自动化的概念和发展简史培训课件

2自动化的概念和发展简史1基本概念自动化，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。自动控制是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和技术。自动化主要研究的是人造系统的控制问题，控制则除了上述研究外，还研究社会、经济、生物、环境等非人造系统的控制问题。例如生物控制、经济控制、社会控制及人口控制等。2我国古代自动装置中国古代能工巧匠发明许多原始的自动装置，以满足生产、生活和作战的需要。其中比较著名有下述的几种：(1)指南车(2)铜壶滴漏(3)浮子式阀门

(4)饮酒速度的自动调节(5)计里鼓车(6)漏水转浑天仪(7)候风地动仪(8)水运仪象台3指南车指南车是中国古代用来指示方向的一种具有能自动离合的齿轮系装置的车辆。4指南车原理齿轮系车身木人方向车辆转弯5铜壶滴漏——中国古代的自动计时（测量时间）装置，又称刻漏或漏刻。

6饮酒速度自动调节器

7计里鼓车

8候风地动仪图候风地动仪图9自动化技术发展简史

自动装置的出现和应用（18世纪以前）

自动化技术形成时期（18世纪末至20世纪30年代）局部自动化时期(20世纪40-50年代)综合自动化时期（20世纪50年代末起至今)10自动动装装置置的的出出现现和和应应用用（（18世世纪纪以以前前））“自自动动控控制制””作作为为一一种种技技术术掌掌握握在在发发明明家家的的手手中中中国国和和巴巴比比伦伦出出现现了了自自动动计计时时装装置置——刻刻漏漏、、指指南南车车、、水水运运仪仪象象台台等等。。公公元元1世世纪纪古古埃埃及及和和希希腊腊的的发发明明家家也也创创造造了了教教堂堂庙庙门门自自动动开开启启、、铜铜祭祭司司自自动动洒洒圣圣水水、、投投币币式式圣圣水水箱箱等等自自动动装装置置。。中国国天天文文学学家家张张衡衡（（公公元元78-139））曾曾经经发发明明了了对对天天体体运运行行情情况况自自动动仿仿真真的的漏漏水水转转浑浑天天仪仪和和自自动动检检测测地地震震的的候候风风地地动动仪仪。。公公元元1088年年，，中中国国苏苏颂颂等等人人把把浑浑仪仪（（天天文文观观测测仪仪器器））、、浑浑象象（（天天文文表表现现仪仪器器））和和自自动动计计时时装装置置结结合合在在一一起起建建成成了了水水运运仪仪象象台台。。(1)古古代代自自动动装装置置11(2)近近代代自自动动装装置置法国国物物理理学学家家B.帕斯斯卡卡（（Pascal））在公公元元1642年年发发明明的的加加法法器器荷兰兰机机械械师师C.惠更更斯斯（（Huygens））于公公元元1657年年发发明明钟钟表表英国国机机械械师师E.李（（Lee））在公公元元1745年年发发明明带带有有风风向向控控制制的的风风磨磨俄国国机机械械师师И.ИИ.波尔尔祖祖诺诺夫夫于于公公元元1765年年发发明明为为蒸蒸汽汽锅锅炉炉水水位位保保持持恒恒定定用用的的浮浮子子式式阀阀门门水水位位调调节节器器。。12自动动化化技技术术形形成成时时期期（（18世世纪纪末末至至20世世纪纪30年年代代））公元元1788年年J.瓦特特将将离离心心式式调调速速器器与与蒸蒸汽汽机机的的阀阀门门连连接接起起来来，，构构成成蒸蒸汽汽机机转转速速的的闭闭环环自自动动调调速速系系统统（（图图2.16））13反馈馈和和自自动动调调节节系系统统的的稳稳定定性性稳定定性性是是自自动动控控制制中中极极重重要要的的概概念念反馈馈（（Feedback））是指指将将系系统统的的实实际际输输出出和和期期望望输输出出进进行行比比较较，，形形成成误误差差，，从从而而为为确确定定下下一一步步的的控控制制行行为为提提供供依依据据。。人们们发发现现蒸蒸汽汽机机转转速速会会忽忽高高忽忽低低，，即即系系统统会会发发生生振振荡荡（（不不稳稳定定））。。这这迫迫使使一一些些数数学学家家从从理理论论上上来来加加以以研研究究，，创创造造多多种种稳稳定定判判据据。。14经典典控控制制理理论论稳定定判判据据加加上上公公元元1922年年N.米诺诺尔尔斯斯基基《《关关于于船船舶舶自自动动操操舵舵的的稳稳定定性性》》和和1934年年美美国国H.L.