《电气工程与自动化专业概论》

电气工程与自动化

专业概论电气工程与自动化学院陈冲1课程主要内容电气工程与自动化大类专业的结构及其沿革

（包括:电气工程及其自动化

和自动化

两个专业）自动化专业概论一、自动化的概念二、自动化的研究内容三、自动化的作用四、自动化专业的特点五、控制和自动化技术发展简史六、控制与自动化技术的应用范畴七、控制科学和自动化技术的展望结束2电气工程与自动化专业的设置结构及其沿革1）电气信息类（电类）专业设置电机电器及其控制*电力系统及其自动化*高电压与绝缘技术电气技术*工业自动化*（5个专业）电工类（强电）自动控制应用电子技术通信工程………计算机及应用（14个专业）电子与信息类（弱电）

电气工程及其自动化（以强电为主的专业）

自动化

（强、弱电结合的专业）1993年本科专业目录：

1998年本科基本专业目录（电气信息类）：电子信息工程通信工程电子科学与技术计算机科学与技术

（弱电专业）电气工程与自动化（大类专业）

1998年本科引导性专业目录：

信息工程31994年全国高校相关的专业设置情况（按93年专业目录）电机电器及其控制20高电压与绝缘技术6电力系统及其自动化37电气技术55工业自动化157自动控制402）专业分布状况1999年以来全国高校相关的专业设置情况（按98年专业目录）

1999年2001年2006年电气工程及其自动化109149196自动化182197243电气工程与自动化1414（按引导性专业目录）（按基本专业目录）43）研究生的对应学科专业电气工程及其自动化自动化

一级学科

电气工程*控制科学与工程*

二级学科电机与电器☆电力系统及其自动化电力电子与电力传动

电工理论与新技术

高电压与绝缘技术控制理论与控制工程模式识别与智能系统检测技术与自动化装置系统工程导航、制导与控制5一、自动化的概念水温的手动控制水温的自动控制水温的控制:什么是自动化？6

现代社会和现代生活离不开对一些物理量的控制，包括实现对这种控制的自动化。

例如：公共电网上的电压是50赫兹、220伏的交流电。为此，在发电厂就要设法控制频率、电压这两物理量为恒值，这要采用自动调频和自动调压装置。

在工业生产中，如在化肥厂控制反应釜（塔）内温度和压力，使化学反应速度加快。在机械加工厂金属切削机床上，经常是控制工件或刀具的转速，使产品的质量、产量能提高。而各种现代火炮的俯仰角和方位角都是自动控制的。

现代生活中，空调器保持室内温度、卫生洁具水箱的水位保持为恒值。其它如冰箱、洗衣机无不进行一些物理量的控制，而洗衣机更把洗衣、漂洗和脱水等操作自动按程序进行。7防空导弹制导控制系统1-目标跟踪雷达2-导弹导引雷达3-计算机控制系统4-导弹发射架自动导弹测试与发射控制8自动化包含了两层基本意思：所谓“自动”的，即没有人或很少人直接参与；自动化的概念

自动化作为一种行为和一种状态，它是通过自动控制系统实现的。虽然没有或不需要人，但肯定应按人的要求去做。

自动化是指设备、过程或系统，在没有人或较少人的参与下，按照人的要求，通过自动运行或自动控制，完成其承担的任务。系统是由相互作用、相互联系的若干个组成部分结合而成的具有特定功能的整体。自动控制系统则是指能够实现“自动化”任务的设备，它是人造系统，而且是工程技术领域的人造系统。自动控制系统通常由控制部分和控制对象组成。9

开环控制和闭环控制是按信号的传递路径来区分的两种不同的控制形式。开环控制与闭环控制1.开环控制水箱液位开环控制10自动控制最基本的形式，将被控量测量出来，反馈至控制系统的输入端与给定信号进行比较得出偏差信号，然后根据偏差对被控对象实施有效控制，达到消除或减少偏差的目的。2.闭环系统水箱液位闭环自动控制11一个典型的自动控制系统由下列基本部分组成：给定环节：产生给定输入信号的环节

测量环节：随时将被控制量检测出来的装置比较环节：其功能是将给定的输入信号（被控制量的希望值）与测量环节得到的被控制量实际值加以比较控制环节：它的功能是根据偏差信号，决策如何去操作被控对象，实现被控量达到所希望的目标执行环节：按控制环节的控制决策，具体实施对控制对象的操作

被控对象：控制系统所要控制的设备或过程12自动化基本设备传感器：信息获取信号转换与传输网络：信息传输控制器：信息处理执行器：信息应用13二、自动化的研究内容有自动控制和信号处理两个方面，包括理论、方法、应用硬件和软件等。从应用观点来看，研究内容有：过程工业自动化电力系统自动化机械制造自动化武器及军事自动化智能建筑自动化智能交通系统办公室自动化和家庭自动化人工智能与机器人控制等等。自动化指挥系统公路智能系统14自动化是一个国家或社会现代化水平的重要标志

