自動(dòng)化導(dǎo)論全套課件

自動(dòng)化導(dǎo)論

荊曉遠(yuǎn)教授

南京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院本課程總課時(shí)16本課程目的:

自動(dòng)化是什么？哪里需要自動(dòng)化？

自動(dòng)化的知識(shí)結(jié)構(gòu)？

怎樣跨入自動(dòng)化的大門？

本課程的學(xué)習(xí)方法：

認(rèn)真聽課+適當(dāng)筆記+瀏覽參考書本課程考查方法

40%(平時(shí)考勤)+60%(開卷考試)參考書自動(dòng)化（專業(yè)）概論，武漢理工大學(xué)出版社，2001年模式識(shí)別，模式識(shí)別，邊肇祺，張學(xué)工等編著，清華大學(xué)出版社，2002年第2版。

課程主要內(nèi)容自動(dòng)化專業(yè)介紹、發(fā)展簡史古代、近代控制系統(tǒng)現(xiàn)代控制系統(tǒng)智能控制技術(shù)模式識(shí)別技術(shù)簡介模式識(shí)別系統(tǒng)構(gòu)造圖像識(shí)別理論與方法生物特征識(shí)別技術(shù)及應(yīng)用什么是自動(dòng)化？自動(dòng)化是指機(jī)器或裝置在無人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)地進(jìn)行操作或運(yùn)行。自動(dòng)控制是關(guān)于受控系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和運(yùn)行的理論和技術(shù)。兩個(gè)實(shí)例：水溫控制系統(tǒng)導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)什么是自動(dòng)化？

(a)手動(dòng)控制漫畫(b)自動(dòng)控制

水溫的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的示意圖圖中水溫的操作員要用手（通過感覺）來測試水的溫度，并將此溫度與他要求的值（給定值）相比較（通過大腦）。同時(shí)他要決定（通過大腦）：他的手應(yīng)該朝哪個(gè)方向旋轉(zhuǎn)加溫用的蒸汽閥門和旋轉(zhuǎn)多大的角度。采用自動(dòng)控制時(shí)上述功能都有各種的元件和儀表來代替。例如，溫度測量元件、控制記錄儀表和調(diào)節(jié)閥等。導(dǎo)彈制導(dǎo)1-目標(biāo)跟蹤雷達(dá)2-導(dǎo)彈導(dǎo)引雷達(dá)3-計(jì)算機(jī)4-導(dǎo)彈發(fā)射架自動(dòng)化涉及的范圍極其廣闊:

從深度來看——以工業(yè)生產(chǎn)為例，小到一個(gè)普通的設(shè)備電機(jī)，大到企業(yè)的整個(gè)加工、制造系統(tǒng)乃至企業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)過程；從廣度來看——涉及第二產(chǎn)業(yè)工業(yè)自動(dòng)化、第一產(chǎn)業(yè)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、第三產(chǎn)業(yè)服務(wù)自動(dòng)化（如辦公自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、商務(wù)自動(dòng)化、交通自動(dòng)化等等），涉及的系統(tǒng)可有人造系統(tǒng)（如機(jī)器系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)）和自然系統(tǒng)（如生命系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)），涉及的過程有生產(chǎn)過程、管理過程、決策過程等等。汽車電子汽車電子產(chǎn)品（18個(gè)嵌入式控制模塊）——CAN總線網(wǎng)絡(luò)Google公司的無人駕駛自動(dòng)汽車已經(jīng)累計(jì)行駛20萬英里。除了Google之外，各大汽車公司都在研發(fā)全自動(dòng)汽車。全自動(dòng)汽車的反應(yīng)速度超過人類駕駛員，而且可以同時(shí)處理更多信息，對(duì)緊急情況的反應(yīng)更快。它從不驚慌失措，從不發(fā)脾氣，從不分心，甚至連眼睛都不眨一下，無論從哪個(gè)方面看都優(yōu)于人類。google無人駕駛?cè)退沟侔?特龍（SebastianThrun）:谷歌的無人駕駛汽車之父

是斯坦福大學(xué)從事計(jì)算機(jī)科學(xué)研究的教授、一個(gè)“谷歌人”、美國國家工程院和德國科學(xué)院成員。他以研究機(jī)器人學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)而著稱，尤其在無人駕駛車輛方面的工作。谷歌無人駕駛汽車自2005年起持續(xù)開發(fā)研究，并在2012年6月試駕成功，將無人駕駛由理想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，推進(jìn)智能行車前進(jìn)了一大步。

壹貳叁肆感知系統(tǒng)，負(fù)責(zé)感知周圍的路面環(huán)境；它的“神經(jīng)”控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)控制剎車、油門及方向等；決策系統(tǒng)，通過復(fù)雜的計(jì)算機(jī)設(shè)備及配套軟件，選擇駕駛路線電腦資料庫，精確的儲(chǔ)存了每條道路的限速標(biāo)準(zhǔn)及出入口位置，和下載實(shí)時(shí)路況。系統(tǒng)

2011年7月14日，由國防科技大學(xué)賀漢根教授技術(shù)團(tuán)隊(duì)自主研制的紅旗HQ3無人駕駛汽車，首次完成了從長沙到武漢286公里的高速全程無人駕駛試驗(yàn)，實(shí)測全程自主駕駛平均時(shí)速87公里，創(chuàng)造了我國自主研制的無人車在復(fù)雜交通狀況下自主駕駛的新紀(jì)錄。智能機(jī)器人管理自動(dòng)化銷售自動(dòng)化自動(dòng)化調(diào)溫設(shè)備自動(dòng)化生產(chǎn)現(xiàn)場自動(dòng)控制與自動(dòng)化技術(shù)本學(xué)科的一些典型應(yīng)用與研究領(lǐng)域工業(yè)控制工業(yè)方面：機(jī)床、冶金、電子、交通、航空航天等行業(yè)技術(shù)升級(jí)的重要基礎(chǔ)智能玩具與機(jī)器人現(xiàn)代化智能家庭新能源自動(dòng)化的作用1.提高社會(huì)生產(chǎn)率和工作效率；2.節(jié)約能源和原材料消耗；3.保證產(chǎn)品質(zhì)量；4.改善勞動(dòng)條件，減輕體力、腦力勞動(dòng)；5.改進(jìn)生產(chǎn)工藝和管理體制。自動(dòng)化是一個(gè)國家或社會(huì)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志自動(dòng)化的研究內(nèi)容有反饋控制和信號(hào)處理兩個(gè)方面，包括理論、方法、應(yīng)用、硬件和軟件等。從應(yīng)用觀點(diǎn)來看，研究內(nèi)容有過程自動(dòng)化、機(jī)械制造自動(dòng)化、武器及軍事自動(dòng)化、辦公室自動(dòng)化和家庭自動(dòng)化等。主要工具：數(shù)學(xué)/計(jì)算機(jī)自動(dòng)化學(xué)什么?主要專業(yè)課C語言、電路原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)電、模電）、微機(jī)原理及應(yīng)用、單片機(jī)原理及應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電機(jī)與電力拖動(dòng)基礎(chǔ)、電力電子技術(shù)、運(yùn)籌學(xué)、微機(jī)控制、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)……從方向角度分軟件：C語言、vc++，.net,java

軟件工程師,軟件測試員,網(wǎng)絡(luò)工程師..硬件：C語言、電路原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)電、模電）、微機(jī)原理及應(yīng)用、單片機(jī)原理及應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì) 單片機(jī)工程師,硬件工程師,嵌入式工程師..重要的考研專業(yè)課電路自動(dòng)控制原理微機(jī)原理數(shù)電信號(hào)與系統(tǒng)通信原理[控制科學(xué)與工程]學(xué)科組成自動(dòng)控制電氣工程及其自動(dòng)化工業(yè)自動(dòng)化機(jī)械制造自動(dòng)化電力系統(tǒng)自動(dòng)化自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)德、智、體全面發(fā)展，掌握科學(xué)思維方法并具有實(shí)際動(dòng)手能力的控制科學(xué)與工程領(lǐng)域的高級(jí)專門人才。

在自動(dòng)控制理論、控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、工業(yè)控制、人工智能、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、信號(hào)處理、系統(tǒng)建模與仿真以及檢測技術(shù)等方面，掌握堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí);具備在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、能源、國防各部門和行業(yè)從事信息及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析、集成、管理、維護(hù)及開發(fā)的能力;具有創(chuàng)新和開拓精神以及從事科學(xué)研究的基本素質(zhì)。

如何將培養(yǎng)目標(biāo)具體化、時(shí)代化學(xué)科屬性科學(xué)（Science）是指對(duì)各種事實(shí)和現(xiàn)象進(jìn)行觀察、分類、歸納、演繹、分析、推理、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，從而發(fā)現(xiàn)規(guī)律，并對(duì)各種定量規(guī)律予以驗(yàn)證和公式化的知識(shí)體系?？茖W(xué)的任務(wù)是揭示事物發(fā)展的客觀規(guī)律，探求真理，作為人們改造世界的指南。技術(shù)（Technology）是指人類根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和自然科學(xué)原理改變或控制其環(huán)境的手段和活動(dòng)，是人類活動(dòng)的一個(gè)專門領(lǐng)域。技術(shù)的任務(wù)是利用和改造自然，以其生產(chǎn)的產(chǎn)品為人類服務(wù)。工程（Engineering）是指應(yīng)用科學(xué)知識(shí)使自然資源最好地為人類服務(wù)的專門技術(shù)。關(guān)鍵術(shù)語系統(tǒng)（System）是指由相互關(guān)聯(lián)、相互制約、相互影響的一些部分組成的具有某種功能的有機(jī)整體。控制（Control）是指為了改善系統(tǒng)的性能或達(dá)到特定的目的，通過信息的采集和加工而施加到系統(tǒng)的作用。反饋（Feedback）是指將系統(tǒng)的實(shí)際輸出和期望輸出進(jìn)行比較，形成誤差，從而為確定下一步的控制行為提供依據(jù)。調(diào)節(jié)（Regulation）是指通過系統(tǒng)的反饋信息自動(dòng)校正系統(tǒng)的誤差，使諸如溫度、速度、壓力或位置等參量保持恒定或在給定范圍之內(nèi)的過程。相關(guān)概念信息（Information）是指符號(hào)、信號(hào)或消息所包含的內(nèi)容，用來消除對(duì)客觀事物認(rèn)識(shí)的不確定性。管理（Management）是指為了充分利用各種資源來達(dá)到一定的目標(biāo)而對(duì)社會(huì)或其組成部分施加的一種控制。決策（DecisionMaking）是指為最優(yōu)地達(dá)到目標(biāo)，對(duì)若干準(zhǔn)備行動(dòng)的方案進(jìn)行選擇。END古代、近代控制系統(tǒng)

