四川大学自动化专业新生研讨课论文.doc

新生研讨课论文 自动化技术与智能控制系统新生研讨课论文题 目: 自动化技术与智能控制系统学 院： 电气信息学院专 业： 自动化学生姓名： 学 号： 年 级： 2014指导教师： 自动化技术与智能控制系统专业名称：自动化学生 ： 指导老师： 【摘要】论文共分为四个部分：1、回顾自动化技术的发展历程，并概述国内外自动化技术的发展现状。2、介绍智能控制系统的概念、特点及其在各领域的应用。3、阐述作者对自动化专业的认识。4、总结自动化技术在人类社会发展过程中的重要性。【关键字】 自动化技术；发展历程；发展现状；智能控制系统 目 录1 自动化导论 11.1 自动化技术发展历程 11.2 自动化技术国内外发展现状 22 智能控制系统 32.1 智能控制系统的基本概念 32.2 智能控制系统的特点 32.3 智能控制系统的技术方法 32.4 智能控制系统的应用领域 43 对自动化专业的认识 54 总结 6 1 自动化导论1.1自动化技术发展历程自动化技术的发展历史，大致可以划分为自动化技术形成、局部自动化和综合自动化三个时期。1788年，J.瓦特为了解决工业生产中提出的蒸汽机的速度控制问题，把离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速调节系统，使蒸汽机变为既安全又实用的动力装置。瓦特的这项发明开创了自动调节装置的研究和应用。20世纪40年代是自动化技术和理论形成的关键时期。机械、电气和电子技术的发展为生产自动化提供了技术手段。1946年，美国福特公司的机械工程师D.S.哈德首先提出用自动化一词来描述生产过程的自动操作。1947年建立第一个生产自动化研究部门。1952年J.迪博尔德第一本以自动化命名的自动化一书出版,他认为“自动化是分析、组织和控制生产过程的手段”。50年代以后，自动控制作为提高生产率的一种重要手段开始推广应用。它在机械制造中的应用形成了机械制造自动化；在石油、化工、冶金等连续生产过程中应用，对大规模的生产设备进行控制和管理，形成了过程自动化。电子计算机的推广和应用，使自动控制与信息处理相结合，出现了业务管理自动化。 50年代末到60年代初，大量的工程实践，尤其是航天技术的发展，涉及大量的多输入多输出系统的最优控制问题，用经典的控制理论已难于解决，于是产生了以极大值原理、动态规划和状态空间法等为核心的现代控制理论。60年代中期以后，现代控制理论在自动化中的应用，特别是在航空航天领域的应用。产生一些新的控制方法和结构,如自适应和随机控制、系统辨识、微分对策、分布参数系统等。与此同时，模式识别和人工智能也发展起来，出现了智能机器人和专家系统。现代控制理论和电子计算机在工业生产中的应用，使生产过程控制和管理向综合最优化发展。 70年代中期，自动化的应用开始面向大规模、复杂的系统，如大型电力系统、交通运输系统、钢铁联合企业、国民经济系统等，它不仅要求对现有系统进行最优控制和管理，而且还要对未来系统进行最优筹划和设计，运用现代控制理论方法已不能取得应有的成效，于是出现了大系统理论与方法。80年代初，随着计算机网络的迅速发展，管理自动化取得较大进步，出现了管理信息系统、办公自动化、决策支持系统。与此同时，人类开始综合利用传感技术、通信技术、计算机、系统控制和人工智能等新技术和新方法来解决所面临的工厂自动化、办公自动化、医疗自动化、农业自动化以及各种复杂的社会经济问题。研制出柔性制造系统、决策支持系统、智能机器人和专家系统等高级自动化系统。【1】1.2 自动化技术国内外发展现状我国自动化技术的应用范围在不断地扩展与延伸。如：“智能交通系统”问题2007年，在中国召开了多次国际智能交通系统研讨会，如中国城市化与交通发展国际年会（8月在北京）、第十四届智能交通世界大会（10月在北京）、2007第三届中国城市智能交通论坛（11月在深圳）等等。这表明，智能交通系统的问题已经引起政府、企业界和学术界的关注了。这将会是中国工业自动化技术的新的发展点与经济增长点。 “物流自动化”问题由中国系统工程学会物流系统工程专委会等单位主办的物流与供应链管理国际研讨会于2006年9月20-22日在中国长沙举行。这表明自动化技术已经进入物流行业中。 当然，自动化技术的扩展与延伸，不仅只是上述内容，其他如家庭自动化、家用电器自动化、环境保护自动化等也日益凸显。【2】 与此同时，自动化技术的国内外发展仍有较大差距。国外自动化技术的发展趋势是系统性、灵活性、集成和智能。自动化技术不断提高,可以集成与电子、计算机、信息技术和创新,不断创造和形成新的经济增长点,不断提供新的行业管理策略。如并行工程(CE)、敏捷制造(AM)等。数控技术被运用在在模块化、网络化、多媒体和智能化;CAD / CAM系统对整个产品生命周期意义重大;自动控制被开发运用到产品质量的在线监测和控制,动态监测设备的运行状态、诊断和事故处理,生产状态的监控和设备之间的协调控制和连锁保护,以及管理决策与控制等等。2 智能控制系统2.1智能控制系统的基本概念智能控制（intelligentcontrols）是在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。控制理论发展至今已有100多年的历史，经历了“经典控制理论”和“现代控制理论”的发展阶段，已进入“大系统理论”和“智能控制理论”阶段。智能控制理论的研究和应用是现代控制理论在深度和广度上的拓展。