自動(dòng)化專業(yè)介紹 課件

自動(dòng)化專業(yè)概述劉淮霞自動(dòng)化專業(yè)概述劉淮霞1自動(dòng)化顧名思義，就是自動(dòng)化技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防建設(shè)和航空、航天等方面的應(yīng)用。自動(dòng)化技術(shù)自上世紀(jì)30年代以來，取得了驚人的成就，已在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中起著關(guān)鍵的作用，自動(dòng)化水平的高低已成為衡量各行各業(yè)和各國(guó)家現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志，自動(dòng)化專業(yè)就是要學(xué)習(xí)自動(dòng)化技術(shù)，并把它應(yīng)用到實(shí)際的系統(tǒng)中去。

我國(guó)高等院校自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)適合社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要，德智體全面發(fā)展，在控制理論、控制系統(tǒng)、生產(chǎn)過程自動(dòng)化、人工智能與機(jī)器人控制等領(lǐng)域具有寬廣理論基礎(chǔ)和相關(guān)專門知識(shí)，具有創(chuàng)新和開拓精神的高級(jí)工程技術(shù)人才。畢業(yè)生能在國(guó)民經(jīng)濟(jì)及國(guó)防各部門和行業(yè)從事控制系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)、集成、開發(fā)、制造和應(yīng)用等工作。自動(dòng)化顧名思義，就是自動(dòng)化技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通2一、自動(dòng)化專業(yè)介紹二、自動(dòng)化的發(fā)展簡(jiǎn)史三、自動(dòng)控制與自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用范疇四、自動(dòng)化專業(yè)所開設(shè)的專業(yè)課程一、自動(dòng)化專業(yè)介紹3一、自動(dòng)化專業(yè)介紹自動(dòng)化專業(yè)是面向系統(tǒng)、軟硬兼顧、注重應(yīng)用的寬口徑專業(yè)。培養(yǎng)具備電工技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制理論、自動(dòng)檢測(cè)與儀表、信息處理、系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等較寬領(lǐng)域的工程技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的高級(jí)技術(shù)人員。學(xué)生畢業(yè)后，可在各行各業(yè)的運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、電力電子技術(shù)、檢測(cè)與自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)控制等領(lǐng)域從事系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)運(yùn)行、科技開發(fā)及研究等方面的工作。大家將在四年里，除了學(xué)習(xí)一些基礎(chǔ)課（如高等數(shù)學(xué)、大學(xué)英語(yǔ)、大學(xué)物理）等，還將主要學(xué)習(xí)電路原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)、微機(jī)原理、自動(dòng)控制原理、信號(hào)與系統(tǒng)、單片機(jī)及接口技術(shù)、儀表與過程控制、電機(jī)控制、計(jì)算機(jī)控制等課程。一、自動(dòng)化專業(yè)介紹自動(dòng)化專業(yè)是面向系統(tǒng)、軟硬兼顧4二、自動(dòng)化的發(fā)展簡(jiǎn)史2.自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期（18世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代）公元1788年英國(guó)機(jī)械師J.Watt（瓦特）發(fā)明離心式調(diào)速器，并把它與蒸汽機(jī)的閥門連接起來，構(gòu)成蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，這項(xiàng)發(fā)明對(duì)第一次工業(yè)革命和控制理論后來的發(fā)展有重要影響。1.自動(dòng)裝置的出現(xiàn)和應(yīng)用（18世紀(jì)以前）

古代人類在長(zhǎng)期的生產(chǎn)和生活中，為了減輕自己的勞動(dòng)，逐漸利用自然界的動(dòng)力（風(fēng)力、水力等）代替人力、畜力，以及用自動(dòng)裝置代替人的部分繁重的腦力活動(dòng)和體力活動(dòng)。例如：古代，公元前14至公元前11世紀(jì)，中國(guó)和巴比倫出現(xiàn)了自動(dòng)計(jì)時(shí)裝置—刻漏等，近代，俄國(guó)機(jī)械師波爾祖諾夫于公元1765年發(fā)明了蒸汽鍋爐水位保持恒定，用的浮子式閥門水位調(diào)節(jié)器?？刂坪妥詣?dòng)化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)歷史時(shí)期。二、自動(dòng)化的發(fā)展簡(jiǎn)史2.自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期（18世紀(jì)末至5

（1）自動(dòng)調(diào)節(jié)的廣泛應(yīng)用：由于第一次工業(yè)革命的需要，人們開始采用自動(dòng)調(diào)節(jié)器或裝置，使一些物理量保持在給定值附近。公元1868年法國(guó)工程師J。法爾科發(fā)明反饋調(diào)節(jié)器，并把它與蒸汽閥連接起來，操作蒸汽船的舵，他稱之為伺服機(jī)構(gòu)。到了20世紀(jì)20~30年代，美國(guó)開始采用PID調(diào)節(jié)器，這是一種模擬式調(diào)節(jié)器，現(xiàn)在還在許多工廠中使用。

（2）自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題：自動(dòng)調(diào)節(jié)器和被控制對(duì)象組成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)人們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的被控制量忽高忽低，即發(fā)生振蕩（不穩(wěn)定），這使得一些科學(xué)家從理論上來加以研究，公元1877年英國(guó)數(shù)學(xué)家E。勞斯、1895年德國(guó)數(shù)學(xué)家A。胡爾維茨提出代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)，沿用到現(xiàn)在。公元1892年俄國(guó)數(shù)學(xué)家A。李雅普諾夫提出穩(wěn)定性的嚴(yán)格數(shù)學(xué)定義并發(fā)表了專著。他的穩(wěn)定性理論至今還是研究分析線性和非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要方法。

（3）反饋控制和頻率法：進(jìn)入20世紀(jì)以后，工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用各種自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，促進(jìn)了對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析和綜合的研究。通過在解決電子管放大器失真問題上的研究，1927年美國(guó)電氣工程師H。布萊克（Black）引入的反饋概念，使人們對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中反饋控制的結(jié)構(gòu)有了更深刻的認(rèn)識(shí)。此后在拉普拉斯變換的基礎(chǔ)上，傳遞函數(shù)的觀念被引入到分析自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)或元件上，成為重要工具。1932年美國(guó)電信工程師N。奈奎斯特提出著名的穩(wěn)定判據(jù)，可以根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)判定閉環(huán)反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性。以上標(biāo)志著經(jīng)典控制理論的誕生。（1）自動(dòng)調(diào)節(jié)的廣泛應(yīng)用：由于第一次工業(yè)革命的需要63.局部自動(dòng)化時(shí)期（20世紀(jì)40~50年代）

