自動(dòng)化導(dǎo)論全套課件

自動(dòng)化導(dǎo)論

荊曉遠(yuǎn)教授

南京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院本課程總課時(shí)16本課程目的:

自動(dòng)化是什么？哪里需要自動(dòng)化？

自動(dòng)化的知識(shí)結(jié)構(gòu)？

怎樣跨入自動(dòng)化的大門(mén)？

本課程的學(xué)習(xí)方法：

認(rèn)真聽(tīng)課+適當(dāng)筆記+瀏覽參考書(shū)本課程考查方法

40%(平時(shí)考勤)+60%(開(kāi)卷考試)參考書(shū)自動(dòng)化（專業(yè)）概論，武漢理工大學(xué)出版社，2001年模式識(shí)別，模式識(shí)別，邊肇祺，張學(xué)工等編著，清華大學(xué)出版社，2002年第2版。

課程主要內(nèi)容自動(dòng)化專業(yè)介紹、發(fā)展簡(jiǎn)史古代、近代控制系統(tǒng)現(xiàn)代控制系統(tǒng)智能控制技術(shù)模式識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介模式識(shí)別系統(tǒng)構(gòu)造圖像識(shí)別理論與方法生物特征識(shí)別技術(shù)及應(yīng)用什么是自動(dòng)化？自動(dòng)化是指機(jī)器或裝置在無(wú)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)。兩個(gè)實(shí)例：水溫控制系統(tǒng)導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)什么是自動(dòng)化？

(a)手動(dòng)控制漫畫(huà)(b)自動(dòng)控制

水溫的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的示意圖圖中水溫的操作員要用手（通過(guò)感覺(jué)）來(lái)測(cè)試水的溫度，并將此溫度與他要求的值（給定值）相比較（通過(guò)大腦）。同時(shí)他要決定（通過(guò)大腦）：他的手應(yīng)該朝哪個(gè)方向旋轉(zhuǎn)加溫用的蒸汽閥門(mén)和旋轉(zhuǎn)多大的角度。采用自動(dòng)控制時(shí)上述功能都有各種的元件和儀表來(lái)代替。例如，溫度測(cè)量元件、控制記錄儀表和調(diào)節(jié)閥等。導(dǎo)彈制導(dǎo)1-目標(biāo)跟蹤雷達(dá)2-導(dǎo)彈導(dǎo)引雷達(dá)3-計(jì)算機(jī)4-導(dǎo)彈發(fā)射架自動(dòng)化涉及的范圍極其廣闊:

從深度來(lái)看——以工業(yè)生產(chǎn)為例，小到一個(gè)普通的設(shè)備電機(jī)，大到企業(yè)的整個(gè)加工、制造系統(tǒng)乃至企業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程；從廣度來(lái)看——涉及第二產(chǎn)業(yè)工業(yè)自動(dòng)化、第一產(chǎn)業(yè)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、第三產(chǎn)業(yè)服務(wù)自動(dòng)化（如辦公自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、商務(wù)自動(dòng)化、交通自動(dòng)化等等），涉及的系統(tǒng)可有人造系統(tǒng)（如機(jī)器系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)）和自然系統(tǒng)（如生命系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)），涉及的過(guò)程有生產(chǎn)過(guò)程、管理過(guò)程、決策過(guò)程等等。汽車(chē)電子汽車(chē)電子產(chǎn)品（18個(gè)嵌入式控制模塊）——CAN總線網(wǎng)絡(luò)Google公司的無(wú)人駕駛自動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)累計(jì)行駛20萬(wàn)英里。除了Google之外，各大汽車(chē)公司都在研發(fā)全自動(dòng)汽車(chē)。全自動(dòng)汽車(chē)的反應(yīng)速度超過(guò)人類駕駛員，而且可以同時(shí)處理更多信息，對(duì)緊急情況的反應(yīng)更快。它從不驚慌失措，從不發(fā)脾氣，從不分心，甚至連眼睛都不眨一下，無(wú)論從哪個(gè)方面看都優(yōu)于人類。google無(wú)人駕駛?cè)退沟侔?特龍（SebastianThrun）:谷歌的無(wú)人駕駛汽車(chē)之父

是斯坦福大學(xué)從事計(jì)算機(jī)科學(xué)研究的教授、一個(gè)“谷歌人”、美國(guó)國(guó)家工程院和德國(guó)科學(xué)院成員。他以研究機(jī)器人學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)而著稱，尤其在無(wú)人駕駛車(chē)輛方面的工作。谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)自2005年起持續(xù)開(kāi)發(fā)研究，并在2012年6月試駕成功，將無(wú)人駕駛由理想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，推進(jìn)智能行車(chē)前進(jìn)了一大步。

壹貳叁肆感知系統(tǒng)，負(fù)責(zé)感知周?chē)穆访姝h(huán)境；它的“神經(jīng)”控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)控制剎車(chē)、油門(mén)及方向等；決策系統(tǒng)，通過(guò)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)設(shè)備及配套軟件，選擇駕駛路線電腦資料庫(kù)，精確的儲(chǔ)存了每條道路的限速標(biāo)準(zhǔn)及出入口位置，和下載實(shí)時(shí)路況。系統(tǒng)

2011年7月14日，由國(guó)防科技大學(xué)賀漢根教授技術(shù)團(tuán)隊(duì)自主研制的紅旗HQ3無(wú)人駕駛汽車(chē)，首次完成了從長(zhǎng)沙到武漢286公里的高速全程無(wú)人駕駛試驗(yàn)，實(shí)測(cè)全程自主駕駛平均時(shí)速87公里，創(chuàng)造了我國(guó)自主研制的無(wú)人車(chē)在復(fù)雜交通狀況下自主駕駛的新紀(jì)錄。智能機(jī)器人管理自動(dòng)化銷(xiāo)售自動(dòng)化自動(dòng)化調(diào)溫設(shè)備自動(dòng)化生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制與自動(dòng)化技術(shù)本學(xué)科的一些典型應(yīng)用與研究領(lǐng)域工業(yè)控制工業(yè)方面：機(jī)床、冶金、電子、交通、航空航天等行業(yè)技術(shù)升級(jí)的重要基礎(chǔ)智能玩具與機(jī)器人現(xiàn)代化智能家庭新能源自動(dòng)化的作用1.提高社會(huì)生產(chǎn)率和工作效率；2.節(jié)約能源和原材料消耗；3.保證產(chǎn)品質(zhì)量；4.改善勞動(dòng)條件，減輕體力、腦力勞動(dòng)；5.改進(jìn)生產(chǎn)工藝和管理體制。自動(dòng)化是一個(gè)國(guó)家或社會(huì)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志自動(dòng)化的研究?jī)?nèi)容有反饋控制和信號(hào)處理兩個(gè)方面，包括理論、方法、應(yīng)用、硬件和軟件等。從應(yīng)用觀點(diǎn)來(lái)看，研究?jī)?nèi)容有過(guò)程自動(dòng)化、機(jī)械制造自動(dòng)化、武器及軍事自動(dòng)化、辦公室自動(dòng)化和家庭自動(dòng)化等。主要工具：數(shù)學(xué)/計(jì)算機(jī)自動(dòng)化學(xué)什么?主要專業(yè)課C語(yǔ)言、電路原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)電、模電）、微機(jī)原理及應(yīng)用、單片機(jī)原理及應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電機(jī)與電力拖動(dòng)基礎(chǔ)、電力電子技術(shù)、運(yùn)籌學(xué)、微機(jī)控制、過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)……從方向角度分軟件：C語(yǔ)言、vc++，.net,java

軟件工程師,軟件測(cè)試員,網(wǎng)絡(luò)工程師..硬件：C語(yǔ)言、電路原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)電、模電）、微機(jī)原理及應(yīng)用、單片機(jī)原理及應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì) 單片機(jī)工程師,硬件工程師,嵌入式工程師..重要的考研專業(yè)課電路自動(dòng)控制原理微機(jī)原理數(shù)電信號(hào)與系統(tǒng)通信原理[控制科學(xué)與工程]學(xué)科組成自動(dòng)控制電氣工程及其自動(dòng)化工業(yè)自動(dòng)化機(jī)械制造自動(dòng)化電力系統(tǒng)自動(dòng)化自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)德、智、體全面發(fā)展，掌握科學(xué)思維方法并具有實(shí)際動(dòng)手能力的控制科學(xué)與工程領(lǐng)域的高級(jí)專門(mén)人才。

在自動(dòng)控制理論、控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、工業(yè)控制、人工智能、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、信號(hào)處理、系統(tǒng)建模與仿真以及檢測(cè)技術(shù)等方面，掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí);具備在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、能源、國(guó)防各部門(mén)和行業(yè)從事信息及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析、集成、管理、維護(hù)及開(kāi)發(fā)的能力;具有創(chuàng)新和開(kāi)拓精神以及從事科學(xué)研究的基本素質(zhì)。

如何將培養(yǎng)目標(biāo)具體化、時(shí)代化學(xué)科屬性科學(xué)（Science）是指對(duì)各種事實(shí)和現(xiàn)象進(jìn)行觀察、分類、歸納、演繹、分析、推理、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，從而發(fā)現(xiàn)規(guī)律，并對(duì)各種定量規(guī)律予以驗(yàn)證和公式化的知識(shí)體系?？茖W(xué)的任務(wù)是揭示事物發(fā)展的客觀規(guī)律，探求真理，作為人們改造世界的指南。技術(shù)（Technology）是指人類根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和自然科學(xué)原理改變或控制其環(huán)境的手段和活動(dòng)，是人類活動(dòng)的一個(gè)專門(mén)領(lǐng)域。技術(shù)的任務(wù)是利用和改造自然，以其生產(chǎn)的產(chǎn)品為人類服務(wù)。工程（Engineering）是指應(yīng)用科學(xué)知識(shí)使自然資源最好地為人類服務(wù)的專門(mén)技術(shù)。關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)系統(tǒng)（System）是指由相互關(guān)聯(lián)、相互制約、相互影響的一些部分組成的具有某種功能的有機(jī)整體?？刂疲–ontrol）是指為了改善系統(tǒng)的性能或達(dá)到特定的目的，通過(guò)信息的采集和加工而施加到系統(tǒng)的作用。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)。調(diào)節(jié)（Regulation）是指通過(guò)系統(tǒng)的反饋信息自動(dòng)校正系統(tǒng)的誤差，使諸如溫度、速度、壓力或位置等參量保持恒定或在給定范圍之內(nèi)的過(guò)程。相關(guān)概念信息（Information）是指符號(hào)、信號(hào)或消息所包含的內(nèi)容，用來(lái)消除對(duì)客觀事物認(rèn)識(shí)的不確定性。管理（Management）是指為了充分利用各種資源來(lái)達(dá)到一定的目標(biāo)而對(duì)社會(huì)或其組成部分施加的一種控制。決策（DecisionMaking）是指為最優(yōu)地達(dá)到目標(biāo)，對(duì)若干準(zhǔn)備行動(dòng)的方案進(jìn)行選擇。END古代、近代控制系統(tǒng)

