6 控制和自動化的展望課件

6控制和自動化的展望

自動化技術的發(fā)展水平是一個國家在高技術領域發(fā)展水平的重要標志之一，它涉及到工農業(yè)生產、國防建設、商業(yè)、家用電器、個人生活諸多方面。本章將對在幾個特定的領域討論自動化技術以及控制科學與工程學科未來的發(fā)展。

6控制和自動化的展望6.1計算機集成制造系統(tǒng)

6.1.1計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的產生和發(fā)展

在制造業(yè)中產生了利用計算機不僅實現(xiàn)單元生產柔性自動化，并把制造過程（產品設計、生產計劃與控制、生產過程等等）集成為一個統(tǒng)一系統(tǒng)的設想，同時企圖對整個系統(tǒng)的運行加以優(yōu)化。

6控制和自動化的展望圖6.1計算機集成制造系統(tǒng)的初始概念

效益包括：（1）降低生產成本；（2）提高生產效率；（3）提高生產的柔性；（4）增強產品對市場的適應性；（5）提高產品質量；（6）減少生產準備時間和庫存；（7）增加企業(yè)員工對企業(yè)的滿足感；（8）增加用戶滿意度。

6控制和自動化的展望6.1.2計算機集成制造系統(tǒng)所涉及的自動化技術

包括:數(shù)控技術、計算機輔助設計（CAD）與計算機輔助制造（CAM）等、立體倉庫與自動化物料運輸系統(tǒng)、自動化裝配與工業(yè)機器人、計算機輔助生產計劃制定、計算機輔助生產作業(yè)調度、質量監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)、辦公自動化與經營輔助決策。

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6.1.3

我國發(fā)展計算機集成制造系統(tǒng)技術的前景

為跟蹤國外計算機集成制造系統(tǒng)這一先進技術，我國在1987年開始實施“863高技術計劃”的CIMS主題，這一時期國外正強調計算機集成制造系統(tǒng)的核心是“集成系統(tǒng)體系結構”。我國在實施中不可避免地受其影響，經過10多年的努力實施，有成績，也有教訓。

以少量的科技投入，鼓勵一批專業(yè)技術人員很快初步掌握了計算機集成制造系統(tǒng)及其單元技術，為我國發(fā)展該領域的高技術奠定了基礎。高等院校的?？萍既藛T積極走向社會，與企業(yè)結合，大力在企業(yè)中推廣計算機集成制造系統(tǒng)及有關單元技術。通過計算機集成制造系統(tǒng)計劃示范項目的實施，推動了企業(yè)應用信息技術以提高了生產效率和經營管理水平。建立了計算機集成制造系統(tǒng)工程技術研究中心和一批實驗網(wǎng)點與培訓中心，為計算機集成制造系統(tǒng)技術的研究、試驗、人員培訓打下了良好的基礎。6控制和自動化的展望

6.2機器人應用于生產和社會生活的各方面6.2.1機器人發(fā)展概況

機器人作為人類20世紀最偉大的發(fā)明之一，在短短的40年內發(fā)生了日新月異的變化。機器人已經不僅成為先進制造業(yè)不可缺少的自動化裝備，而且正以驚人的速度向海洋、航空、航天、軍事、農業(yè)、服務、娛樂等各個領域滲透。

機器人主要分為兩大類：用于制造環(huán)境下的工業(yè)機器人（如焊接、裝配、噴涂、搬運等機器人），和用于非制造環(huán)境下的特種機器人（如水下機器人、農業(yè)機器人、微操作機器人、醫(yī)療機器人、軍用機器人、娛樂機器人等）。

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智能移動機器人是機器人研究領域中的一個重要分支。機器人也正在向個人機器人的方向發(fā)展。特種機器人在海洋與農業(yè)、服務與醫(yī)療、生物與基因工程、航空與航天等領域的應用顯示出強大的生命力，如安全微創(chuàng)的腦外科輔助定位機器人、雕刻機器人、導游機器人等都進入實用化階段。

圖6.2機器人正在清洗瓷磚壁面

6控制和自動化的展望6.2.3邁向二十世紀的中國機器人圖6.3焊接機器人

我國把智能機器人列為高技術發(fā)展計劃，主要是圍繞特種機器人進行攻關。完成1000m水下無纜自治機器人的研制，并完成了無人駕駛振動式壓路機、隧道鑿巖機、大型噴漿機、機器人化裝載機、自動攤鋪機等機器人化工程機械。我國在研制出遙控移動機器人及爬壁機器人以后，又根據(jù)市場需求開發(fā)出排爆機器人、面壁