（1）經(jīng)典控制理論的形成和發(fā)展：在前述代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)和傳遞函數(shù)、依據(jù)頻率響應(yīng)的頻率法判據(jù)的基礎(chǔ)上加上W。埃文斯1948年的根軌跡法，奠定了經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)。第二次世界大戰(zhàn)后工業(yè)迅速發(fā)展，隨著高速飛行、核反應(yīng)堆、大電力網(wǎng)和大化工廠提出的新控制問題：非線性系統(tǒng)、時(shí)滯系統(tǒng)、脈沖及采樣控制系統(tǒng)、時(shí)變系統(tǒng)、分布參數(shù)系統(tǒng)和有隨機(jī)信號(hào)輸入的系統(tǒng)的控制問題等的深入研究，經(jīng)典控制理論在20世紀(jì)50年代有了新的發(fā)展。

（2）局部自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用：第二次世界大戰(zhàn)后，在工業(yè)上已廣泛應(yīng)用PID調(diào)節(jié)器，并用電子模擬計(jì)算機(jī)來設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)局部自動(dòng)化，即單個(gè)過程或單個(gè)機(jī)器的自動(dòng)化。當(dāng)時(shí)的PID調(diào)節(jié)器是電動(dòng)的或氣動(dòng)的、液壓的。在20世紀(jì)30~40年代出現(xiàn)了統(tǒng)一信號(hào)的、通用的、標(biāo)準(zhǔn)的氣動(dòng)單元組合儀表。20世紀(jì)50年代研制出了電動(dòng)單元組合儀表。這些為工業(yè)自動(dòng)化提供了必不可少的技術(shù)工具，并使得構(gòu)成和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)更簡(jiǎn)便、更工程化了。

（3）電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)明：電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)明，為20世紀(jì)60~70年代開始的在控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用程序控制和邏輯控制以及應(yīng)用數(shù)字計(jì)算機(jī)直接控制生產(chǎn)過程，奠定了基礎(chǔ)。目前小型計(jì)算機(jī)或單片計(jì)算機(jī)已成為復(fù)雜自動(dòng)控制系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制和算法。3.局部自動(dòng)化時(shí)期（20世紀(jì)40~50年代）74.綜合自動(dòng)化時(shí)期（20世紀(jì)50年代末起至今）復(fù)雜工業(yè)、復(fù)雜工業(yè)過程和航天技術(shù)的自動(dòng)控制問題，都是多變量控制系統(tǒng)的分析和綜合問題，迫切需要加以解決。但經(jīng)典的控制理論的直接應(yīng)用遇到了困難。20世紀(jì)70年代微處理機(jī)的出現(xiàn)對(duì)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)起了重大的推動(dòng)作用?，F(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展：1956年，前蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家龐特里亞金提出極大值原理，同年美國(guó)數(shù)學(xué)家R、貝爾曼創(chuàng)立動(dòng)態(tài)規(guī)劃。兩者為解決最優(yōu)控制問題提供了理論工具。1960年美國(guó)數(shù)學(xué)家R、卡爾曼提出能控性和能觀性兩個(gè)概念，揭示了系統(tǒng)的內(nèi)在屬性。以上標(biāo)志著現(xiàn)代控制理論的誕生，并得以迅速發(fā)展，形成了多個(gè)重要分支：系統(tǒng)辯識(shí)、自適應(yīng)控制和自校正控制器、遙測(cè)、遙控和遙感、綜合自動(dòng)化、大系統(tǒng)理論、模式識(shí)別和人工智能、智能控制。4.綜合自動(dòng)化時(shí)期（20世紀(jì)50年代末起至今）8三、自動(dòng)控制與自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用范疇控制與自動(dòng)化是不斷發(fā)展的高、新科學(xué)技術(shù)，對(duì)人類生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究有著非常重要的影響?？刂婆c自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展至今，可以說是已從“人類手腳的延伸”擴(kuò)展到“人類大腦的延伸”。控制與自動(dòng)化技術(shù)時(shí)時(shí)在為人類“謀”福利，可謂無處不在、無處沒有。

控制與自動(dòng)化技術(shù)正在迅速地滲入家庭生活中。比如全自動(dòng)洗衣機(jī)，不用人動(dòng)手就能把衣服洗得干干凈凈。電腦控制的微波爐，不但能按時(shí)自動(dòng)進(jìn)行烹調(diào)，做出美味可口的飯菜，而且安全節(jié)電。電腦控制的電冰箱，不但能自動(dòng)控溫，保持食物鮮美，而且能告訴食物存儲(chǔ)的數(shù)量和時(shí)間，還能為烹飪美味佳肴提供建議。還有空調(diào)機(jī)能提供溫暖如春的環(huán)境，清掃機(jī)器人能打掃房間等。

在工廠，人們使用各種自動(dòng)化裝置或系統(tǒng)，如機(jī)器人、自動(dòng)化小車、數(shù)控機(jī)床、柔性生產(chǎn)線和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等，完成產(chǎn)品的加工、裝配、包裝、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等工作。在鋼鐵、石油、化工、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)和畜牧業(yè)等生產(chǎn)和管理過程中，人們用自動(dòng)化儀表和自動(dòng)化裝置來控制生產(chǎn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過程的自動(dòng)化。三、自動(dòng)控制與自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用范疇控制與自動(dòng)化是不斷9

在辦公室，人們廣泛地引入微型電腦及信息網(wǎng)絡(luò)、文字處理機(jī)、電子傳真機(jī)、專用交換機(jī)、多功能復(fù)印機(jī)和秘書機(jī)器人等技術(shù)和設(shè)備，不斷實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化。利用自動(dòng)化的辦公設(shè)備，可自動(dòng)完成文件的起草、翻譯、修改、審核、分發(fā)、歸檔等工作，并利用信息高速公路、多媒體等技術(shù)進(jìn)一步提高信息加工與傳遞的效率，實(shí)現(xiàn)辦公的全面自動(dòng)化。辦公自動(dòng)化的主要目標(biāo)是企業(yè)管理自動(dòng)化。

在交通運(yùn)輸中，采用自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)交通工具自動(dòng)化及管理自動(dòng)化，包括車輛運(yùn)輸管理、海上及空中交通管理、城市交通控制、客票預(yù)定及出售等。在醫(yī)療保健事業(yè)及圖書館、商業(yè)服務(wù)行業(yè)中，在農(nóng)作物種植、養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)過程中，都可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理及自動(dòng)化生產(chǎn)。

在生態(tài)、環(huán)境和社會(huì)等復(fù)雜系統(tǒng)中，控制科學(xué)和技術(shù)為人類開辟了嶄新的研究途徑，為決策和管理的科學(xué)化提供了可能。在現(xiàn)代的和未來的戰(zhàn)場(chǎng)上，飛機(jī)、艦艇、戰(zhàn)車、火炮、導(dǎo)彈、軍用衛(wèi)星、以及后勤保障、軍事指揮等，更是時(shí)時(shí)處處離不開控制與自動(dòng)化技術(shù)。在辦公室，人們廣泛地引入微型電腦及信息網(wǎng)絡(luò)、文字處理101、機(jī)械制造自動(dòng)化機(jī)械制造是現(xiàn)代工業(yè)重要的組成部分，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)有非常巨大的影響。

