自動化概論-第1章.ppt

1、自動化教研室,第1章 自動化的概念和發(fā)展簡史,主講：顧德英,1.1 自動控制和自動化的概念,1.2 自動化發(fā)展簡史,1.3 自動化學(xué)科的分類,1.4 自動化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢,1.1自動控制和自動化的概念,諾伯特維納(Norbert Wiener，1894-1964)，數(shù)學(xué)家，控制論的創(chuàng)始人。,將控制論定義為“研究動物和機器中控制和通信的科學(xué)”。,1948年，出版了控制論一書。,提出了控制論（Cybernetice)。,諾伯特維納,錢學(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。從技術(shù) 科學(xué)的觀點，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

2、立起一門新的技術(shù) 科學(xué) 。使用“工程控制論”這一名稱，并用它來 指稱在工程設(shè)計和實驗中能夠直接應(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自動化的定義,自動控制,指機器設(shè)備或系統(tǒng)在無人直接參與下，能全部自動地按人,預(yù)先規(guī)定的要求和既定程序運行，完成其承擔的任務(wù)，,并實現(xiàn)預(yù)期目標。,例如：電飯鍋、電冰箱、全自動洗衣機、機器人等。,自動化,是指由一個或多個自動控制系統(tǒng)或裝置所構(gòu)成的、沒有,人直接干預(yù)的生產(chǎn)過程。,例如：玻璃自動化生產(chǎn)線、軋鋼自動生產(chǎn)線等。,自動化科學(xué) 自動化科學(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)的一門技術(shù) 科學(xué)，是一門應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)。 自動化技術(shù)

3、或控制技術(shù)是實現(xiàn)自動化科學(xué)與自 動化工程（包括非工程）之間的橋梁。,自動化技術(shù)將自動化科學(xué)原理與方法轉(zhuǎn)換為工 程實用技術(shù)（包括工具和手段），使之應(yīng)用于 工程實際，將自動化科學(xué)的研究成果迅速轉(zhuǎn)化 為生產(chǎn)力。并將工程實際中遇到的問題提煉、 抽象成為科學(xué)問題，為自動化科學(xué)研究提供新 的研究對象。, 自動化的作用與重要性,基本作用（傳統(tǒng)觀念）,比人干得更快、更好，極大地提高了生產(chǎn)力 自動化生產(chǎn)線上生產(chǎn)的產(chǎn)品，質(zhì)量越來越好，價格越來越低。,把人從繁重、危險的工作中解放出來 礦井掘井、核電站檢查、消防救火、無人偵察機、導(dǎo)彈（無人）,完成人無法完成的工作 管道機器人（各種油管、水管）、水下機器人,擴展作用

4、管理、經(jīng)濟、金融過程智能化,自動化在國民經(jīng)濟、國家綜合實力中起著舉足輕重的作用，并且其作用越來越重要。 自動化在人民日常生活中亦將起著舉足輕重的作用。,自動化的應(yīng)用舉例,機器人等自動化機械（機器、設(shè)備） 自動化生產(chǎn)線 自動化車間 自動化工廠,直角坐標機器人,并聯(lián)機器人,搬運機器人,裝配機器人,繞線機,彎管機,注塑機,龍門式五軸聯(lián)動混聯(lián)機床,高速五軸龍門銑床,全彈自動裝配生產(chǎn)線,汽車自動焊接生產(chǎn)線,自動立體倉庫,自動搬運車,1.1.2 自動化的一些相關(guān)術(shù)語,1.系統(tǒng) 系統(tǒng)是指由若干個稱為子系統(tǒng)相互依存和相互作用的 部分為達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 信息是人類對自

5、然和人類自身能量變換狀態(tài)的描述。信 息分為兩類：自然信息和社會信息。 3.控制 控制是指為某種規(guī)定的預(yù)期目標而對過程變化施加的干 預(yù)?？刂坪妥詣踊莾蓚€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)的實際輸出和期望輸出進行比較，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)是指通過系統(tǒng)的反饋信息自動校正系統(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。,6.管理 管理是指為了充分利用各種資源來達到一定的目標而對社會或其組成部分施加的一種控制。 7.決策 決策是指為了獲得最優(yōu)方案，對若干準備行動的方案進行選擇。,1.2 自

6、動化發(fā)展簡史,自動化的發(fā)展歷史是一個“需求驅(qū)動型”的發(fā) 展過程。即 自動化裝置自動化技術(shù)自動化理論自動 化科學(xué)。 自動化的發(fā)展歷史可分為四個階段 自動裝置的出現(xiàn)和應(yīng)用(18世紀以前) 自動化技術(shù)形成時期(18世紀末20世紀30年 代) 局部自動化時期(20世紀4050年代) 綜合自動化時期(20世紀50年代末起至今,1.2.1自動裝置的出現(xiàn)和應(yīng)用,公元前我國的自動計時漏壺,公元132年張衡研制出自動測量地震的候風(fēng)地動儀,公元235年馬鈞研制出能自動指示方向的指南車,1.2.2自動化技術(shù)形成時期,18世紀末到20世紀30年代 自動調(diào)節(jié)的廣泛應(yīng)用 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題 反饋控制理論和奈奎斯特頻

7、率法,1788年英國Watt發(fā)明的控制蒸汽機速度的離心式調(diào)速器,長春汽車焊接生產(chǎn)線,1913年美國建成最早的汽車裝配流水線 1926年美國建成第一條汽車自動生產(chǎn)線,1.2.3 局部自動化時期,20世紀4050年代 經(jīng)典控制理論的形成和發(fā)展 局部自動化的廣泛應(yīng)用 電子數(shù)字計算機的發(fā)明,1952年美國MIT研制出第一臺數(shù)控機床,1954年第一臺工業(yè)機器人,1.2.4 綜合自動化時期,20世紀50年代末起至今 現(xiàn)代控制理論的形成 現(xiàn)代控制理論發(fā)展及其應(yīng)用,1981年美國“哥倫比亞”號航天飛機首次發(fā)射成功,2005年我國成功發(fā)射載人飛船（神舟6號）,1.3自動化學(xué)科的分類,1.科學(xué)與技術(shù)完全分開的分類

8、法 按照國家的有關(guān)學(xué)科分類的標準，自動化科學(xué)與自動化技術(shù)分開劃分。,表1-1 “學(xué)科分類與代碼”的國家標準自動化學(xué)科部分,2.科學(xué)與技術(shù)一體化的分類法,根據(jù)研究對象的不同來劃分下屬內(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。國務(wù)院學(xué)位委員會對于碩士與博士生學(xué)位培養(yǎng)的學(xué)科分類就是按這一思想進行。,表1-2 國家研究生培養(yǎng)的“學(xué)科分類與代碼”自動化學(xué)科部分,按我國的習(xí)慣，自動化專業(yè)特指大學(xué)教育（包括本科生和?？粕鷥蓚€層次），是自動化高等教育的基礎(chǔ)層次。 本科自動化專業(yè)與電氣工程及其自動化專業(yè)、電子信息工程專業(yè)、通信工程專業(yè)、計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)同屬“工學(xué)”學(xué)科門類下的“電氣信息類” ，授予的學(xué)位為“工學(xué)學(xué)士”。,1.4 自動化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢,1、計算機技術(shù)進展 2、信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的自動控制理論 3、智能自動化技術(shù) 4、生物技術(shù)與控制論 5、腦科學(xué)對控制理論的影響及反作用 6、綠色自動化技術(shù),21世紀自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢 綜合化(CIMS+CIPS) 網(wǎng)絡(luò)化(Inter