荊曉遠(yuǎn)教授

南京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院1歷史沿革

古代1.1

近代1.2

經(jīng)典1.31.1古代控制時(shí)期

獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的中國(guó)公元前14世紀(jì) 自動(dòng)計(jì)時(shí)漏壺公元前6世紀(jì) 孫子兵法、周易公元前3世紀(jì) 都江堰公元2世紀(jì) 候風(fēng)地動(dòng)儀

漏水轉(zhuǎn)渾天儀

記里鼓車(chē)公元235年 齒輪傳動(dòng)的指南車(chē)公元1086年 水運(yùn)儀象臺(tái)公元1178年 飲酒速度自動(dòng)調(diào)節(jié)器公元1637年

《天工開(kāi)物》提花織機(jī)

銅壺滴漏

銅壺滴漏中國(guó)古代的自動(dòng)計(jì)時(shí)（測(cè)量時(shí)間）裝置，又稱刻漏或漏刻。根據(jù)宋朝楊軍的《六經(jīng)圖》（公元1155）轉(zhuǎn)述：蓮華漏（圖左）由4個(gè)壺組成。天地壺、平水壺逐級(jí)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(mén)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(mén)就會(huì)自動(dòng)阻塞上級(jí)平水壺的出水小孔，切斷水滴（見(jiàn)圖上平水壺前的一個(gè)小鳥(niǎo)式裝置）。周易；“易有太極，是生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦”；

2600年前的二進(jìn)制記數(shù)。90年代中期，MIT的尼葛洛龐帝，“數(shù)字化生存”一書(shū)，把

bit稱為信息DNA。侯風(fēng)地動(dòng)儀公元132年?yáng)|漢張衡發(fā)明。用于觀察地震。工作原理：反映信號(hào)的方向；小偏差穩(wěn)定，大偏差不穩(wěn)定。next侯風(fēng)地動(dòng)儀剖面圖漏水轉(zhuǎn)渾天儀漏水轉(zhuǎn)渾天儀簡(jiǎn)稱渾天儀。為東漢科學(xué)家張衡創(chuàng)制的一件天文儀器。是一種水運(yùn)渾象。用一個(gè)直徑四尺多的銅球，球上刻有二十八宿、中外星官以及黃赤道、南北極、二十四節(jié)氣、恒顯圈、恒隱圈等，成一渾象，再用一套轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，把渾象和漏壺結(jié)合起來(lái)。以漏壺流水控制渾象，使它與天球同步轉(zhuǎn)動(dòng)，以顯示星空的周日視運(yùn)動(dòng)，如恒星的出沒(méi)和中天等。它還有一個(gè)附屬機(jī)構(gòu)即瑞輪冥菜，是一種機(jī)械日歷，由傳動(dòng)裝置和渾象相連，從每月初一起，每天生一葉片；月半后每天落一葉片。它所用的兩級(jí)漏壺是現(xiàn)今所知最早的關(guān)于兩級(jí)漏壺的記載。漏水轉(zhuǎn)渾天儀對(duì)中國(guó)后來(lái)的天文儀器影響很大，唐宋以來(lái)就在它的基礎(chǔ)上發(fā)展出更復(fù)雜更完善的天象表演儀器和天文鐘。意義漏水轉(zhuǎn)渾天儀是有明確歷史記載的世界上第一架用水力發(fā)動(dòng)的天文儀器。在渾天儀中應(yīng)用到的齒輪機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)十分復(fù)雜，這中間的轉(zhuǎn)動(dòng)如果不使用逐漸減速的齒輪系統(tǒng)，很難作到。遠(yuǎn)在一千八百多

年前的時(shí)候，中國(guó)古人就可以造出這樣復(fù)雜的儀器是很值得自豪的?？上У氖牵@套復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)因?yàn)槟甏眠h(yuǎn)沒(méi)有能夠流傳下來(lái)。理論學(xué)說(shuō)在漢代以前，我國(guó)的宇宙理論，大體分為三種，分別是蓋天說(shuō)、宣夜說(shuō)和渾天說(shuō)。在這三種學(xué)說(shuō)中，渾天說(shuō)在我國(guó)古代一直占據(jù)著主要地位，被認(rèn)為是正統(tǒng)的官方學(xué)說(shuō)。從漢代開(kāi)始以后的千余年中長(zhǎng)期廣泛流行，支配著歷代的天文觀測(cè)和歷法的指定。渾天說(shuō)認(rèn)為地在天之中，天似蛋殼、地似蛋黃，日月星辰附著在天殼之上，隨天周日旋轉(zhuǎn)。為了演說(shuō)渾象并觀測(cè)天體方位，西漢耿壽昌發(fā)明了渾天儀。東漢中期，張衡在前人制作的基礎(chǔ)上，大膽創(chuàng)新，于公元117年設(shè)計(jì)并制造了完整的演示渾天說(shuō)思想的漏水轉(zhuǎn)渾天儀。記里鼓車(chē)記里鼓車(chē)是中國(guó)古代用于計(jì)算道路里程的車(chē)，由“記道車(chē)”發(fā)展而來(lái)。有關(guān)記道車(chē)的文字記載最早見(jiàn)于漢代劉歆的《西京雜記》：“漢朝輿駕祠甘泉汾陽(yáng)……記道車(chē)，駕四，中道?！笨梢?jiàn)至遲在西漢時(shí)期，即已有了這種可以計(jì)算道路里程的車(chē)。到后來(lái)，因?yàn)榧恿诵幸焕锫反蛞幌鹿牡难b置，故名“記里鼓車(chē)”。記里鼓車(chē)這是一種會(huì)自動(dòng)記載行程的車(chē)輛，是中國(guó)古代社會(huì)的科學(xué)家、發(fā)明家研制出的自動(dòng)機(jī)械物體，被機(jī)器人專家稱為是一種中國(guó)古代機(jī)器人。原理記里鼓車(chē)的基本原理和指南車(chē)相同，也是利用齒輪機(jī)構(gòu)的差動(dòng)關(guān)系。當(dāng)年，張衡制造的記里鼓車(chē)可惜沒(méi)有較詳細(xì)的記載，東漢以后，有關(guān)記里鼓車(chē)的記載雖然有些零星的字句，但都太簡(jiǎn)略。到北宋時(shí)的記里鼓車(chē)制造方法更有改進(jìn)，《宋史·輿服志》記載比較詳細(xì)，大體說(shuō)記里鼓車(chē)外形是獨(dú)轅雙輪，車(chē)箱內(nèi)有立輪、大小平輪、銅旋風(fēng)輪等，輪周各出齒若干，“凡用大小輪八，合二百八十五齒，遞相鉤鎖，犬牙相制，周而復(fù)始?！庇浝镘?chē)行一里路，車(chē)上木人擊鼓，行十里路，車(chē)上木人擊鐲。總之，指南車(chē)和記里鼓車(chē)的形狀雖然在歷代制造時(shí)都有些改進(jìn)，但它的差動(dòng)齒輪原理可以肯定在1800多年前已經(jīng)被張衡所應(yīng)用了。記里鼓車(chē)的記程功能是由齒輪系完成的。車(chē)中有一套減速齒輪系，始終與車(chē)輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，其最末一只齒輪軸在車(chē)行一里時(shí)正好回轉(zhuǎn)一周，車(chē)子上層的木人受凸輪牽動(dòng)，由繩索拉起木人右臂擊鼓一次，以示里程。至于“十里擊鐲”的記程機(jī)構(gòu)記里鼓車(chē)的機(jī)構(gòu)：

記里鼓車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖車(chē)輪(H)的圓周長(zhǎng)1丈8尺。車(chē)輪轉(zhuǎn)一圈，則車(chē)行1丈8尺。古時(shí)以6尺為一步，則車(chē)輪轉(zhuǎn)一圈車(chē)行3步。立輪(齒輪G)附于左車(chē)輪，并與下平輪(齒輪F)相吻合。立輪齒數(shù)為18，而下平輪齒數(shù)為54，所以前者轉(zhuǎn)一圈，后者才轉(zhuǎn)1/3圈。銅旋風(fēng)輪(K)與下平輪裝在同一貫心豎軸(c)之上，并與中立平輪(E)相吻合。銅旋風(fēng)輪的齒數(shù)為3，而中立平輪的齒數(shù)為100；所以前者轉(zhuǎn)一圈，后者才轉(zhuǎn)3/100圈。小輪(L)與中立平輪裝在同一貫心豎軸(B)之上，并與上平輪(D)相吻合。小輪齒數(shù)為10，而上平輪齒數(shù)為100，所以前者轉(zhuǎn)一圈，后者才轉(zhuǎn)1/10圈。車(chē)行一里(即為百步)車(chē)輪和立輪都轉(zhuǎn)100圈，下平輪和銅旋風(fēng)輪才轉(zhuǎn)100/3圈，中立平輪(E)才轉(zhuǎn)3/100×100/3—1圈。而上平輪才轉(zhuǎn)1/10圈。也就是說(shuō)，行車(chē)一里，豎軸B才轉(zhuǎn)一圈；行車(chē)十里，豎軸A才轉(zhuǎn)一圈。而在這兩個(gè)豎軸上，還各附裝一個(gè)撥子。因此；行車(chē)一里，豎軸B上的撥子便撥動(dòng)上層木偶擊鼓一次；行車(chē)十里，豎軸A上的另一撥子便撥動(dòng)下層木偶擊鼓一次。系統(tǒng)工程典范：