（1）數(shù)控技術(shù)和數(shù)控系統(tǒng)：數(shù)控技術(shù)是一門以數(shù)字的形式實(shí)現(xiàn)控制的技術(shù)，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)是由程序、輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置、可編程序控制器、主軸驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等組成。數(shù)控技術(shù)是美國(guó)從數(shù)控機(jī)床的研制開始的。幾十年來，數(shù)控裝置和數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷了研究、試制（1948~1955年）、在工業(yè)上應(yīng)用（1956~1959年）和高速度發(fā)展（1960年到現(xiàn)在）三個(gè)發(fā)展階段。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，數(shù)控裝置和數(shù)控機(jī)床在提高生產(chǎn)效率、節(jié)省人力、提高加工精度、降低加工費(fèi)用等方面都具有很大的優(yōu)越性。數(shù)控技術(shù)在近幾年來獲得了極為迅速的發(fā)展，它不僅在機(jī)械加工中越來越普遍得到應(yīng)用，而且在其他設(shè)備中也廣泛應(yīng)用。例如：數(shù)控精密火焰切割機(jī)和電火花切割機(jī)、數(shù)控彎扳機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控繪圖機(jī)、數(shù)控電焊機(jī)等。特別是高效自動(dòng)化機(jī)床，是機(jī)床自動(dòng)化方面一個(gè)新的、重要發(fā)展方向。數(shù)字控制機(jī)床的出現(xiàn)，標(biāo)志著機(jī)床工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，也是當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化的主要發(fā)展方向之一。

1、機(jī)械制造自動(dòng)化11

（2）柔性制造系統(tǒng)：是在計(jì)算機(jī)直接數(shù)控基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高度自動(dòng)化加工形式。它是由統(tǒng)一的控制系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)連接起來的一組加工設(shè)備，包括數(shù)控機(jī)床、材料和工具自動(dòng)運(yùn)輸設(shè)備、產(chǎn)品零件自動(dòng)傳輸設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)和試驗(yàn)設(shè)備等，不僅能進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，而且還能在一定范圍內(nèi)完成不同工件的加工任務(wù)。柔性制造系統(tǒng)由加工系統(tǒng)（多臺(tái)制造設(shè)備）、物流系統(tǒng)（設(shè)備間自動(dòng)傳輸材料、工具和產(chǎn)品零件）、中央管理系統(tǒng)（執(zhí)行整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃與作業(yè)調(diào)度、集中監(jiān)控以及加工程序管理等工作）組成。

（3）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)：是在自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)及其軟件，將制造工廠全部生產(chǎn)活動(dòng)（設(shè)計(jì)、制造及經(jīng)營(yíng)管理，包括市場(chǎng)調(diào)研、生產(chǎn)決策、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造以及銷售經(jīng)營(yíng)等）與整個(gè)生產(chǎn)過程有關(guān)的物料流與信息流實(shí)現(xiàn)高度統(tǒng)一的綜合化管理，把各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地集成起來，構(gòu)成一個(gè)優(yōu)化的完整的生產(chǎn)系統(tǒng)，從而獲得更高的整體效益，縮短產(chǎn)品開發(fā)制造周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、提高企業(yè)的應(yīng)變能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。（2）柔性制造系統(tǒng)：是在計(jì)算機(jī)直接數(shù)控基礎(chǔ)上發(fā)展起122、過程工業(yè)自動(dòng)化

過程工業(yè)包括電力、石油化工、化工、造紙、冶金、制藥、輕工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)中舉足輕重的許多工業(yè)，主要對(duì)系統(tǒng)的溫度、壓力、流量、液位（料位）、成分和物性等六大參數(shù)進(jìn)行控制。研究這些工業(yè)的控制和管理成為人們十分關(guān)注的領(lǐng)域，是本學(xué)科非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。過程控制研究過程工業(yè)生產(chǎn)過程的描述、模擬、仿真、設(shè)計(jì)、控制和管理，旨在進(jìn)一步改善工藝操作，提高自動(dòng)化水平，優(yōu)化生產(chǎn)過程（提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低原材料和能源的損耗），加強(qiáng)生產(chǎn)管理，最終顯著地增加經(jīng)濟(jì)效益。早期的過程控制系統(tǒng)主要采用基地式儀表、氣動(dòng)單元組合式儀表、電動(dòng)單元組合式儀表等傳統(tǒng)技術(shù)工具，盡管這些儀表、工具在過程工業(yè)的多數(shù)工廠中還在應(yīng)用，但隨著微處理器和工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前廣泛采用可編程單回路、多回路調(diào)節(jié)器以及分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。近年來迅速發(fā)展起來的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，更是控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。與機(jī)械制造系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)類似，計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)將計(jì)劃優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營(yíng)管理和決策引入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)是過程工業(yè)自動(dòng)化的最新成就和發(fā)展方向，是自動(dòng)控制與自動(dòng)化技術(shù)非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域。

2、過程工業(yè)自動(dòng)化133、電力系統(tǒng)自動(dòng)化

不管是何種形式的電力系統(tǒng)，對(duì)其都有三個(gè)方面的基本要求：安全性、經(jīng)濟(jì)性和必要的供電質(zhì)量。為了滿足這些基本要求，電力系統(tǒng)自動(dòng)化是必不可少的。

首先，安全供電離不開自動(dòng)化。即使對(duì)于單個(gè)的火力發(fā)電系統(tǒng)，為了保障發(fā)電機(jī)的安全，需要采用自動(dòng)裝置進(jìn)行過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、接地保護(hù)、功率反向保護(hù)或差動(dòng)保護(hù)。對(duì)汽溫、汽壓、真空度、水位、爐膛壓力、燃燒情況以及汽輪發(fā)電機(jī)的電流、電壓、軸承溫度等參數(shù)需要進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控。這些都是電力系統(tǒng)基礎(chǔ)自動(dòng)化的基本內(nèi)容。目前單個(gè)的電力系統(tǒng)已經(jīng)很少見，由不同規(guī)模、不同性質(zhì)的電力系統(tǒng)形成復(fù)雜的聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。此時(shí)，簡(jiǎn)單的單項(xiàng)自動(dòng)裝置已經(jīng)不能解決問題，要檢測(cè)和識(shí)別更多的參數(shù)，并及時(shí)地做出正確的綜合判斷。

3、電力系統(tǒng)自動(dòng)化14

其次

，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需要自動(dòng)化。若干聯(lián)網(wǎng)電廠總的經(jīng)濟(jì)性和單個(gè)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的考慮出發(fā)點(diǎn)不同，不能只考慮單個(gè)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于火力發(fā)電廠，不但要考慮每個(gè)電廠煤耗率、煤耗微增率（即增加單位負(fù)荷所需的煤耗量），還要考慮不同電廠在輸電過程中的不同線路損耗。電力系統(tǒng)形成復(fù)雜的聯(lián)網(wǎng)時(shí)，有多個(gè)電廠向電網(wǎng)輸入電力，由于環(huán)網(wǎng)之間的出力分配相互影響，人們將面臨一個(gè)多輸入、多輸出的大系統(tǒng)，它有大量、復(fù)雜的信息處理，還需要進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)。這些必須借助基于計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化管理與控制系統(tǒng)才能達(dá)到希望的效果。