荊曉遠(yuǎn)教授

南京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院1歷史沿革

古代1.1

近代1.2

經(jīng)典1.31.1古代控制時(shí)期

獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的中國公元前14世紀(jì) 自動(dòng)計(jì)時(shí)漏壺公元前6世紀(jì) 孫子兵法、周易公元前3世紀(jì) 都江堰公元2世紀(jì) 候風(fēng)地動(dòng)儀

漏水轉(zhuǎn)渾天儀

記里鼓車公元235年 齒輪傳動(dòng)的指南車公元1086年 水運(yùn)儀象臺(tái)公元1178年 飲酒速度自動(dòng)調(diào)節(jié)器公元1637年

《天工開物》提花織機(jī)

銅壺滴漏

銅壺滴漏中國古代的自動(dòng)計(jì)時(shí)（測量時(shí)間）裝置，又稱刻漏或漏刻。根據(jù)宋朝楊軍的《六經(jīng)圖》（公元1155）轉(zhuǎn)述：蓮華漏（圖左）由4個(gè)壺組成。天地壺、平水壺逐級(jí)向平水小壺供水。平水小壺上有溢水口，可使多余的水泄入減水桶以保持水面恒定。在蓮華漏中還采用一個(gè)浮子式閥門作為自動(dòng)切斷閥。當(dāng)受水壺的水位升至滿刻度時(shí)，浮子式閥門就會(huì)自動(dòng)阻塞上級(jí)平水壺的出水小孔，切斷水滴（見圖上平水壺前的一個(gè)小鳥式裝置）。周易；“易有太極，是生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦”；

2600年前的二進(jìn)制記數(shù)。90年代中期，MIT的尼葛洛龐帝，“數(shù)字化生存”一書，把

bit稱為信息DNA。侯風(fēng)地動(dòng)儀公元132年東漢張衡發(fā)明。用于觀察地震。工作原理：反映信號(hào)的方向；小偏差穩(wěn)定，大偏差不穩(wěn)定。next侯風(fēng)地動(dòng)儀剖面圖漏水轉(zhuǎn)渾天儀漏水轉(zhuǎn)渾天儀簡稱渾天儀。為東漢科學(xué)家張衡創(chuàng)制的一件天文儀器。是一種水運(yùn)渾象。用一個(gè)直徑四尺多的銅球，球上刻有二十八宿、中外星官以及黃赤道、南北極、二十四節(jié)氣、恒顯圈、恒隱圈等，成一渾象，再用一套轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，把渾象和漏壺結(jié)合起來。以漏壺流水控制渾象，使它與天球同步轉(zhuǎn)動(dòng)，以顯示星空的周日視運(yùn)動(dòng)，如恒星的出沒和中天等。它還有一個(gè)附屬機(jī)構(gòu)即瑞輪冥菜，是一種機(jī)械日歷，由傳動(dòng)裝置和渾象相連，從每月初一起，每天生一葉片；月半后每天落一葉片。它所用的兩級(jí)漏壺是現(xiàn)今所知最早的關(guān)于兩級(jí)漏壺的記載。漏水轉(zhuǎn)渾天儀對(duì)中國后來的天文儀器影響很大，唐宋以來就在它的基礎(chǔ)上發(fā)展出更復(fù)雜更完善的天象表演儀器和天文鐘。意義漏水轉(zhuǎn)渾天儀是有明確歷史記載的世界上第一架用水力發(fā)動(dòng)的天文儀器。在渾天儀中應(yīng)用到的齒輪機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)十分復(fù)雜，這中間的轉(zhuǎn)動(dòng)如果不使用逐漸減速的齒輪系統(tǒng)，很難作到。遠(yuǎn)在一千八百多

年前的時(shí)候，中國古人就可以造出這樣復(fù)雜的儀器是很值得自豪的?？上У氖?，這套復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)因?yàn)槟甏眠h(yuǎn)沒有能夠流傳下來。理論學(xué)說在漢代以前，我國的宇宙理論，大體分為三種，分別是蓋天說、宣夜說和渾天說。在這三種學(xué)說中，渾天說在我國古代一直占據(jù)著主要地位，被認(rèn)為是正統(tǒng)的官方學(xué)說。從漢代開始以后的千余年中長期廣泛流行，支配著歷代的天文觀測和歷法的指定。渾天說認(rèn)為地在天之中，天似蛋殼、地似蛋黃，日月星辰附著在天殼之上，隨天周日旋轉(zhuǎn)。為了演說渾象并觀測天體方位，西漢耿壽昌發(fā)明了渾天儀。東漢中期，張衡在前人制作的基礎(chǔ)上，大膽創(chuàng)新，于公元117年設(shè)計(jì)并制造了完整的演示渾天說思想的漏水轉(zhuǎn)渾天儀。記里鼓車記里鼓車是中國古代用于計(jì)算道路里程的車，由“記道車”發(fā)展而來。有關(guān)記道車的文字記載最早見于漢代劉歆的《西京雜記》：“漢朝輿駕祠甘泉汾陽……記道車，駕四，中道?！笨梢娭吝t在西漢時(shí)期，即已有了這種可以計(jì)算道路里程的車。到后來，因?yàn)榧恿诵幸焕锫反蛞幌鹿牡难b置，故名“記里鼓車”。記里鼓車這是一種會(huì)自動(dòng)記載行程的車輛，是中國古代社會(huì)的科學(xué)家、發(fā)明家研制出的自動(dòng)機(jī)械物體，被機(jī)器人專家稱為是一種中國古代機(jī)器人。原理記里鼓車的基本原理和指南車相同，也是利用齒輪機(jī)構(gòu)的差動(dòng)關(guān)系。當(dāng)年，張衡制造的記里鼓車可惜沒有較詳細(xì)的記載，東漢以后，有關(guān)記里鼓車的記載雖然有些零星的字句，但都太簡略。到北宋時(shí)的記里鼓車制造方法更有改進(jìn)，《宋史·輿服志》記載比較詳細(xì)，大體說記里鼓車外形是獨(dú)轅雙輪，車箱內(nèi)有立輪、大小平輪、銅旋風(fēng)輪等，輪周各出齒若干，“凡用大小輪八，合二百八十五齒，遞相鉤鎖，犬牙相制，周而復(fù)始?！庇浝镘囆幸焕锫?，車上木人擊鼓，行十里路，車上木人擊鐲?？傊?，指南車和記里鼓車的形狀雖然在歷代制造時(shí)都有些改進(jìn)，但它的差動(dòng)齒輪原理可以肯定在1800多年前已經(jīng)被張衡所應(yīng)用了。記里鼓車的記程功能是由齒輪系完成的。車中有一套減速齒輪系，始終與車輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，其最末一只齒輪軸在車行一里時(shí)正好回轉(zhuǎn)一周，車子上層的木人受凸輪牽動(dòng)，由繩索拉起木人右臂擊鼓一次，以示里程。至于“十里擊鐲”的記程機(jī)構(gòu)記里鼓車的機(jī)構(gòu)：

記里鼓車結(jié)構(gòu)示意圖車輪(H)的圓周長1丈8尺。車輪轉(zhuǎn)一圈，則車行1丈8尺。古時(shí)以6尺為一步，則車輪轉(zhuǎn)一圈車行3步。立輪(齒輪G)附于左車輪，并與下平輪(齒輪F)相吻合。立輪齒數(shù)為18，而下平輪齒數(shù)為54，所以前者轉(zhuǎn)一圈，后者才轉(zhuǎn)1/3圈。銅旋風(fēng)輪(K)與下平輪裝在同一貫心豎軸(c)之上，并與中立平輪(E)相吻合。銅旋風(fēng)輪的齒數(shù)為3，而中立平輪的齒數(shù)為100；所以前者轉(zhuǎn)一圈，后者才轉(zhuǎn)3/100圈。小輪(L)與中立平輪裝在同一貫心豎軸(B)之上，并與上平輪(D)相吻合。小輪齒數(shù)為10，而上平輪齒數(shù)為100，所以前者轉(zhuǎn)一圈，后者才轉(zhuǎn)1/10圈。車行一里(即為百步)車輪和立輪都轉(zhuǎn)100圈，下平輪和銅旋風(fēng)輪才轉(zhuǎn)100/3圈，中立平輪(E)才轉(zhuǎn)3/100×100/3—1圈。而上平輪才轉(zhuǎn)1/10圈。也就是說，行車一里，豎軸B才轉(zhuǎn)一圈；行車十里，豎軸A才轉(zhuǎn)一圈。而在這兩個(gè)豎軸上，還各附裝一個(gè)撥子。因此；行車一里，豎軸B上的撥子便撥動(dòng)上層木偶擊鼓一次；行車十里，豎軸A上的另一撥子便撥動(dòng)下層木偶擊鼓一次。系統(tǒng)工程典范：

