自動(dòng)化專業(yè)綜述論文正稿

1、.湘潭大學(xué)學(xué)年論文題目：自動(dòng)化專業(yè)綜述及模式識(shí)別簡述Automation review and a brief introduction topattern recognition學(xué)院：信息工程學(xué)院專業(yè)：自動(dòng)化學(xué)號(hào)： 2012550413姓名：陳臻譽(yù)指導(dǎo)教師 ：范朝冬完成日期 ：2015 年 5 月 30 日專業(yè) .專注.目錄一、自動(dòng)化的概念4二、自動(dòng)化的發(fā)展5三、自動(dòng)化專業(yè)的相關(guān)情況6四、模式識(shí)別簡述81、模式識(shí)別的基本概念82、模式識(shí)別的發(fā)展史93、模式識(shí)別的方法103.1 統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別103.2 句法模式識(shí)別103.3 模糊識(shí)別方法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法104、模式識(shí)別系統(tǒng)115、模式識(shí)別技術(shù)的

2、應(yīng)用12專業(yè) .專注.摘要在 21 世紀(jì)的社會(huì)發(fā)展與科學(xué)技術(shù)發(fā)展中，信息技術(shù)占據(jù)著不可替代的重要位置。在工業(yè)發(fā)達(dá) ，信息量巨大的今天我們?cè)絹碓叫枰軌驇椭祟愅瓿梢恍┹^為復(fù)雜的任務(wù)的助手。在這樣的要求下自動(dòng)化學(xué)科便逐漸發(fā)展起來成為了人類發(fā)展中不可缺失的一環(huán)。因此了解自動(dòng)化學(xué)科是相當(dāng)必要的。本文通過對(duì)現(xiàn)有情況的掌握與分析討論了自動(dòng)化學(xué)科的概念、發(fā)展及其相關(guān)學(xué)科和近況并重點(diǎn)分析描述了模式識(shí)別的概念、發(fā)展以及方法等方面。從所收集的信息可以看出模式識(shí)別的應(yīng)用與重要性日益增加，模式識(shí)別之類的自動(dòng)化類的新興學(xué)科漸漸地扮演起重要的角色。AbstractInthesocialdevelopmentandthe

3、developmentofscienceandtechnologyintwenty-first Century, information technology is occupying an important position in thedevelopment of science and technology. In the advanced industry, the huge amount of專業(yè) .專注.information today we need assistance to help complete some of the more complex tasks.In s

4、uch a request the automatic chemical science is gradually developed as an essentialpart of the development of human being. Therefore, it is necessary to understand theautomationdiscipline.ThecontrolandanalysisoftheexistingsituationAutomationDiscipline concept, development and related disciplines and

5、 status and focuses on theanalysisofdescriptionofthepatternrecognitionoftheconcept,developmentandmethods is discussed. From the information gathered, it can be seen that the applicationand the importance of pattern recognition are increasing, and the new discipline such asautomatic pattern recogniti

6、on gradually plays an important role.一、自動(dòng)化的概念自動(dòng)化 ，英文為 “automation”，自動(dòng)化在高等教育專業(yè)中是相當(dāng)熱門的專業(yè)。與自動(dòng)化相關(guān)的專業(yè)也不在少數(shù)比如機(jī)電一體化技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化等等。 然而到底什么是自動(dòng)化？顧名思義自動(dòng)化就是可以讓一個(gè)系統(tǒng)在幾乎無人參與的情況下也能按部就班地進(jìn)行操作或運(yùn)行。自動(dòng)化的概念最早起源于自動(dòng)控制，而自動(dòng)控制可以追溯至公元前 。 所謂自動(dòng) ，就是在無人或者很少人參與但是卻會(huì)按照人的意愿去行動(dòng)。事實(shí)上自動(dòng)化就是指系統(tǒng)、機(jī)器設(shè)備或者生產(chǎn)、管理過程在無人或少數(shù)人力的直接參與下 ，按人的要求 ，經(jīng)

