自動(dòng)化的概念和發(fā)展簡史PPT課件

1、2 自動(dòng)化的概念和發(fā)展簡史2 自動(dòng)化的概念和發(fā)展簡史2.1 控制和自動(dòng)化的概念基本概念 現(xiàn)代社會(huì)和現(xiàn)代生活離不開對一些物理量的控制，包括對這種控制的自動(dòng)化電網(wǎng)電壓、頻率、電流鍋爐水位、水溫、氣溫、壓力、流量等導(dǎo)彈方位、俯仰、速度等冰箱溫度洗衣機(jī)水位、進(jìn)程自動(dòng)化與自動(dòng)控制自動(dòng)化 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)自動(dòng)化與自動(dòng)控制兩者既有聯(lián)系，但也有一定的區(qū)別自動(dòng)化主要研究人造系統(tǒng)的控制問題自動(dòng)控制除了上述研究外，還研究社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生物、環(huán)境等非人造系統(tǒng)的控制問題 生物控制、經(jīng)濟(jì)控制、社會(huì)控制及人口控制等，顯然

2、這些都不能歸入自動(dòng)化的研究領(lǐng)域的不過人們提到自動(dòng)控制，通常是指工程系統(tǒng)的控制，在這個(gè)意義上自動(dòng)化和自動(dòng)控制是相近的自動(dòng)控制(a) 手動(dòng)控制 (b) 自動(dòng)控制 水溫操作員用手（通過感覺）來測試水的溫度 將測試水溫與他要求的值（給定值）相比較（通過大腦） 決定（通過大腦）：朝哪個(gè)方向旋轉(zhuǎn)加溫用的蒸汽閥門 旋轉(zhuǎn)多大的角度自動(dòng)控制時(shí)：上述功能都由各種元件和儀表來代替。例如，溫度測量元件、控制記錄儀表和調(diào)節(jié)閥等。自動(dòng)化涉及學(xué)科較多、應(yīng)用廣泛的綜合性科學(xué)技術(shù)歸屬于控制科學(xué)與工程研究內(nèi)容：自動(dòng)控制、信號處理理論、方法；硬件、軟件過程、機(jī)械制造、武器及軍事、辦公、家庭解放繁重、惡劣勞動(dòng)；擴(kuò)展人的功能；提高生產(chǎn)

3、率；贈(zèng)強(qiáng)認(rèn)識、改造世界的能力是新技術(shù)革命的重要方面自動(dòng)化技術(shù)的研究、應(yīng)用、推廣 生產(chǎn)、生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響信息技術(shù) 信息化帶動(dòng)工業(yè)化生產(chǎn)過程自動(dòng)化、辦公室自動(dòng)化 提高、節(jié)約、高質(zhì)量、改善勞動(dòng)、工藝、管理2 自動(dòng)化的概念和發(fā)展簡史2.2 我國古代自動(dòng)裝置我國古代自動(dòng)裝置 中國古代能工巧匠發(fā)明許多原始的自動(dòng)裝置，以滿足生產(chǎn)、生活和作戰(zhàn)的需要 其中比較著名有下述的幾種：(1) 指南車(2) 銅壺滴漏(3) 浮子式閥門(4) 飲酒速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)(5) 計(jì)里鼓車(6) 漏水轉(zhuǎn)渾天儀(7) 候風(fēng)地動(dòng)儀(8) 水運(yùn)儀象臺指南車 指南車是中國古代用來指示方向的一種具有能自動(dòng)離合的齒輪系裝置的車輛 東漢張衡、三國魏

