yè)線性控制(kngzh)理論 線性控制理論是系統(tǒng)與控制理論中最為成熟和最為基礎(chǔ)的一個(gè)組成分支，是現(xiàn)代控制理論的基石。 嚴(yán)格地說(shuō)，一切實(shí)際的系統(tǒng)都是非線性的，真正的線性系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)世界是不存在的。但是，很大一部分實(shí)際系統(tǒng)，它們的某些主要關(guān)系特性，在一定的范圍內(nèi)，可以充分精確地用線性系統(tǒng)來(lái)加以(jiy)近似地代表。 簡(jiǎn)單說(shuō)，線性系統(tǒng)理論主要研究線性系統(tǒng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和改

9、變這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的可能性方法，建立和揭示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)、行為和性能間的確定的和定量的關(guān)系。共四十八頁(yè)非線性控制(kngzh)理論 對(duì)非線性控制系統(tǒng)的研究，到20世紀(jì)40年代已取得一些明顯的進(jìn)展。主要的分析方法有：相平面法、李亞普諾夫法和描述函數(shù)法等。這些方法都已經(jīng)被廣泛用來(lái)解決(jiju)實(shí)際的非線性系統(tǒng)問(wèn)題。但是這些方法都有一定的局限性，都不能成為分析非線性系統(tǒng)的通用方法。但總的來(lái)說(shuō)，非線性控制系統(tǒng)理論目前仍處于發(fā)展階段，遠(yuǎn)非完善，很多問(wèn)題都還有待研究解決(jiju)，領(lǐng)域十分寬。非線性控制理論作為很有前途的控制理論，將成為21世紀(jì)的控制理論的主旋律，將為我們?nèi)祟?lèi)社會(huì)提供更先進(jìn)的控制系統(tǒng)，使自

10、動(dòng)化水平有更大的飛越。共四十八頁(yè)P(yáng)ID控制(kngzh)簡(jiǎn)而優(yōu)秀 PID（比例-積分-微分）控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有50多年歷史。PID控制器簡(jiǎn)單易懂，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成(z chn)。其輸入e (t)與輸出u (t)的關(guān)系為: 因此它的傳遞函數(shù)為： 它由于用途廣泛、使用靈活，已有系列化產(chǎn)品，使用中只需設(shè)定三個(gè)參數(shù)（Kp， Ki和Kd）即可。 PID控制器是最簡(jiǎn)單的有時(shí)卻是最好的控制器共四十八頁(yè)預(yù)測(cè)(yc)控制 預(yù)測(cè)控制是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)新型的計(jì)算機(jī)控制算法。由于(yuy)它采用多步測(cè)試、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正

11、等控制策略，因而控制效果好，適用于控制不易建立精確數(shù)字模型且比較復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，所以它一出現(xiàn)就受到國(guó)內(nèi)外工程界的重視，并已在石油、化工、電力、冶金、機(jī)械等工業(yè)部門(mén)的控制系統(tǒng)得到了成功的應(yīng)用。 共四十八頁(yè)故障診斷 由于制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，價(jià)格越來(lái)越昂貴，因此因?yàn)?yn wi)各種故障而導(dǎo)致的停機(jī)都是不可忍受的負(fù)擔(dān)。故障診斷系統(tǒng)能夠在這個(gè)情況下滿足需要，也就是能夠合理制定維修計(jì)劃，最大限度減少停機(jī)維修的時(shí)間，以及在故障發(fā)生之后能夠迅速做出反應(yīng)。因此，故障診斷系統(tǒng)在現(xiàn)在得到了迅速的發(fā)展。 故障診斷是隨著生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜化而產(chǎn)生的一種技術(shù)，由于(yuy)和現(xiàn)代傳感器技術(shù)、專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，已