再次，供電質(zhì)量的自動(dòng)化要求。供電質(zhì)量主要指電壓質(zhì)量和頻率質(zhì)量。例如頻率下降時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)出力減少，鍋爐給水泵打不上水，火力發(fā)電廠的鍋爐將不能運(yùn)行；油泵不能供應(yīng)軸承潤(rùn)滑油，汽輪發(fā)電機(jī)的軸瓦將被燒壞。頻率變化對(duì)電子設(shè)備的影響更大。電壓質(zhì)量直接影響到用戶的用電質(zhì)量。電壓過高會(huì)損害用電電器，或影響其壽命；電壓過低則電燈不亮，熒光燈不能啟動(dòng)，甚至?xí)捎谵D(zhuǎn)矩不夠而燒壞電動(dòng)機(jī)。自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的端電壓、保護(hù)用戶電壓穩(wěn)定、自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要任務(wù)之一。其次，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需要自動(dòng)化。若干聯(lián)網(wǎng)電廠總的經(jīng)濟(jì)性和單154．飛行器控制

飛行器是人類征服自然、改造自然過程中發(fā)明的重要工具?，F(xiàn)代飛行器有很多種類，例如有飛機(jī)、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、直升機(jī)、運(yùn)載火箭、宇宙飛船、航天飛機(jī)等。不管是何種飛行器均離不開自動(dòng)控制系統(tǒng)。而且不同的飛行器其控制系統(tǒng)也各不相同，系統(tǒng)的性能、功能和結(jié)構(gòu)可能截然不同。因此飛行器是自動(dòng)控制最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，許多先進(jìn)的、新型控制理論和技術(shù)正是為了適應(yīng)飛行器工程的高要求而發(fā)展起來的。

（1）導(dǎo)彈控制系統(tǒng)：其主要任務(wù)是：控制導(dǎo)彈有效載荷的投擲精度（命中精度），對(duì)飛行器實(shí)施姿態(tài)控制，保證在各種條件下的飛行穩(wěn)定性；在發(fā)射前對(duì)飛行器進(jìn)行可靠、準(zhǔn)確的檢測(cè)和操縱發(fā)射。由于飛行時(shí)間一般較短，但卻經(jīng)受著內(nèi)外干擾、多種環(huán)境條件的惡劣影響，因而往往偏離預(yù)計(jì)軌道和預(yù)計(jì)飛行狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)的作用就是消除或減小這些干擾和影響的后果，控制導(dǎo)彈準(zhǔn)確、可靠地完成飛行動(dòng)作，最后飛向目標(biāo)。

4．飛行器控制（1）導(dǎo)彈控制系統(tǒng)：其主要任務(wù)是：控制導(dǎo)16

（2）導(dǎo)航系統(tǒng)：導(dǎo)航是指利用敏感器件測(cè)量飛行器的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并將測(cè)量的信息直接或經(jīng)過變換、計(jì)算來表征飛行器在某種坐標(biāo)系的角度、速度和位置等狀態(tài)量。而由測(cè)量、傳遞、變換、計(jì)算幾個(gè)環(huán)節(jié)組成并給出飛行器初始狀態(tài)和飛行運(yùn)動(dòng)參數(shù)的系統(tǒng)則稱為導(dǎo)航系統(tǒng)。例如近幾年發(fā)展和完善起來的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。不僅飛行器需要導(dǎo)航系統(tǒng)，車輛、艦船也不同程度地離不開導(dǎo)航系統(tǒng)。

（3）制導(dǎo)系統(tǒng)：其主要功能是利用導(dǎo)航系統(tǒng)提供的飛行器運(yùn)動(dòng)參數(shù)，對(duì)飛行器運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，使飛行器從某一飛行狀態(tài)達(dá)到期望的終端條件，保證飛行器以足夠的精度命中目標(biāo)。對(duì)于打擊遠(yuǎn)距離固定目標(biāo)的地對(duì)地導(dǎo)彈，一般是將導(dǎo)彈自身的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)參數(shù)與事先設(shè)計(jì)好的標(biāo)準(zhǔn)彈道相比較，由此獲得誤差信號(hào)，根據(jù)一定的制導(dǎo)規(guī)律（控制算法）來控制導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)，最終使導(dǎo)彈沿標(biāo)準(zhǔn)彈道飛行直到命中目標(biāo)。隨著控制理論的不斷發(fā)展，許多新的制導(dǎo)規(guī)律正在不斷發(fā)展完善。

飛行器控制系統(tǒng)還有：姿態(tài)控制系統(tǒng)、飛行控制電子綜合系統(tǒng)、測(cè)試與發(fā)射控制系統(tǒng)等。

（2）導(dǎo)航系統(tǒng)：導(dǎo)航是指利用敏感器件測(cè)量飛行器的運(yùn)動(dòng)參175．智能建筑

一般認(rèn)為智能建筑包括三大基本要素，即樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)，通信自動(dòng)化系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)，三者是有機(jī)結(jié)合在一起的。樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)大樓供電、照明、報(bào)警、消防、電梯、空調(diào)等設(shè)備子系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制與監(jiān)視，對(duì)動(dòng)力設(shè)備進(jìn)行節(jié)能控制，對(duì)設(shè)備非正常運(yùn)行狀態(tài)報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的優(yōu)化管理與控制，保障設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性。通信自動(dòng)化系統(tǒng)是大廈智能化的“中樞神經(jīng)”。它由各種通信設(shè)備、通信線路以及相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件組成。它主要包括傳送話音、數(shù)據(jù)和圖象的基本通信網(wǎng)絡(luò)；實(shí)現(xiàn)樓層間各種終端、微機(jī)、工作站之間通信的樓層局域網(wǎng)；溝通樓群或樓內(nèi)計(jì)算機(jī)與樓內(nèi)各個(gè)局域網(wǎng)間通信聯(lián)系的高速主干網(wǎng)以及與公共信息資源（如Internet）相通的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。智能大廈的辦公自動(dòng)化系統(tǒng)具有文字處理、資料管理、行政管理、圖象或圖形處理、聲音處理、網(wǎng)絡(luò)通信等多種功能，可以對(duì)智能大廈內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)控制中心提供動(dòng)態(tài)信息資源分配、故障診斷及恢復(fù)、信息處理及網(wǎng)絡(luò)性能等進(jìn)行監(jiān)控。

5．智能建筑186．智能交通系統(tǒng)