都江堰蜀群太守李冰父子組建。內(nèi)江外江總體目標(biāo)最優(yōu)：把岷江水4、6分流，解決水、旱災(zāi)。選址最優(yōu)：為自動(dòng)分級(jí)排沙。址選岷江出山口和平原結(jié)合部，灌縣。采用彎道環(huán)流，形成正面走水，側(cè)面走沙等自動(dòng)排沙機(jī)制。利用地形自動(dòng)調(diào)節(jié)水量。春天，水少，外/內(nèi)江按4/6分水。夏天，水多，比例自動(dòng)變?yōu)?/4。end指南車(chē)始于公元前26世紀(jì)黃帝時(shí)代；前11世紀(jì)周成王已使用；東漢張衡、三國(guó)馬鈞、南齊祖沖之都改進(jìn)制造過(guò)。車(chē)箱內(nèi)有自動(dòng)離合齒輪。由齒輪抵消車(chē)子轉(zhuǎn)彎產(chǎn)生的方向變化。復(fù)雜度超過(guò)“計(jì)里鼓車(chē)”。原理：采用擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)環(huán)定向調(diào)節(jié)系統(tǒng)。被控制量是方向。next指南車(chē)原理框圖飲酒速度調(diào)節(jié)器宋朝仇士良著的《嶺外代答》（公元1178）曾記載中國(guó)南方和西南方部落村民的一種習(xí)俗，就是常用長(zhǎng)0.6米以上的飲酒管飲酒。在這種竹制飲酒管中一條銀質(zhì)小魚(yú)，作為可動(dòng)的“關(guān)捩”（浮子式閥門(mén)）飲酒時(shí)吸得太快或太慢，小孔就會(huì)被小魚(yú)自動(dòng)堵塞。這種浮子式閥門(mén)可用來(lái)保持均勻的飲酒速度。原理分析關(guān)于浮子式閥門(mén)：所謂的浮子式閥門(mén)即是通過(guò)控制流體的流速，使液體內(nèi)固體升降，從而達(dá)到控制液體出入的簡(jiǎn)單裝置。這一裝置在古代機(jī)械裝置中得到廣泛使用。原理分析力學(xué)分析如圖可設(shè)設(shè)浮子的下表面積為,周?chē)黧w速度為,酒的密度為,浮子下表面受力為，浮子質(zhì)量為

根據(jù)動(dòng)量原理：對(duì)等式兩邊求微分：整理得對(duì)于浮子進(jìn)行整體受力分析,根據(jù)牛頓第二定律：

吸入飲者口中的酒來(lái)自酒桶中的酒原理分析當(dāng)液體流速比較小的時(shí)候，合外力向下，導(dǎo)致浮子堵塞下管口。當(dāng)液體流速比較大的時(shí)候，合外力向上，導(dǎo)致浮子堵塞上管口。只有當(dāng)流速控制在合理的范圍內(nèi)時(shí)，重力與流體對(duì)浮子的力近似相等，使得浮子可以在管中浮動(dòng)，不會(huì)堵塞管口。故而保證飲酒者可以有較為穩(wěn)定的飲酒速度。V合適時(shí)吸入飲酒者中的酒V變大時(shí)V變小時(shí)V繼續(xù)變小V變大V恢復(fù)為合適速度酒杯中的酒動(dòng)畫(huà)演示水運(yùn)儀象臺(tái)水運(yùn)儀象臺(tái)是中國(guó)古代一種大型的天文儀器，由宋朝天文學(xué)家蘇頌等人創(chuàng)建。它是集觀測(cè)天象的渾儀、演示天象的渾象、計(jì)量時(shí)間的漏刻和報(bào)告時(shí)刻的機(jī)械裝置于一體的綜合性觀測(cè)儀器，實(shí)際上是一座小型的天文臺(tái)。這臺(tái)儀器的制造水平堪稱一絕，充分體現(xiàn)了我國(guó)古代人民的聰明才智和富于創(chuàng)造的精神。水運(yùn)儀象臺(tái)整個(gè)水運(yùn)儀象臺(tái)高12米，寬7米，共分3層，相當(dāng)于一幢四層樓的建筑物。最上層的板屋內(nèi)放置著1臺(tái)渾儀，屋的頂板可以自由開(kāi)啟，平時(shí)關(guān)閉屋頂，以防雨淋，這已經(jīng)具有現(xiàn)代天文觀測(cè)室的雛型了；中層放置著一架渾象；下層又可分成五小層木閣，每小層木閣內(nèi)均安排了若干個(gè)木人，5層共有162個(gè)木人，它們各司其職：每到一定的時(shí)刻，就會(huì)有木人自行出來(lái)打鐘、擊鼓或敲打樂(lè)器、報(bào)告時(shí)刻、指示時(shí)辰等。在木閣的后面放置著精度很高的兩級(jí)漏刻和一套機(jī)械傳動(dòng)裝置，可以說(shuō)這里是整個(gè)水運(yùn)儀象臺(tái)的“心臟”部分，用漏壺的水沖動(dòng)機(jī)輪，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置，渾儀、渾象和報(bào)時(shí)裝置便會(huì)按部就班地動(dòng)作起來(lái)。工作原理水運(yùn)儀象臺(tái)的構(gòu)思廣泛吸收了以前各家儀器的優(yōu)點(diǎn)，尤其是吸取了北宋初年天文學(xué)家張思訓(xùn)所改進(jìn)的自動(dòng)報(bào)時(shí)裝置的長(zhǎng)處；在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，采用了民間使用的水車(chē)、筒車(chē)、桔槔、凸輪和天平秤桿等機(jī)械原理，把觀測(cè)、演示和報(bào)時(shí)設(shè)備集中起來(lái)，組成了一個(gè)整體，成為一部自動(dòng)化的天文臺(tái)。儀器組成根據(jù)《新儀象法要》記載，水運(yùn) 儀象臺(tái)是一座底為正方形、下寬 上窄略有收分的木結(jié)構(gòu)建筑，高 大約有十二米，底寬大約有七米， 共分為三大層。上層是一個(gè)露天的平臺(tái)，設(shè)有渾儀一座，用龍柱支持，下面有水槽以定水平。渾儀上面覆蓋有遮蔽日曬雨淋的木板屋頂，為了便于觀測(cè)，屋頂可以隨意開(kāi)閉，構(gòu)思比較巧妙。露臺(tái)到儀象臺(tái)的臺(tái)基有七米多高。

中層是一間沒(méi)有窗戶的“密室”，里面放置渾象。天球的一半隱沒(méi)在“地平”之下，另一半露在“地平”的上面，靠機(jī)輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，一晝夜轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，真實(shí)地再現(xiàn)了星辰的起落等天象的變化。下層包括報(bào)時(shí)裝置和全臺(tái)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)等。設(shè)有向南打開(kāi)的大門(mén)，門(mén)里裝置有五層木閣，木閣后面是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。報(bào)時(shí)裝置第一層木閣又名“正衙鐘鼓樓”，負(fù)責(zé)全臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)報(bào)時(shí)。木閣設(shè)有三個(gè)小門(mén)。到了每個(gè)時(shí)辰（古代一天分做十二個(gè)時(shí)辰，一個(gè)時(shí)辰又分為時(shí)初和時(shí)正）的時(shí)初，就有一個(gè)穿紅衣服的木人在左門(mén)里搖鈴；每逢時(shí)正，有一個(gè)穿紫色衣服的木人在右門(mén)里敲鐘；每過(guò)一刻鐘，一個(gè)穿綠衣的木人在中門(mén)擊鼓。第二層木閣負(fù)責(zé)報(bào)告時(shí)初、時(shí)正。這一層的機(jī)輪邊有二十四個(gè)司辰木人手拿時(shí)辰牌，牌面依次寫(xiě)著子初、子正、丑初、丑正等。每逢時(shí)初、時(shí)正，司辰木人按時(shí)在木閣門(mén)前出現(xiàn)。第三層木閣負(fù)責(zé)報(bào)告時(shí)刻。這一層的機(jī)輪邊有九十六個(gè)司刻木人手拿刻數(shù)牌，牌面依次寫(xiě)著刻數(shù)。每逢時(shí)刻，司刻木人按時(shí)在木閣門(mén)前出現(xiàn)。第四層木閣報(bào)告晚上的時(shí)刻。木人可以根據(jù)四季的不同擊鉦報(bào)更數(shù)。第五層木閣裝置有三十八個(gè)木人，木人位置可以隨著節(jié)氣的變更，報(bào)告昏、曉、日出以及幾更幾籌等詳細(xì)情況。每層木閣內(nèi)都有相應(yīng)的機(jī)輪或輪輞，上掛抱牌木人；或用撥牙撥動(dòng)門(mén)口木人手臂敲打樂(lè)器。這些機(jī)輪都裝在一根機(jī)輪軸上。機(jī)輪軸有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和天柱相連。天柱是貫通全臺(tái)上中下三隔的傳動(dòng)軸。天柱下有個(gè)下輪，與樞輪軸伸出的地轂相結(jié)合。當(dāng)作為原動(dòng)輪的樞輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就經(jīng)過(guò)地轂傳動(dòng)，使天柱旋轉(zhuǎn)起來(lái)，由此帶動(dòng)全儀。動(dòng)力機(jī)構(gòu)在下隔的中央部分設(shè)有一個(gè)直徑達(dá)3米多的樞輪。樞輪上有72條木輻，挾持著36個(gè)水斗和勾狀鐵撥子。樞輪頂部和邊上附設(shè)一組杠桿裝置，它們相當(dāng)于鐘表中的擒縱器。在樞輪?wèn)|面裝有一組兩級(jí)漏壺。壺水注入水斗，斗滿時(shí)，樞輪即往下轉(zhuǎn)動(dòng)。但因擒縱器的控制，使它只能轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)斗。這樣就把變速運(yùn)動(dòng)變?yōu)榈乳g歇運(yùn)動(dòng)，使整個(gè)儀器運(yùn)轉(zhuǎn)均勻。樞輪下有退水壺。在樞輪轉(zhuǎn)動(dòng)中各斗的水又陸續(xù)回到退水壺里。另用一套打水裝置，由打水人搬轉(zhuǎn)水車(chē)，把水打回到上面的一個(gè)受水槽中，再由槽中流入下面的漏壺中去。因此，水可以循環(huán)使用。打水裝置和打水人則安置在下隔的北部。整個(gè)機(jī)械輪系的運(yùn)轉(zhuǎn)依靠水的恒定流量，推動(dòng)水輪做間歇運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)儀器轉(zhuǎn)動(dòng)，因而命名為“水運(yùn)儀象臺(tái)”。

織錦機(jī)

南京云錦博物館的織機(jī)綜上所述，中國(guó)古代人民在原始的自動(dòng)裝置的創(chuàng)造和發(fā)明上取得過(guò)輝煌的成就。1.2近代控制時(shí)期

（1）工業(yè)革命的歐洲最先自覺(jué)地運(yùn)用反饋原理，形成近代自動(dòng)化技術(shù)。

調(diào)節(jié)器是最早被研究的控制裝置。16世紀(jì)初C.Drebbel（荷） 溫度調(diào)節(jié)器 C.惠更斯 鐘擺理論1765 I.Polzunov（俄）浮球式液位調(diào)節(jié)器1788 J.瓦特（英）離心式速度調(diào)節(jié)器1840 J.C.麥克斯韋（法）《論調(diào)速器》， （以后有）K.N.康斯坦丁諾夫