4、國馬鈞、南齊祖沖之都曾制造過指南車原理 馬拉的雙輪獨(dú)轅車，車箱上立一個(gè)伸臂的木人。車箱內(nèi)裝有能自動(dòng)離合的齒輪系。當(dāng)車子轉(zhuǎn)彎偏離正南方向時(shí)車轅前端就順此方向移動(dòng)，而后端則向反方向移動(dòng)，并將傳動(dòng)齒輪放落，使車輪的傳動(dòng)帶動(dòng)木人下的大齒輪向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，恰好抵消車子轉(zhuǎn)彎產(chǎn)生的影響齒輪系車身木人方向車輛轉(zhuǎn)彎銅壺滴漏銅壺滴漏 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 這種計(jì)時(shí)裝置最初只有兩個(gè)壺，由上壺滴水到下面的受水壺，液面使浮箭升起以示刻度（即時(shí)間） 保持上壺的水位恒定是滴漏計(jì)時(shí)準(zhǔn)確的關(guān)鍵。這個(gè)問題后來是用互相銜接的多極（3-5極）水壺來解決的 根據(jù)宋朝楊軍的六經(jīng)圖（公元1155）轉(zhuǎn)述：蓮華漏

5、由4個(gè)壺組成。天地壺、平水壺逐級向平水小壺供水。 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)阻塞上級平水壺的出水小孔，切斷水滴（圖上平水壺前的一個(gè)小鳥式裝置） 飲酒速度自動(dòng)調(diào)節(jié) 宋朝仇士良著嶺外代答(公元1178)曾記載中國南方和西南部落村民的一種飲酒習(xí)慣，常用0.6米長以上的飲酒管。 竹制管中有一條銀制小魚，作為可動(dòng)的“關(guān)捩(lie4)”(即浮子式閥門)。飲酒時(shí)吸得太快或太慢，小孔會(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計(jì)里鼓車 中國古代能自報(bào)行車?yán)锍痰能囍?，東漢以后出

6、現(xiàn)，漢代鼓車改裝而成 車內(nèi)裝設(shè)具有減速作用的傳動(dòng)此齒輪和凸輪、杠桿等機(jī)構(gòu) 車行一里，車上木人受凸輪牽動(dòng)，由繩索拉起木人右臂擊鼓一次漏水轉(zhuǎn)渾天儀 公元2世紀(jì)，東漢天文學(xué)家張衡創(chuàng)制的一種天文表演儀器 用漏水推動(dòng)水運(yùn)渾象，和現(xiàn)在的天球儀相似，可以用來實(shí)現(xiàn)天體運(yùn)行的自動(dòng)仿真 渾象是在直徑1.5m的銅球上刻有28宿、星官、黃赤道、南北極、24節(jié)氣、恒星圈、恒隱圈等 關(guān)鍵是漏水要推動(dòng)一個(gè)恒速旋轉(zhuǎn)的齒輪使渾象與天球同步轉(zhuǎn)動(dòng)張衡水力天文儀器中齒輪系推想圖候風(fēng)地動(dòng)儀 公元132年，東漢張衡發(fā)明的一種觀察地震的自動(dòng)檢測器。工作原理涉及到檢測地震信號的方向和大小水運(yùn)儀象臺 北宋哲宗元佑三年(公元1088年)，蘇頌等

7、人制成的水力天文裝置 高約12m，寬約7m 既能演示或能觀測天象，又能計(jì)時(shí)及報(bào)時(shí) 利用銅壺滴漏的恒定水流作動(dòng)力，來推動(dòng)樞輪恒速旋轉(zhuǎn) 水運(yùn)儀象臺樞輪和天衡裝置示意圖 它還起著類似鐘表中擒縱器的作用 儀象臺裝有自動(dòng)機(jī)構(gòu)，在每個(gè)時(shí)辰初、正和每刻向應(yīng)地有木人搖鈴、打鐘、擊鼓 樞輪帶動(dòng)渾象和渾儀兩個(gè)齒輪系。 渾象是一種觀測儀器，測定昏、旦和夜半中星以及天體的赤道坐標(biāo)等 齒輪的恒速旋轉(zhuǎn)由兩級滴漏裝置驅(qū)動(dòng)，受水壺裝在樞輪上。由天衡的杠桿裝置控制樞輪的恒速運(yùn)動(dòng)2 自動(dòng)化的概念和發(fā)展簡史2.3 控制和自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展簡史控制和自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展簡史自動(dòng)裝置的出現(xiàn)和應(yīng)用(18世紀(jì)以前)自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期(18世紀(jì)末至2