交通運(yùn)輸是國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱性產(chǎn)業(yè)，對(duì)人類的生產(chǎn)、生活有著非常重要的影響。每個(gè)國(guó)家都面臨道路交通日益擁擠、路網(wǎng)通行能力不能滿足交通量增長(zhǎng)需要的問題。智能交通系統(tǒng)正是為了改變現(xiàn)在的交通狀況、減輕交通擁擠、減少交通事故、制止交通環(huán)境的惡化，使現(xiàn)代化的交通更好的為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)而出現(xiàn)和發(fā)展起來的一個(gè)綜合領(lǐng)域，自動(dòng)控制和自動(dòng)化技術(shù)在其中扮演著十分重要的角色。該系統(tǒng)將采集到的各種道路交通及服務(wù)信息經(jīng)交通管理中心集中處理后，傳輸?shù)焦愤\(yùn)輸系統(tǒng)的各種用戶（駕駛員、居民、警察局、停車場(chǎng)、運(yùn)輸公司、醫(yī)院、救護(hù)排障等部門），出行者可實(shí)時(shí)選擇交通方式和交通路線；交通管理部門可自動(dòng)進(jìn)行合理的交通疏導(dǎo)、控制和事故處理；運(yùn)輸部門可隨時(shí)掌握車輛的運(yùn)行情況，進(jìn)行合理調(diào)度。最終，使路網(wǎng)上的交通流運(yùn)行處于最佳狀態(tài)，從而改善交通擁擠和阻塞，最大限度地提高路網(wǎng)的通行能力，提高整個(gè)公路運(yùn)輸系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性、安全性和生產(chǎn)效率。

6．智能交通系統(tǒng)197.生物控制

主要包括：研究生物體中通信和控制的動(dòng)態(tài)過程，研究生命體遺傳、發(fā)育、進(jìn)化中的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，研究生物體與周圍環(huán)境相互聯(lián)系和制約中的反饋機(jī)制；進(jìn)一步通過信息技術(shù)和自動(dòng)化手段在不同的結(jié)構(gòu)層次上予以控制，乃至把高度發(fā)達(dá)的生物機(jī)能作為工程系統(tǒng)或社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)控制或決策中的“參考系”等。具體研究方向有生物控制系統(tǒng)（血壓控制系統(tǒng)、呼吸控制系統(tǒng)、體溫控制系統(tǒng)、神經(jīng)控制系統(tǒng)、內(nèi)分泌控制系統(tǒng)和肌肉起動(dòng)控制系統(tǒng)等）、遺傳及其控制、神經(jīng)控制、生物行為控制、仿生學(xué)等等。8.生態(tài)與環(huán)境控制9.社會(huì)經(jīng)濟(jì)控制10.大系統(tǒng)控制與系統(tǒng)工程7.生物控制20四、自動(dòng)化專業(yè)所開設(shè)的專業(yè)課程1、專業(yè)基礎(chǔ)課

電路理論、電子技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)、自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論、智能控制基礎(chǔ)、自適應(yīng)控制、電機(jī)控制基礎(chǔ)、感測(cè)技術(shù)、電力電子技術(shù)、數(shù)值分析與算法、工業(yè)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)仿真、微機(jī)原理及應(yīng)用、C語(yǔ)言、單片機(jī)及接口技術(shù)、可編程序控制器、DSP應(yīng)用技術(shù)等。2、專業(yè)課

過程控制及儀表、電機(jī)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等。四、自動(dòng)化專業(yè)所開設(shè)的專業(yè)課程21謝謝大家謝謝大家22自動(dòng)化專業(yè)概述劉淮霞自動(dòng)化專業(yè)概述劉淮霞23自動(dòng)化顧名思義，就是自動(dòng)化技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防建設(shè)和航空、航天等方面的應(yīng)用。自動(dòng)化技術(shù)自上世紀(jì)30年代以來，取得了驚人的成就，已在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中起著關(guān)鍵的作用，自動(dòng)化水平的高低已成為衡量各行各業(yè)和各國(guó)家現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志，自動(dòng)化專業(yè)就是要學(xué)習(xí)自動(dòng)化技術(shù)，并把它應(yīng)用到實(shí)際的系統(tǒng)中去。

我國(guó)高等院校自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)適合社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要，德智體全面發(fā)展，在控制理論、控制系統(tǒng)、生產(chǎn)過程自動(dòng)化、人工智能與機(jī)器人控制等領(lǐng)域具有寬廣理論基礎(chǔ)和相關(guān)專門知識(shí)，具有創(chuàng)新和開拓精神的高級(jí)工程技術(shù)人才。畢業(yè)生能在國(guó)民經(jīng)濟(jì)及國(guó)防各部門和行業(yè)從事控制系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)、集成、開發(fā)、制造和應(yīng)用等工作。自動(dòng)化顧名思義，就是自動(dòng)化技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通24一、自動(dòng)化專業(yè)介紹二、自動(dòng)化的發(fā)展簡(jiǎn)史三、自動(dòng)控制與自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用范疇四、自動(dòng)化專業(yè)所開設(shè)的專業(yè)課程一、自動(dòng)化專業(yè)介紹25一、自動(dòng)化專業(yè)介紹自動(dòng)化專業(yè)是面向系統(tǒng)、軟硬兼顧、注重應(yīng)用的寬口徑專業(yè)。培養(yǎng)具備電工技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制理論、自動(dòng)檢測(cè)與儀表、信息處理、系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等較寬領(lǐng)域的工程技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的高級(jí)技術(shù)人員。學(xué)生畢業(yè)后，可在各行各業(yè)的運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、電力電子技術(shù)、檢測(cè)與自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)控制等領(lǐng)域從事系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)運(yùn)行、科技開發(fā)及研究等方面的工作。大家將在四年里，除了學(xué)習(xí)一些基礎(chǔ)課（如高等數(shù)學(xué)、大學(xué)英語(yǔ)、大學(xué)物理）等，還將主要學(xué)習(xí)電路原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)、微機(jī)原理、自動(dòng)控制原理、信號(hào)與系統(tǒng)、單片機(jī)及接口技術(shù)、儀表與過程控制、電機(jī)控制、計(jì)算機(jī)控制等課程。一、自動(dòng)化專業(yè)介紹自動(dòng)化專業(yè)是面向系統(tǒng)、軟硬兼顧26二、自動(dòng)化的發(fā)展簡(jiǎn)史2.自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期（18世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代）公元1788年英國(guó)機(jī)械師J.Watt（瓦特）發(fā)明離心式調(diào)速器，并把它與蒸汽機(jī)的閥門連接起來，構(gòu)成蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，這項(xiàng)發(fā)明對(duì)第一次工業(yè)革命和控制理論后來的發(fā)展有重要影響。1.自動(dòng)裝置的出現(xiàn)和應(yīng)用（18世紀(jì)以前）