電磁調(diào)速器1870-1900動(dòng)態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題是研究焦點(diǎn) next浮子水位

調(diào)節(jié)器進(jìn)水管離心調(diào)速器構(gòu)成閉環(huán)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。開(kāi)創(chuàng)了近代自動(dòng)控制的新紀(jì)元。Watt1736-1819電磁離合器使得動(dòng)力的傳遞方便、靈活電磁離合器穩(wěn)定性問(wèn)題

離心調(diào)速器使用有時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定振蕩；船舶自動(dòng)操舵機(jī)穩(wěn)定性等實(shí)際問(wèn)題迫使數(shù)學(xué)家研究動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題。Maxwell1831-1879Lyapunov1857-19181868年法國(guó)科學(xué)家麥克斯韋，首次全面論述反饋系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題，經(jīng)平衡點(diǎn)處線性化，獲得代數(shù)特征方程，并以其根判斷穩(wěn)定性。1892A.M.李雅普諾夫（俄） 先后提出“近似法”和“直接法”。不僅可用來(lái)研究小偏移”下穩(wěn)定性，而且可用來(lái)研究“大范圍”穩(wěn)定性

end1876年俄國(guó)機(jī)械學(xué)家N.A.維什涅格拉茨基，采用“攝動(dòng)理論”，把問(wèn)題簡(jiǎn)化為“線性齊次微分方程”的通解穩(wěn)定性問(wèn)題。1875-1895E.J.勞斯（英），A.霍爾維茨（德） 分別提出“代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)”橋：風(fēng)擾動(dòng)系統(tǒng)不穩(wěn)定美國(guó)華盛頓州Tacoma峽谷上建造的第一座大橋于1940年7月1日通車(chē)。發(fā)現(xiàn)，在風(fēng)較大時(shí)，該橋發(fā)生震蕩。同年11月7日，終于在一陣大風(fēng)中，震蕩不斷加大而坍塌。 end破壞前破壞后穩(wěn)定性概念：（錐中軸線與垂線夾角）/（軸線與水平夾角）非線性函數(shù)的線性化穩(wěn)定性問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述（2）20年代開(kāi)始利用頻率法研究反饋控制時(shí)代1922N.米諾爾斯基（美） PID船舶駕駛伺服機(jī)1925布什（美） 大型模擬計(jì)算機(jī)Heaviside（英） 運(yùn)用Laplace變換研究運(yùn)算微積分， 開(kāi)創(chuàng)了控制的頻率法時(shí)代1927 布萊克（貝爾實(shí)驗(yàn)室） 研究電子管放大器時(shí)， 引入“反饋”概念1932H.奈奎斯特（美瑞）

頻率響應(yīng)判斷穩(wěn)定性1934H.H.沃茲涅先斯基（俄）《自動(dòng)調(diào)整原理》 H.黑曾（美）《伺服機(jī)構(gòu)理論》1938 A.B.米哈伊諾夫（蘇） 《頻率法》1939蘇聯(lián)成立 自動(dòng)學(xué)遠(yuǎn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)室 美國(guó)MIT 伺服實(shí)驗(yàn)室 經(jīng)典控制理論開(kāi)始形成 nextMinorsky和PIDMinorsky俄裔美國(guó)科學(xué)家1922年提出PID，并成功用于美國(guó)軍艦Bush1890-1974大型模擬計(jì)算機(jī)目前美國(guó)：只有少數(shù)大學(xué)用它做實(shí)驗(yàn)；部分大學(xué)用它作為模擬負(fù)載。運(yùn)算放大器、電阻、電容構(gòu)成；信號(hào)由連續(xù)電量實(shí)現(xiàn)；可進(jìn)行加減乘除、微分積分。Laplace變換（時(shí)域<==>頻域）Laplace變換用于研究微分方程前向通路反饋通路幅相頻率特性曲線根據(jù)幅相頻率特性曲線與(-1,0)的幾何代數(shù)關(guān)系判斷閉環(huán)系統(tǒng)是否穩(wěn)定Nyquest1889-1976對(duì)數(shù)頻率曲線Bode1905-1982軋鋼伺服裝置拉絲伺服裝置Hazen1901-19801934年在研究網(wǎng)絡(luò)模擬計(jì)算機(jī)期間提出了“伺服控制理論”軟驅(qū)伺服機(jī)構(gòu)磁帶機(jī)伺服機(jī)構(gòu)光盤(pán)電機(jī)聚焦電機(jī)聚焦光束軌道跟蹤電機(jī)伺服實(shí)驗(yàn)室（3）30年代提出程序控制和自動(dòng)機(jī) 新思想的萌芽1933C.巴貝奇（英）程序控制（穿孔卡片）1936A.M.圖靈（英）

圖靈機(jī)和自動(dòng)機(jī)理論1938C.E.香農(nóng)（美）、中島（日） 舍斯塔科夫（蘇） 雙態(tài)邏輯控制

end

飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀、火炮定位儀、雷達(dá)控制儀等武器研制促使經(jīng)典控制理論（研究單變量控制）成熟，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)由“手藝”走向“工程”（系統(tǒng)化、程式化）。 （1）40—50年代 控制論、計(jì)算機(jī)、信息論的產(chǎn)生 （2）50年代 進(jìn)入局部自動(dòng)化時(shí)代

1.3經(jīng)典控制時(shí)期end（1）40、50年代控制論、計(jì)算機(jī)、信息論的產(chǎn)生1938C.E.香農(nóng)（美） 繼電器邏輯自動(dòng)機(jī)理論Shannon1916-20011940N.維納 隨機(jī)過(guò)程的預(yù)測(cè)和濾波1942N.維納 平穩(wěn)時(shí)間序列外推、內(nèi)插、平滑1945 J.馮.諾依曼 提出“存儲(chǔ)程序”概念，數(shù)字計(jì)算機(jī)問(wèn)世

《博弈論和經(jīng)濟(jì)行為》1948C.E.香農(nóng) 《通信的數(shù)學(xué)理論》奠定信息論1948 N.維納 《控制論》1952J.馮.諾依曼 “冗余技術(shù)”（提高可靠性） W.R.阿什比（英醫(yī)） 自鎮(zhèn)定、自適應(yīng)概念約翰.納什，摩根斯滕 奠定數(shù)理經(jīng)濟(jì)學(xué)1954錢(qián)學(xué)森 《工程控制論》ControlCybernetics,Computer,Information的相繼創(chuàng)立為60年代后的快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

end

（2）50年代進(jìn)入局部自動(dòng)化時(shí)代

局部自動(dòng)化：?jiǎn)芜^(guò)程、單機(jī)自動(dòng)化 組成： 機(jī)電型PID調(diào)節(jié)裝置柜； 繼電器、接觸器構(gòu)成邏輯控制柜 早期： 液壓、氣動(dòng)、機(jī)電測(cè)量?jī)x表和調(diào)節(jié)裝置； 笨拙、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度低、費(fèi)用高。 后期： 電動(dòng)毫伏計(jì)、電位差計(jì)、電子放大器構(gòu)成 電動(dòng)、電子組合式自動(dòng)化儀表； 靈活、成本低、調(diào)節(jié)方便。end大作業(yè)題目1、從現(xiàn)實(shí)生活中列舉兩個(gè)自動(dòng)化控制理論應(yīng)用的系統(tǒng)實(shí)例，并加以分析。

2、什么是負(fù)反饋？負(fù)反饋在改善系統(tǒng)系能方面起到了什么作用？自動(dòng)化導(dǎo)論

第三講

現(xiàn)代控制系統(tǒng)

自動(dòng)化學(xué)院荊曉遠(yuǎn)1目錄1.1簡(jiǎn)介1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史1.3控制工程實(shí)踐1.4現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例1.5控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益1.6自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來(lái)1.7工程設(shè)計(jì)1簡(jiǎn)介1簡(jiǎn)介

自動(dòng)控制技術(shù)的研究有利于將人類從復(fù)雜、危險(xiǎn)、繁瑣的勞動(dòng)環(huán)境中解放出來(lái)并大大提高控制效率。自動(dòng)控制是工程科學(xué)的一個(gè)分支。它涉及利用反饋原理的對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的自動(dòng)影響，以使得輸出值接近我們想要的值。從方法的角度看，它以數(shù)學(xué)的系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)。我們今天稱作自動(dòng)控制的是二十世紀(jì)中葉產(chǎn)生的控制論的一個(gè)分支。