8、0世紀(jì)30年代)局部自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)40至50年代)綜合自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)50年代末起至今)自動(dòng)裝置的出現(xiàn)和應(yīng)用(18世紀(jì)以前)(1) 古代自動(dòng)裝置 中國和巴比倫出現(xiàn)了自動(dòng)計(jì)時(shí)裝置刻漏、指南車、水運(yùn)儀象臺等 公元1世紀(jì)古埃及和希臘的發(fā)明家也創(chuàng)造了教堂廟門自動(dòng)開啟、銅祭司自動(dòng)灑圣水、投幣式圣水箱等自動(dòng)裝置 中國天文學(xué)家張衡（公元78-139）曾經(jīng)發(fā)明了對天體運(yùn)行情況自動(dòng)仿真的漏水轉(zhuǎn)渾天儀和自動(dòng)檢測地震的候風(fēng)地動(dòng)儀 公元1088年，中國蘇頌等人把渾儀（天文觀測儀器）、渾象（天文表現(xiàn)儀器）和自動(dòng)計(jì)時(shí)裝置結(jié)合在一起建成了水運(yùn)儀象臺“自動(dòng)控制”作為一種技術(shù)掌握在發(fā)明家的手中自動(dòng)裝置的出現(xiàn)和應(yīng)用(1

9、8世紀(jì)以前)(2) 近代自動(dòng)裝置 17世紀(jì)以來，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，在歐洲的一些國家相繼出現(xiàn)了多種自動(dòng)裝置，其中比較典型的有： 法國物理學(xué)家B.帕斯卡(Pascal)1642年發(fā)明的加法器 荷蘭機(jī)械師C.惠更斯(Huygens)1657年發(fā)明鐘表 英國機(jī)械師E.李(Lee)在1745年發(fā)明帶有風(fēng)向控制的風(fēng)磨 俄國機(jī)械師.波爾祖諾夫()1765年發(fā)明為蒸汽鍋爐水位保持恒定用的浮子式閥門水位調(diào)節(jié)器自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期(18世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代) 公元1788年，J.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) 這項(xiàng)發(fā)明對第一次工業(yè)革命和控制理論后來的發(fā)展有重要影響自動(dòng)化

10、技術(shù)形成時(shí)期(18世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代)(1)自動(dòng)調(diào)節(jié)的廣泛應(yīng)用 由于第一次工業(yè)革命的需要，人們開始采用自動(dòng)調(diào)節(jié)器(Regulator)或裝置，使一些物理量保持在給定值附近 公元1868年法國工程師J.法爾科(Farcot)發(fā)明反饋調(diào)節(jié)器，并把它與蒸汽閥連接起來，操作蒸汽船的舵，他稱之為伺服機(jī)構(gòu)(Servo-mechanism) 20世紀(jì)20-30年代，美國開始采用PID模擬式調(diào)節(jié)器(比例-積分-微分調(diào)節(jié)器)?，F(xiàn)在還在許多工廠中采用自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期(18世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代)蒸汽源蒸汽機(jī)(對象)負(fù)荷離心式調(diào)速器(調(diào)節(jié)器)進(jìn)汽閥轉(zhuǎn)速測量對象和調(diào)節(jié)器形成調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期(18世

11、紀(jì)末至20世紀(jì)30年代)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)人們發(fā)現(xiàn)蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)忽高忽低，即系統(tǒng)會(huì)發(fā)生振蕩(不穩(wěn)定)。這迫使一些數(shù)學(xué)家從理論上來加以研究，創(chuàng)造多種穩(wěn)定判劇 穩(wěn)定性是自動(dòng)控制中極重要的概念自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期(18世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代)(2)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題 自動(dòng)調(diào)節(jié)器和被控制對象(蒸汽機(jī)或船舵)組成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(Automatic Regulation System) 公元1868年英國物理學(xué)家J麥克斯韋爾(Maxwell)用微分方程描述并總結(jié)了調(diào)節(jié)器的理論 公元1876年俄國機(jī)械學(xué)家維什涅格拉茨