12、經(jīng)展現(xiàn)出了很強(qiáng)的生命力，必將為提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性提供越來(lái)越強(qiáng)大的支持。共四十八頁(yè)人工智能(rn n zh nn) 人工智能是一門(mén)(y mn)邊緣學(xué)科，用來(lái)模擬人的思維，已經(jīng)引起了許多學(xué)科的日益重視，并且有越來(lái)越多的實(shí)用意義。 人工智能的主要領(lǐng)域包括問(wèn)題求解、語(yǔ)言處理、自動(dòng)定理證明、智能數(shù)據(jù)檢索等領(lǐng)域。人工智能的第一個(gè)大成就是發(fā)展了能夠求解難題的下棋程序。 共四十八頁(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)(zhun ji x tn) 專(zhuān)家系統(tǒng)(Expert System)是一個(gè)基于知識(shí)的智能推理系統(tǒng)，它涉及到對(duì)知識(shí)獲取、知識(shí)庫(kù)、推理控制機(jī)制(jzh)以及智能人機(jī)接口的研究，是集人工智能和領(lǐng)域知識(shí)于一體的系統(tǒng)。近些年，

13、專(zhuān)家系統(tǒng)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用大大推進(jìn)了各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域向智能化方向發(fā)展，成為人工智能從實(shí)驗(yàn)室研究進(jìn)入實(shí)用領(lǐng)域的一個(gè)里程碑?？傊?，人工智能系統(tǒng)的特殊性，決定了它是一個(gè)跨越多學(xué)科、充滿活力、對(duì)基礎(chǔ)研究的依賴性很強(qiáng)的一個(gè)領(lǐng)域，它的發(fā)展，必將向我們展示科學(xué)技術(shù)王國(guó)的更多魅力，也會(huì)令我們的生活更為美好。共四十八頁(yè)集散控制系統(tǒng)(kn zh x tn)(DCS) DCS，即分布式控制系統(tǒng)，在有些資料中稱(chēng)之為集散系統(tǒng)，是相對(duì)于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)功能方面，DCS和集中式控制系統(tǒng)的區(qū)別(qbi)不大，但在系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)方法上卻完全不同。 進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)，更多新的技

14、術(shù)被應(yīng)用到了DCS之中。PLC是一種針對(duì)順序邏輯控制發(fā)展起來(lái)的電子設(shè)備，它主要用于代替不靈活而且笨重的繼電器邏輯?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在進(jìn)入九十年代中期以后發(fā)展十分迅猛，以至于有些人已做出預(yù)測(cè)：基于現(xiàn)場(chǎng)總線的FCS將取代DCS成為控制系統(tǒng)的主角。共四十八頁(yè)集散控制系統(tǒng)(kn zh x tn)(DCS)共四十八頁(yè)自動(dòng)化技術(shù)(jsh)的十八般兵器物理傳感器 光纖傳感器 仿生傳感器紅外傳感器 電磁傳感器 磁光效應(yīng)傳感器壓力傳感器 溫度傳感器 超聲波傳感器虛擬儀表 步進(jìn)電機(jī) 變頻器電磁閥 液壓裝備 繼電器控制設(shè)備(shbi)單片機(jī) 可編程控制器（PLC）工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC）共四十八頁(yè)自動(dòng)化技術(shù)(jsh)的應(yīng)用

15、1、自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用(yngyng) 自動(dòng)化的制造業(yè) 電力系統(tǒng)自動(dòng)化 建筑自動(dòng)化 交通運(yùn)輸自動(dòng)化 信息自動(dòng)化 自動(dòng)無(wú)極限2、自動(dòng)化技術(shù)在軍事中的應(yīng)用 新型自動(dòng)化武器 軍事指揮自動(dòng)化3、 自動(dòng)化技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用 自動(dòng)累計(jì)，無(wú)需勞神；溫度控制，冷熱不紊； 定時(shí)控制，歲月有情；定時(shí)控制，歲月有情； 防災(zāi)報(bào)警，守護(hù)生命；自動(dòng)電器，化繁為簡(jiǎn)共四十八頁(yè)自動(dòng)化技術(shù)(jsh)在工業(yè)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)(shj)自動(dòng)化共四十八頁(yè)自動(dòng)化技術(shù)(jsh)在工業(yè)中的應(yīng)用工業(yè)(gngy)過(guò)程自動(dòng)化共四十八頁(yè)自動(dòng)化技術(shù)(jsh)在工業(yè)中的應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)控(jin kn)系統(tǒng)共四十八頁(yè)自動(dòng)化技術(shù)(jsh)在工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)