1簡(jiǎn)介基礎(chǔ)的理論是由諾伯特·維納，魯?shù)婪颉た柭岢龅摹?/p>

1簡(jiǎn)介1簡(jiǎn)介1簡(jiǎn)介1簡(jiǎn)介1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史150多年前第一代過(guò)程控制體系是基于5－13psi的氣動(dòng)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)（氣動(dòng)控制系統(tǒng)PCS，PneumaticControlSystem）。簡(jiǎn)單的就地操作模式，控制理論初步形成，尚未有控制室的概念。1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史第二代過(guò)程控制體系（模擬式或ACS,AnalogControlSystem）是基于0－10mA或4－20mA的電流模擬信號(hào)，這一明顯的進(jìn)步，在整整25年內(nèi)牢牢地統(tǒng)治了整個(gè)自動(dòng)控制領(lǐng)域。它標(biāo)志了電氣自動(dòng)控制時(shí)代的到來(lái)?？刂评碚撚辛酥卮蟀l(fā)展，三大控制論的確立奠定了現(xiàn)代控制的基礎(chǔ)；控制室的設(shè)立，控制功能分離的模式一直沿用至今。1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史第三代過(guò)程控制體系（CCS，ComputerControlSystem）.70年代開(kāi)始了數(shù)字計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，人們?cè)跍y(cè)量，模擬和邏輯控制領(lǐng)域率先使用，從而產(chǎn)生了第三代過(guò)程控制體系（CCS，ComputerControlSystem）。這個(gè)被稱為第三代過(guò)程控制體系是自動(dòng)控制領(lǐng)域的一次革命，1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史它充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的特長(zhǎng)，于是人們普遍認(rèn)為計(jì)算機(jī)能做好一切事情，自然而然地產(chǎn)生了被稱為“集中控制”的中央控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，需要指出的是系統(tǒng)的信號(hào)傳輸系統(tǒng)依然是大部分沿用4－20mA的模擬信號(hào)，但是時(shí)隔不久人們發(fā)現(xiàn)，隨著控制的集中和可靠性方面的問(wèn)題，失控的危險(xiǎn)也集中了，稍有不慎就會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。所以它很快被發(fā)展成分布式控制系統(tǒng)（DCS）。1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史第四代過(guò)程控制體系（DCS，DistributedControlSystem分布式控制系統(tǒng)）：隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，微處理器的普遍使用，計(jì)算機(jī)技術(shù)可靠性的大幅度增加，目前普遍使用的是第四代過(guò)程控制體系（DCS，或分布式數(shù)字控制系統(tǒng)），1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史它主要特點(diǎn)是整個(gè)控制系統(tǒng)不再是僅僅具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，而是由幾臺(tái)計(jì)算機(jī)和一些智能儀表和智能部件構(gòu)成一個(gè)了控制系統(tǒng)。于是分散控制成了最主要的特征。除外另一個(gè)重要的發(fā)展是它們之間的信號(hào)傳遞也不僅僅依賴于4－20mA的模擬信號(hào)，而逐漸地以數(shù)字信號(hào)來(lái)取代模擬信號(hào)。1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史第五代過(guò)程控制體系（FCS，F(xiàn)ieldbusControlSystem現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）：FCS是從DCS發(fā)展而來(lái)，就象DCS從CCS發(fā)展過(guò)來(lái)一樣，有了質(zhì)的飛躍?！胺稚⒖刂啤卑l(fā)展到“現(xiàn)場(chǎng)控制”；數(shù)據(jù)的傳輸采用“總線”方式。但是FCS與DCS的真正的區(qū)別在于FCS有更廣闊的發(fā)展空間。由于傳統(tǒng)的DCS的技術(shù)水平雖然在不1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史斷提高，但通信網(wǎng)絡(luò)最低端只達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)控制站一級(jí)，現(xiàn)場(chǎng)控制站與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表、執(zhí)行器之間的聯(lián)系仍采用一對(duì)一傳輸?shù)?-20mA模擬信號(hào)，成本高，效率低，維護(hù)困難，無(wú)法發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)儀表智能化的潛力，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作狀態(tài)的全面監(jiān)控和深層次管理。所謂現(xiàn)場(chǎng)總線就是連接智能測(cè)量與控制設(shè)備的全數(shù)字式、雙向傳輸、具有多節(jié)點(diǎn)分支結(jié)構(gòu)的通信鏈路。1.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展史單地說(shuō)傳統(tǒng)的控制是一條回路，而FCS技術(shù)是各個(gè)模塊如控制器、執(zhí)行器、檢測(cè)器等掛在一條總線上來(lái)實(shí)現(xiàn)通信，當(dāng)然傳輸?shù)囊簿褪菙?shù)字信號(hào)。主要的總線有Profibus，LonWorks等。1.3控制工程實(shí)踐1.3控制工程實(shí)踐1.3控制工程實(shí)踐調(diào)速器

調(diào)速器（governor）是一種自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，它根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷的變化，自動(dòng)增減噴油泵的供油量，使柴油機(jī)能夠以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。調(diào)速器已經(jīng)在工業(yè)直流電機(jī)調(diào)速、工業(yè)傳送帶調(diào)速、燈光照明調(diào)解、計(jì)算機(jī)電源散熱、直流電扇等、得到廣泛應(yīng)用。1.3控制工程實(shí)踐

火力控制

控制火炮、火炮群或?qū)棸l(fā)射器瞄準(zhǔn)和射擊的整套設(shè)備?；鹆刂葡到y(tǒng)常用于地面和艦上火炮、防空火炮、轟炸機(jī)防御火炮以及船上和飛機(jī)上的火箭、導(dǎo)彈的控制。廣義的火力控制系統(tǒng)還包括指揮截?fù)魴C(jī)的飛機(jī)、導(dǎo)彈的地面引導(dǎo)站、彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中的地面系統(tǒng)。

1.3控制工程實(shí)踐

簡(jiǎn)單的火力控制系統(tǒng)主要由敏感元件、計(jì)算機(jī)和定位伺服機(jī)構(gòu)組成。常用的火力控制系統(tǒng)有防空系統(tǒng)、航空火力控制系統(tǒng)、艦載火力控制系統(tǒng)、反坦克導(dǎo)彈控制系統(tǒng)、反導(dǎo)彈防御火力控制系統(tǒng)等。

1.3控制工程實(shí)踐伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)（servomechanism）又稱隨動(dòng)系統(tǒng)，是用來(lái)精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過(guò)程的反饋控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。1.3控制工程實(shí)踐它的主要任務(wù)是按控制命令的要求、對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力矩、速度和位置控制非常靈活方便。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角），其結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒(méi)有原則上的區(qū)別。1.3控制工程實(shí)踐1.3控制工程實(shí)踐防側(cè)滑系統(tǒng)汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，如果四只輪胎附著地面的條件不同，比如，左側(cè)輪附著在濕滑路面，而右側(cè)輪附著于干燥路面，四個(gè)輪子與地面的摩擦力不同，在制動(dòng)時(shí)(四個(gè)輪子的制動(dòng)力相同)就容易產(chǎn)生打滑、傾斜和側(cè)翻等現(xiàn)象。

1.3控制工程實(shí)踐EBD的功能就是在汽車(chē)制動(dòng)的瞬間，高速計(jì)算出四個(gè)輪胎由于附著不同而導(dǎo)致的摩擦力數(shù)值，然后調(diào)整制動(dòng)裝置，使其按照設(shè)定的程序在運(yùn)動(dòng)中高速調(diào)整，達(dá)到制動(dòng)力與摩擦力(牽引力)的匹配，以保證車(chē)輛的平穩(wěn)和安全。

1.3控制工程實(shí)踐調(diào)節(jié)器

將生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)的測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較，得出偏差后根據(jù)一定的調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生輸出信號(hào)推動(dòng)執(zhí)行器消除偏差量，使該參數(shù)保持在給定值附近或按預(yù)定規(guī)律變化的控制器。

1.3控制工程實(shí)踐

1.3控制工程實(shí)踐控制器控制器（英文名稱：controller）是指按照預(yù)定順序改變主電路或控制電路的接線和改變電路中電阻值來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)和反向的主令裝置。由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序產(chǎn)生器和操作控制器組成，

1.3控制工程實(shí)踐它是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作。

1.3控制工程實(shí)踐振蕩器振蕩器（英文：oscillator）是用來(lái)產(chǎn)生重復(fù)電子訊號(hào)（通常是正弦波或方波）的電子元件。其構(gòu)成的電路叫振蕩電路。能將直流電轉(zhuǎn)換為具有一定頻率交流電信號(hào)輸出的電子電路或裝置。1.3控制工程實(shí)踐按振蕩激勵(lì)方式可分為自激振蕩器、他激振蕩器；按電路結(jié)構(gòu)可分為阻容振蕩器、電感電容振蕩器、晶體振蕩器、音叉振蕩器等；按輸出波形可分為正弦波、方波、鋸齒波等振蕩器。廣泛用于電子工業(yè)、醫(yī)療、科學(xué)研究等方面。

1.4現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例1.4現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例1.4現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例1.4現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例1.4現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例1.4現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例1.4現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例1.5自動(dòng)化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益自動(dòng)化技術(shù)的深入發(fā)展，促進(jìn)了單元技術(shù)的不斷綜合，以CIMS為代表的未來(lái)工廠自動(dòng)化技術(shù)，正不斷顯示出其巨大的效益，以美國(guó)科學(xué)院根據(jù)對(duì)美國(guó)在CIMS方面較領(lǐng)先的五大公司的長(zhǎng)期調(diào)查分析，認(rèn)為采用先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)，如CIMS，可以獲得以下效益：1.5自動(dòng)化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益

a.產(chǎn)品質(zhì)量提高200-500%自動(dòng)控制b.生產(chǎn)率提高40-70%c.設(shè)備利用率提高200-300%d.生產(chǎn)周期縮短30-60%1.5自動(dòng)化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益

e.在制品減少30-60%f.工程設(shè)計(jì)費(fèi)用減少15-30%g.人力費(fèi)用減少5-20%h.提高工程師的工作能力300-3500%

由此可見(jiàn)，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，其效益明顯提高。1.6自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來(lái)1.6自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來(lái)IEC61131自頒布以來(lái)已經(jīng)逐漸成為一個(gè)被各大控制系統(tǒng)廠商接納的國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)。這自然是得益于OPC技術(shù)的出現(xiàn)和Windows、Microsoft平臺(tái)的普遍使用和發(fā)展，才使得在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展中計(jì)算機(jī)占據(jù)重要地位并無(wú)可取代。上述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需素發(fā)展和普及引發(fā)了

1.6自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來(lái)電氣系統(tǒng)自動(dòng)化的革命，也正是由此出現(xiàn)的市場(chǎng)需求推動(dòng)了IT平臺(tái)與電氣自動(dòng)化的不斷融合，期間電子商務(wù)的迅速發(fā)展加速了這一進(jìn)程。正如一個(gè)企業(yè)，其管理層可以利用標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)軟件分析企業(yè)財(cái)務(wù)、人力等管理方面的重要信息，也可以借此實(shí)現(xiàn)企業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。虛擬的現(xiàn)實(shí)技術(shù)、視頻處理技術(shù)的不斷應(yīng)用，必然對(duì)未來(lái)自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)生非常大的影響，1.6自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來(lái)比如設(shè)計(jì)開(kāi)機(jī)界面和設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)等。軟件的重要性不斷的從單一設(shè)備向集成設(shè)備系統(tǒng)轉(zhuǎn)移，這是不可逆轉(zhuǎn)的大勢(shì)。這一趨勢(shì)中，對(duì)軟件的結(jié)構(gòu)合理性和發(fā)展空間、通訊數(shù)據(jù)的接受能力以及組態(tài)環(huán)境使用和統(tǒng)一的要求更高，這些因素也變得越加重要。隨著這樣的趨勢(shì)的實(shí)現(xiàn)，電氣自動(dòng)化必將得到不斷的提高和完善，而在更多的領(lǐng)域起到重要作用。1.6自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來(lái)于此同時(shí)，這一過(guò)程中不能忽視創(chuàng)新的力量，不斷的降低生產(chǎn)成本的同時(shí)兼顧科學(xué)生產(chǎn)效率的提高，并且面向市場(chǎng)不斷的增加產(chǎn)品的市場(chǎng)適應(yīng)性，減少消耗的同時(shí)提高質(zhì)量，滿足各方面的合理要求。這樣，才能使這一發(fā)展趨勢(shì)更好更快的實(shí)現(xiàn)和進(jìn)行。1.6自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來(lái)實(shí)際上，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是分散、開(kāi)放并具備信息化特征的。分散的結(jié)果能保證網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)模塊職能的獨(dú)立從而分散系統(tǒng)危險(xiǎn)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠；開(kāi)放性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)則是通過(guò)外部接口實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接；信息化則使所有的信息得到綜合分析處理.1.6自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)科技與管理的結(jié)合、一體化，真正做到電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的不斷提升。未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)中，我國(guó)企業(yè)還需保證穩(wěn)定的健康發(fā)展，認(rèn)識(shí)不足并不斷的通過(guò)高新科技的學(xué)習(xí)鞏固基礎(chǔ)能力，發(fā)揮創(chuàng)新精神，才能開(kāi)創(chuàng)出和諧的發(fā)展局面，為工業(yè)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)做貢獻(xiàn)1.7工程設(shè)計(jì)1.7工程設(shè)計(jì)1.7工程設(shè)計(jì)1.7工程設(shè)計(jì)謝謝!智能控制技術(shù)荊曉遠(yuǎn)教授