7、過自動(dòng)檢測和信息處理、分析判斷以及操縱控制從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的過程 。 由于幾乎不需要人的參與， 可以依靠自動(dòng)系統(tǒng)完成一系列高重復(fù)性和高一致性的工作，使所產(chǎn)出來的成品質(zhì)量大大地得到有效的提高，從而使產(chǎn)品的競爭力得到改善。自動(dòng)化技術(shù)被于農(nóng)業(yè)、工業(yè) 、軍事 、交通運(yùn)輸 、醫(yī)療 、航天事業(yè) 、商務(wù) 、和第三產(chǎn)業(yè)等方面廣泛應(yīng)用。 自動(dòng)化技術(shù)大大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng)人類改造世界和認(rèn)識(shí)世界的能力。所以自動(dòng)專業(yè) .專注.化是國防和科學(xué)技術(shù)和工業(yè)以及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要條件與顯著標(biāo)志。二、自動(dòng)化的發(fā)展自動(dòng)化技術(shù)早在現(xiàn)代文明以前就被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在我國古代就有可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的裝置 ，比如傳說中黃帝使用過的指

8、南車、 公元一一三五年誕生的銅壺滴漏及浮子式閥門，計(jì)里鼓車和候風(fēng)地動(dòng)儀等。而在西方文明中也存在著自動(dòng)裝置比如古代希臘的可以自動(dòng)開啟的廟門等自動(dòng)裝置。在近代 ，歐洲的幾個(gè)國家絡(luò)繹不絕地制造出了各種自動(dòng)裝置：荷蘭機(jī)械師 Huygens在一六五七年發(fā)明了鐘表；英國機(jī)械師Lee 在一七四五年發(fā)明帶有風(fēng)向控制的風(fēng)磨 。自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期是在18 世紀(jì)末 20 世紀(jì) 30 年代 。 對(duì)自動(dòng)化的大量需求要從工業(yè)革命開始說起 。 公元 1788 年，瓦特將離心式調(diào)速器與蒸汽機(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)。瓦特的這項(xiàng)發(fā)明是自動(dòng)化應(yīng)用的首個(gè)里程碑，他開創(chuàng)了近代自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用的新紀(jì)元。在 19

9、00 年之后 ，各種自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，促進(jìn)了對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行分析和綜合的研究工作。 1926年 American建成了第一條汽車底盤的自動(dòng)生產(chǎn)專業(yè) .專注.線。 電子式控制器的加入可謂是自動(dòng)化應(yīng)用的第二個(gè)里程碑。而“自動(dòng)化 ”一詞最早是由D.S.哈德于 1946 年提出來的 ，哈德是 Ford Motor Company的一個(gè)機(jī)械工程師，他用來用來描述發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的自動(dòng)傳送和加工的過程。 50 年代 ，自動(dòng)調(diào)節(jié)器和經(jīng)典控制理論的發(fā)展，自動(dòng)化進(jìn)入以單變量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)為主的局部自動(dòng)化階段。 60 年代，現(xiàn)代控制理論和電子計(jì)算機(jī)的推廣，使自動(dòng)控制和信息處理結(jié)合起來。至此自動(dòng)化便進(jìn)入到了

10、生產(chǎn)過程的最優(yōu)控制和管理的綜合自動(dòng)化階段。 70 年代以來 ，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們處理復(fù)雜信息的能力相比之前有很大的進(jìn)步，因此推進(jìn)了自動(dòng)化技術(shù)的全面發(fā)展，期間因?yàn)樾畔⑻幚砟芰Φ玫搅烁纳?，解決高維大系統(tǒng)控制和帶有不確定性控制問題的魯棒和智能控制理論等都變成自動(dòng)化研究領(lǐng)域中的新熱點(diǎn)。上世紀(jì)五十年代起到現(xiàn)在為綜合自動(dòng)化時(shí)期，該階段空間技術(shù)發(fā)展得很迅速，急需解決多變量系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題。所以出現(xiàn)了現(xiàn)代控制理論。該理論的發(fā)展為綜合自動(dòng)化奠定了理論基礎(chǔ) 。 同一階段的微電子技術(shù)也有了新突破。一九五八年誕生了晶體管計(jì)算機(jī)，一九六五年誕生了集成電路計(jì)算機(jī)，一九七一年就有了單片微處理機(jī)。它們都對(duì)控制技術(shù)有

