自動(dòng)化概論-第1章課件

第1章自動(dòng)化的概念和發(fā)展簡(jiǎn)史

1.1自動(dòng)控制和自動(dòng)化的概念

1.2自動(dòng)化發(fā)展簡(jiǎn)史

1.3自動(dòng)化學(xué)科的分類(lèi)

1.4自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.1自動(dòng)控制和自動(dòng)化的概念諾伯特·維納(NorbertWiener，1894-1964)，數(shù)學(xué)家，控制論的創(chuàng)始人。錢(qián)學(xué)森（1911.12—），著名科學(xué)家，工程控制論創(chuàng)始人。1954年，出版了《工程控制論》一書(shū)。從技術(shù)科學(xué)的觀(guān)點(diǎn)，將各種工程技術(shù)系統(tǒng)的技術(shù)總結(jié)提煉為一般性理論，建立起一門(mén)新的技術(shù)科學(xué)。使用“工程控制論”這一名稱(chēng)，并用它來(lái)指稱(chēng)在工程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中能夠直接應(yīng)用的關(guān)于受控工業(yè)系統(tǒng)的理論、概念和方法。1.1.1自動(dòng)化的定義

⒈自動(dòng)控制

指機(jī)器設(shè)備或系統(tǒng)在無(wú)人直接參與下，能全部自動(dòng)地按人

預(yù)先規(guī)定的要求和既定程序運(yùn)行，完成其承擔(dān)的任務(wù)，并實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

例如：電飯鍋、電冰箱、全自動(dòng)洗衣機(jī)、機(jī)器人等。

⒊自動(dòng)化科學(xué)自動(dòng)化科學(xué)或控制科學(xué)是以控制論為理論基礎(chǔ)，并與系統(tǒng)論、信息論密切相關(guān)的一門(mén)技術(shù)科學(xué)，是一門(mén)應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)。自動(dòng)化技術(shù)或控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化科學(xué)與自動(dòng)化工程（包括非工程）之間的橋梁。自動(dòng)化技術(shù)將自動(dòng)化科學(xué)原理與方法轉(zhuǎn)換為工程實(shí)用技術(shù)（包括工具和手段），使之應(yīng)用于工程實(shí)際，將自動(dòng)化科學(xué)的研究成果迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。并將工程實(shí)際中遇到的問(wèn)題提煉、抽象成為科學(xué)問(wèn)題，為自動(dòng)化科學(xué)研究提供新的研究對(duì)象。⒋自動(dòng)化的作用與重要性※基本作用（傳統(tǒng)觀(guān)念）比人干得更快、更好，極大地提高了生產(chǎn)力自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上生產(chǎn)的產(chǎn)品，質(zhì)量越來(lái)越好，價(jià)格越來(lái)越低。

把人從繁重、危險(xiǎn)的工作中解放出來(lái)礦井掘井、核電站檢查、消防救火、無(wú)人偵察機(jī)、導(dǎo)彈（無(wú)人）

完成人無(wú)法完成的工作

管道機(jī)器人（各種油管、水管）、水下機(jī)器人⒌自動(dòng)化的應(yīng)用舉例機(jī)器人等自動(dòng)化機(jī)械（機(jī)器、設(shè)備）自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化車(chē)間自動(dòng)化工廠(chǎng)直角坐標(biāo)機(jī)器人并聯(lián)機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人裝配機(jī)器人龍門(mén)式五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床高速五軸龍門(mén)銑床

全彈自動(dòng)裝配生產(chǎn)線(xiàn)

汽車(chē)自動(dòng)焊接生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)1.1.2自動(dòng)化的一些相關(guān)術(shù)語(yǔ)1.系統(tǒng)

系統(tǒng)是指由若干個(gè)稱(chēng)為子系統(tǒng)相互依存和相互作用的部分為達(dá)到某些特定目的所組成的完整綜合體。反饋控制系統(tǒng)2.信息信息是人類(lèi)對(duì)自然和人類(lèi)自身能量變換狀態(tài)的描述。信息分為兩類(lèi)：自然信息和社會(huì)信息。

3.控制控制是指為某種規(guī)定的預(yù)期目標(biāo)而對(duì)過(guò)程變化施加的干預(yù)?？刂坪妥詣?dòng)化是兩個(gè)密切相關(guān)但不完全相同的概念。4.反饋反饋是指將系統(tǒng)的實(shí)際輸出和期望輸出進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差，從而為控制器確定下一步的控制行為提供依據(jù)。

5.調(diào)節(jié)