南京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)一智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展錄音：智能控制思潮出現(xiàn)于60年代，智能控制的產(chǎn)生和發(fā)展經(jīng)歷了萌芽、形成和發(fā)展三個(gè)階段。

現(xiàn)在發(fā)展期形成期萌芽期196019701980智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)智能控制的發(fā)展智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)1965年，加利福尼亞大學(xué)的扎德(L.A.Zadeh)教授提出了模糊集合理論；1）萌芽期（1960－1970）L.A.Zadeh智能控制的發(fā)展智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)這標(biāo)志著智能控制的思想已經(jīng)萌芽。1967年，利昂德斯（C.T.Leondes）和門(mén)德?tīng)柺紫仁褂谩爸悄芸刂啤币辉~。1）萌芽期（1960－1970）智能控制的發(fā)展智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)1965年，加利福尼亞大學(xué)的扎德(L.A.Zadeh)教授提出了模糊集合理論，為解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問(wèn)題提供了強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)工具；這標(biāo)志著智能控制的思想已經(jīng)萌芽。1967年，利昂德斯（C.T.Leondes）和門(mén)德?tīng)柺紫仁褂谩爸悄芸刂啤币辉~。1）萌芽期（1960－1970）智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)智能控制的發(fā)展2）形成期（1970－1980）20世紀(jì)70年代可以看做是智能控制的形成期：1974年英國(guó)工程師曼德尼（E.H.Mamdani）將模糊集合和模糊語(yǔ)言用于鍋爐和蒸汽機(jī)的控制，取得良好的結(jié)果。1977年，薩里迪斯(Saridis)提出智能控制三元結(jié)構(gòu)定義。1985年，IEEE在紐約召開(kāi)了第一屆全球智能控制學(xué)術(shù)討論會(huì)，標(biāo)志著智能控制作為一個(gè)學(xué)科分支正式被學(xué)術(shù)界接受。1987年在費(fèi)城舉行的國(guó)際智能控制會(huì)議上，提出了智能控制是自動(dòng)控制，人工智能、運(yùn)疇學(xué)相結(jié)合的說(shuō)法。此后，每年舉行一次全球智能控制研討會(huì)，形成了智能控制的研究熱潮。智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)智能控制的發(fā)展3）發(fā)展期（1980－）智能控制的發(fā)展自動(dòng)控制的發(fā)展過(guò)程開(kāi)環(huán)控制反饋控制最優(yōu)控制隨機(jī)控制自適應(yīng)/魯棒控制自學(xué)習(xí)控制智能控制進(jìn)展方向控制復(fù)雜性智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論智能控制理論智能控制的發(fā)展智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)

隨著被控對(duì)象復(fù)雜程度的增加以及控制要求的提高，自動(dòng)控制也經(jīng)歷了由經(jīng)典控制理論里最簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)控制、反饋控制到現(xiàn)代控制理論的最優(yōu)控制、隨機(jī)控制以及自適應(yīng)魯棒控制，到目前發(fā)展為智能控制理論中的自學(xué)習(xí)控制和智能控制。

智能控制在控制理論中的位置智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)《智能控制》是目前控制理論的最高級(jí)形式，代表了控制理論的發(fā)展趨勢(shì)，能有效地處理復(fù)雜的控制問(wèn)題。

其相關(guān)技術(shù)可以推廣應(yīng)用于控制之外的領(lǐng)域：金融、管理、土木、醫(yī)療等等。智能控制的概念控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)控制的核心重要的是智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)智能控制的智能仍然是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制“知識(shí)”和“推理思考”模仿人的智能，包括利用人類現(xiàn)有的控制知識(shí)和推理方法，當(dāng)然也結(jié)合了機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)產(chǎn)生知識(shí)、結(jié)合計(jì)算推理來(lái)得出結(jié)論。人類智能和機(jī)器計(jì)算智能的結(jié)合

智能控制的目標(biāo)仍然是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，但其實(shí)現(xiàn)控制的核心是“知識(shí)”和“推理思考”。其中重要的是模仿人的智能，包括利用人類現(xiàn)有的控制知識(shí)和推理方法，當(dāng)然也結(jié)合了機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)產(chǎn)生知識(shí)、結(jié)合計(jì)算推理來(lái)得出結(jié)論。所以智能控制的智能是人類智能和機(jī)器計(jì)算智能的結(jié)合。智能控制的概念智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)

智能控制屬于典型的交叉學(xué)科，涉及人工智能、自動(dòng)控制、運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)論、信息論等，在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)上則必須依托計(jì)算機(jī)技術(shù)。

智能控制的三元結(jié)構(gòu)人工智能(AI)運(yùn)籌學(xué)(OR)智能控制自動(dòng)控制(AC)智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)智能控制的特點(diǎn)智能控制的特點(diǎn)智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)賴祖亮@小木蟲(chóng)2自適應(yīng)能力、魯棒性好31

非線性、時(shí)變和復(fù)雜不確定控制對(duì)象節(jié)能好，并行操作，開(kāi)發(fā)成本低1）被控過(guò)程節(jié)能好，具有并行操作特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)成本低；2）控制效果具有自適應(yīng)能力、魯棒性好：智能控制不依賴于對(duì)象模型，可以自適應(yīng)調(diào)整控制策略。同時(shí)，由于智能的非定量粗略描述性，智能控制系統(tǒng)更能容忍噪聲干擾；3）特別適合非線性、時(shí)變和復(fù)雜不確定的控制對(duì)象。這些對(duì)象正好是傳統(tǒng)控制方法難以取得好控制效果的被控對(duì)象。智能控制的特點(diǎn)智能控制的發(fā)展、概念及特點(diǎn)智能

控制智能醫(yī)療

工業(yè)

智能交通

航天航空

軍事領(lǐng)域

智能家電

智能家居

智能電網(wǎng)錄音：智能控制代表著當(dāng)今科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的最新方向之一。目前，智能控制技術(shù)已經(jīng)日漸完善，并得到廣泛應(yīng)用，例如智能家電、智能家居、智能電網(wǎng)、智能交通，航空航天、軍事以及工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能家電已成新寵智能控制應(yīng)用領(lǐng)域錄音：智能家電已成新寵。在日本，幾乎所有家用電器制造廠商都使用模糊技術(shù)。智能家電已成新寵錄音：松下和日立公司已生產(chǎn)了智能洗衣機(jī)，擁有更加人性化的設(shè)計(jì)，可以自動(dòng)調(diào)整洗衣服得各項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)衣服來(lái)調(diào)整洗滌所需水位及洗滌時(shí)間。根據(jù)不同衣物的面料調(diào)整洗衣過(guò)程，更好保護(hù)衣物。目前，很多大型家電集團(tuán)已開(kāi)發(fā)了國(guó)產(chǎn)模糊控制洗衣機(jī)，如：“小天鵝”，“海爾”等名牌智能洗衣機(jī)。智能洗衣機(jī)品味從容生活，以人性為理念，點(diǎn)滴智能皆隨心所愿.智能控制應(yīng)用領(lǐng)域機(jī)器“IQ”的提高智能控制應(yīng)用領(lǐng)域錄音：三菱和夏普公司生產(chǎn)的空調(diào)因使用了模糊控制技術(shù)而可節(jié)省能源20%以上。佳能和索尼公司生產(chǎn)的照相機(jī)使用模糊邏輯技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦功能。智能空調(diào)智能電視錄音：索尼和三洋生產(chǎn)的一些電視機(jī)使用模糊邏輯來(lái)自動(dòng)調(diào)整屏幕的顏色、對(duì)比度和亮度。另外，我國(guó)的智能家電產(chǎn)品也取得了一些進(jìn)展。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能家居讓家心有靈犀智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能家居讓家心有靈犀智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能家居控制系統(tǒng)智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能家居控制系統(tǒng)智能家居系統(tǒng)提供面向家庭設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，將通信設(shè)備、家用電器設(shè)備和安防裝置等連接成網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)視與控制，達(dá)到家庭事務(wù)管理的目的。智能家居系統(tǒng)向用戶提供家電統(tǒng)一管理、室內(nèi)無(wú)線遙控、家居安全保障等功能，為住戶提供一個(gè)溫馨舒適、安全節(jié)能、先進(jìn)易用的智能家居環(huán)境。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能電網(wǎng)---能源價(jià)值鏈的變革智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能電網(wǎng)---能源價(jià)值鏈的變革智能控制應(yīng)用領(lǐng)域錄音：“智能電網(wǎng)”將傳統(tǒng)的煤炭發(fā)電電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑?、交互式電網(wǎng)，這對(duì)能源價(jià)值鏈的革命性變化就如同因特網(wǎng)在上世紀(jì)90年代末對(duì)IT行業(yè)的變革一樣。智能電網(wǎng)---能源價(jià)值鏈的變革因特網(wǎng)

IT行業(yè)能源價(jià)值鏈智能電網(wǎng)智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能電網(wǎng)的應(yīng)用智能控制應(yīng)用領(lǐng)域汽車(chē)與智能交通汽車(chē)中也使用了大量的智能控制技術(shù)來(lái)完成控制功能。如Nissan豪華汽車(chē)中使用了模糊控制的反咬死剎車(chē)系統(tǒng)，基于模糊邏輯的無(wú)級(jí)變速器。其他汽車(chē)生產(chǎn)廠家也已開(kāi)發(fā)了模糊發(fā)動(dòng)機(jī)控制和自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)等。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域

日本仙臺(tái)的地鐵使用模糊控制技術(shù)，使地鐵機(jī)車(chē)啟動(dòng)和停車(chē)非常平穩(wěn)，乘客不必抓住扶手也能保持平衡。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域汽車(chē)與智能交通智能交通系統(tǒng)是靈活運(yùn)用信息通信及智能控制技術(shù)，使人、車(chē)、路融為一體，提高交通設(shè)施的利用率，削減交通出行，從而達(dá)到建立安全、高效、快速、舒適，并有利于環(huán)境的交通運(yùn)輸系統(tǒng)。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域汽車(chē)與智能交通