都江堰蜀群太守李冰父子組建。內(nèi)江外江總體目標(biāo)最優(yōu)：把岷江水4、6分流，解決水、旱災(zāi)。選址最優(yōu)：為自動(dòng)分級(jí)排沙。址選岷江出山口和平原結(jié)合部，灌縣。采用彎道環(huán)流，形成正面走水，側(cè)面走沙等自動(dòng)排沙機(jī)制。利用地形自動(dòng)調(diào)節(jié)水量。春天，水少，外/內(nèi)江按4/6分水。夏天，水多，比例自動(dòng)變?yōu)?/4。end指南車始于公元前26世紀(jì)黃帝時(shí)代；前11世紀(jì)周成王已使用；東漢張衡、三國馬鈞、南齊祖沖之都改進(jìn)制造過。車箱內(nèi)有自動(dòng)離合齒輪。由齒輪抵消車子轉(zhuǎn)彎產(chǎn)生的方向變化。復(fù)雜度超過“計(jì)里鼓車”。原理：采用擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)定向調(diào)節(jié)系統(tǒng)。被控制量是方向。next指南車原理框圖飲酒速度調(diào)節(jié)器宋朝仇士良著的《嶺外代答》（公元1178）曾記載中國南方和西南方部落村民的一種習(xí)俗，就是常用長0.6米以上的飲酒管飲酒。在這種竹制飲酒管中一條銀質(zhì)小魚，作為可動(dòng)的“關(guān)捩”（浮子式閥門）飲酒時(shí)吸得太快或太慢，小孔就會(huì)被小魚自動(dòng)堵塞。這種浮子式閥門可用來保持均勻的飲酒速度。原理分析關(guān)于浮子式閥門：所謂的浮子式閥門即是通過控制流體的流速，使液體內(nèi)固體升降，從而達(dá)到控制液體出入的簡單裝置。這一裝置在古代機(jī)械裝置中得到廣泛使用。原理分析力學(xué)分析如圖可設(shè)設(shè)浮子的下表面積為,周圍流體速度為,酒的密度為,浮子下表面受力為，浮子質(zhì)量為

根據(jù)動(dòng)量原理：對(duì)等式兩邊求微分：整理得對(duì)于浮子進(jìn)行整體受力分析,根據(jù)牛頓第二定律：

吸入飲者口中的酒來自酒桶中的酒原理分析當(dāng)液體流速比較小的時(shí)候，合外力向下，導(dǎo)致浮子堵塞下管口。當(dāng)液體流速比較大的時(shí)候，合外力向上，導(dǎo)致浮子堵塞上管口。只有當(dāng)流速控制在合理的范圍內(nèi)時(shí)，重力與流體對(duì)浮子的力近似相等，使得浮子可以在管中浮動(dòng)，不會(huì)堵塞管口。故而保證飲酒者可以有較為穩(wěn)定的飲酒速度。V合適時(shí)吸入飲酒者中的酒V變大時(shí)V變小時(shí)V繼續(xù)變小V變大V恢復(fù)為合適速度酒杯中的酒動(dòng)畫演示水運(yùn)儀象臺(tái)水運(yùn)儀象臺(tái)是中國古代一種大型的天文儀器，由宋朝天文學(xué)家蘇頌等人創(chuàng)建。它是集觀測天象的渾儀、演示天象的渾象、計(jì)量時(shí)間的漏刻和報(bào)告時(shí)刻的機(jī)械裝置于一體的綜合性觀測儀器，實(shí)際上是一座小型的天文臺(tái)。這臺(tái)儀器的制造水平堪稱一絕，充分體現(xiàn)了我國古代人民的聰明才智和富于創(chuàng)造的精神。水運(yùn)儀象臺(tái)整個(gè)水運(yùn)儀象臺(tái)高12米，寬7米，共分3層，相當(dāng)于一幢四層樓的建筑物。最上層的板屋內(nèi)放置著1臺(tái)渾儀，屋的頂板可以自由開啟，平時(shí)關(guān)閉屋頂，以防雨淋，這已經(jīng)具有現(xiàn)代天文觀測室的雛型了；中層放置著一架渾象；下層又可分成五小層木閣，每小層木閣內(nèi)均安排了若干個(gè)木人，5層共有162個(gè)木人，它們各司其職：每到一定的時(shí)刻，就會(huì)有木人自行出來打鐘、擊鼓或敲打樂器、報(bào)告時(shí)刻、指示時(shí)辰等。在木閣的后面放置著精度很高的兩級(jí)漏刻和一套機(jī)械傳動(dòng)裝置，可以說這里是整個(gè)水運(yùn)儀象臺(tái)的“心臟”部分，用漏壺的水沖動(dòng)機(jī)輪，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置，渾儀、渾象和報(bào)時(shí)裝置便會(huì)按部就班地動(dòng)作起來。工作原理水運(yùn)儀象臺(tái)的構(gòu)思廣泛吸收了以前各家儀器的優(yōu)點(diǎn)，尤其是吸取了北宋初年天文學(xué)家張思訓(xùn)所改進(jìn)的自動(dòng)報(bào)時(shí)裝置的長處；在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，采用了民間使用的水車、筒車、桔槔、凸輪和天平秤桿等機(jī)械原理，把觀測、演示和報(bào)時(shí)設(shè)備集中起來，組成了一個(gè)整體，成為一部自動(dòng)化的天文臺(tái)。儀器組成根據(jù)《新儀象法要》記載，水運(yùn) 儀象臺(tái)是一座底為正方形、下寬 上窄略有收分的木結(jié)構(gòu)建筑，高 大約有十二米，底寬大約有七米， 共分為三大層。上層是一個(gè)露天的平臺(tái)，設(shè)有渾儀一座，用龍柱支持，下面有水槽以定水平。渾儀上面覆蓋有遮蔽日曬雨淋的木板屋頂，為了便于觀測，屋頂可以隨意開閉，構(gòu)思比較巧妙。露臺(tái)到儀象臺(tái)的臺(tái)基有七米多高。

中層是一間沒有窗戶的“密室”，里面放置渾象。天球的一半隱沒在“地平”之下，另一半露在“地平”的上面，靠機(jī)輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，一晝夜轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，真實(shí)地再現(xiàn)了星辰的起落等天象的變化。下層包括報(bào)時(shí)裝置和全臺(tái)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)等。設(shè)有向南打開的大門，門里裝置有五層木閣，木閣后面是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。報(bào)時(shí)裝置第一層木閣又名“正衙鐘鼓樓”，負(fù)責(zé)全臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)報(bào)時(shí)。木閣設(shè)有三個(gè)小門。到了每個(gè)時(shí)辰（古代一天分做十二個(gè)時(shí)辰，一個(gè)時(shí)辰又分為時(shí)初和時(shí)正）的時(shí)初，就有一個(gè)穿紅衣服的木人在左門里搖鈴；每逢時(shí)正，有一個(gè)穿紫色衣服的木人在右門里敲鐘；每過一刻鐘，一個(gè)穿綠衣的木人在中門擊鼓。第二層木閣負(fù)責(zé)報(bào)告時(shí)初、時(shí)正。這一層的機(jī)輪邊有二十四個(gè)司辰木人手拿時(shí)辰牌，牌面依次寫著子初、子正、丑初、丑正等。每逢時(shí)初、時(shí)正，司辰木人按時(shí)在木閣門前出現(xiàn)。第三層木閣負(fù)責(zé)報(bào)告時(shí)刻。這一層的機(jī)輪邊有九十六個(gè)司刻木人手拿刻數(shù)牌，牌面依次寫著刻數(shù)。每逢時(shí)刻，司刻木人按時(shí)在木閣門前出現(xiàn)。第四層木閣報(bào)告晚上的時(shí)刻。木人可以根據(jù)四季的不同擊鉦報(bào)更數(shù)。第五層木閣裝置有三十八個(gè)木人，木人位置可以隨著節(jié)氣的變更，報(bào)告昏、曉、日出以及幾更幾籌等詳細(xì)情況。每層木閣內(nèi)都有相應(yīng)的機(jī)輪或輪輞，上掛抱牌木人；或用撥牙撥動(dòng)門口木人手臂敲打樂器。這些機(jī)輪都裝在一根機(jī)輪軸上。機(jī)輪軸有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和天柱相連。天柱是貫通全臺(tái)上中下三隔的傳動(dòng)軸。天柱下有個(gè)下輪，與樞輪軸伸出的地轂相結(jié)合。當(dāng)作為原動(dòng)輪的樞輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就經(jīng)過地轂傳動(dòng)，使天柱旋轉(zhuǎn)起來，由此帶動(dòng)全儀。動(dòng)力機(jī)構(gòu)在下隔的中央部分設(shè)有一個(gè)直徑達(dá)3米多的樞輪。樞輪上有72條木輻，挾持著36個(gè)水斗和勾狀鐵撥子。樞輪頂部和邊上附設(shè)一組杠桿裝置，它們相當(dāng)于鐘表中的擒縱器。在樞輪東面裝有一組兩級(jí)漏壺。壺水注入水斗，斗滿時(shí)，樞輪即往下轉(zhuǎn)動(dòng)。但因擒縱器的控制，使它只能轉(zhuǎn)過一個(gè)斗。這樣就把變速運(yùn)動(dòng)變?yōu)榈乳g歇運(yùn)動(dòng)，使整個(gè)儀器運(yùn)轉(zhuǎn)均勻。樞輪下有退水壺。在樞輪轉(zhuǎn)動(dòng)中各斗的水又陸續(xù)回到退水壺里。另用一套打水裝置，由打水人搬轉(zhuǎn)水車，把水打回到上面的一個(gè)受水槽中，再由槽中流入下面的漏壺中去。因此，水可以循環(huán)使用。打水裝置和打水人則安置在下隔的北部。整個(gè)機(jī)械輪系的運(yùn)轉(zhuǎn)依靠水的恒定流量，推動(dòng)水輪做間歇運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)儀器轉(zhuǎn)動(dòng)，因而命名為“水運(yùn)儀象臺(tái)”。

織錦機(jī)

南京云錦博物館的織機(jī)綜上所述，中國古代人民在原始的自動(dòng)裝置的創(chuàng)造和發(fā)明上取得過輝煌的成就。1.2近代控制時(shí)期

（1）工業(yè)革命的歐洲最先自覺地運(yùn)用反饋原理，形成近代自動(dòng)化技術(shù)。

調(diào)節(jié)器是最早被研究的控制裝置。16世紀(jì)初C.Drebbel（荷） 溫度調(diào)節(jié)器 C.惠更斯 鐘擺理論1765 I.Polzunov（俄）浮球式液位調(diào)節(jié)器1788 J.瓦特（英）離心式速度調(diào)節(jié)器1840 J.C.麥克斯韋（法）《論調(diào)速器》， （以后有）K.N.康斯坦丁諾夫

電磁調(diào)速器1870-1900動(dòng)態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性問題是研究焦點(diǎn) next浮子水位