調(diào)節(jié)是指通過(guò)系統(tǒng)的反饋信息自動(dòng)校正系統(tǒng)的誤差，使一些參數(shù)如溫度、速度、壓力或位置等在一定的精度范圍內(nèi)按照要求的規(guī)律變化。1.2自動(dòng)化發(fā)展簡(jiǎn)史自動(dòng)化的發(fā)展歷史是一個(gè)“需求驅(qū)動(dòng)型”的發(fā)展過(guò)程。即自動(dòng)化裝置→自動(dòng)化技術(shù)→自動(dòng)化理論→自動(dòng)化科學(xué)。自動(dòng)化的發(fā)展歷史可分為四個(gè)階段⒈自動(dòng)裝置的出現(xiàn)和應(yīng)用(18世紀(jì)以前)⒉自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期(18世紀(jì)末20世紀(jì)30年代)⒊局部自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)40～50年代)⒋綜合自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)50年代末起至今1.2.1自動(dòng)裝置的出現(xiàn)和應(yīng)用公元前我國(guó)的自動(dòng)計(jì)時(shí)漏壺1.2.2自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期18世紀(jì)末到20世紀(jì)30年代⒈自動(dòng)調(diào)節(jié)的廣泛應(yīng)用⒉自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題⒊反饋控制理論和奈奎斯特頻率法1788年英國(guó)Watt發(fā)明的控制蒸汽機(jī)速度的離心式調(diào)速器

長(zhǎng)春汽車(chē)焊接生產(chǎn)線(xiàn)1913年美國(guó)建成最早的汽車(chē)裝配流水線(xiàn)1926年美國(guó)建成第一條汽車(chē)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)1.2.3局部自動(dòng)化時(shí)期

20世紀(jì)40～50年代

⒈經(jīng)典控制理論的形成和發(fā)展⒉局部自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用⒊電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)明1952年美國(guó)MIT研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床

1954年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人1.2.4

綜合自動(dòng)化時(shí)期

20世紀(jì)50年代末起至今

⒈現(xiàn)代控制理論的形成⒉現(xiàn)代控制理論發(fā)展及其應(yīng)用1981年美國(guó)“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)首次發(fā)射成功2005年我國(guó)成功發(fā)射載人飛船（神舟6號(hào)）1.3自動(dòng)化學(xué)科的分類(lèi)1.科學(xué)與技術(shù)完全分開(kāi)的分類(lèi)法按照國(guó)家的有關(guān)學(xué)科分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)化科學(xué)與自動(dòng)化技術(shù)分開(kāi)劃分。代碼學(xué)科名稱(chēng)代碼學(xué)科名稱(chēng)120信息科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)510電子、通信與自動(dòng)化技術(shù)120.1信息科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科510.80自動(dòng)控制技術(shù)120.101信息論510.8010自動(dòng)控制原理120.102控制論120.103系統(tǒng)論……表1-1“學(xué)科分類(lèi)與代碼”的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)—自動(dòng)化學(xué)科部分2.科學(xué)與技術(shù)一體化的分類(lèi)法根據(jù)研究對(duì)象的不同來(lái)劃分下屬內(nèi)容或各子學(xué)科，在各子學(xué)科內(nèi)部，科學(xué)與技術(shù)不再分離。國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)對(duì)于碩士與博士生學(xué)位培養(yǎng)的學(xué)科分類(lèi)就是按這一思想進(jìn)行。學(xué)科代碼學(xué)科分類(lèi)學(xué)科名稱(chēng)0811一級(jí)學(xué)科控制科學(xué)與工程081101二級(jí)學(xué)科控制理論與控制工程081101二級(jí)學(xué)科檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置081101二級(jí)學(xué)科系統(tǒng)工程081101二級(jí)學(xué)科模式識(shí)別與智能系統(tǒng)081101二級(jí)學(xué)科導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制表1-2國(guó)家研究生培養(yǎng)的“學(xué)科分類(lèi)與代碼”—自動(dòng)化學(xué)科部分

按我國(guó)的習(xí)慣，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)特指大學(xué)教育（包括本科生和專(zhuān)科生兩個(gè)層次），是自動(dòng)化高等教育的基礎(chǔ)層次。

本科自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)與電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、電子信息工程專(zhuān)業(yè)、通信工程專(zhuān)業(yè)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)、電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)同屬“工學(xué)”學(xué)科門(mén)類(lèi)下的“電氣信息類(lèi)”，授予的學(xué)位為“工學(xué)學(xué)士”。1.4

自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1、計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)展

2、信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的自動(dòng)控制理論

3、智能自動(dòng)化技術(shù)

4、生物技術(shù)與控制論

5、腦科學(xué)對(duì)控制理論的影響及反作用

6、綠色自動(dòng)化技術(shù)

21世紀(jì)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)綜合化(CIMS+CIPS)

網(wǎng)絡(luò)化(Internet)

人性化(AI+