近年來(lái)，智能控制技術(shù)的迅速發(fā)展促進(jìn)了其在航天航空及軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，像神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制等智能技術(shù)特別適合于航空發(fā)動(dòng)機(jī)這樣復(fù)雜的強(qiáng)非線性的多變量系統(tǒng)，在航天航空領(lǐng)域中的應(yīng)用具有十分廣闊的前景。航空發(fā)動(dòng)機(jī)智能控制應(yīng)用領(lǐng)域航空航天及軍事領(lǐng)域

航空航天及軍事領(lǐng)域航空發(fā)動(dòng)機(jī)智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能控制應(yīng)用領(lǐng)域航空航天及軍事領(lǐng)域模糊邏輯現(xiàn)已應(yīng)用于各種導(dǎo)航系統(tǒng)，如美國(guó)航空和宇航局正在開(kāi)發(fā)一種用于將引導(dǎo)航天飛機(jī)和空間站相連的自動(dòng)系統(tǒng)。工業(yè)

最早的實(shí)用工業(yè)過(guò)程模糊控制是丹麥F.L.Smith公司研制的水泥窯模糊邏輯計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它已作為商品投放市場(chǎng)，是模糊控制在工業(yè)過(guò)程中成功應(yīng)用的范例之一。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)現(xiàn)在模糊邏輯已廣泛應(yīng)用于各種從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的工業(yè)診斷和控制系統(tǒng)中。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)高爐煉鐵智能控制應(yīng)用領(lǐng)域智能控制作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，尤其在鋼鐵冶金行業(yè)中也得到了較多的應(yīng)用。高爐生產(chǎn)工藝流程智能控制應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)原料供應(yīng)系統(tǒng)工業(yè)智能控制應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)療診斷賴祖亮@小木蟲(chóng)賴祖亮@小木蟲(chóng)1中醫(yī)診治系統(tǒng)2新生兒血糖代謝系統(tǒng)3肌電信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)智能控制應(yīng)用領(lǐng)域

在醫(yī)學(xué)診斷方面，根據(jù)智能專家控制技術(shù)得出的醫(yī)療診治系統(tǒng)，其診斷準(zhǔn)確率與傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)完全一致；基于DP網(wǎng)絡(luò)肌電信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)，準(zhǔn)確性也明顯優(yōu)于時(shí)域分析方案；基于逆?zhèn)鞑サ闹嗅t(yī)診治系統(tǒng)和基于RBF網(wǎng)絡(luò)的新生兒血糖代謝系統(tǒng)等，在疾病的診治過(guò)程中均取得了良好的結(jié)果。智能控制應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)學(xué)五公斤級(jí)系列公共安全機(jī)器人系統(tǒng)智能控制應(yīng)用領(lǐng)域移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例智能輪椅無(wú)人駕駛自主車(chē)輛智能控制應(yīng)用領(lǐng)域移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例日本火星探測(cè)機(jī)器人智能控制應(yīng)用領(lǐng)域美國(guó)火星探測(cè)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例德國(guó)的排爆機(jī)器人智能控制應(yīng)用領(lǐng)域危險(xiǎn)場(chǎng)合下的排爆機(jī)器人移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例危險(xiǎn)環(huán)境下的清理機(jī)器人智能控制應(yīng)用領(lǐng)域我國(guó)研制的排爆機(jī)器人移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例“先行者”類人型機(jī)器人智能控制應(yīng)用領(lǐng)域家庭網(wǎng)絡(luò)保健系統(tǒng)a)組成：建立開(kāi)放式架構(gòu)的家庭保健醫(yī)生智能機(jī)器人平臺(tái)；b)性能：對(duì)人體的健康狀況進(jìn)行監(jiān)督，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)化的健康保健數(shù)據(jù)中心，記錄人每天的健康數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察和處理，可以將醫(yī)生的建議和忠告反饋給用戶，并對(duì)健康進(jìn)行預(yù)警。C）主要參數(shù)：測(cè)量人體溫度、血壓、脈搏、心電圖；結(jié)合人體重量等參數(shù)分析人體的水平衡狀態(tài)；智能控制應(yīng)用領(lǐng)域家庭衛(wèi)士網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人a)組成：2輪差動(dòng)的類人形移動(dòng)平臺(tái)、1DOF頭部、自主導(dǎo)航系統(tǒng)；b)性能：負(fù)責(zé)家庭環(huán)境的安全檢測(cè)，如煤氣、空氣質(zhì)量、無(wú)人環(huán)境下的守衛(wèi)。并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與主人通報(bào)。同時(shí)能控制家中的部分電器，兒童在家的守護(hù)。C）主要參數(shù)：重量<20公斤；速度〉30厘米/秒；電池使用時(shí)間〉2小時(shí)；測(cè)量環(huán)境的溫度、濕度、煤氣的含量，準(zhǔn)確率95%以上；Internet控制智能控制應(yīng)用領(lǐng)域END

第五章模式識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介荊曉遠(yuǎn)

教授南京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院與模式識(shí)別相關(guān)的學(xué)科統(tǒng)計(jì)學(xué)概率論線性代數(shù)（矩陣計(jì)算）形式語(yǔ)言機(jī)器學(xué)習(xí)人工智能圖像處理計(jì)算機(jī)視覺(jué)

機(jī)構(gòu)、會(huì)議、刊物1973年IEEE發(fā)起了第一次關(guān)于模式識(shí)別的國(guó)際會(huì)議“ICPR”（此后兩年一次），成立了國(guó)際模式識(shí)別協(xié)會(huì)-“IAPR”1977年IEEE成立PAMI委員會(huì)，創(chuàng)立IEEETrans.onPAMI，并支持ICCV,CVPR兩個(gè)會(huì)議其他刊物PatternRecognition(PR)PatternRecognitionLetters(PRL)InternationalJournalofPatternRecognitionandArtificialIntelligence(IJPRAI)3.1模式識(shí)別概論什么是模式（Pattern）？

什么是模式？廣義地說(shuō)，存在于時(shí)間和空間中可觀察的物體，如果可以區(qū)別它們是否相同或是否相似，都可以稱之為模式。模式通常指的不是事物本身，而是從事物獲得的信息，因此，模式往往表現(xiàn)為具有時(shí)間和空間分布的信息。模式的直觀特性:可觀察性可區(qū)分性相似性

模式識(shí)別的概念模式識(shí)別–

直觀，無(wú)所不在，“物以類聚，人以群分”周?chē)矬w的認(rèn)知：桌子、椅子人的識(shí)別：張三、李四聲音的辨別：汽車(chē)、火車(chē)，狗叫、人的語(yǔ)言氣味的分辨：炸帶魚(yú)、紅燒肉、香水等等人和動(dòng)物的模式識(shí)別能力是極其平常的，但對(duì)計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)卻是非常困難的。

模式識(shí)別的研究目的：利用計(jì)算機(jī)對(duì)物理對(duì)象進(jìn)行分類，在錯(cuò)誤概率最小的條件下，使識(shí)別的結(jié)果盡量與客觀物體相符合。Y=F(X)X的定義域取自特征集Y的值域?yàn)轭悇e的標(biāo)號(hào)集F是模式識(shí)別的判別方法

模式識(shí)別簡(jiǎn)史1929年G.Tauschek發(fā)明閱讀機(jī)，能夠閱讀0-9的數(shù)字。30年代Fisher提出統(tǒng)計(jì)分類理論，奠定了統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別的基礎(chǔ)。50年代NoamChemsky提出形式語(yǔ)言理論傅京蓀提出句法結(jié)構(gòu)模式識(shí)別（模式識(shí)別與人工智能）。

模式識(shí)別簡(jiǎn)史60年代L.A.Zadeh提出了模糊集理論，模糊模式識(shí)別方法得以發(fā)展和應(yīng)用。80年代以Hopfield網(wǎng)絡(luò)、BP網(wǎng)絡(luò)為代表的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型導(dǎo)致人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)復(fù)活，并在模式識(shí)別得到較廣泛的應(yīng)用。90年代小樣本學(xué)習(xí)理論，支持向量機(jī)也受到了很大的重視。

模式識(shí)別的應(yīng)用（舉例）生物學(xué)自動(dòng)細(xì)胞學(xué)、染色體特性研究、遺傳研究天文學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡圖像分析、自動(dòng)光譜學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)股票交易預(yù)測(cè)、企業(yè)行為分析醫(yī)學(xué)心電圖分析、腦電圖分析、醫(yī)學(xué)圖像分析模式識(shí)別的應(yīng)用（舉例）工程產(chǎn)品缺陷檢測(cè)、特征識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)、污染分析軍事航空攝像分析、雷達(dá)和聲納信號(hào)檢測(cè)和分類、自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別安全指紋識(shí)別、人臉識(shí)別、監(jiān)視和報(bào)警系統(tǒng)

模式識(shí)別方法模式識(shí)別系統(tǒng)的目標(biāo)：在特征空間和解釋空間之間找到一種映射關(guān)系，這種映射也稱之為假說(shuō)。特征空間：從模式得到的對(duì)分類有用的度量、屬性或基元構(gòu)成的空間。解釋空間：將c個(gè)類別表示為 其中為所屬類別的集合，稱為解釋空間。

模式識(shí)別系統(tǒng)的目標(biāo)：在特征空間和解釋空間之間找到一種映射關(guān)系，這種映射也稱之為假說(shuō)。特征空間：從模式得到的對(duì)分類有用的度量、屬性或基元構(gòu)成的空間。解釋空間：將c個(gè)類別表示為 其中為所屬類別的集合，稱為解釋空間。

模式識(shí)別方法模式識(shí)別系統(tǒng)的目標(biāo)：在特征空間和解釋空間之間找到一種映射關(guān)系，這種映射也稱之為假說(shuō)。特征空間：從模式得到的對(duì)分類有用的度量、屬性或基元構(gòu)成的空間。解釋空間：將c個(gè)類別表示為 其中為所屬類別的集合，稱為解釋空間。

假說(shuō)的兩種獲得方法監(jiān)督學(xué)習(xí)、概念驅(qū)動(dòng)或歸納假說(shuō)：在特征空間中找到一個(gè)與解釋空間的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的假說(shuō)。在給定模式下假定一個(gè)解決方案，任何在訓(xùn)練集中接近目標(biāo)的假說(shuō)也都必須在“未知”的樣本上得到近似的結(jié)果。依靠已知所屬類別的的訓(xùn)練樣本集，按它們特征向量的分布來(lái)確定假說(shuō)（通常為一個(gè)判別函數(shù)），只有在判別函數(shù)確定之后才能用它對(duì)未知的模式進(jìn)行分類；對(duì)分類的模式要有足夠的先驗(yàn)知識(shí)，通常需要采集足夠數(shù)量的具有典型性的樣本進(jìn)行訓(xùn)練。