古代人類在長(zhǎng)期的生產(chǎn)和生活中，為了減輕自己的勞動(dòng)，逐漸利用自然界的動(dòng)力（風(fēng)力、水力等）代替人力、畜力，以及用自動(dòng)裝置代替人的部分繁重的腦力活動(dòng)和體力活動(dòng)。例如：古代，公元前14至公元前11世紀(jì)，中國(guó)和巴比倫出現(xiàn)了自動(dòng)計(jì)時(shí)裝置—刻漏等，近代，俄國(guó)機(jī)械師波爾祖諾夫于公元1765年發(fā)明了蒸汽鍋爐水位保持恒定，用的浮子式閥門水位調(diào)節(jié)器?？刂坪妥詣?dòng)化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)歷史時(shí)期。二、自動(dòng)化的發(fā)展簡(jiǎn)史2.自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期（18世紀(jì)末至27

（1）自動(dòng)調(diào)節(jié)的廣泛應(yīng)用：由于第一次工業(yè)革命的需要，人們開始采用自動(dòng)調(diào)節(jié)器或裝置，使一些物理量保持在給定值附近。公元1868年法國(guó)工程師J。法爾科發(fā)明反饋調(diào)節(jié)器，并把它與蒸汽閥連接起來，操作蒸汽船的舵，他稱之為伺服機(jī)構(gòu)。到了20世紀(jì)20~30年代，美國(guó)開始采用PID調(diào)節(jié)器，這是一種模擬式調(diào)節(jié)器，現(xiàn)在還在許多工廠中使用。

（2）自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題：自動(dòng)調(diào)節(jié)器和被控制對(duì)象組成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)人們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的被控制量忽高忽低，即發(fā)生振蕩（不穩(wěn)定），這使得一些科學(xué)家從理論上來加以研究，公元1877年英國(guó)數(shù)學(xué)家E。勞斯、1895年德國(guó)數(shù)學(xué)家A。胡爾維茨提出代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)，沿用到現(xiàn)在。公元1892年俄國(guó)數(shù)學(xué)家A。李雅普諾夫提出穩(wěn)定性的嚴(yán)格數(shù)學(xué)定義并發(fā)表了專著。他的穩(wěn)定性理論至今還是研究分析線性和非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要方法。

（3）反饋控制和頻率法：進(jìn)入20世紀(jì)以后，工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用各種自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，促進(jìn)了對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析和綜合的研究。通過在解決電子管放大器失真問題上的研究，1927年美國(guó)電氣工程師H。布萊克（Black）引入的反饋概念，使人們對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中反饋控制的結(jié)構(gòu)有了更深刻的認(rèn)識(shí)。此后在拉普拉斯變換的基礎(chǔ)上，傳遞函數(shù)的觀念被引入到分析自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)或元件上，成為重要工具。1932年美國(guó)電信工程師N。奈奎斯特提出著名的穩(wěn)定判據(jù)，可以根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)判定閉環(huán)反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性。以上標(biāo)志著經(jīng)典控制理論的誕生。（1）自動(dòng)調(diào)節(jié)的廣泛應(yīng)用：由于第一次工業(yè)革命的需要283.局部自動(dòng)化時(shí)期（20世紀(jì)40~50年代）

（1）經(jīng)典控制理論的形成和發(fā)展：在前述代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)和傳遞函數(shù)、依據(jù)頻率響應(yīng)的頻率法判據(jù)的基礎(chǔ)上加上W。埃文斯1948年的根軌跡法，奠定了經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)。第二次世界大戰(zhàn)后工業(yè)迅速發(fā)展，隨著高速飛行、核反應(yīng)堆、大電力網(wǎng)和大化工廠提出的新控制問題：非線性系統(tǒng)、時(shí)滯系統(tǒng)、脈沖及采樣控制系統(tǒng)、時(shí)變系統(tǒng)、分布參數(shù)系統(tǒng)和有隨機(jī)信號(hào)輸入的系統(tǒng)的控制問題等的深入研究，經(jīng)典控制理論在20世紀(jì)50年代有了新的發(fā)展。

（2）局部自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用：第二次世界大戰(zhàn)后，在工業(yè)上已廣泛應(yīng)用PID調(diào)節(jié)器，并用電子模擬計(jì)算機(jī)來設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)局部自動(dòng)化，即單個(gè)過程或單個(gè)機(jī)器的自動(dòng)化。當(dāng)時(shí)的PID調(diào)節(jié)器是電動(dòng)的或氣動(dòng)的、液壓的。在20世紀(jì)30~40年代出現(xiàn)了統(tǒng)一信號(hào)的、通用的、標(biāo)準(zhǔn)的氣動(dòng)單元組合儀表。20世紀(jì)50年代研制出了電動(dòng)單元組合儀表。這些為工業(yè)自動(dòng)化提供了必不可少的技術(shù)工具，并使得構(gòu)成和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)更簡(jiǎn)便、更工程化了。

（3）電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)明：電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)明，為20世紀(jì)60~70年代開始的在控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用程序控制和邏輯控制以及應(yīng)用數(shù)字計(jì)算機(jī)直接控制生產(chǎn)過程，奠定了基礎(chǔ)。目前小型計(jì)算機(jī)或單片計(jì)算機(jī)已成為復(fù)雜自動(dòng)控制系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制和算法。3.局部自動(dòng)化時(shí)期（20世紀(jì)40~50年代）294.綜合自動(dòng)化時(shí)期（20世紀(jì)50年代末起至今）復(fù)雜工業(yè)、復(fù)雜工業(yè)過程和航天技術(shù)的自動(dòng)控制問題，都是多變量控制系統(tǒng)的分析和綜合問題，迫切需要加以解決。但經(jīng)典的控制理論的直接應(yīng)用遇到了困難。20世紀(jì)70年代微處理機(jī)的出現(xiàn)對(duì)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)起了重大的推動(dòng)作用?，F(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展：1956年，前蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家龐特里亞金提出極大值原理，同年美國(guó)數(shù)學(xué)家R、貝爾曼創(chuàng)立動(dòng)態(tài)規(guī)劃。兩者為解決最優(yōu)控制問題提供了理論工具。1960年美國(guó)數(shù)學(xué)家R、卡爾曼提出能控性和能觀性兩個(gè)概念，揭示了系統(tǒng)的內(nèi)在屬性。以上標(biāo)志著現(xiàn)代控制理論的誕生，并得以迅速發(fā)展，形成了多個(gè)重要分支：系統(tǒng)辯識(shí)、自適應(yīng)控制和自校正控制器、遙測(cè)、遙控和遙感、綜合自動(dòng)化、大系統(tǒng)理論、模式識(shí)別和人工智能、智能控制。4.綜合自動(dòng)化時(shí)期（20世紀(jì)50年代末起至今）30三、自動(dòng)控制與自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用范疇控制與自動(dòng)化是不斷發(fā)展的高、新科學(xué)技術(shù)，對(duì)人類生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究有著非常重要的影響?？刂婆c自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展至今，可以說是已從“人類手腳的延伸”擴(kuò)展到“人類大腦的延伸”?？刂婆c自動(dòng)化技術(shù)時(shí)時(shí)在為人類“謀”福利，可謂無處不在、無處沒有。