11、很大的影響工程師們可很利用這些技術(shù)使綜合自動(dòng)化成為現(xiàn)實(shí)。自動(dòng)化在現(xiàn)代化進(jìn)程以及經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程中都起著相當(dāng)重要的作用。三、自動(dòng)化專業(yè)的相關(guān)情況自動(dòng)化專業(yè)是一門適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用面廣的工程技術(shù)學(xué)科。自動(dòng)化科學(xué)被定位為一門應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué) 。 以培養(yǎng)有扎實(shí)基礎(chǔ)、理解掌握自動(dòng)控制技術(shù)、擁有計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的高級(jí)工程技術(shù)人才為目標(biāo)。因此很多學(xué)生走出校園后可以參加一些有關(guān)自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的工作。專業(yè) .專注.就業(yè)面相當(dāng)廣 ，可以去科技公司、 通信系統(tǒng) 、 工商 、鐵路 、民航 、重工業(yè)工廠和汽車行業(yè)等。 本專業(yè)的畢業(yè)生的在求職市場一直有較大的需求，就業(yè)方向主要是在計(jì)算機(jī)軟件和硬件以及電力設(shè)備維護(hù)開發(fā)等方面 。自

12、動(dòng)化專業(yè)主要有以下三個(gè)方向：1 工業(yè)過程控制方向 ：以自動(dòng)控制 、計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，將自動(dòng)控制應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。由信號(hào)檢測與變換 、過程控制 、智能控制和現(xiàn)場總路線控制技術(shù)等組成方向主干課。2 電氣工程方向 ：培養(yǎng)學(xué)生從事有關(guān)電氣控制和電力系統(tǒng)智能化的工作。由電氣控制技術(shù)、 PLC 編程及其應(yīng)用 、供電技術(shù) 、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、工廠電氣控制等構(gòu)成的主要課程。3 嵌入系統(tǒng)方向 ：結(jié)合實(shí)踐 ，通過課堂理論結(jié)合實(shí)際操作，培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)方向的專業(yè)人才 。 由嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì) 、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 、 DSP 技術(shù) 、等主要課程組成 。自動(dòng)化專業(yè)開設(shè)了電路原理、模電 、數(shù)電 、控制理論 、電機(jī)原理與拖動(dòng)、電

13、力電子技術(shù)、微機(jī)原理 、單片機(jī)原理與應(yīng)用、檢測及儀表 、計(jì)算機(jī)仿真及 CAD 、過程控制 、運(yùn)動(dòng)控制等課程 。自動(dòng)化專業(yè)的就業(yè)前景良好，很多地方都需要本專業(yè)的相關(guān)知識(shí)，因此在工作方面還是有很大的生存空間 ，根據(jù)最近的情況來看 ，本專業(yè)學(xué)生的工作相當(dāng)理想，收入也十分可觀 ?？梢院敛豢蜌獾卣f一句 ，只要有大規(guī)模生產(chǎn)和運(yùn)作的地方就有自動(dòng)化專業(yè)的用武之地。自動(dòng)化專業(yè)一直以來都是社會(huì)急需的人才。包括了電氣自動(dòng)化 、鐵路 、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域 。專業(yè) .專注.以上所述的都是本科階段的自動(dòng)化專業(yè)，而真正開始深入研究自動(dòng)化的應(yīng)該是在研究生階段。 在本科階段叫自動(dòng)化，研究生階段叫控制科學(xué)與工程，本學(xué)科下設(shè)的七個(gè)二級(jí)