清洗機器人、醫(yī)療輔助機器人、機器人足球等。6控制和自動化的展望6.2.2機器人涉及的自動化技術

（1）變結構控制與學習控制變結構滑動?？刂埔恢笔菣C器人控制研究的重點，因其直觀上的合理性而得到特別的重視。自適應滑動?？刂频刃碌姆椒▽鹘y(tǒng)的方法做了重要的改進。（2）機器視覺與機器智能如何獲取場景和目標的圖像信息，并把其處理成機器能夠理解的特征或模式，是機器智能中非常困難的研究課題。（3）智能控制與信息融合室外智能移動機器人所涉及的關鍵技術包括移動機器人的控制體系結構、機器人視覺信息的實時處理、車體的定位系統(tǒng)、多傳感器信息融合技術，以及路徑規(guī)劃技術與車體控制技術等。

6控制和自動化的展望6.3高速列車和太空飛行器的智能控制

6.3.1高速列車簡介

采用交流傳動技術，流線型頭形、輕量化鼓形車體、動力學性能較好的小輪徑動力車轉向架等，架裝了導流板，而控制系統(tǒng)采用MITRAC分布式微機控制裝置等，使該車組技術性能進一步完善和提高。我國高速“子彈頭”列車，時速達300多km/h。磁懸浮高速列車已在上海運行，最高速每小時430km。

6控制和自動化的展望6.3.2人類太空飛行與α國際空間站

α國際空間站是一座有兩個足球場大小的空間站，將成為人類歷史上第一個完備的太空實驗室。

我國于2000年成功發(fā)射了神舟二號飛船。飛船在太空飛行的幾天中，進行了一系列的空間材料、空間天文和空間生物等實驗。在這艘飛船上裝有空間晶體生長爐、空間生物培養(yǎng)箱、宇宙天體高能輻射監(jiān)測儀、大氣密度探測器等實驗設備，儼然一個太空實驗室。

6控制和自動化的展望神舟四號飛船這是最后一次無人的飛船，但為有人飛行作最后的準備。飛行108圈后于2003年1月5日返回地球。

和已往的飛船一樣，太空實驗室進行空間材料試驗、空間生命科學、空間天文和空間生物以及空間環(huán)境、太空輻射探測等實驗和考驗了宇航員生命保障系統(tǒng)，飛船內有帶有各種傳感器模擬宇航員（假人）。

我國于2002年底成功發(fā)射了神舟四號飛船。

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6.4虛擬現(xiàn)實技術6.4.2常用的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（1）飛行仿真系統(tǒng)（2）作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)（3）與虛擬生物對話（4）用于遙控機器人的遙現(xiàn)技術

動態(tài)環(huán)境建模技術、實時三維圖形生成技術、立體顯示和傳感器技術、應用系統(tǒng)開發(fā)工具、系統(tǒng)集成技術

6.4.3虛擬現(xiàn)實涉及的自動化關鍵技術:

6控制和自動化的展望6.5巡航導彈和預警飛機6.5.1巡航導彈及其測控系統(tǒng)在翼式導彈和無人駕駛遙控飛機的基礎上，利用紅外成像技術、精密制導技術、隱形技術，配之以先進的電子集成電路、微型計算機等，研制出小巧、機動靈活、精度高、成本低的低空突防武器——巡航導彈。巡航導彈在現(xiàn)代戰(zhàn)爭特別是局部戰(zhàn)爭中發(fā)揮著重要作用。

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6.5.2巡航導彈測控中的自動化技術

巡航導彈測量的傳感器類型一般為普通光學、激光（紅外）、聲學、無線電波等。由于激光雷達的波束角窄，角度測量精度高，所以只要單臺便可進行高精度跟蹤測量，利用一部雷達測得目標的距離、方位角和高低角來進行目標定位。為了增強回波信號，要在巡航導彈上安裝協(xié)作目標。

6控制和自動化的展望6.5.3預警飛機概述6.5.4機載預警系統(tǒng)中的自動化技術：

空中預警飛機是用于搜索、監(jiān)視和跟蹤空中和海上目標的作戰(zhàn)支援飛機。其目的是達到快捷準確發(fā)現(xiàn)敵人目標、有效跟蹤目標，并指揮攔截或阻擊敵人目標。

圖6-9美制E-3“望樓”空中預警飛機有源相控陣雷達技術、陣列信號、空時二維信號處理技術、機載環(huán)境下光學探測及圖像處理技術、多目標跟蹤與多傳感信息融合技術、敵我識別技術、機載并行計算機技術、態(tài)勢評估、威脅評估和戰(zhàn)斗輔助決策指揮技術、導航技術

6控制和自動化的展望6.6數(shù)字地球與機敏傳感網(wǎng)絡

把整個地球“數(shù)字化”之后，裝進計算機里面，借助它，人們無論走到哪里都可以按地理坐標了解地球上任何一處、任何方面的信息。

設想把有關地球海量的、多分辨的、3-維的、動態(tài)的數(shù)據(jù)按地理坐標集成起來，形成一個一體化的“數(shù)字地球”。

6.6.1《數(shù)字地球北京宣言》

6.6.2