控制與自動(dòng)化技術(shù)正在迅速地滲入家庭生活中。比如全自動(dòng)洗衣機(jī)，不用人動(dòng)手就能把衣服洗得干干凈凈。電腦控制的微波爐，不但能按時(shí)自動(dòng)進(jìn)行烹調(diào)，做出美味可口的飯菜，而且安全節(jié)電。電腦控制的電冰箱，不但能自動(dòng)控溫，保持食物鮮美，而且能告訴食物存儲(chǔ)的數(shù)量和時(shí)間，還能為烹飪美味佳肴提供建議。還有空調(diào)機(jī)能提供溫暖如春的環(huán)境，清掃機(jī)器人能打掃房間等。

在工廠，人們使用各種自動(dòng)化裝置或系統(tǒng)，如機(jī)器人、自動(dòng)化小車、數(shù)控機(jī)床、柔性生產(chǎn)線和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等，完成產(chǎn)品的加工、裝配、包裝、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等工作。在鋼鐵、石油、化工、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)和畜牧業(yè)等生產(chǎn)和管理過程中，人們用自動(dòng)化儀表和自動(dòng)化裝置來控制生產(chǎn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過程的自動(dòng)化。三、自動(dòng)控制與自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用范疇控制與自動(dòng)化是不斷31

在辦公室，人們廣泛地引入微型電腦及信息網(wǎng)絡(luò)、文字處理機(jī)、電子傳真機(jī)、專用交換機(jī)、多功能復(fù)印機(jī)和秘書機(jī)器人等技術(shù)和設(shè)備，不斷實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化。利用自動(dòng)化的辦公設(shè)備，可自動(dòng)完成文件的起草、翻譯、修改、審核、分發(fā)、歸檔等工作，并利用信息高速公路、多媒體等技術(shù)進(jìn)一步提高信息加工與傳遞的效率，實(shí)現(xiàn)辦公的全面自動(dòng)化。辦公自動(dòng)化的主要目標(biāo)是企業(yè)管理自動(dòng)化。

在交通運(yùn)輸中，采用自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)交通工具自動(dòng)化及管理自動(dòng)化，包括車輛運(yùn)輸管理、海上及空中交通管理、城市交通控制、客票預(yù)定及出售等。在醫(yī)療保健事業(yè)及圖書館、商業(yè)服務(wù)行業(yè)中，在農(nóng)作物種植、養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)過程中，都可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理及自動(dòng)化生產(chǎn)。

在生態(tài)、環(huán)境和社會(huì)等復(fù)雜系統(tǒng)中，控制科學(xué)和技術(shù)為人類開辟了嶄新的研究途徑，為決策和管理的科學(xué)化提供了可能。在現(xiàn)代的和未來的戰(zhàn)場(chǎng)上，飛機(jī)、艦艇、戰(zhàn)車、火炮、導(dǎo)彈、軍用衛(wèi)星、以及后勤保障、軍事指揮等，更是時(shí)時(shí)處處離不開控制與自動(dòng)化技術(shù)。在辦公室，人們廣泛地引入微型電腦及信息網(wǎng)絡(luò)、文字處理321、機(jī)械制造自動(dòng)化機(jī)械制造是現(xiàn)代工業(yè)重要的組成部分，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)有非常巨大的影響。

（1）數(shù)控技術(shù)和數(shù)控系統(tǒng)：數(shù)控技術(shù)是一門以數(shù)字的形式實(shí)現(xiàn)控制的技術(shù)，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)是由程序、輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置、可編程序控制器、主軸驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等組成。數(shù)控技術(shù)是美國(guó)從數(shù)控機(jī)床的研制開始的。幾十年來，數(shù)控裝置和數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷了研究、試制（1948~1955年）、在工業(yè)上應(yīng)用（1956~1959年）和高速度發(fā)展（1960年到現(xiàn)在）三個(gè)發(fā)展階段。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，數(shù)控裝置和數(shù)控機(jī)床在提高生產(chǎn)效率、節(jié)省人力、提高加工精度、降低加工費(fèi)用等方面都具有很大的優(yōu)越性。數(shù)控技術(shù)在近幾年來獲得了極為迅速的發(fā)展，它不僅在機(jī)械加工中越來越普遍得到應(yīng)用，而且在其他設(shè)備中也廣泛應(yīng)用。例如：數(shù)控精密火焰切割機(jī)和電火花切割機(jī)、數(shù)控彎扳機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控繪圖機(jī)、數(shù)控電焊機(jī)等。特別是高效自動(dòng)化機(jī)床，是機(jī)床自動(dòng)化方面一個(gè)新的、重要發(fā)展方向。數(shù)字控制機(jī)床的出現(xiàn)，標(biāo)志著機(jī)床工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，也是當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化的主要發(fā)展方向之一。

1、機(jī)械制造自動(dòng)化33

（2）柔性制造系統(tǒng)：是在計(jì)算機(jī)直接數(shù)控基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高度自動(dòng)化加工形式。它是由統(tǒng)一的控制系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)連接起來的一組加工設(shè)備，包括數(shù)控機(jī)床、材料和工具自動(dòng)運(yùn)輸設(shè)備、產(chǎn)品零件自動(dòng)傳輸設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)和試驗(yàn)設(shè)備等，不僅能進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，而且還能在一定范圍內(nèi)完成不同工件的加工任務(wù)。柔性制造系統(tǒng)由加工系統(tǒng)（多臺(tái)制造設(shè)備）、物流系統(tǒng)（設(shè)備間自動(dòng)傳輸材料、工具和產(chǎn)品零件）、中央管理系統(tǒng)（執(zhí)行整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃與作業(yè)調(diào)度、集中監(jiān)控以及加工程序管理等工作）組成。

（3）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)：是在自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)及其軟件，將制造工廠全部生產(chǎn)活動(dòng)（設(shè)計(jì)、制造及經(jīng)營(yíng)管理，包括市場(chǎng)調(diào)研、生產(chǎn)決策、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造以及銷售經(jīng)營(yíng)等）與整個(gè)生產(chǎn)過程有關(guān)的物料流與信息流實(shí)現(xiàn)高度統(tǒng)一的綜合化管理，把各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地集成起來，構(gòu)成一個(gè)優(yōu)化的完整的生產(chǎn)系統(tǒng)，從而獲得更高的整體效益，縮短產(chǎn)品開發(fā)制造周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、提高企業(yè)的應(yīng)變能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。（2）柔性制造系統(tǒng)：是在計(jì)算機(jī)直接數(shù)控基礎(chǔ)上發(fā)展起342、過程工業(yè)自動(dòng)化