調(diào)節(jié)器進(jìn)水管離心調(diào)速器構(gòu)成閉環(huán)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。開創(chuàng)了近代自動(dòng)控制的新紀(jì)元。Watt1736-1819電磁離合器使得動(dòng)力的傳遞方便、靈活電磁離合器穩(wěn)定性問題

離心調(diào)速器使用有時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定振蕩；船舶自動(dòng)操舵機(jī)穩(wěn)定性等實(shí)際問題迫使數(shù)學(xué)家研究動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。Maxwell1831-1879Lyapunov1857-19181868年法國科學(xué)家麥克斯韋，首次全面論述反饋系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，經(jīng)平衡點(diǎn)處線性化，獲得代數(shù)特征方程，并以其根判斷穩(wěn)定性。1892A.M.李雅普諾夫（俄） 先后提出“近似法”和“直接法”。不僅可用來研究小偏移”下穩(wěn)定性，而且可用來研究“大范圍”穩(wěn)定性

end1876年俄國機(jī)械學(xué)家N.A.維什涅格拉茨基，采用“攝動(dòng)理論”，把問題簡化為“線性齊次微分方程”的通解穩(wěn)定性問題。1875-1895E.J.勞斯（英），A.霍爾維茨（德） 分別提出“代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)”橋：風(fēng)擾動(dòng)系統(tǒng)不穩(wěn)定美國華盛頓州Tacoma峽谷上建造的第一座大橋于1940年7月1日通車。發(fā)現(xiàn)，在風(fēng)較大時(shí)，該橋發(fā)生震蕩。同年11月7日，終于在一陣大風(fēng)中，震蕩不斷加大而坍塌。 end破壞前破壞后穩(wěn)定性概念：（錐中軸線與垂線夾角）/（軸線與水平夾角）非線性函數(shù)的線性化穩(wěn)定性問題的數(shù)學(xué)描述（2）20年代開始利用頻率法研究反饋控制時(shí)代1922N.米諾爾斯基（美） PID船舶駕駛伺服機(jī)1925布什（美） 大型模擬計(jì)算機(jī)Heaviside（英） 運(yùn)用Laplace變換研究運(yùn)算微積分， 開創(chuàng)了控制的頻率法時(shí)代1927 布萊克（貝爾實(shí)驗(yàn)室） 研究電子管放大器時(shí)， 引入“反饋”概念1932H.奈奎斯特（美瑞）

頻率響應(yīng)判斷穩(wěn)定性1934H.H.沃茲涅先斯基（俄）《自動(dòng)調(diào)整原理》 H.黑曾（美）《伺服機(jī)構(gòu)理論》1938 A.B.米哈伊諾夫（蘇） 《頻率法》1939蘇聯(lián)成立 自動(dòng)學(xué)遠(yuǎn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)室 美國MIT 伺服實(shí)驗(yàn)室 經(jīng)典控制理論開始形成 nextMinorsky和PIDMinorsky俄裔美國科學(xué)家1922年提出PID，并成功用于美國軍艦Bush1890-1974大型模擬計(jì)算機(jī)目前美國：只有少數(shù)大學(xué)用它做實(shí)驗(yàn)；部分大學(xué)用它作為模擬負(fù)載。運(yùn)算放大器、電阻、電容構(gòu)成；信號(hào)由連續(xù)電量實(shí)現(xiàn)；可進(jìn)行加減乘除、微分積分。Laplace變換（時(shí)域<==>頻域）Laplace變換用于研究微分方程前向通路反饋通路幅相頻率特性曲線根據(jù)幅相頻率特性曲線與(-1,0)的幾何代數(shù)關(guān)系判斷閉環(huán)系統(tǒng)是否穩(wěn)定Nyquest1889-1976對(duì)數(shù)頻率曲線Bode1905-1982軋鋼伺服裝置拉絲伺服裝置Hazen1901-19801934年在研究網(wǎng)絡(luò)模擬計(jì)算機(jī)期間提出了“伺服控制理論”軟驅(qū)伺服機(jī)構(gòu)磁帶機(jī)伺服機(jī)構(gòu)光盤電機(jī)聚焦電機(jī)聚焦光束軌道跟蹤電機(jī)伺服實(shí)驗(yàn)室（3）30年代提出程序控制和自動(dòng)機(jī) 新思想的萌芽1933C.巴貝奇（英）程序控制（穿孔卡片）1936A.M.圖靈（英）

圖靈機(jī)和自動(dòng)機(jī)理論1938C.E.香農(nóng)（美）、中島（日） 舍斯塔科夫（蘇） 雙態(tài)邏輯控制

end

飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀、火炮定位儀、雷達(dá)控制儀等武器研制促使經(jīng)典控制理論（研究單變量控制）成熟，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)由“手藝”走向“工程”（系統(tǒng)化、程式化）。 （1）40—50年代 控制論、計(jì)算機(jī)、信息論的產(chǎn)生 （2）50年代 進(jìn)入局部自動(dòng)化時(shí)代

1.3經(jīng)典控制時(shí)期end（1）40、50年代控制論、計(jì)算機(jī)、信息論的產(chǎn)生1938C.E.香農(nóng)（美） 繼電器邏輯自動(dòng)機(jī)理論Shannon1916-20011940N.維納 隨機(jī)過程的預(yù)測和濾波1942N.維納 平穩(wěn)時(shí)間序列外推、內(nèi)插、平滑1945 J.馮.諾依曼 提出“存儲(chǔ)程序”概念，數(shù)字計(jì)算機(jī)問世

《博弈論和經(jīng)濟(jì)行為》1948C.E.香農(nóng) 《通信的數(shù)學(xué)理論》奠定信息論1948 N.維納 《控制論》1952J.馮.諾依曼 “冗余技術(shù)”（提高可靠性） W.R.阿什比（英醫(yī)） 自鎮(zhèn)定、自適應(yīng)概念約翰.納什，摩根斯滕 奠定數(shù)理經(jīng)濟(jì)學(xué)1954錢學(xué)森 《工程控制論》ControlCybernetics,Computer,Information的相繼創(chuàng)立為60年代后的快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

end

（2）50年代進(jìn)入局部自動(dòng)化時(shí)代

局部自動(dòng)化：單過程、單機(jī)自動(dòng)化 組成： 機(jī)電型PID調(diào)節(jié)裝置柜； 繼電器、接觸器構(gòu)成邏輯控制柜 早期： 液壓、氣動(dòng)、機(jī)電測量儀表和調(diào)節(jié)裝置； 笨拙、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度低、費(fèi)用高。 后期： 電動(dòng)毫伏計(jì)、電位差計(jì)、電子放大器構(gòu)成 電動(dòng)、電子組合式自動(dòng)化儀表； 靈活、成本低、調(diào)節(jié)方便。end大作業(yè)題目1、從現(xiàn)實(shí)生活中列舉兩個(gè)自動(dòng)化控制理論應(yīng)用的系統(tǒng)實(shí)例，并加以分析。

2、什么是負(fù)反饋？負(fù)反饋在改善系統(tǒng)系能方面起到了什么作用？自動(dòng)化導(dǎo)論

第三講

現(xiàn)代控制系統(tǒng)

自動(dòng)化學(xué)院荊曉遠(yuǎn)1目錄1.1簡介1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史1.3控制工程實(shí)踐1.4現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例1.5控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益1.6自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來1.7工程設(shè)計(jì)1簡介1簡介

自動(dòng)控制技術(shù)的研究有利于將人類從復(fù)雜、危險(xiǎn)、繁瑣的勞動(dòng)環(huán)境中解放出來并大大提高控制效率。自動(dòng)控制是工程科學(xué)的一個(gè)分支。它涉及利用反饋原理的對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的自動(dòng)影響，以使得輸出值接近我們想要的值。從方法的角度看，它以數(shù)學(xué)的系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)。我們今天稱作自動(dòng)控制的是二十世紀(jì)中葉產(chǎn)生的控制論的一個(gè)分支。