12、基進(jìn)一步總結(jié)了調(diào)節(jié)器理論，歸結(jié)為只要研究描述自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的線性齊次微分方程的通解 公元1877年英國數(shù)學(xué)家E.勞思(Routh)、1895年德國數(shù)學(xué)家A.胡爾維茨(Hurwitz)提出代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)(Stability Criteria)，沿用到現(xiàn)在 公元1892年俄國數(shù)學(xué)家A.李雅普諾夫提出穩(wěn)定性的嚴(yán)格數(shù)學(xué)定義并發(fā)表了專著。他的穩(wěn)定性理論至今還是研究分析線性和非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要方法自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期(18世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代)(3) 反饋控制和頻率法 進(jìn)入20世紀(jì)以后，工業(yè)生產(chǎn)廣泛應(yīng)用各種自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，促進(jìn)了對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析和綜合的研究 通過在解決電子管放大器失真問題上的研究，1927

13、年美國電氣工程師H.布萊克(Black)引入的反饋概念，使人們對自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的反饋控制的結(jié)構(gòu)有了更深刻的認(rèn)識 此后在拉普拉斯(Laplace)變換的基礎(chǔ)上，傳遞函數(shù)(Transfer Function)的觀念被引入到分析自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)或元件上，成為重要工具 1932年美國電信工程師N.奈奎斯特(Nyquist)提出著名的穩(wěn)定判據(jù)(奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù))，可以根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)繪制或測量出的頻率響應(yīng)判定反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性 1938年，前蘇聯(lián)電氣工程師米哈伊洛夫提出根據(jù)閉環(huán)(反饋)系統(tǒng)頻率特性判定反饋系統(tǒng)穩(wěn)定性的判據(jù)自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期(18世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代)穩(wěn)定判據(jù)加上公元1922年N.米諾爾斯基

14、關(guān)于船舶自動(dòng)操舵的穩(wěn)定性和1934年美國H.L.黑曾(Hazen)發(fā)表的關(guān)于伺服機(jī)構(gòu)理論的論文標(biāo)志著經(jīng)典控制理論的誕生控制量前向通道負(fù)荷調(diào)節(jié)器(控制器)_誤差+被控對象輸出變量(被調(diào)量)輸入變量(給定規(guī)律)反饋通道局部自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)40至50年代)經(jīng)典控制理論的形成和發(fā)展局部自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)明局部自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)40至50年代)在第二次世界大戰(zhàn)期間，為了防空火力控制系統(tǒng)和飛機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)等軍事技術(shù)問題，各國科學(xué)家設(shè)計(jì)出各種精密的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，開創(chuàng)了防空火力系統(tǒng)和控制這一新的科學(xué)領(lǐng)域局部自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)40至50年代)(1) 經(jīng)典控制理論的形成和發(fā)展 在前述代數(shù)穩(wěn)

15、定判據(jù)和傳遞函數(shù)、依據(jù)頻率響應(yīng)的頻率法判據(jù)的基礎(chǔ)上，加上W.埃文斯(Evans)1948年的根軌跡法(Root Locus Method)，奠定了適宜用于單變量控制問題的經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)。 頻率法(或稱頻域法，F(xiàn)requency Method)成為分析和設(shè)計(jì)線性單變量自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要方法 早期，反饋控制系統(tǒng)通稱為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，后稱為自動(dòng)控制系統(tǒng)(Automatic Control System)。因此，調(diào)節(jié)器現(xiàn)也稱為控制器局部自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)40至50年代)(1) 經(jīng)典控制理論的形成和發(fā)展1940年代末，美國、西歐、前蘇聯(lián)開設(shè)了自動(dòng)控制課程1950年代，前蘇聯(lián)設(shè)置了自動(dòng)化方面的專業(yè)19