過程工業(yè)包括電力、石油化工、化工、造紙、冶金、制藥、輕工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)中舉足輕重的許多工業(yè)，主要對(duì)系統(tǒng)的溫度、壓力、流量、液位（料位）、成分和物性等六大參數(shù)進(jìn)行控制。研究這些工業(yè)的控制和管理成為人們十分關(guān)注的領(lǐng)域，是本學(xué)科非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。過程控制研究過程工業(yè)生產(chǎn)過程的描述、模擬、仿真、設(shè)計(jì)、控制和管理，旨在進(jìn)一步改善工藝操作，提高自動(dòng)化水平，優(yōu)化生產(chǎn)過程（提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低原材料和能源的損耗），加強(qiáng)生產(chǎn)管理，最終顯著地增加經(jīng)濟(jì)效益。早期的過程控制系統(tǒng)主要采用基地式儀表、氣動(dòng)單元組合式儀表、電動(dòng)單元組合式儀表等傳統(tǒng)技術(shù)工具，盡管這些儀表、工具在過程工業(yè)的多數(shù)工廠中還在應(yīng)用，但隨著微處理器和工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前廣泛采用可編程單回路、多回路調(diào)節(jié)器以及分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。近年來迅速發(fā)展起來的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，更是控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。與機(jī)械制造系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)類似，計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)將計(jì)劃優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營(yíng)管理和決策引入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)是過程工業(yè)自動(dòng)化的最新成就和發(fā)展方向，是自動(dòng)控制與自動(dòng)化技術(shù)非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域。

2、過程工業(yè)自動(dòng)化353、電力系統(tǒng)自動(dòng)化

不管是何種形式的電力系統(tǒng)，對(duì)其都有三個(gè)方面的基本要求：安全性、經(jīng)濟(jì)性和必要的供電質(zhì)量。為了滿足這些基本要求，電力系統(tǒng)自動(dòng)化是必不可少的。

首先，安全供電離不開自動(dòng)化。即使對(duì)于單個(gè)的火力發(fā)電系統(tǒng)，為了保障發(fā)電機(jī)的安全，需要采用自動(dòng)裝置進(jìn)行過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、接地保護(hù)、功率反向保護(hù)或差動(dòng)保護(hù)。對(duì)汽溫、汽壓、真空度、水位、爐膛壓力、燃燒情況以及汽輪發(fā)電機(jī)的電流、電壓、軸承溫度等參數(shù)需要進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控。這些都是電力系統(tǒng)基礎(chǔ)自動(dòng)化的基本內(nèi)容。目前單個(gè)的電力系統(tǒng)已經(jīng)很少見，由不同規(guī)模、不同性質(zhì)的電力系統(tǒng)形成復(fù)雜的聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。此時(shí)，簡(jiǎn)單的單項(xiàng)自動(dòng)裝置已經(jīng)不能解決問題，要檢測(cè)和識(shí)別更多的參數(shù)，并及時(shí)地做出正確的綜合判斷。

3、電力系統(tǒng)自動(dòng)化36

其次

，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需要自動(dòng)化。若干聯(lián)網(wǎng)電廠總的經(jīng)濟(jì)性和單個(gè)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的考慮出發(fā)點(diǎn)不同，不能只考慮單個(gè)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于火力發(fā)電廠，不但要考慮每個(gè)電廠煤耗率、煤耗微增率（即增加單位負(fù)荷所需的煤耗量），還要考慮不同電廠在輸電過程中的不同線路損耗。電力系統(tǒng)形成復(fù)雜的聯(lián)網(wǎng)時(shí)，有多個(gè)電廠向電網(wǎng)輸入電力，由于環(huán)網(wǎng)之間的出力分配相互影響，人們將面臨一個(gè)多輸入、多輸出的大系統(tǒng)，它有大量、復(fù)雜的信息處理，還需要進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)。這些必須借助基于計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化管理與控制系統(tǒng)才能達(dá)到希望的效果。

再次，供電質(zhì)量的自動(dòng)化要求。供電質(zhì)量主要指電壓質(zhì)量和頻率質(zhì)量。例如頻率下降時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)出力減少，鍋爐給水泵打不上水，火力發(fā)電廠的鍋爐將不能運(yùn)行；油泵不能供應(yīng)軸承潤(rùn)滑油，汽輪發(fā)電機(jī)的軸瓦將被燒壞。頻率變化對(duì)電子設(shè)備的影響更大。電壓質(zhì)量直接影響到用戶的用電質(zhì)量。電壓過高會(huì)損害用電電器，或影響其壽命；電壓過低則電燈不亮，熒光燈不能啟動(dòng)，甚至?xí)捎谵D(zhuǎn)矩不夠而燒壞電動(dòng)機(jī)。自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的端電壓、保護(hù)用戶電壓穩(wěn)定、自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要任務(wù)之一。其次，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需要自動(dòng)化。若干聯(lián)網(wǎng)電廠總的經(jīng)濟(jì)性和單374．飛行器控制

飛行器是人類征服自然、改造自然過程中發(fā)明的重要工具?，F(xiàn)代飛行器有很多種類，例如有飛機(jī)、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、直升機(jī)、運(yùn)載火箭、宇宙飛船、航天飛機(jī)等。不管是何種飛行器均離不開自動(dòng)控制系統(tǒng)。而且不同的飛行器其控制系統(tǒng)也各不相同，系統(tǒng)的性能、功能和結(jié)構(gòu)可能截然不同。因此飛行器是自動(dòng)控制最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，許多先進(jìn)的、新型控制理論和技術(shù)正是為了適應(yīng)飛行器工程的高要求而發(fā)展起來的。

（1）導(dǎo)彈控制系統(tǒng)：其主要任務(wù)是：控制導(dǎo)彈有效載荷的投擲精度（命中精度），對(duì)飛行器實(shí)施姿態(tài)控制，保證在各種條件下的飛行穩(wěn)定性；在發(fā)射前對(duì)飛行器進(jìn)行可靠、準(zhǔn)確的檢測(cè)和操縱發(fā)射。由于飛行時(shí)間一般較短，但卻經(jīng)受著內(nèi)外干擾、多種環(huán)境條件的惡劣影響，因而往往偏離預(yù)計(jì)軌道和預(yù)計(jì)飛行狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)的作用就是消除或減小這些干擾和影響的后果，控制導(dǎo)彈準(zhǔn)確、可靠地完成飛行動(dòng)作，最后飛向目標(biāo)。

4．飛行器控制（1）導(dǎo)彈控制系統(tǒng)：其主要任務(wù)是：控制導(dǎo)38

（2）導(dǎo)航系統(tǒng)：導(dǎo)航是指利用敏感器件測(cè)量飛行器的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并將測(cè)量的信息直接或經(jīng)過變換、計(jì)算來表征飛行器在某種坐標(biāo)系的角度、速度和位置等狀態(tài)量。而由測(cè)量、傳遞、變換、計(jì)算幾個(gè)環(huán)節(jié)組成并給出飛行器初始狀態(tài)和飛行運(yùn)動(dòng)參數(shù)的系統(tǒng)則稱為導(dǎo)航系統(tǒng)。例如近幾年發(fā)展和完善起來的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。不僅