1簡介基礎(chǔ)的理論是由諾伯特·維納，魯?shù)婪颉た柭岢龅摹?/p>

1簡介1簡介1簡介1簡介1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史150多年前第一代過程控制體系是基于5－13psi的氣動(dòng)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)（氣動(dòng)控制系統(tǒng)PCS，PneumaticControlSystem）。簡單的就地操作模式，控制理論初步形成，尚未有控制室的概念。1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史第二代過程控制體系（模擬式或ACS,AnalogControlSystem）是基于0－10mA或4－20mA的電流模擬信號(hào)，這一明顯的進(jìn)步，在整整25年內(nèi)牢牢地統(tǒng)治了整個(gè)自動(dòng)控制領(lǐng)域。它標(biāo)志了電氣自動(dòng)控制時(shí)代的到來?？刂评碚撚辛酥卮蟀l(fā)展，三大控制論的確立奠定了現(xiàn)代控制的基礎(chǔ)；控制室的設(shè)立，控制功能分離的模式一直沿用至今。1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史第三代過程控制體系（CCS，ComputerControlSystem）.70年代開始了數(shù)字計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的技術(shù)優(yōu)勢，人們在測量，模擬和邏輯控制領(lǐng)域率先使用，從而產(chǎn)生了第三代過程控制體系（CCS，ComputerControlSystem）。這個(gè)被稱為第三代過程控制體系是自動(dòng)控制領(lǐng)域的一次革命，1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史它充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的特長，于是人們普遍認(rèn)為計(jì)算機(jī)能做好一切事情，自然而然地產(chǎn)生了被稱為“集中控制”的中央控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，需要指出的是系統(tǒng)的信號(hào)傳輸系統(tǒng)依然是大部分沿用4－20mA的模擬信號(hào)，但是時(shí)隔不久人們發(fā)現(xiàn)，隨著控制的集中和可靠性方面的問題，失控的危險(xiǎn)也集中了，稍有不慎就會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。所以它很快被發(fā)展成分布式控制系統(tǒng)（DCS）。1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史第四代過程控制體系（DCS，DistributedControlSystem分布式控制系統(tǒng)）：隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，微處理器的普遍使用，計(jì)算機(jī)技術(shù)可靠性的大幅度增加，目前普遍使用的是第四代過程控制體系（DCS，或分布式數(shù)字控制系統(tǒng)），1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史它主要特點(diǎn)是整個(gè)控制系統(tǒng)不再是僅僅具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，而是由幾臺(tái)計(jì)算機(jī)和一些智能儀表和智能部件構(gòu)成一個(gè)了控制系統(tǒng)。于是分散控制成了最主要的特征。除外另一個(gè)重要的發(fā)展是它們之間的信號(hào)傳遞也不僅僅依賴于4－20mA的模擬信號(hào)，而逐漸地以數(shù)字信號(hào)來取代模擬信號(hào)。1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史第五代過程控制體系（FCS，F(xiàn)ieldbusControlSystem現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）：FCS是從DCS發(fā)展而來，就象DCS從CCS發(fā)展過來一樣，有了質(zhì)的飛躍?！胺稚⒖刂啤卑l(fā)展到“現(xiàn)場控制”；數(shù)據(jù)的傳輸采用“總線”方式。但是FCS與DCS的真正的區(qū)別在于FCS有更廣闊的發(fā)展空間。由于傳統(tǒng)的DCS的技術(shù)水平雖然在不1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史斷提高，但通信網(wǎng)絡(luò)最低端只達(dá)到現(xiàn)場控制站一級(jí)，現(xiàn)場控制站與現(xiàn)場檢測儀表、執(zhí)行器之間的聯(lián)系仍采用一對(duì)一傳輸?shù)?-20mA模擬信號(hào)，成本高，效率低，維護(hù)困難，無法發(fā)揮現(xiàn)場儀表智能化的潛力，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備工作狀態(tài)的全面監(jiān)控和深層次管理。所謂現(xiàn)場總線就是連接智能測量與控制設(shè)備的全數(shù)字式、雙向傳輸、具有多節(jié)點(diǎn)分支結(jié)構(gòu)的通信鏈路。1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史單地說傳統(tǒng)的控制是一條回路，而FCS技術(shù)是各個(gè)模塊如控制器、執(zhí)行器、檢測器等掛在一條總線上來實(shí)現(xiàn)通信，當(dāng)然傳輸?shù)囊簿褪菙?shù)字信號(hào)。主要的總線有Profibus，LonWorks等。1.3控制工程實(shí)踐1.3控制工程實(shí)踐1.3控制工程實(shí)踐調(diào)速器

調(diào)速器（governor）是一種自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，它根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷的變化，自動(dòng)增減噴油泵的供油量，使柴油機(jī)能夠以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。調(diào)速器已經(jīng)在工業(yè)直流電機(jī)調(diào)速、工業(yè)傳送帶調(diào)速、燈光照明調(diào)解、計(jì)算機(jī)電源散熱、直流電扇等、得到廣泛應(yīng)用。1.3控制工程實(shí)踐

火力控制

控制火炮、火炮群或?qū)棸l(fā)射器瞄準(zhǔn)和射擊的整套設(shè)備?；鹆刂葡到y(tǒng)常用于地面和艦上火炮、防空火炮、轟炸機(jī)防御火炮以及船上和飛機(jī)上的火箭、導(dǎo)彈的控制。廣義的火力控制系統(tǒng)還包括指揮截?fù)魴C(jī)的飛機(jī)、導(dǎo)彈的地面引導(dǎo)站、彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中的地面系統(tǒng)。

1.3控制工程實(shí)踐

簡單的火力控制系統(tǒng)主要由敏感元件、計(jì)算機(jī)和定位伺服機(jī)構(gòu)組成。常用的火力控制系統(tǒng)有防空系統(tǒng)、航空火力控制系統(tǒng)、艦載火力控制系統(tǒng)、反坦克導(dǎo)彈控制系統(tǒng)、反導(dǎo)彈防御火力控制系統(tǒng)等。

1.3控制工程實(shí)踐伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)（servomechanism）又稱隨動(dòng)系統(tǒng)，是用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的反饋控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。1.3控制工程實(shí)踐它的主要任務(wù)是按控制命令的要求、對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力矩、速度和位置控制非常靈活方便。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角），其結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。1.3控制工程實(shí)踐1.3控制工程實(shí)踐防側(cè)滑系統(tǒng)汽車制動(dòng)時(shí)，如果四只輪胎附著地面的條件不同，比如，左側(cè)輪附著在濕滑路面，而右側(cè)輪附著于干燥路面，四個(gè)輪子與地面的摩擦力不同，在制動(dòng)時(shí)(四個(gè)輪子的制動(dòng)力相同)就容易產(chǎn)生打滑、傾斜和側(cè)翻等現(xiàn)象。

1.3控制工程實(shí)踐EBD的功能就是在汽車制動(dòng)的瞬間，高速計(jì)算出四個(gè)輪胎由于附著不同而導(dǎo)致的摩擦力數(shù)值，然后調(diào)整制動(dòng)裝置，使其按照設(shè)定的程序在運(yùn)動(dòng)中高速調(diào)整，達(dá)到制動(dòng)力與摩擦力(牽引力)的匹配，以保證車輛的平穩(wěn)和安全。

1.3控制工程實(shí)踐調(diào)節(jié)器

將生產(chǎn)過程參數(shù)的測量值與給定值進(jìn)行比較，得出偏差后根據(jù)一定的調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生輸出信號(hào)推動(dòng)執(zhí)行器消除偏差量，使該參數(shù)保持在給定值附近或按預(yù)定規(guī)律變化的控制器。

1.3控制工程實(shí)踐

1.3控制工程實(shí)踐控制器控制器（英文名稱：controller）是指按照預(yù)定順序改變主電路或控制電路的接線和改變電路中電阻值來控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)和反向的主令裝置。由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序產(chǎn)生器和操作控制器組成，

1.3控制工程實(shí)踐它是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作。

1.3控制工程實(shí)踐振蕩器振蕩器（英文：oscillator）是用來產(chǎn)生重復(fù)電子訊號(hào)（通常是正弦波或方波）的電子元件。其構(gòu)成的電路叫振蕩電路。能將直流電轉(zhuǎn)換為具有一定頻率交流電信號(hào)輸出的電子電路或裝置。1.3控制工程實(shí)踐按振蕩激勵(lì)方式可分為自激振蕩器、他激振蕩器；按電路結(jié)構(gòu)可分為阻容振蕩器、電感電容振蕩器、晶體振蕩器、音叉振蕩器等；按輸出波形可分為正弦波、方波、鋸齒波等振蕩器。廣泛用于電子工業(yè)、醫(yī)療、科學(xué)研究等方面。

1.4現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例1.4現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例1.4現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例1.4現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例1.4現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例1.4現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例1.4現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例1.5自動(dòng)化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益自動(dòng)化技術(shù)的深入發(fā)展，促進(jìn)了單元技術(shù)的不斷綜合，以CIMS為代表的未來工廠自動(dòng)化技術(shù)，正不斷顯示出其巨大的效益，以美國科學(xué)院根據(jù)對(duì)美國在CIMS方面較領(lǐng)先的五大公司的長期調(diào)查分析，認(rèn)為采用先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)，如CIMS，可以獲得以下效益：1.5自動(dòng)化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益

a.產(chǎn)品質(zhì)量提高200-500%自動(dòng)控制b.生產(chǎn)率提高40-70%c.設(shè)備利用率提高200-300%d.生產(chǎn)周期縮短30-60%1.5自動(dòng)化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益

e.在制品減少30-60%f.工程設(shè)計(jì)費(fèi)用減少15-30%g.人力費(fèi)用減少5-20%h.提高工程師的工作能力300-3500%

由此可見，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，其效益明顯提高。1.6自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來1.6自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來IEC61131自頒布以來已經(jīng)逐漸成為一個(gè)被各大控制系統(tǒng)廠商接納的國際化標(biāo)準(zhǔn)。這自然是得益于OPC技術(shù)的出現(xiàn)和Windows、Microsoft平臺(tái)的普遍使用和發(fā)展，才使得在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來發(fā)展中計(jì)算機(jī)占據(jù)重要地位并無可取代。上述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需素發(fā)展和普及引發(fā)了

1.6自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來電氣系統(tǒng)自動(dòng)化的革命，也正是由此出現(xiàn)的市場需求推動(dòng)了IT平臺(tái)與電氣自動(dòng)化的不斷融合，期間電子商務(wù)的迅速發(fā)展加速了這一進(jìn)程。正如一個(gè)企業(yè)，其管理層可以利用標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)軟件分析企業(yè)財(cái)務(wù)、人力等管理方面的重要信息，也可以借此實(shí)現(xiàn)企業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。虛擬的現(xiàn)實(shí)技術(shù)、視頻處理技術(shù)的不斷應(yīng)用，必然對(duì)未來自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)生非常大的影響，1.6自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來比如設(shè)計(jì)開機(jī)界面和設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)等。軟件的重要性不斷的從單一設(shè)備向集成設(shè)備系統(tǒng)轉(zhuǎn)移，這是不可逆轉(zhuǎn)的大勢。這一趨勢中，對(duì)軟件的結(jié)構(gòu)合理性和發(fā)展空間、通訊數(shù)據(jù)的接受能力以及組態(tài)環(huán)境使用和統(tǒng)一的要求更高，這些因素也變得越加重要。隨著這樣的趨勢的實(shí)現(xiàn)，電氣自動(dòng)化必將得到不斷的提高和完善，而在更多的領(lǐng)域起到重要作用。1.6自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來于此同時(shí)，這一過程中不能忽視創(chuàng)新的力量，不斷的降低生產(chǎn)成本的同時(shí)兼顧科學(xué)生產(chǎn)效率的提高，并且面向市場不斷的增加產(chǎn)品的市場適應(yīng)性，減少消耗的同時(shí)提高質(zhì)量，滿足各方面的合理要求。這樣，才能使這一發(fā)展趨勢更好更快的實(shí)現(xiàn)和進(jìn)行。1.6自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來實(shí)際上，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢應(yīng)該是分散、開放并具備信息化特征的。分散的結(jié)果能保證網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)模塊職能的獨(dú)立從而分散系統(tǒng)危險(xiǎn)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠；開放性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)則是通過外部接口實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接；信息化則使所有的信息得到綜合分析處理.1.6自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)科技與管理的結(jié)合、一體化，真正做到電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的不斷提升。未來的發(fā)展趨勢中，我國企業(yè)還需保證穩(wěn)定的健康發(fā)展，認(rèn)識(shí)不足并不斷的通過高新科技的學(xué)習(xí)鞏固基礎(chǔ)能力，發(fā)揮創(chuàng)新精神，才能開創(chuàng)出和諧的發(fā)展局面，為工業(yè)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)做貢獻(xiàn)1.7工程設(shè)計(jì)1.7工程設(shè)計(jì)1.7工程設(shè)計(jì)1.7工程設(shè)計(jì)謝謝!智能控制技術(shù)荊曉遠(yuǎn)教授