20世纪80年代以来，信息技术、计算技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透，也推动了控制科学与工程研究的不断深入，控制系统向智能控制系统的发展已成为一种趋势。2.2智能控制系统的特点1. 传统的自动控制是建立在确定的模型基础上的,而智能控制的研究对象则存在模型严重的不确定性,即模型未知或知之甚少者模型的结构和参数在很大的范围内变动,比如工业过程的病态结构问题、某些干扰的无法预测,致使无法建立其模型,这些问题对基于模型的传统自动控制来说很难解决.2. 传统的自动控制系统的输入或输出设备与人及外界环境的信息交换很不方便,希望制造出能接受印刷体、图形甚至手写体和口头命令等形式的信息输入装置,能够更加深入而灵活地和系统进行信息交流,同时还要扩大输出装置的能力,能够用文字、图纸、立体形象、语言等形式输出信息.近几年计算机及多媒体技术的迅速发展,为智能控制在这一方面的发展提供了物质上的准备,使智能控制变成了多方位“立体”的控制系统.2.3 智能控制系统的技术方法智能控制是以控制理论、计算机科学、人工智能、运筹学等学科为基础,扩展了相关的理论和技术,其中应用较多的有模糊逻辑、神经网络、专家系统、遗传算法等理论和自适应控制、自组织控制、自学习控制等技术。专家系统是利用专家知识对专门的或困难的问题进行描述. 用专家系统所构成的专家控制,无论是专家控制系统还是专家控制器,其相对工程费用较高,而且还涉及自动地获取知识困难、无自学能力、知识面太窄等问题. 尽管专家系统在解决复杂的高级推理中获得较为成功的应用,但是专家控制的实际应用相对还是比较少。模糊逻辑用模糊语言描述系统,既可以描述应用系统的定量模型也可以描述其定性模型. 模糊逻辑可适用于任意复杂的对象控制. 但在实际应用中模糊逻辑实现简单的应用控制比较容易. 简单控制是指单输入单输出系统(SISO) 或多输入单输出系统(MISO) 的控制. 因为随着输入输出变量的增加,模糊逻辑的推理将变得非常复杂。2.4智能控制系统的应用领域1.工业过程中的智能控制生产过程的智能控制主要包括两个方面：局部级和全局级。局部级的智能控制是指将智能引入工艺过程中的某一单元进行控制器设计，例如智能PID控制器、专家控制器、神经元网络控制器等。研究热点是智能PID控制器，因为其在参数的整定和在线自适应调整方面具有明显的优势，且可用于控制一些非线性的复杂对象。2.机械制造中的智能控制智能控制被广泛地应用于机械制造行业，它利用模糊数学、神经网络的方法对制造过程进行动态环境建模，利用传感器融合技术来进行信息的预处理和综合。可采用专家系统的“Then-If”逆向推理作为反馈机构，修改控制机构或者选择较好的控制模式和参数。3.电力电子学研究领域中的智能控制遗传算法是一种先进的优化算法，采用此方法来对电器设备的设计进行优化，可以降低成本,缩短计算时间，提高产品设计的效率和质量。应用于电气设备故障诊断的智能控制技术有：模糊逻辑、专家系统和神经网络。在电力电子学的众多应用领域中，智能控制在电流控制PWM技术中的应用是具有代表性的技术应用方向之一，也是研究的新热点之一。【3】3对自动化专业的认识自动化技术是当今发展迅猛，应用广泛，最具有潜力的高新技术之一。而作为培养相关人才的最重要渠道的自动化专业，备受瞩目的同时也面临着一些尴尬。自动化学科涉及内容广泛，应用领域宽广，于是在自动化学科的基础之上产生了“电气自动化”“机械自动化”等专业。这一方面体现了国家发展对自动化的需求与自动化的繁荣发展，另一方面却也导致了“自动化可以被上述专业所替代”“自动化专业的学生学得不够精深”等等看法。笔者认为，应用领域宽广并不意味着自动化专业的学生各方面都只是略懂皮毛，更不意味着自动化可以被替代。自动化专业强调对控制理论的学习，培养宽口径、综合型的人才。上述“机械自动化”等专业是在本专业的基础上吸收了自动化的理念，而自动化的精髓在于控制，在于如何改造、优化一个系统。同时，自动化专业的学生也应该有所为有所不为，找到侧重点，深入研究。习近平总书记在今年两院院士大会上提到了“机器人革命”，笔者相信这会是自动化专业与技术发展的极佳契机。4总结自动化是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。广义地讲，自动化还包括模拟或再现人的智能活动。自动化技术广泛用于工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务以及家庭等各方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展、放大人的功能和创造新的功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。由此可见，自动化在人类社会中的地位至关重要。因此专家学者说，自动化是一个国家或社会现代化水平的重要标志。随着自动化发展将是智能，智能控制理论解决的是复杂系统的控制问题。如今的社会是信息化与智能化的社会，可以说，现在的社会已经离不开自动化。我们可以从身边的事物发现，发现自动化技术广泛用于工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务以及家庭等各方面。此外，自动化还应用于高速列车，国际空间站，虚拟现实技术，巡航导弹和预警飞机等方面。通过这些例