14、學(xué)科：“控制理論與控制工程”、檢“測技術(shù)與自動(dòng)裝置”、系“統(tǒng)工程 ”、?！笆阶R(shí)別與智能系統(tǒng)”、導(dǎo)“航 、制導(dǎo)與控制 ”等。接下來我將重點(diǎn)介紹控制科學(xué)與工程的其中一個(gè)二級(jí)學(xué)科- 模式識(shí)別 。四、模式識(shí)別簡述模式識(shí)別 ，英語為PatternRecognition，是自動(dòng)化學(xué)科在研究生階段即控制科學(xué)與工程的一個(gè)二級(jí)學(xué)科，它的應(yīng)用幾乎涵蓋了每一個(gè)的科學(xué)領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛快發(fā)展我們迫切地需要計(jì)算機(jī)能更好地處理文字、圖像之類的信息，于是科技工作者們投入了大量的精力研究計(jì)算機(jī)模式識(shí)別的相關(guān)理論及其應(yīng)用并且取得了一定的成就。1、模式識(shí)別的基本概念Pattern Recognition也可翻譯為模式辨認(rèn)、

15、圖像識(shí)別之類的。模式識(shí)別是近幾十年來發(fā)展起來的一個(gè)新興學(xué)科。識(shí)別基本上就是識(shí)別具體的或者抽象的的客體的性質(zhì)，而我們主要研究的是類似音樂、圖案 、字符符號(hào)等具體的客體存在Pattern Recognition是研究一種自動(dòng)技術(shù)，基于這種技術(shù)就可以自動(dòng)地把待識(shí)模式分配到各自的模式分類中去。但實(shí)際上PatternRecognition并不是什么單純的分類，還包括了對(duì)系統(tǒng)的描述和理解及其綜合。其高級(jí)階段就是通過對(duì)很多的不同的信息進(jìn)行判斷學(xué)習(xí)，并尋找復(fù)雜過程的規(guī)律。某種意義上 ，此時(shí)的PatternRecognition與 “概念形成 ”的意義有異曲同工之處。將模式識(shí)別和機(jī)器只能相結(jié)合將會(huì)為人類對(duì)世界的

16、探索開拓出更廣袤的視野。隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，生活與生產(chǎn)中的信息量專業(yè) .專注.已經(jīng)不能和以前同日而語了，越來也大的信息量使現(xiàn)代人難以處理應(yīng)對(duì)，面對(duì)如此巨大的信息管理任務(wù)我們不得不尋找一個(gè)能夠幫助我們分類和辨識(shí)信息的可靠方案。人們自然希望可以通過計(jì)算機(jī)來取代或者擴(kuò)展我們的部分腦力勞動(dòng)。舉個(gè)例子 ，空間宇航技術(shù)需要對(duì)大量的圖片和測量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分類并且分析，靠人力幾乎是無法勝任的，所以就需要擁有智能的機(jī)器人代替我們完成這些艱巨的任務(wù)。計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展使我們得以實(shí)現(xiàn)這個(gè)愿望，于是 ，模式識(shí)別學(xué)科誕生了。模式識(shí)別概括的講其主要任務(wù)還是要通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的幫助對(duì)各種現(xiàn)象和事物進(jìn)行分析、描述和判斷以及識(shí)別。

17、模式識(shí)別可以說是機(jī)器智能領(lǐng)域中的一個(gè)重要的工具 。2、模式識(shí)別的發(fā)展史模式識(shí)別的發(fā)展并不久遠(yuǎn)，在早些時(shí)候 ，模式識(shí)別的研究重點(diǎn)在數(shù)學(xué)方法上面。后來在研究者的努力下，模式識(shí)別被投入了實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中。上個(gè)世紀(jì) 20 年代末 G.Tauschek 發(fā)明了能夠閱讀數(shù)字0 到 9 的閱讀機(jī) ， 30 年代 Fisher 提出了統(tǒng)計(jì)分類理論為統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別奠定了基礎(chǔ)。 后來統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別的發(fā)展越來越復(fù)雜越來越迅速，被識(shí)別的模式也越來越多以至于出現(xiàn)了維數(shù)災(zāi)難 ，而計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)是這個(gè)問題被一定程度上的克服了。五十年代末 ，羅森布拉特提出一種簡化的可以模擬人腦進(jìn)行識(shí)別的數(shù)學(xué)模型 感知器 ，初步實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在學(xué)習(xí)完后便擁