南京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)一智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展錄音：智能控制思潮出現(xiàn)于60年代，智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展經(jīng)歷了萌芽、形成和發(fā)展三個(gè)階段。

現(xiàn)在發(fā)展期形成期萌芽期196019701980智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)智能控制的發(fā)展智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)1965年，加利福尼亞大學(xué)的扎德(L.A.Zadeh)教授提出了模糊集合理論；1）萌芽期（1960－1970）L.A.Zadeh智能控制的發(fā)展智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)這標(biāo)志著智能控制的思想已經(jīng)萌芽。1967年，利昂德斯（C.T.Leondes）和門德爾首先使用“智能控制”一詞。1）萌芽期（1960－1970）智能控制的發(fā)展智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)1965年，加利福尼亞大學(xué)的扎德(L.A.Zadeh)教授提出了模糊集合理論，為解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題提供了強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)工具；這標(biāo)志著智能控制的思想已經(jīng)萌芽。1967年，利昂德斯（C.T.Leondes）和門德爾首先使用“智能控制”一詞。1）萌芽期（1960－1970）智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)智能控制的發(fā)展2）形成期（1970－1980）20世紀(jì)70年代可以看做是智能控制的形成期：1974年英國工程師曼德尼（E.H.Mamdani）將模糊集合和模糊語言用于鍋爐和蒸汽機(jī)的控制，取得良好的結(jié)果。1977年，薩里迪斯(Saridis)提出智能控制三元結(jié)構(gòu)定義。1985年，IEEE在紐約召開了第一屆全球智能控制學(xué)術(shù)討論會(huì)，標(biāo)志著智能控制作為一個(gè)學(xué)科分支正式被學(xué)術(shù)界接受。1987年在費(fèi)城舉行的國際智能控制會(huì)議上，提出了智能控制是自動(dòng)控制，人工智能、運(yùn)疇學(xué)相結(jié)合的說法。此后，每年舉行一次全球智能控制研討會(huì)，形成了智能控制的研究熱潮。智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)智能控制的發(fā)展3）發(fā)展期（1980－）智能控制的發(fā)展自動(dòng)控制的發(fā)展過程開環(huán)控制反饋控制最優(yōu)控制隨機(jī)控制自適應(yīng)/魯棒控制自學(xué)習(xí)控制智能控制進(jìn)展方向控制復(fù)雜性智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論智能控制理論智能控制的發(fā)展智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)

隨著被控對(duì)象復(fù)雜程度的增加以及控制要求的提高，自動(dòng)控制也經(jīng)歷了由經(jīng)典控制理論里最簡單的開環(huán)控制、反饋控制到現(xiàn)代控制理論的最優(yōu)控制、隨機(jī)控制以及自適應(yīng)魯棒控制，到目前發(fā)展為智能控制理論中的自學(xué)習(xí)控制和智能控制。

智能控制在控制理論中的位置智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)《智能控制》是目前控制理論的最高級(jí)形式，代表了控制理論的發(fā)展趨勢，能有效地處理復(fù)雜的控制問題。

其相關(guān)技術(shù)可以推廣應(yīng)用于控制之外的領(lǐng)域：金融、管理、土木、醫(yī)療等等。智能控制的概念控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)控制的核心重要的是智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)智能控制的智能仍然是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制“知識(shí)”和“推理思考”模仿人的智能，包括利用人類現(xiàn)有的控制知識(shí)和推理方法，當(dāng)然也結(jié)合了機(jī)器學(xué)習(xí)來產(chǎn)生知識(shí)、結(jié)合計(jì)算推理來得出結(jié)論。人類智能和機(jī)器計(jì)算智能的結(jié)合

智能控制的目標(biāo)仍然是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，但其實(shí)現(xiàn)控制的核心是“知識(shí)”和“推理思考”。其中重要的是模仿人的智能，包括利用人類現(xiàn)有的控制知識(shí)和推理方法，當(dāng)然也結(jié)合了機(jī)器學(xué)習(xí)來產(chǎn)生知識(shí)、結(jié)合計(jì)算推理來得出結(jié)論。所以智能控制的智能是人類智能和機(jī)器計(jì)算智能的結(jié)合。智能控制的概念智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)

智能控制屬于典型的交叉學(xué)科，涉及人工智能、自動(dòng)控制、運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)論、信息論等，在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)上則必須依托計(jì)算機(jī)技術(shù)。

智能控制的三元結(jié)構(gòu)人工智能(AI)運(yùn)籌學(xué)(OR)智能控制自動(dòng)控制(AC)智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)智能控制的特點(diǎn)智能控制的特點(diǎn)智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)賴祖亮@小木蟲2自適應(yīng)能力、魯棒性好31

非線性、時(shí)變和復(fù)雜不確定控制對(duì)象節(jié)能好，并行操作，開發(fā)成本低1）被控過程節(jié)能好，具有并行操作特點(diǎn)，開發(fā)成本低；2）控制效果具有自適應(yīng)能力、魯棒性好：智能控制不依賴于對(duì)象模型，可以自適應(yīng)調(diào)整控制策略。同時(shí)，由于智能的非定量粗略描述性，智能控制系統(tǒng)更能容忍噪聲干擾；3）特別適合非線性、時(shí)變和復(fù)雜不確定的控制對(duì)象。這些對(duì)象正好是傳統(tǒng)控制方法難以取得好控制效果的被控對(duì)象。智能控制的特點(diǎn)智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)智能

控制智能醫(yī)療

工業(yè)

智能交通

航天航空

軍事領(lǐng)域

智能家電

智能家居

智能電網(wǎng)錄音：智能控制代表著當(dāng)今科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的最新方向之一。目前，智能控制技術(shù)已經(jīng)日漸完善，并得到廣泛應(yīng)用，例如智能家電、智能家居、智能電網(wǎng)、智能交通，航空航天、軍事以及工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能家電已成新寵智能控制應(yīng)用領(lǐng)域錄音：智能家電已成新寵。在日本，幾乎所有家用電器制造廠商都使用模糊技術(shù)。智能家電已成新寵錄音：松下和日立公司已生產(chǎn)了智能洗衣機(jī)，擁有更加人性化的設(shè)計(jì)，可以自動(dòng)調(diào)整洗衣服得各項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)衣服來調(diào)整洗滌所需水位及洗滌時(shí)間。根據(jù)不同衣物的面料調(diào)整洗衣過程，更好保護(hù)衣物。目前，很多大型家電集團(tuán)已開發(fā)了國產(chǎn)模糊控制洗衣機(jī)，如：“小天鵝”，“海爾”等名牌智能洗衣機(jī)。智能洗衣機(jī)品味從容生活，以人性為理念，點(diǎn)滴智能皆隨心所愿.智能控制應(yīng)用領(lǐng)域機(jī)器“IQ”的提高智能控制應(yīng)用領(lǐng)域錄音：三菱和夏普公司生產(chǎn)的空調(diào)因使用了模糊控制技術(shù)而可節(jié)省能源20%以上。佳能和索尼公司生產(chǎn)的照相機(jī)使用模糊邏輯技術(shù)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦功能。智能空調(diào)智能電視錄音：索尼和三洋生產(chǎn)的一些電視機(jī)使用模糊邏輯來自動(dòng)調(diào)整屏幕的顏色、對(duì)比度和亮度。另外，我國的智能家電產(chǎn)品也取得了一些進(jìn)展。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能家居讓家心有靈犀智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能家居讓家心有靈犀智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能家居控制系統(tǒng)智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能家居控制系統(tǒng)智能家居系統(tǒng)提供面向家庭設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，將通信設(shè)備、家用電器設(shè)備和安防裝置等連接成網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)視與控制，達(dá)到家庭事務(wù)管理的目的。智能家居系統(tǒng)向用戶提供家電統(tǒng)一管理、室內(nèi)無線遙控、家居安全保障等功能，為住戶提供一個(gè)溫馨舒適、安全節(jié)能、先進(jìn)易用的智能家居環(huán)境。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能電網(wǎng)---能源價(jià)值鏈的變革智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能電網(wǎng)---能源價(jià)值鏈的變革智能控制應(yīng)用領(lǐng)域錄音：“智能電網(wǎng)”將傳統(tǒng)的煤炭發(fā)電電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑?、交互式電網(wǎng)，這對(duì)能源價(jià)值鏈的革命性變化就如同因特網(wǎng)在上世紀(jì)90年代末對(duì)IT行業(yè)的變革一樣。智能電網(wǎng)---能源價(jià)值鏈的變革因特網(wǎng)

IT行業(yè)能源價(jià)值鏈智能電網(wǎng)智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能電網(wǎng)的應(yīng)用智能控制應(yīng)用領(lǐng)域汽車與智能交通汽車中也使用了大量的智能控制技術(shù)來完成控制功能。如Nissan豪華汽車中使用了模糊控制的反咬死剎車系統(tǒng)，基于模糊邏輯的無級(jí)變速器。其他汽車生產(chǎn)廠家也已開發(fā)了模糊發(fā)動(dòng)機(jī)控制和自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)等。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域

日本仙臺(tái)的地鐵使用模糊控制技術(shù)，使地鐵機(jī)車啟動(dòng)和停車非常平穩(wěn)，乘客不必抓住扶手也能保持平衡。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域汽車與智能交通智能交通系統(tǒng)是靈活運(yùn)用信息通信及智能控制技術(shù)，使人、車、路融為一體，提高交通設(shè)施的利用率，削減交通出行，從而達(dá)到建立安全、高效、快速、舒適，并有利于環(huán)境的交通運(yùn)輸系統(tǒng)。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域汽車與智能交通