16、50年，張鐘俊教授在上海交大 “伺服機(jī)構(gòu)原理”課程1945年，美國數(shù)學(xué)家N.維納把反饋的概念推廣到生物等一切控制系統(tǒng)1948年，維納出版了名著控制論，控制論奠定了基礎(chǔ)1954年，錢學(xué)森全面總結(jié)提高經(jīng)典控制理論，在美出版了工程控制論(Engineering Cybernetics)二戰(zhàn)后隨著高速飛行、核反應(yīng)堆、大電力網(wǎng)和大化工廠提出的新控制問題：非線性、時(shí)滯、脈沖及采樣控制、時(shí)變、分布參數(shù)、有隨機(jī)信號輸入的系統(tǒng)等控制問題深入的研究，經(jīng)典控制理論在2050年代有新的發(fā)展局部自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)40至50年代)(2) 局部自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用 二戰(zhàn)后，工業(yè)上已廣泛應(yīng)用PID調(diào)節(jié)器，并用電子模擬計(jì)算機(jī)(E

17、lectronic Analog Computer)來設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)局部自動(dòng)化，即單個(gè)過程或單個(gè)機(jī)器的自動(dòng)化。 20世紀(jì)30-40年代出現(xiàn)了統(tǒng)一信號的、通用的、標(biāo)準(zhǔn)的氣動(dòng)單元組合儀表 20世紀(jì)50年代研制出了電動(dòng)單元組合儀表 這些為工業(yè)自動(dòng)化提供了必不可少的技術(shù)工具，并使得構(gòu)成和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)更簡便、更工程化了 智能化的儀表和控制器是當(dāng)前流行的產(chǎn)品局部自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)40至50年代)(2) 局部自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用 智能化儀表YS-80及所屬可編程序智能控制器SLPC局部自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)40至50年代)(3) 電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)明 電子數(shù)字計(jì)算機(jī)內(nèi)部元件和結(jié)構(gòu)，經(jīng)歷了

18、電子管、晶體管、集成電路和大規(guī)模集成電路的四個(gè)發(fā)展階段19431946，美電氣工程師J.?？嗣?Eckerlt)和物理學(xué)家J.莫奇利(Mauchly)為美國陸軍研制成世界上第一臺基于電子管的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)(Electronic Digit Computer)電子數(shù)字積分和自動(dòng)計(jì)數(shù)器(ENIAC)1950年美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾(Moore)小組研制成世界上第二臺存儲程序式電子數(shù)字計(jì)算機(jī)離散變量電子自動(dòng)計(jì)算機(jī)(EDVAC) 電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)明，為60-70年代開始的在控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用程序控制和邏輯控制以及應(yīng)用數(shù)字計(jì)算機(jī)直接控制生產(chǎn)過程，奠定了基礎(chǔ) 目前小型電子數(shù)字計(jì)算機(jī)或單片計(jì)算機(jī)已成為復(fù)雜自

19、動(dòng)控制系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制和算法局部自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)40至50年代)(3) 電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)明 國產(chǎn)巨型“銀河”電子數(shù)字計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)50年代末起至今) 復(fù)雜工業(yè)、復(fù)雜工業(yè)過程和航天技術(shù)的自動(dòng)控制問題，都是多變量控制系統(tǒng)的分析和綜合問題，迫切需要加以解決。經(jīng)典控制理論的直接應(yīng)用遇到了困難。微處理機(jī)的出現(xiàn)對實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)起了重大的作用現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展 1956年，前蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家.龐特里亞金提出極大值原理 同年美國數(shù)學(xué)家R.貝爾曼創(chuàng)立動(dòng)態(tài)規(guī)劃 兩者為解決最優(yōu)控制問題提供了理論工具 1960年美國數(shù)學(xué)家R.卡爾曼提出能控性和能觀性兩個(gè)概念，揭示了系