18、有了對(duì)其它未知類別模式正確分類的能力。 五十年代Noam 還提出了形式語言理論，付京孫也提出了句法結(jié)構(gòu)模式識(shí)別。 到了六十年代Zadeh 提出了模糊集理論。八二年和八四年，荷普菲爾德深刻揭示出人工神經(jīng)元，網(wǎng)路具有聯(lián)想存儲(chǔ)和計(jì)算的能力，使模式識(shí)別的研究工作更加深入。最近人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模式識(shí)別和人工智能上得到了廣泛地應(yīng)用。 1973 年 IEEE發(fā)起了國際會(huì)議“ICPR”，成立了 IAPR 即國際模式識(shí)別協(xié)會(huì)。國內(nèi)則也成立了自動(dòng)化協(xié)會(huì)等相關(guān)學(xué)術(shù)組織。專業(yè) .專注.3、模式識(shí)別的方法傳統(tǒng)的模式識(shí)別方法主要有兩種，即統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別和句法模式識(shí)別，然而隨著研究的深入，學(xué)者們又提出了模糊模式識(shí)別以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

19、方法。3.1 統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別又稱決策理論方法，是以定量描述為基礎(chǔ)的識(shí)別方法。在模式識(shí)別過程中為了得到不同物體的不同特征，就要經(jīng)過對(duì)多種具體物體的不斷重復(fù)的觀察和分析。在機(jī)器識(shí)別時(shí)就要求有一定量的樣本數(shù)據(jù)，通過對(duì)大量樣本模式的反復(fù)試驗(yàn)才可以從中得到合適的分類規(guī)則 。 上面所講的就是一種統(tǒng)計(jì)方法即統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別的概念。統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別包括判別函數(shù)法和聚類分析法。判別函數(shù)法就是依據(jù)一個(gè)或者好幾個(gè)分類準(zhǔn)則函數(shù)對(duì)模式進(jìn)行分類的方法。 聚類分析法則是基于模式間的相似程度進(jìn)行分類的方法。3.2 句法模式識(shí)別句法模式識(shí)別又稱結(jié)構(gòu)方法或語言學(xué)方法，是以結(jié)構(gòu)描述為基礎(chǔ)，再根據(jù)形式語言理論而提出來的識(shí)別方法。自

20、然語言與事物的結(jié)構(gòu)描述有著相似的性質(zhì)。若把描述物體的基元看做詞 ，由基元構(gòu)成的對(duì)物體的結(jié)構(gòu)描述看做語句，基元質(zhì)檢的連接規(guī)則看做語法。把同一類事物的結(jié)構(gòu)描述集合看成語言，于是自然語言和結(jié)構(gòu)描述之間就有了一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)一類物體 ，先通過抽取其基元得到結(jié)構(gòu)描述再根據(jù)一則樣本的結(jié)構(gòu)描述推斷出基元連接規(guī)則，即文法 。 若構(gòu)成一個(gè)未知的類別的結(jié)構(gòu)描述的基元和構(gòu)成某已知模式的相同，并且它們的文法也相同 ，那么該句法模式就屬于該類的一個(gè)模式。這就是句法模式識(shí)別的基本原理。3.3 模糊識(shí)別方法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法專業(yè) .專注.模糊模式識(shí)別是以模糊集合理論和模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的一種識(shí)別方法。由于事物的特征有些可能亦此亦彼，而且在對(duì)事物的觀測中因?yàn)楦鞣N因素的影響使得不同模式類的邊界不明確，于是具有模糊集合的性質(zhì)。故在模式識(shí)別中可以把模式類看成模糊集合，利用模糊集合理論和模糊數(shù)學(xué)對(duì)模式進(jìn)行分類。模式識(shí)別的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法是模擬人腦機(jī)理，以人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的一種模式分類方法。 該法中模式信息的獲取、分析和識(shí)別由人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最終目標(biāo)就是建立實(shí)用的具有人腦智能的人工神經(jīng)網(wǎng)