對自動化及自動化控制的理解

對自動化及自動化控制的理解11020109殷志鵬上大學(xué)前我一直不知道自動化到底學(xué)的是什么，也不知道畢業(yè)后能夠到什么地發(fā)去工作。當(dāng)時對自動化的理解就是從長輩們口中聽說自動化好找工作。直到上了大學(xué)我才漸漸理解了什么是自動化。通過學(xué)習(xí)自動化概論這門課，我知道了自動化可以在任何領(lǐng)域涉足大到航天，高精端儀器，小到洗澡這件小事無不體現(xiàn)自動化的控制思想。我知道了自動化的核心是“控制”。它是許多專業(yè)的集合體，也是一個交叉學(xué)科。就是因為它的綜合性，所以它有自己的學(xué)科特點。自動化的知識多而雜，這就意味著在今后四年的學(xué)習(xí)中我們將要涉及很多領(lǐng)域的學(xué)習(xí)。如果都只是如“蜻蜓點水”似的淺顯的了解，就意味著我們什么都沒有學(xué)到。鑒于它的特點，我也明確了我的學(xué)習(xí)目標(biāo)。我要盡可能的拓寬自己的知識領(lǐng)域，并且也要有所專長。自動化的歷史和發(fā)展自動化技術(shù)的發(fā)展歷史﹐大致可以劃分為自動化技術(shù)形成﹑局部自動化和綜合自動化三個時期。

自動裝置的出現(xiàn)和應(yīng)用是在18世紀(jì)以前。古代人類在長期生產(chǎn)和生活中﹐為了減輕自己的勞動﹐逐漸產(chǎn)生利用自然界動力代替人力畜力﹐以及用自動裝置代替人的部分繁難的腦力活動的愿望﹐經(jīng)過漫長歲月的探索﹐他們互不相關(guān)地造出一些原始的自動裝置。古代中國的指南車以及17世紀(jì)歐洲出現(xiàn)的鐘表和風(fēng)磨控制裝置﹐雖然都是毫無聯(lián)系的發(fā)明﹐但對自動化技術(shù)的形成卻起到了先導(dǎo)作用。

自動化技術(shù)形成時期是在18世紀(jì)末～20世紀(jì)30年代。1788年英國機械師J.瓦特發(fā)明離心式調(diào)速器(又稱飛球調(diào)速器)﹐并把它與蒸汽機的閥門連接起來﹐構(gòu)成蒸汽機轉(zhuǎn)速的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。瓦特的這項發(fā)明開創(chuàng)了近代自動調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用的新紀(jì)元﹐對第一次工業(yè)革命及后來控制理論的發(fā)展有重要影響。人們開始采用自動調(diào)節(jié)裝置﹐來對付工業(yè)生產(chǎn)中提出的控制問題。這些調(diào)節(jié)器都是一些跟蹤給定值的裝置﹐使一些物理量保持在給定值附近。自動調(diào)節(jié)器應(yīng)用標(biāo)志著自動化技術(shù)進入新的歷史時期。進入20世紀(jì)以后﹐工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用各種自動調(diào)節(jié)裝置﹐促進了對調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行分析和綜合的研究工作。這一時期雖然在自動調(diào)節(jié)器中已廣泛應(yīng)用反饋控制的結(jié)構(gòu)﹐但從理論上研究反饋控制的原理則是從20世紀(jì)20年代開始的。1833年英國數(shù)學(xué)家C.巴貝奇在設(shè)計分析機時首先提出程序控制的原理。939世界上第一批系統(tǒng)與控制的專業(yè)研究機構(gòu)成立﹐為20世紀(jì)40年代形成經(jīng)典控制理論和發(fā)展局部自動化作了理論上和組織上的準(zhǔn)備。