20、統(tǒng)的內(nèi)在屬性 卡爾曼引入狀態(tài)空間法，提出具有二次型性能指標(biāo)的線性狀態(tài)反饋律，為線性自動(dòng)控制系統(tǒng)給出最優(yōu)調(diào)節(jié)器概念 以上這些新概念和新方法標(biāo)志著現(xiàn)代控制理論的誕生 20世紀(jì)60-70年代，英國學(xué)者H.羅森布羅克、D.梅恩和A.G.麥克法蘭等將頻率法推廣到分析和設(shè)計(jì)多變量系統(tǒng)，稱為現(xiàn)代頻率法綜合自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)50年代末起至今)現(xiàn)代控制理論的迅速發(fā)展 現(xiàn)代控制理論的迅速發(fā)展，形成了多個(gè)重要分支：(1) 系統(tǒng)辯識、建模與仿真(2) 自適應(yīng)控制和自校正控制器 (3) 遙測、遙控和遙感 (4) 綜合自動(dòng)化 (5) 大系統(tǒng)理論的誕生 (6) 模式識別和人工智能 (7) 智能控制的誕生 綜合自動(dòng)化時(shí)期(

21、20世紀(jì)50年代末起至今)(1) 系統(tǒng)辯識、建模與仿真 系統(tǒng)辯識是根據(jù)系統(tǒng)輸入、輸出數(shù)據(jù)為系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型的理論和方法 因?yàn)橹挥斜豢貙ο蟮臄?shù)學(xué)模型已經(jīng)精確知道，才能采用經(jīng)典控制理論的一些分析和設(shè)計(jì)方法以及現(xiàn)代控制理論的狀態(tài)空間法和最優(yōu)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法 此外建立數(shù)學(xué)模型還可以采用解析法和實(shí)驗(yàn)方法。通常有必要在仿真設(shè)備上試驗(yàn)系統(tǒng)，包括建立、修改、復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的模型，這稱為系統(tǒng)仿真 綜合自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)50年代末起至今)(2) 自適應(yīng)控制和自校正控制器 自適應(yīng)控制能在對象數(shù)學(xué)模型變動(dòng)和系統(tǒng)外界信息不完備的情況下改變反饋控制器的特性，以保持良好的工作品質(zhì) 自校正控制器具有對被控對象的參數(shù)進(jìn)行在線估計(jì)的

22、能力，并借此對控制器參數(shù)進(jìn)行校正，使閉環(huán)控制系統(tǒng)達(dá)到期望指標(biāo)綜合自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)50年代末起至今)(3) 遙測、遙控和遙感 遙測是對被測對象的某些參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量 遙控(Remote Contro1)是對被控對象進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制電網(wǎng)某點(diǎn)電壓、頻率測量，調(diào)度對電網(wǎng)上某個(gè)電站機(jī)組啟動(dòng)控制1920年代遙測和遙控在鐵路信號和道岔控制上應(yīng)用1940年代對大電力系統(tǒng)，石油、天然氣管道等應(yīng)用最初有線(通)信道，二戰(zhàn)特別是航天技術(shù)的需要，無線迅速發(fā)展宇航員生理情況地面監(jiān)控，監(jiān)控站對飛船中設(shè)備操縱或控制 遙感(Remote Sensing)是利用裝載在飛機(jī)或人造衛(wèi)星等運(yùn)載工具上的傳感器，收集由地面目標(biāo)物反射

23、或發(fā)射出來的電磁波，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)來獲得關(guān)于目標(biāo)物(如礦藏、森林、作物產(chǎn)量等)的信息1960年代以后，遙感技術(shù)得到了迅速發(fā)展農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)(理)、海洋、水文、氣象、環(huán)保和軍事綜合自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)50年代末起至今)(4) 綜合自動(dòng)化 20世紀(jì)50年代末到60年代初，開始出現(xiàn)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的化工廠 60年代末在制造工業(yè)中出現(xiàn)了許多自動(dòng)生產(chǎn)線，工業(yè)生產(chǎn)開始由局部自動(dòng)化向綜合(全盤)自動(dòng)化方向發(fā)展 70年代出現(xiàn)用專用機(jī)床組成的無人工廠 80年代初才出現(xiàn)用柔性制造系統(tǒng)組成的無人工廠綜合自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)50年代末起至今)(4) 綜合自動(dòng)化 無人加工車間綜合自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)50年代末起至今