假說(shuō)的兩種獲得方法（續(xù)）非監(jiān)督學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)或演繹假說(shuō)：在解釋空間中找到一個(gè)與特征空間的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的假說(shuō)。這種方法試圖找到一種只以特征空間中的相似關(guān)系為基礎(chǔ)的有效假說(shuō)。在沒(méi)有先驗(yàn)知識(shí)的情況下，通常采用聚類分析方法，基于“物以類聚”的觀點(diǎn)，用數(shù)學(xué)方法分析各特征向量之間的距離及分散情況；如果特征向量集聚集若干個(gè)群，可按群間距離遠(yuǎn)近把它們劃分成類；這種按各類之間的親疏程度的劃分，若事先能知道應(yīng)劃分成幾類，則可獲得更好的分類結(jié)果。

模式分類的主要方法數(shù)據(jù)聚類統(tǒng)計(jì)分類結(jié)構(gòu)模式識(shí)別神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)聚類目標(biāo)：用某種相似性度量的方法將原始數(shù)據(jù)組織成有意義的和有用的各種數(shù)據(jù)集。是一種非監(jiān)督學(xué)習(xí)的方法，解決方案是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的。統(tǒng)計(jì)分類基于概率統(tǒng)計(jì)模型得到各類別的特征向量的分布，以取得分類的方法。特征向量分布的獲得是基于一個(gè)類別已知的訓(xùn)練樣本集。是一種監(jiān)督分類的方法，分類器是概念驅(qū)動(dòng)的。結(jié)構(gòu)模式識(shí)別該方法通過(guò)考慮識(shí)別對(duì)象的各部分之間的聯(lián)系來(lái)達(dá)到識(shí)別分類的目的。識(shí)別采用結(jié)構(gòu)匹配的形式，通過(guò)計(jì)算一個(gè)匹配程度值（matchingscore）來(lái)評(píng)估一個(gè)未知的對(duì)象或未知對(duì)象某些部分與某種典型模式的關(guān)系如何。結(jié)構(gòu)模式識(shí)別當(dāng)成功地制定出了一組可以描述對(duì)象部分之間關(guān)系的規(guī)則后，可以應(yīng)用一種特殊的結(jié)構(gòu)模式識(shí)別方法–

句法模式識(shí)別，來(lái)檢查一個(gè)模式基元的序列是否遵守某種規(guī)則，即句法規(guī)則或語(yǔ)法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是受人腦組織的生理學(xué)啟發(fā)而創(chuàng)立的。由一系列互相聯(lián)系的、相同的單元（神經(jīng)元）組成。相互間的聯(lián)系可以在不同的神經(jīng)元之間傳遞增強(qiáng)或抑制信號(hào)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)或抑制是通過(guò)調(diào)整神經(jīng)元相互間聯(lián)系的權(quán)重系數(shù)來(lái)（weight）實(shí)現(xiàn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)督和非監(jiān)督學(xué)習(xí)條件下的分類。

模式識(shí)別系統(tǒng)模式識(shí)別系統(tǒng)的基本構(gòu)成數(shù)據(jù)獲取特征提取和選擇預(yù)處理分類決策分類器設(shè)計(jì)模式識(shí)別系統(tǒng)組成單元數(shù)據(jù)獲取：用計(jì)算機(jī)可以運(yùn)算的符號(hào)來(lái)表示所研究的對(duì)象二維圖像：文字、指紋、地圖、照片等一維波形：腦電圖、心電圖、季節(jié)震動(dòng)波形等物理參量和邏輯值：體溫、化驗(yàn)數(shù)據(jù)、參量正常與否的描述模式識(shí)別系統(tǒng)組成單元預(yù)處理單元：去噪聲，提取并增強(qiáng)有用信息，并對(duì)輸入測(cè)量?jī)x器或其它因素所造成的退化現(xiàn)象進(jìn)行復(fù)原模式識(shí)別系統(tǒng)組成單元特征提取和選擇：對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，得到最能反映分類本質(zhì)的特征測(cè)量空間：原始數(shù)據(jù)組成的空間特征空間：分類識(shí)別賴以進(jìn)行的空間模式表示：維數(shù)較高的測(cè)量空間->維數(shù)較低的特征空間模式識(shí)別系統(tǒng)組成單元分類決策：在特征空間中用模式識(shí)別方法把被識(shí)別對(duì)象歸為某一類別基本做法：在樣本訓(xùn)練集基礎(chǔ)上確定某個(gè)判決規(guī)則，使得按這種規(guī)則對(duì)被識(shí)別對(duì)象進(jìn)行分類所造成的錯(cuò)誤識(shí)別率最小或引起的損失最小3.2人臉識(shí)別技術(shù)概述231引子人世間找不兩張完全一樣的臉！人臉是人類賴以區(qū)分不同人的基本途徑誰(shuí)決定了你的長(zhǎng)相？基因+成長(zhǎng)環(huán)境雙胞胎夫妻相世間一切盡在臉上！232提綱相關(guān)背景人臉識(shí)別的基本原理人臉檢測(cè)典型方法人臉識(shí)別的典型方法開(kāi)放問(wèn)題及討論233無(wú)處不在的身份驗(yàn)證如何證明你的身份？設(shè)想你被警察攔下...傳統(tǒng)方法Whatyouhave身份證，暫住證，結(jié)婚證，工作證，銀行卡，鑰匙...WhatyouknowPassword，information(去清華)...Whatyouare/howyoudo一種新的技術(shù)手段——Biometrics234傳統(tǒng)方法有什么問(wèn)題？卡、鑰匙丟失青年公寓的鑰匙牌...密碼危機(jī)密碼遺忘紐約每天1000人以上忘記密碼密碼被猜中生日、電話號(hào)碼、車(chē)號(hào)、宿舍...Heavywebusershavean

averageof21passwords;81%ofusersselectacommonpassword

and30%writetheirpasswordsdownorstoretheminafile.(2002NTAMonitorPasswordSurvey)損失2002年，僅美國(guó)330萬(wàn)人次的身份盜用；670萬(wàn)信用卡詐騙案235一種新的技術(shù)手段生物特征識(shí)別技術(shù)Biometrics什么是Biometrics?Bio——生物Metrics——測(cè)量事實(shí)含義通過(guò)人體自身的生理特征(whatyouare)或行為特征(howyoudo)進(jìn)行身份驗(yàn)證的技術(shù)236Biometrics生理特征(whatyouare)Finger,face,palm,hand,foot,iris,vein...行為特征(howyoudo)步態(tài)，聲音，敲擊鍵盤(pán)，簽名...人人擁有，人各不同！237生物特征識(shí)別技術(shù)Biometrics)238Biometrics孰優(yōu)孰劣？Universality(alluserspossessthisbiometric)Uniqueness(variesacrossusers)Permanence(doesnotchangeovertime)Collectability(canbemeasuredquantitatively)Performance(Lowerrorratesandprocessingtime)Acceptability(isitacceptabletotheusers?)Circumvention(canitbeeasilyspoofed?)239Biometrics比較BiometricsUniversalityUniquenessPermanenceCollectabilityPerformanceAcceptabilityCircumventionFaceHLMHLHLFingerprintMHHMHMLHandGeometryMMMHMMMIrisHHHMHLHRetinalScanHHMLHLHSignatureLLLHLHLVoiceMLLMLHLFacialThermogramHHLHMHH240為什么要做人臉識(shí)別？多學(xué)科領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性難題模式識(shí)別：最典型、最困難的模式識(shí)別問(wèn)題人工智能：人類智能的基本體現(xiàn)計(jì)算機(jī)視覺(jué)：實(shí)現(xiàn)人眼的功能下一代人機(jī)交互讓計(jì)算機(jī)不再“熟視無(wú)睹”讓計(jì)算機(jī)具有人類的情感廣泛的應(yīng)用前景…

人臉識(shí)別相比其他生物特征識(shí)別的優(yōu)勢(shì)…

241應(yīng)用模式典型具體應(yīng)用特點(diǎn)說(shuō)明應(yīng)用領(lǐng)域身份識(shí)別出入境管理過(guò)濾敏感人物（間諜、恐怖分子等）國(guó)家安全公共安全嫌疑人照片比對(duì)公安系統(tǒng)用于確定犯罪嫌疑人身份敏感人物智能監(jiān)控監(jiān)控敏感人物（間諜、恐怖分子等）網(wǎng)上追逃在PDA等移動(dòng)終端上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)會(huì)議代表身份識(shí)別防止非法人員進(jìn)入會(huì)場(chǎng)帶來(lái)危險(xiǎn)因素關(guān)鍵場(chǎng)所視頻監(jiān)控如銀行大廳，預(yù)警可能的不安全因素家政服務(wù)機(jī)器人能夠識(shí)別家庭成員的智能機(jī)器人人機(jī)交互自動(dòng)系統(tǒng)登陸自動(dòng)識(shí)別用戶身份，提供個(gè)性化界面智能Agent自動(dòng)識(shí)別用戶身份，提供個(gè)性化界面真實(shí)感虛擬游戲提供真實(shí)感的人物面像，增加交互性身份驗(yàn)證護(hù)照、身份證、駕照等各類證件查驗(yàn)海關(guān)、港口、機(jī)要部門(mén)等查驗(yàn)持證人的身份是否合法公共安全準(zhǔn)考證查驗(yàn)防止替考問(wèn)題教育機(jī)要部門(mén)物理門(mén)禁避免鑰匙和密碼被竊取造成失竊公共安全機(jī)要信息系統(tǒng)門(mén)禁避免單純的密碼被竊取造成信息被竊信息安全面像考勤系統(tǒng)方便，快捷，杜絕代考勤問(wèn)題企業(yè)應(yīng)用金融用戶身份驗(yàn)證避免單純的密碼被竊取造成財(cái)產(chǎn)損失金融安全電子商務(wù)身份驗(yàn)證安全可靠的身份驗(yàn)證手段金融安全智能卡安全可靠的授權(quán)信息安全會(huì)議代表身份驗(yàn)證防止非法人員進(jìn)入會(huì)場(chǎng)帶來(lái)危險(xiǎn)因素公共安全屏幕保護(hù)程序方便快捷的允許合法用戶打開(kāi)屏保人機(jī)交互242人臉識(shí)別相關(guān)研究?jī)?nèi)容生物特征