近年來，智能控制技術(shù)的迅速發(fā)展促進(jìn)了其在航天航空及軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，像神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制等智能技術(shù)特別適合于航空發(fā)動(dòng)機(jī)這樣復(fù)雜的強(qiáng)非線性的多變量系統(tǒng)，在航天航空領(lǐng)域中的應(yīng)用具有十分廣闊的前景。航空發(fā)動(dòng)機(jī)智能控制應(yīng)用領(lǐng)域航空航天及軍事領(lǐng)域

航空航天及軍事領(lǐng)域航空發(fā)動(dòng)機(jī)智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能控制應(yīng)用領(lǐng)域航空航天及軍事領(lǐng)域模糊邏輯現(xiàn)已應(yīng)用于各種導(dǎo)航系統(tǒng)，如美國航空和宇航局正在開發(fā)一種用于將引導(dǎo)航天飛機(jī)和空間站相連的自動(dòng)系統(tǒng)。工業(yè)

最早的實(shí)用工業(yè)過程模糊控制是丹麥F.L.Smith公司研制的水泥窯模糊邏輯計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它已作為商品投放市場，是模糊控制在工業(yè)過程中成功應(yīng)用的范例之一。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)現(xiàn)在模糊邏輯已廣泛應(yīng)用于各種從簡單到復(fù)雜的工業(yè)診斷和控制系統(tǒng)中。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)高爐煉鐵智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能控制作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，尤其在鋼鐵冶金行業(yè)中也得到了較多的應(yīng)用。高爐生產(chǎn)工藝流程智能控制應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)原料供應(yīng)系統(tǒng)工業(yè)智能控制應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)療診斷賴祖亮@小木蟲賴祖亮@小木蟲1中醫(yī)診治系統(tǒng)2新生兒血糖代謝系統(tǒng)3肌電信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)智能控制應(yīng)用領(lǐng)域

在醫(yī)學(xué)診斷方面，根據(jù)智能專家控制技術(shù)得出的醫(yī)療診治系統(tǒng)，其診斷準(zhǔn)確率與傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)完全一致；基于DP網(wǎng)絡(luò)肌電信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)，準(zhǔn)確性也明顯優(yōu)于時(shí)域分析方案；基于逆?zhèn)鞑サ闹嗅t(yī)診治系統(tǒng)和基于RBF網(wǎng)絡(luò)的新生兒血糖代謝系統(tǒng)等，在疾病的診治過程中均取得了良好的結(jié)果。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)學(xué)五公斤級(jí)系列公共安全機(jī)器人系統(tǒng)智能控制應(yīng)用領(lǐng)域移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例智能輪椅無人駕駛自主車輛智能控制應(yīng)用領(lǐng)域移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例日本火星探測機(jī)器人智能控制應(yīng)用領(lǐng)域美國火星探測機(jī)器人移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例德國的排爆機(jī)器人智能控制應(yīng)用領(lǐng)域危險(xiǎn)場合下的排爆機(jī)器人移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例危險(xiǎn)環(huán)境下的清理機(jī)器人智能控制應(yīng)用領(lǐng)域我國研制的排爆機(jī)器人移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例“先行者”類人型機(jī)器人智能控制應(yīng)用領(lǐng)域家庭網(wǎng)絡(luò)保健系統(tǒng)a)組成：建立開放式架構(gòu)的家庭保健醫(yī)生智能機(jī)器人平臺(tái)；b)性能：對(duì)人體的健康狀況進(jìn)行監(jiān)督，通過網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)化的健康保健數(shù)據(jù)中心，記錄人每天的健康數(shù)據(jù)。通過對(duì)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察和處理，可以將醫(yī)生的建議和忠告反饋給用戶，并對(duì)健康進(jìn)行預(yù)警。C）主要參數(shù)：測量人體溫度、血壓、脈搏、心電圖；結(jié)合人體重量等參數(shù)分析人體的水平衡狀態(tài)；智能控制應(yīng)用領(lǐng)域家庭衛(wèi)士網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人a)組成：2輪差動(dòng)的類人形移動(dòng)平臺(tái)、1DOF頭部、自主導(dǎo)航系統(tǒng)；b)性能：負(fù)責(zé)家庭環(huán)境的安全檢測，如煤氣、空氣質(zhì)量、無人環(huán)境下的守衛(wèi)。并通過無線網(wǎng)絡(luò)與主人通報(bào)。同時(shí)能控制家中的部分電器，兒童在家的守護(hù)。C）主要參數(shù)：重量<20公斤；速度〉30厘米/秒；電池使用時(shí)間〉2小時(shí)；測量環(huán)境的溫度、濕度、煤氣的含量，準(zhǔn)確率95%以上；Internet控制智能控制應(yīng)用領(lǐng)域END

第五章模式識(shí)別技術(shù)簡介荊曉遠(yuǎn)

教授南京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院與模式識(shí)別相關(guān)的學(xué)科統(tǒng)計(jì)學(xué)概率論線性代數(shù)（矩陣計(jì)算）形式語言機(jī)器學(xué)習(xí)人工智能圖像處理計(jì)算機(jī)視覺

機(jī)構(gòu)、會(huì)議、刊物1973年IEEE發(fā)起了第一次關(guān)于模式識(shí)別的國際會(huì)議“ICPR”（此后兩年一次），成立了國際模式識(shí)別協(xié)會(huì)-“IAPR”1977年IEEE成立PAMI委員會(huì)，創(chuàng)立IEEETrans.onPAMI，并支持ICCV,CVPR兩個(gè)會(huì)議其他刊物PatternRecognition(PR)PatternRecognitionLetters(PRL)InternationalJournalofPatternRecognitionandArtificialIntelligence(IJPRAI)3.1模式識(shí)別概論什么是模式（Pattern）？

什么是模式？廣義地說，存在于時(shí)間和空間中可觀察的物體，如果可以區(qū)別它們是否相同或是否相似，都可以稱之為模式。模式通常指的不是事物本身，而是從事物獲得的信息，因此，模式往往表現(xiàn)為具有時(shí)間和空間分布的信息。模式的直觀特性:可觀察性可區(qū)分性相似性

模式識(shí)別的概念模式識(shí)別–

直觀，無所不在，“物以類聚，人以群分”周圍物體的認(rèn)知：桌子、椅子人的識(shí)別：張三、李四聲音的辨別：汽車、火車，狗叫、人的語言氣味的分辨：炸帶魚、紅燒肉、香水等等人和動(dòng)物的模式識(shí)別能力是極其平常的，但對(duì)計(jì)算機(jī)來說卻是非常困難的。

模式識(shí)別的研究目的：利用計(jì)算機(jī)對(duì)物理對(duì)象進(jìn)行分類，在錯(cuò)誤概率最小的條件下，使識(shí)別的結(jié)果盡量與客觀物體相符合。Y=F(X)X的定義域取自特征集Y的值域?yàn)轭悇e的標(biāo)號(hào)集F是模式識(shí)別的判別方法

模式識(shí)別簡史1929年G.Tauschek發(fā)明閱讀機(jī)，能夠閱讀0-9的數(shù)字。30年代Fisher提出統(tǒng)計(jì)分類理論，奠定了統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別的基礎(chǔ)。50年代NoamChemsky提出形式語言理論傅京蓀提出句法結(jié)構(gòu)模式識(shí)別（模式識(shí)別與人工智能）。

模式識(shí)別簡史60年代L.A.Zadeh提出了模糊集理論，模糊模式識(shí)別方法得以發(fā)展和應(yīng)用。80年代以Hopfield網(wǎng)絡(luò)、BP網(wǎng)絡(luò)為代表的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型導(dǎo)致人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)復(fù)活，并在模式識(shí)別得到較廣泛的應(yīng)用。90年代小樣本學(xué)習(xí)理論，支持向量機(jī)也受到了很大的重視。

模式識(shí)別的應(yīng)用（舉例）生物學(xué)自動(dòng)細(xì)胞學(xué)、染色體特性研究、遺傳研究天文學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡圖像分析、自動(dòng)光譜學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)股票交易預(yù)測、企業(yè)行為分析醫(yī)學(xué)心電圖分析、腦電圖分析、醫(yī)學(xué)圖像分析模式識(shí)別的應(yīng)用（舉例）工程產(chǎn)品缺陷檢測、特征識(shí)別、語音識(shí)別、自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)、污染分析軍事航空攝像分析、雷達(dá)和聲納信號(hào)檢測和分類、自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別安全指紋識(shí)別、人臉識(shí)別、監(jiān)視和報(bào)警系統(tǒng)

模式識(shí)別方法模式識(shí)別系統(tǒng)的目標(biāo)：在特征空間和解釋空間之間找到一種映射關(guān)系，這種映射也稱之為假說。特征空間：從模式得到的對(duì)分類有用的度量、屬性或基元構(gòu)成的空間。解釋空間：將c個(gè)類別表示為 其中為所屬類別的集合，稱為解釋空間。

模式識(shí)別系統(tǒng)的目標(biāo)：在特征空間和解釋空間之間找到一種映射關(guān)系，這種映射也稱之為假說。特征空間：從模式得到的對(duì)分類有用的度量、屬性或基元構(gòu)成的空間。解釋空間：將c個(gè)類別表示為 其中為所屬類別的集合，稱為解釋空間。

模式識(shí)別方法模式識(shí)別系統(tǒng)的目標(biāo)：在特征空間和解釋空間之間找到一種映射關(guān)系，這種映射也稱之為假說。特征空間：從模式得到的對(duì)分類有用的度量、屬性或基元構(gòu)成的空間。解釋空間：將c個(gè)類別表示為 其中為所屬類別的集合，稱為解釋空間。