24、)(4) 綜合自動(dòng)化 無人組裝車間綜合自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)50年代末起至今)(5) 大系統(tǒng)(Large-scale System)理論的誕生 1960年代末，對大系統(tǒng)(大電力系統(tǒng)、化工聯(lián)合企業(yè)、鋼鐵聯(lián)合企業(yè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)大系統(tǒng)等)開始進(jìn)行了研究 高速大型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為研究和大量計(jì)算提供了前提條件 20世紀(jì)6070年代，I.萊夫科維茨(Lefkowitz)和M.梅薩羅維茨(Mesarovic)分別提出了大系統(tǒng)的多層結(jié)構(gòu)和多級結(jié)構(gòu)并分解成子系統(tǒng)的概念 1960年代還提出了大系統(tǒng)分散控制的次優(yōu)性控制方法 大系統(tǒng)理論的重要作用對大系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化和控制優(yōu)化通過分解協(xié)調(diào)(Decomposition-Coor

25、dination)以較短時(shí)間計(jì)算出優(yōu)化結(jié)果，使需要及時(shí)求取的優(yōu)化解并實(shí)施優(yōu)化控制成為可能 國內(nèi)在大化工廠、大化肥廠、社會(huì)經(jīng)濟(jì)大系統(tǒng)的優(yōu)化控制和管理上，取得巨大經(jīng)濟(jì)效益。綜合自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)50年代末起至今)(6) 模式識別(Pattern Recognition)和人工智能(Artificial Intelligence) 模式識別：使用計(jì)算機(jī)使它能直接接受和處理各種自然的模式消息(語言、文字、圖像、景物等)。牌照識別控制管理交通、指印識別甄別罪犯、漢字識別使辦公室自動(dòng)化 人工智能研究從智力難題、奕棋和難度不大的定理證明入手，總結(jié)人類解決問題時(shí)的思維規(guī)律，然后用計(jì)算機(jī)來模擬人工智能研究領(lǐng)域

26、涉及自然語言理解、自然語言生成、機(jī)器視覺、機(jī)器定理證明、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)、專家系統(tǒng)和智能機(jī)器人等方面自1970年代以來，醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探、化學(xué)數(shù)據(jù)解釋和結(jié)構(gòu)解釋、口語和圖像理解、金融決策、軍事指揮、集成電路設(shè)計(jì)專家系統(tǒng) 1960年代末至70年代初，美、英等國將人工智能和機(jī)器人(Robot)結(jié)合起來，研制出智能機(jī)器人有視覺和觸覺的機(jī)器人和能與人對答的機(jī)器人 智能機(jī)器人會(huì)在工業(yè)生產(chǎn)、核電站設(shè)備檢查及維修、海洋調(diào)查、水下石油開采、宇宙探測等方面大顯身手綜合自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)50年代末起至今)(7) 智能控制(Intelligent Control)的誕生 將人工智能引入到自動(dòng)控制系統(tǒng)，形成智能控制系統(tǒng) 新一代自動(dòng)控制系統(tǒng)。特點(diǎn)是具有智能，能解決一些以往的自動(dòng)控制技術(shù)解決得不好或者不能解決的控制問題將人工智能中的專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制、模糊邏輯控制和具有多層感知器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等分別與自動(dòng)控制和系統(tǒng)工程的一些方法相結(jié)合，形成一些新的、具有獨(dú)特性能的智能自動(dòng)控制系統(tǒng) 智能機(jī)器人便是一例 能聽懂人的言語、執(zhí)