20世紀(jì)40～50年代是局部自動化時期第二次世界大戰(zhàn)時期形成的經(jīng)典控制理論對戰(zhàn)后發(fā)展局部自動化起了重要的促進作用。在問題的過程中形成了經(jīng)典控制理論﹐設(shè)計出各種精密的自動調(diào)節(jié)裝置﹐開創(chuàng)了系統(tǒng)和控制這一新的科學(xué)領(lǐng)域。這一新的學(xué)科當(dāng)時在美國稱為伺服機構(gòu)理論﹐在蘇聯(lián)稱為自動調(diào)整理論﹐主要是解決單變量的控制問題。經(jīng)典控制理論這個名稱是1960年在第一屆全美聯(lián)合自動控制會議上提出來的。1945年后由于戰(zhàn)時出版禁令的解除﹐出現(xiàn)了系統(tǒng)闡述經(jīng)典控制理論的著作。1945年美國數(shù)學(xué)家維納﹐N.把反饋的概念推廣到一切控制系統(tǒng)。50年代以后﹐經(jīng)典控制理論有了許多新的發(fā)展。。經(jīng)典控制理論的方法基本上能滿足第二次世界大戰(zhàn)中軍事技術(shù)上的需要和戰(zhàn)后工業(yè)發(fā)展上的需要。但是到了50年代末就發(fā)現(xiàn)把經(jīng)典控制理論的方法推廣到多變量系統(tǒng)時會得出錯誤的結(jié)論。經(jīng)典控制理論的方法有其局限性。

20世紀(jì)40年代中發(fā)明的電子數(shù)字計算機開創(chuàng)了數(shù)字程序控制的新紀(jì)元﹐雖然當(dāng)時還局限于自動計算方面，但ENIAC和EDVAC的制造成功﹐開創(chuàng)了電子數(shù)字程序控制的新紀(jì)元。電子數(shù)字計算機的發(fā)明為60～70年代在控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用程序控制和邏輯控制以及廣泛應(yīng)用電子數(shù)字計算機直接控制生產(chǎn)過程奠定了基礎(chǔ)。

20世紀(jì)50年代末起至今是綜合自動化時期，這一時期空間技術(shù)迅速發(fā)展﹐迫切需要解決多變量系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題。于是誕生了現(xiàn)代控制理論?，F(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展為綜合自動化奠定了理論基礎(chǔ)。同時微電子技術(shù)有了新的突破。1958年出現(xiàn)晶體管計算機﹐1965年出現(xiàn)集成電路計算機﹐1971年出現(xiàn)單片微處理機。微處理機的出現(xiàn)對控制技術(shù)產(chǎn)生了重大影響﹐控制工程師可以很方便地利用微處理機來實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制﹐使綜合自動化成為現(xiàn)實。

“自動化(Automation)”是美國人D.S.Harder于1936年提出的他認(rèn)為在一個生產(chǎn)過程中，機器之間的零件轉(zhuǎn)移不用人去搬運就是“自動化”。

自動化的概念是一個動態(tài)發(fā)展過程。過去，人們對自動化的理解或者說自動化的功能目標(biāo)是以機械的動作代替人力操作，自動地完成特定的作業(yè)。這實質(zhì)上是自動化代替人的體力勞動的觀點。后來隨著電子和信息技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著計算機的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，自動化的概念已擴展為用機器(包括計算機)不僅代替人的體力勞動而且還代替或輔助腦力勞動，以自動地完成特定的作業(yè)。

今天看來自動化的上述概念也還不完善。把自動化的功能目標(biāo)看成是用機器代替人的體力勞動或腦力勞動是比較狹窄的理解。這種理解甚至在某種程度上阻礙了自動化技術(shù)的發(fā)展，例如，有人就認(rèn)為，中國人多，搞自動化沒有很大的必要。

今天，自動化已遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破了上述傳統(tǒng)的概念，具有更加寬廣和深刻的內(nèi)涵。

自動化的廣義內(nèi)涵至少包括以下幾點：在形式方面，制造自動化有三個方面的含義：代替人的體力勞動，代替或輔助人的腦力勞動，制造系統(tǒng)中人機及整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理、控制和優(yōu)化。在功能方面，自動化代替人的體力勞動或腦力勞動僅僅是自動化功能目標(biāo)體系的一部分。自動化的功能目標(biāo)是多方面的，已形成一個有機體系。在范圍方面，制造自動化不僅涉及到具體生產(chǎn)制造過程，而是涉及產(chǎn)品生命周期所有過程。