假說的兩種獲得方法監(jiān)督學(xué)習(xí)、概念驅(qū)動(dòng)或歸納假說：在特征空間中找到一個(gè)與解釋空間的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的假說。在給定模式下假定一個(gè)解決方案，任何在訓(xùn)練集中接近目標(biāo)的假說也都必須在“未知”的樣本上得到近似的結(jié)果。依靠已知所屬類別的的訓(xùn)練樣本集，按它們特征向量的分布來確定假說（通常為一個(gè)判別函數(shù)），只有在判別函數(shù)確定之后才能用它對(duì)未知的模式進(jìn)行分類；對(duì)分類的模式要有足夠的先驗(yàn)知識(shí)，通常需要采集足夠數(shù)量的具有典型性的樣本進(jìn)行訓(xùn)練。

假說的兩種獲得方法（續(xù)）非監(jiān)督學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)或演繹假說：在解釋空間中找到一個(gè)與特征空間的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的假說。這種方法試圖找到一種只以特征空間中的相似關(guān)系為基礎(chǔ)的有效假說。在沒有先驗(yàn)知識(shí)的情況下，通常采用聚類分析方法，基于“物以類聚”的觀點(diǎn)，用數(shù)學(xué)方法分析各特征向量之間的距離及分散情況；如果特征向量集聚集若干個(gè)群，可按群間距離遠(yuǎn)近把它們劃分成類；這種按各類之間的親疏程度的劃分，若事先能知道應(yīng)劃分成幾類，則可獲得更好的分類結(jié)果。

模式分類的主要方法數(shù)據(jù)聚類統(tǒng)計(jì)分類結(jié)構(gòu)模式識(shí)別神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)聚類目標(biāo)：用某種相似性度量的方法將原始數(shù)據(jù)組織成有意義的和有用的各種數(shù)據(jù)集。是一種非監(jiān)督學(xué)習(xí)的方法，解決方案是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的。統(tǒng)計(jì)分類基于概率統(tǒng)計(jì)模型得到各類別的特征向量的分布，以取得分類的方法。特征向量分布的獲得是基于一個(gè)類別已知的訓(xùn)練樣本集。是一種監(jiān)督分類的方法，分類器是概念驅(qū)動(dòng)的。結(jié)構(gòu)模式識(shí)別該方法通過考慮識(shí)別對(duì)象的各部分之間的聯(lián)系來達(dá)到識(shí)別分類的目的。識(shí)別采用結(jié)構(gòu)匹配的形式，通過計(jì)算一個(gè)匹配程度值（matchingscore）來評(píng)估一個(gè)未知的對(duì)象或未知對(duì)象某些部分與某種典型模式的關(guān)系如何。結(jié)構(gòu)模式識(shí)別當(dāng)成功地制定出了一組可以描述對(duì)象部分之間關(guān)系的規(guī)則后，可以應(yīng)用一種特殊的結(jié)構(gòu)模式識(shí)別方法–

句法模式識(shí)別，來檢查一個(gè)模式基元的序列是否遵守某種規(guī)則，即句法規(guī)則或語法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是受人腦組織的生理學(xué)啟發(fā)而創(chuàng)立的。由一系列互相聯(lián)系的、相同的單元（神經(jīng)元）組成。相互間的聯(lián)系可以在不同的神經(jīng)元之間傳遞增強(qiáng)或抑制信號(hào)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)或抑制是通過調(diào)整神經(jīng)元相互間聯(lián)系的權(quán)重系數(shù)來（weight）實(shí)現(xiàn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)督和非監(jiān)督學(xué)習(xí)條件下的分類。

模式識(shí)別系統(tǒng)模式識(shí)別系統(tǒng)的基本構(gòu)成數(shù)據(jù)獲取特征提取和選擇預(yù)處理分類決策分類器設(shè)計(jì)模式識(shí)別系統(tǒng)組成單元數(shù)據(jù)獲?。河糜?jì)算機(jī)可以運(yùn)算的符號(hào)來表示所研究的對(duì)象二維圖像：文字、指紋、地圖、照片等一維波形：腦電圖、心電圖、季節(jié)震動(dòng)波形等物理參量和邏輯值：體溫、化驗(yàn)數(shù)據(jù)、參量正常與否的描述模式識(shí)別系統(tǒng)組成單元預(yù)處理單元：去噪聲，提取并增強(qiáng)有用信息，并對(duì)輸入測量儀器或其它因素所造成的退化現(xiàn)象進(jìn)行復(fù)原模式識(shí)別系統(tǒng)組成單元特征提取和選擇：對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，得到最能反映分類本質(zhì)的特征測量空間：原始數(shù)據(jù)組成的空間特征空間：分類識(shí)別賴以進(jìn)行的空間模式表示：維數(shù)較高的測量空間->維數(shù)較低的特征空間模式識(shí)別系統(tǒng)組成單元分類決策：在特征空間中用模式識(shí)別方法把被識(shí)別對(duì)象歸為某一類別基本做法：在樣本訓(xùn)練集基礎(chǔ)上確定某個(gè)判決規(guī)則，使得按這種規(guī)則對(duì)被識(shí)別對(duì)象進(jìn)行分類所造成的錯(cuò)誤識(shí)別率最小或引起的損失最小3.2人臉識(shí)別技術(shù)概述231引子人世間找不兩張完全一樣的臉！人臉是人類賴以區(qū)分不同人的基本途徑誰決定了你的長相？基因+成長環(huán)境雙胞胎夫妻相世間一切盡在臉上！232提綱相關(guān)背景人臉識(shí)別的基本原理人臉檢測典型方法人臉識(shí)別的典型方法開放問題及討論233無處不在的身份驗(yàn)證如何證明你的身份？設(shè)想你被警察攔下...傳統(tǒng)方法Whatyouhave身份證，暫住證，結(jié)婚證，工作證，銀行卡，鑰匙...WhatyouknowPassword，information(去清華)...Whatyouare/howyoudo一種新的技術(shù)手段——Biometrics234傳統(tǒng)方法有什么問題？卡、鑰匙丟失青年公寓的鑰匙牌...密碼危機(jī)密碼遺忘紐約每天1000人以上忘記密碼密碼被猜中生日、電話號(hào)碼、車號(hào)、宿舍...Heavywebusershavean

averageof21passwords;81%ofusersselectacommonpassword

and30%writetheirpasswordsdownorstoretheminafile.(2002NTAMonitorPasswordSurvey)損失2002年，僅美國330萬人次的身份盜用；670萬信用卡詐騙案235一種新的技術(shù)手段生物特征識(shí)別技術(shù)Biometrics什么是Biometrics?Bio——生物Metrics——測量事實(shí)含義通過人體自身的生理特征(whatyouare)或行為特征(howyoudo)進(jìn)行身份驗(yàn)證的技術(shù)236Biometrics生理特征(whatyouare)Finger,face,palm,hand,foot,iris,vein...行為特征(howyoudo)步態(tài)，聲音，敲擊鍵盤，簽名...人人擁有，人各不同！237生物特征識(shí)別技術(shù)Biometrics)238Biometrics孰優(yōu)孰劣？Universality(alluserspossessthisbiometric)Uniqueness(variesacrossusers)Permanence(doesnotchangeovertime)Collectability(canbemeasuredquantitatively)Performance(Lowerrorratesandprocessingtime)Acceptability(isitacceptabletotheusers?)Circumvention(canitbeeasilyspoofed?)239Biometrics比較BiometricsUniversalityUniquenessPermanenceCollectabilityPerformanceAcceptabilityCircumventionFaceHLMHLHLFingerprintMHHMHMLHandGeometryMMMHMMMIrisHHHMHLHRetinalScanHHMLHLHSignatureLLLHLHLVoiceMLLMLHLFacialThermogramHHLHMHH240為什么要做人臉識(shí)別？多學(xué)科領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性難題模式識(shí)別：最典型、最困難的模式識(shí)別問題人工智能：人類智能的基本體現(xiàn)計(jì)算機(jī)視覺：實(shí)現(xiàn)人眼的功能下一代人機(jī)交互讓計(jì)算機(jī)不再“熟視無睹”讓計(jì)算機(jī)具有人類的情感廣泛的應(yīng)用前景…

人臉識(shí)別相比其他生物特征識(shí)別的優(yōu)勢…

241應(yīng)用模式典型具體應(yīng)用特點(diǎn)說明應(yīng)用領(lǐng)域身份識(shí)別出入境管理過濾敏感人物（間諜、恐怖分子等）國家安全公共安全嫌疑人照片比對(duì)公安系統(tǒng)用于確定犯罪嫌疑人身份敏感人物智能監(jiān)控監(jiān)控敏感人物（間諜、恐怖分子等）網(wǎng)上追逃在PDA等移動(dòng)終端上進(jìn)行現(xiàn)場比對(duì)會(huì)議代表身份識(shí)別防止非法人員進(jìn)入會(huì)場帶來危險(xiǎn)因素關(guān)鍵場所視頻監(jiān)控如銀行大廳，預(yù)警可能的不安全因素家政服務(wù)機(jī)器人能夠識(shí)別家庭成員的智能機(jī)器人人機(jī)交互自動(dòng)系統(tǒng)登陸自動(dòng)識(shí)別用戶身份，提供個(gè)性化界面智能Agent自動(dòng)識(shí)別用戶身份，提供個(gè)性化界面真實(shí)感虛擬游戲提供真實(shí)感的人物面像，增加交互性身份驗(yàn)證護(hù)照、身份證、駕照等各類證件查驗(yàn)海關(guān)、港口、機(jī)要部門等查驗(yàn)持證人的身份是否合法公共安全準(zhǔn)考證查驗(yàn)防止替考問題教育機(jī)要部門物理門禁避免鑰匙和密碼被竊取造成失竊公共安全機(jī)要信息系統(tǒng)門禁避免單純的密碼被竊取造成信息被竊信息安全面像考勤系統(tǒng)方便，快捷，杜絕代考勤問題企業(yè)應(yīng)用金融用戶身份驗(yàn)證避免單純的密碼被竊取造成財(cái)產(chǎn)損失金融安全電子商務(wù)身份驗(yàn)證安全可靠的身份驗(yàn)證手段金融安全智能卡安全可靠的授權(quán)信息安全會(huì)議代表身份驗(yàn)證防止非法人員進(jìn)入會(huì)場帶來危險(xiǎn)因素公共安全屏幕保護(hù)程序方便快捷的允許合法用戶打開屏保人機(jī)交互242人臉識(shí)別相關(guān)研究內(nèi)容生物特征