自动化科学与技术的产生和发展.doc

自动化科学与技术的产生和发展专业：自动化班级：姓名： 时间： 自动化科学与技术是人类在认识世界和发明创新的过程中发展起来的一门重要的科学技术。依靠它，人类可以从笨重、重复性的劳动中解放出来，从事更富创造性的工作。自动化技术是当代发展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一，是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术。自动化科学与技术的核心是信息、控制与系统，其中控制是核心的核心。自动化是人类文明进步和现代化的标志，因为在人类发展的过程中，生产力的水平从原始到现代，自动化不仅可以部分或者全部代替人的体力和脑力劳动，而且可以完成人类无法完成的任务，自动化的实现极大地提高了生产效率和产品的质量，降低了原材料和能源消耗，创造了前所未有的社会经济效益和财富，从而导致了国家生产力的增长，生态环境的改善和人类生活的普遍提高，没有自动化的实现这些都不可能达到。什么是自动化？可以有各种不同的理解，说实话，我们自动化中文和英文字面上的理解不完全一致。英文里面有一定特定的含义，英文指机械系统指的比较多，我们现在普遍可以这么理解，由各类电子装备、执行机构和数控对象组成的系统，按照一定的规律自动的完成过去依靠人类体力和脑力劳动完成的制造、管理制造、姿态的控制、武器的描述等等各项的预定目标，以此提高工作效果和质量，减轻人的劳动。中文含义里，我们经常提到自动控制，有时候提到自动化，包括我们系的名称，比如自动化系，我们国家的院系设置里面，有的学校叫自动化系，有的学校叫自动控制系，实际上自动化系和自动控制系在有些场合是通用的。从完全的字面上理解，我们说自动化一般是说机器或者是装置，在无人搬运的情况下，按照规定的情况根据指令进行操作或者运行，这是自动化，一般讲的自动控制的能力。自动化指自动系统的分析设计和运行的技术，所以我们说，自动化通常指的是人造系统的问题，自动控制除了研究人造系统，还要研究社会经济、生物环境等等，非人造系统的控制问题。简单点的温度控制系统或者复杂点的防空导弹控制系统的原理是类似的，都是自动化控制系统。从历史角度来讲，早在数千年前国内外已经有了自动化控制的萌芽。公元前1400年至公元前1100年，中国、埃及、巴比伦已经出现自动计时漏壶，最初只有两个壶，由上壶滴水到下面的受水壶，液面使浮箭升起以示刻度（即时间），保持上壶的水位恒定，是自动调节的问题，是后来用互相衔接的多级（35级）水壶来解决的。公元前300年，秦李冰主持修筑的都江堰体现了自动化控制的理论和实践，构成一套科学、完整的排灌系统，达到了“分洪以减灾，引水以灌田”的治水目的。另外还有公元100年希腊亚历山大城的希罗发明开闭庙门和分发圣水等自动装置，132年东汉张衡发明的水运浑象仪和自动测量地震的候风地动仪，235年中国马钧研制出的用齿轮转动的自动指示方向的指南车，以及1788年英国瓦特用离心式调速器控制蒸汽机的速度等都体现了自动化控制方面的理论。经典控制前期自动化控制理论的发展体现在以下方面。1913年美国福特汽车公司建成最早的汽车装配流水线，1928年美国MIT的Vannevar Bush研制出第一台大型模拟计算机，1930年Foxboro Company的C.E.Mason研制出气压反馈控制器等。可以说，工业革命时自动化技术逐渐形成，而以上发明体现了自动化技术的初步发展。经典控制理论的形成不一定是建立在平面的基础上，可以认为是建立在频率分析的基础上。把函数进行变化，找到频率的传递函数，提高稳定性和其他的指标，这个是经典控制理论。最最带有标志性的成功，这里边传递函数是根据频率响应你的分析，频率响应就是系统不同频率的信号和输入，它的幅度产生什么变化，它的效率产生什么变化，这个在学自动控制理论都会学到，在什么情况下，系统有可能不稳定，在什么情况下是稳定和不稳定的，对于人来讲，你把热水的阀门忽然开到最大或者最小，这样的控制办法可能不是稳定的，什么情况下是稳定的？我们需要稳定性的判据，这里边提到的关于船舶自动操作的稳定性，有一个著名的论文，关于火炮控制系统典型的司徒机构，根据信号的变化而变化，还有就是中轨迹法，轨迹怎么变化做出了很重要的贡献。其中的发展轨迹有：美国贝尔实验室的H.Bode以及Nyquist在1940年提出频率响应法，1942年美国Taylor仪器公司的J.G.Ziejler和N.B.Nichols提出的PID参数的最佳调整法，1948年美国W.Evans提出根轨迹法，以单输入线性系统为对象的经典控制研究工作完成等等。二次世界大战中火炮、雷达、飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。现代的与控制理论形成了多个重要的分支，比如说自动的监测、遥控、遥感，识别和人工智能、系统工程、随机系统与控制等等，自动控制、混和系统等等理论上的分支。标志性的事件有：1957年国际自动控制联合会成立，1952年美国MIT的Servomechanism Laboratory研制出第一台数控机床，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，1954年美国George Devol研制出第一台工业机器人样机，两年后，被称为机器人之父的Joseph Engelberger创立了第一家机器人公司Unimation，1960年美籍匈牙利人R. E. Kalman发表“On the General Theory of Control Systems”等论文，引入状态空间法分析系统，提出能控性，能观测性，最佳调节器和Kalman 滤波等概念，奠定了现代控制理论的基础，1957年世界第一颗人造地球卫星“伴侣号”(Sputnik)由苏联发射成功，1966年苏联发射“月球”9号探测器，首次在月面软着陆成功，1969年美国“阿波罗”11号把宇航员阿姆斯特朗(N. A.Armstrong)，科林斯(M.Collins)和奥尔德林(E. E. Aldrin)送上月球，1981年美国“哥伦比亚”号航天飞机首次发射成功，1986年中国批准863高技术计划，包括自动化领域的计算机集成制造系统和智能机器人两个主题等等。自动化科学与技术经历了前期控制、经典控制前期、经典控制以及现代控制四个历程的发展，从简单的温控设置到复杂的导弹、航天器，从生产条件和劳