自動化的應(yīng)用 工業(yè)自動化如名,既控制工業(yè)生產(chǎn),加工等各個方面的自動控制,監(jiān)視與其相關(guān)過程數(shù)據(jù)采集等主要目標(biāo)是精確測量自動控制,實時監(jiān)測,減少勞動力,避免人為危險場合操作等等目前就大型自動化控制用的是DCS系統(tǒng),實現(xiàn)檢測,監(jiān)控,控制,數(shù)據(jù)報表輸出,報警等等各方面的功能本專業(yè)方向培養(yǎng)具有扎實的理論基礎(chǔ)，較強的計算機應(yīng)用能力，專業(yè)面寬廣，能在電子工程、信息處理、機電一體化、智能建筑、環(huán)境保護、生物醫(yī)學(xué)、企業(yè)管理等領(lǐng)域從事各種自動化控制系統(tǒng)和自動化裝置的分析、設(shè)計、開發(fā)和管理的高級工程技術(shù)人才。為更好的實現(xiàn)加強基礎(chǔ)，拓寬專業(yè)，突出工程應(yīng)用能力，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)管理等方面進行了一系列改革。加強計算機應(yīng)用技術(shù)的學(xué)習(xí)和使用并突出英語能力的培養(yǎng)。強化實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，提高工程實踐能力。自動化的前景展望十一五、面向十二五，我國電力系統(tǒng)市場的自動化發(fā)展一直是電網(wǎng)建設(shè)、改造及實踐應(yīng)用中的主體目標(biāo)，目前我國電網(wǎng)公司已啟動了近百項重點城市的基礎(chǔ)電網(wǎng)建設(shè)及全面改造工程，為夯實供電基礎(chǔ)、強化安全供電，加快電網(wǎng)城市化、自動化、可靠性、持續(xù)化的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。隨著大規(guī)模城市電網(wǎng)改造工作的全面啟動，我國城鄉(xiāng)的配電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也日漸完善，為配電系統(tǒng)的自動化應(yīng)用打下了堅實基礎(chǔ)。同時隨著各類升級網(wǎng)電力市場的完善建立，我國電力市場對自動化發(fā)展的相關(guān)需求日益豐富，甚至呈爆炸性增長趨勢。因此，為了充分滿足市場需求，提升電力企業(yè)綜合競爭力與適應(yīng)力我們必須繼續(xù)深入研究、充分了解我國電力系統(tǒng)自動化市場的未來發(fā)展趨勢特征，并制定切實有效的實踐方案才能最終令電力企業(yè)站穩(wěn)腳跟，為我國電力系統(tǒng)自動化市場的全面、持續(xù)發(fā)展注入新的力量。目前電力系統(tǒng)市場發(fā)展中的自動控制技術(shù)趨向于控制策略的日益優(yōu)化，呈現(xiàn)出適應(yīng)性強、協(xié)調(diào)控制完善、智能優(yōu)勢明顯、區(qū)域分布日益平衡的發(fā)展趨勢。在設(shè)計層面電力自動化系統(tǒng)更注重對多機模型的問題處理，且廣泛借助現(xiàn)代控制理論及工具實現(xiàn)綜合高效的控制。在實踐控制手段的運用中合理引入了大量的計算機、電子器件及遠(yuǎn)程通信應(yīng)用技術(shù)。而在研究人員的組合構(gòu)建中電力企業(yè)本著精益求精、綜合適用的原則強調(diào)基于多功能人才的聯(lián)合作戰(zhàn)模式。在整體電力系統(tǒng)中，其工作方式由原有的開環(huán)監(jiān)測合理向閉環(huán)控制不斷發(fā)展，且實現(xiàn)了由高電壓等級主體向低電壓豐富擴展的安全、合理性過度，例如從能量管理系統(tǒng)向配電管理系統(tǒng)合理轉(zhuǎn)變等。再者電力系統(tǒng)自動化實現(xiàn)了由單個元件到部分甚至全系統(tǒng)區(qū)域的廣泛發(fā)展，例如實現(xiàn)了全過程的監(jiān)測控制及綜合數(shù)據(jù)采集發(fā)展、區(qū)域電力系統(tǒng)的穩(wěn)定控制發(fā)展等。相應(yīng)的其單一功能也實現(xiàn)了向多元化、一體化綜合功能的發(fā)展，例如綜合變電站實現(xiàn)了自動化發(fā)展與提升。系統(tǒng)中富含的裝置性功能更是向著靈活、快速及數(shù)字化的方向發(fā)展；系統(tǒng)繼電保護技術(shù)實現(xiàn)了全面更新及優(yōu)勢發(fā)展等。依據(jù)以上創(chuàng)新發(fā)展趨勢電力系統(tǒng)自動化市場的發(fā)展目標(biāo)更加趨于優(yōu)化、協(xié)調(diào)與智能的發(fā)展，令潮流及勵磁控制成為市