16、場(chǎng)總線(Fieldbus)技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，主要解決(jiju)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備間的通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備與高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問(wèn)題。 共四十八頁(yè)自動(dòng)化技術(shù)(jsh)在工業(yè)中的應(yīng)用 虛擬制造在一個(gè)統(tǒng)一模型之下對(duì)設(shè)計(jì)和制造等過(guò)程進(jìn)行集成，將與產(chǎn)品制造相關(guān)的各種( zhn)過(guò)程集成在三維的、動(dòng)態(tài)的仿真真實(shí)過(guò)程的實(shí)體數(shù)字模型之上。 虛擬制造共四十八頁(yè)電力系統(tǒng)(din l x tn)自動(dòng)化 電力(dinl)調(diào)度自動(dòng)化共四十八頁(yè)電力系統(tǒng)(din l x tn)自動(dòng)化 無(wú)人(w rn)職守變電站共四十八頁(yè)建筑(jinzh)自動(dòng)化共四十八頁(yè)交通運(yùn)輸自動(dòng)

17、化共四十八頁(yè)交通運(yùn)輸自動(dòng)化無(wú)人駕駛車(chē)無(wú)人機(jī)共四十八頁(yè)信息(xnx)自動(dòng)化電子(dinz)會(huì)議系統(tǒng)信息高速公路共四十八頁(yè)信息(xnx)自動(dòng)化生物芯片(shn w xn pin)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化共四十八頁(yè)自動(dòng)化技術(shù)在軍事(jnsh)中的應(yīng)用制導(dǎo)(zhdo)導(dǎo)彈網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)爭(zhēng)無(wú)人機(jī)共四十八頁(yè)自動(dòng)化技術(shù)(jsh)在軍事中的應(yīng)用無(wú)人(w rn)炮塔坦克戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)器人共四十八頁(yè)自動(dòng)化技術(shù)在軍事(jnsh)中的應(yīng)用指揮(zhhu)自動(dòng)化系統(tǒng)戰(zhàn)爭(zhēng)模擬仿真共四十八頁(yè)自動(dòng)(zdng)無(wú)極限 農(nóng)業(yè)新紀(jì)元 醫(yī)學(xué)界新寵讓學(xué)習(xí)輕松簡(jiǎn)單使你的消費(fèi)準(zhǔn)確便利(binl)化工生產(chǎn)自動(dòng)化新世紀(jì)的鋼鐵生產(chǎn)圖書(shū)管理自動(dòng)化水庫(kù)管理自動(dòng)化銀行自動(dòng)化 煤礦

18、自動(dòng)化電視轉(zhuǎn)播自動(dòng)化冶金自動(dòng)化城市供熱自動(dòng)化石油化工自動(dòng)化公共場(chǎng)合衛(wèi)生管理自動(dòng)化細(xì)菌鑒定共四十八頁(yè)自動(dòng)化技術(shù)(jsh)在日常生活中的應(yīng)用 自動(dòng)(zdng)累計(jì)， 無(wú)需勞神自動(dòng)累計(jì) 記時(shí)鐘表自動(dòng)水表 燃?xì)獗黼姸缺?熱量表里程表共四十八頁(yè)溫度控制，冷熱不紊雙金屬溫控壓力(yl)式溫控?zé)崦翳F氧體溫控溫度比例調(diào)節(jié)自動(dòng)化技術(shù)(jsh)在日常生活中的應(yīng)用壓力控制，小心翼翼壓力鍋安全閥自行車(chē)電打氣壓力比例調(diào)節(jié)共四十八頁(yè)流量控制，吞吐自如氣動(dòng)(q dn)控制和電磁閥滅火自動(dòng)關(guān)氣停水自動(dòng)關(guān)氣邏輯控制液位行程(xngchng)，巧奪天工行程開(kāi)關(guān)液位開(kāi)關(guān)浮子式液位控制自動(dòng)化技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用共四十八頁(yè)定時(shí)控制，歲月有情 機(jī)械鐘表定時(shí)