黑曾曾（（Hazen））发表表的的《《关关于于伺伺服服机机构构理理论论》》的的论论文文标标志志着着经经典典控控制制理理论论的的诞诞生生。。进入入20世世纪纪以以后后，，工工业业生生产产中中广广泛泛应应用用各各种种自自动动调调节节装装置置，，促促进进了了对对调调节节系系统统的的分分析析和和综综合合的的研研究究。。15反馈馈控控制制系系统统框框图图给定定输输入入给定定环环节节控制制器器放大大环环节节执行行环环节节被控控对对象象误差差反馈馈信信号号输出出扰动动+_反馈馈环环节节前向向通通道道反馈馈通通道道16局部部自自动动化化时时期期(20世世纪纪40-50年年代代)经典典控控制制理理论论的的形形成成和和发发展展局部部自自动动化化的的广广泛泛应应用用电子子数数字字计计算算机机的的发发明明17自动动防防空空火火力力控控制制系系统统在第第二二次次世世界界大大战战期期间间，，为为了了防防空空火火力力控控制制系系统统和和飞飞机机自自动动导导航航系系统统等等军军事事技技术术问问题题，，各各国国科科学学家家设设计计出出各各种种精精密密的的自自动动调调节节装装置置，，开开创创了了防防空空火火力力系系统统和和控控制制这这一一新新的的科科学学领领域域。。18经典典控控制制理理论论的的形形成成和和发发展展代数数稳稳定定判判据据传递递函函数数根轨轨迹迹法法(W.埃文文斯斯（（Evans））1948年)频率率法法19局部部自自动动化化的的广广泛泛应应用用模拟拟计计算算机机气动动单单元元组组合合仪仪表表智能能化化的的仪仪表表和和控控制制器器20电子子数数字字计计算算机机电子子管管、、晶晶体体管管、、集集成成电电路路和和大大规规模模集集成成电电路路数字字计计算算机机直直接接控控制制生生产产过过程程数字字计计算算机机是是现现在在自自动动控控制制系系统统的的一一个个重重要要组组成成部部分分21国产产巨巨型型““银银河河ⅡⅡ””电电子子数数字字计计算算机机国产产巨巨型型““银银河河ⅢⅢ””电电子子数数字字计计算算机机22综合合自自动动化化时时期期（（20世世纪纪50年年代代末末起起至至今今））Л.庞特特里里亚亚金金提提出出极极大大值值原原理理R.贝尔尔曼曼创创立立动动态态规规划划R.卡尔尔曼曼提提出出状状态态空空间间法法(可控控性性、、可可观观性性、、最最优优状状态态估估计计等等)现代代控控制制理理论论的的形形成成和和发发展展23现代代控控制制理理论论的的发发展展系统统辩辩识识、建模模与与仿仿真真自适适应应控控制制遥测测、遥控控和和遥遥感感大系系统统理理论论模式式识识别别和和人人工工智智能能智能能控控制制24（1）系系统统辩辩识识、建模模与与仿仿真真系统统辩辩识识是是根根据据系系统统输输入入、、输输出出数数据据为为系系统统建建立立数数学学模模型型的的理理论论和和方方法法。。此此外外建建立立数数学学模模型型还还可可以以采采用用解解析析法法和和实实验验方方法法。。通通常常有有必必要要在在仿仿真真设设备备上上试试验验系系统统，，包包括括建建立立、、修修改改、、复复现现系系统统的的模模型型，，这这称称为为系系统统仿仿真真。。自适应控制能能在对象数学学模型变动和和系统外界信信息不完备的的情况下改变变反馈控制器器的特性，以以保持良好的的工作品质。。(2)自适适应控制(3)遥测测、遥控和遥感遥测就是对被被测对象的某某些参数进行行远距离测量量。遥控就是对被被控对象进行行远距离控制制。遥感就是是利用装载在在飞机或人造造卫星等运载载工具上的传传感器，收集集由地面目标标物反射或发发射出来的电电磁波，再根根据这些数据据来获得关于于目标物（如如矿藏、森林林、作物产量量等）的信息息。25开始对出现的的大系统如大大电力系统、、化工联合企企业、钢铁联联合企业及社社会经济大系系统等开始进进行了研究。。特别是高速速大型计算机机的出现为大大系统的研究究和大量计算算提供了前提提条件。大系统理论的的重要作用在在于对大系统统进行调度优优化和控制优优化，通过分分解-协调以以较短时间计计算出优化结结果。(5)模式识别和人人工智能使用电子数字字计算机直接接接受和处理理各种自然的的模式消息，，如语言、文文字、图象、、景物等。人人工智能学