。自动化的研究内容宽广，并且越来越宽广。自动化是一门名副其实的多学科交叉学科。l其它学科向自动化扩展机械工程及其自动化电气工程及其自动化动力工程及其自动化

甚至：农业工程及其自动化交通运输自动化15三、自动化的作用1.自动化在工业化进程中的作用和地位

工业化的标志是“现代工业”在国民经济中占主要地位。“现代工业”本身是一个发展的概念，世界范围的工业化进程大致可分为顺序发展的三个阶段：机械化、电气化、自动化自动化是新型工业化的最重要标志。162.自动化在信息化进程中的作用和地位对工业，尤其是制造业来说，如仅从信息技术发展与应用的角度，到目前为止，“信息化”发展也可分为三个阶段顺序为：计算机化（或称为数字化）、网络化、系统化（或称为集成化）17对工业，尤其是对制造业来说，信息化就是：在机械化、电气化与开始实施自动化之后，在自动化的机电系统中进一步使用数字计算机——计算机化；再进一步联网——网络化；继而引入系统与管理——系统化或集成化，从而构成计算机集成制造系统CIMS与计算机集成过程系统CIPS，成为更先进的自动化系统。18发达工业化国的工业发展顺序经历了以下六个阶段：机械化：在各种生产中大规模使用机器系统；电气化：在机器系统中普遍使用电机与供电网络；基础自动化：在机电系统中进一步加入自动控制器；计算机化：在自动化机电系统中大规模使用计算机；网络化：在自动化机电系统中大规模实现计算机联网；先进自动化：综合集成了系统观念与管理理念。19

“工业化”三阶段与工业“信息化”三阶段有相当明显的一一对应关系：对于工业，“信息化”实质上就是“更先进的自动化”。“先进自动化”是制造业“信息化”的最重要标志之一。203.自动化的作用1）提高社会生产率和工作效率；2）节约能源和原材料消耗；3）保证产品质量；4）改善劳动条件，减轻体力和脑力劳动；5）改进生产工艺和管理体制；6）完成人无法完成的工作；

像机器人这样的自动化设备、系统能在危险、恶劣的环境下替代人完成各种作业。7）扩展作用——管理、经济、金融过程智能化。加速社会的产业结构的变革和社会信息化的进程。21国家863高科技发展计划自动化是当代高科技的集中体现与应用。

智能机器人是当代高科技的结晶。

——宋键（原则：有所为，有所不为）分6个领域：自动化、能源、信息、新材料、生物与农业、资源环境（海洋）就有一个自动化领域分CIMS主题、机器人主题22四、自动化专业的特点国家对该专业的定义是：培养出能够从事运动控制、工业过程控制、电力电子技术应用、检测与自动化仪表、计算机技术、信息处理等领域的系统分析、设计、研究、管理与决策的高级工程技术人才。自动化学科是一门多学科交叉的高技术学科。（1）学科特点（2）研究、应用特点研究的内容宽、广，并且，伴随其它技术发展，越来越广。控制学科具有鲜明的方法论的色彩。23自动化技术越来越和计算机、数据库、网络及通讯相结合（3C:ControlComputationCommunication）。（3）

学自动化的特点是一个符合学科专业结构调整方向的宽口径的专业。特点：面向控制对象，强调系统组成，强弱电并重、软硬件兼顾；强调从理论到实践，其自然科学性与工程技术性并存，它的发展与国民经济的发展息息相关。自动化专业宽基础、宽专业面，需要学的知识多，并要求扎实。在工科的学生中，自动化专业学习的计算机内容仅次于计算机专业。自动化专业的学生适应面宽、就业好。24五、控制和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）25（1）自动装置的出现和应用（18世纪以前）

中国和巴比伦出现了自动计时装置—刻漏、指南车、水运仪象台等。公元1世纪古埃及和希腊的发明家也创造了教堂庙门自动开启、铜祭司自动洒圣水、投币式圣水箱等自动装置。

1）古代自动装置

能自动离合的齿轮系车身木人方向车辆转弯公元235年马钧研制出能自动指示方向的指南车26

中国天文学家张衡（公元78-139）曾经发明了对天体运行情况自动仿真的漏水转浑天仪和自动检测地震的候风地动仪。候风地动仪27公元1088年，中国苏颂等人把浑仪（天文观测仪器）、浑象（天文表演仪器）和自动计时装置结合在一起建成了水运仪象台。“自动控制”作为一种技术掌握在发明家的手中。水运仪象台2817世纪以来，随着生产的发展，在欧洲的一些国家相继出现了多种自动装置，其中比较典型的有：2）近代自动装置法国物理学家B.帕斯卡（Pascal）在公元1642年发明的加法器；荷兰机械师C.惠更斯（Huygens）于公元1657年发明钟表；英国机械师E.李（Lee）在公元1745年发明带有风向控制的风磨；俄国机械师И.И.波尔祖诺夫（Ползунов）于公元1765年发明为蒸汽锅炉水位保持恒定用的浮子式阀门水位调节器。29（2）自动化技术形成时期（18世纪末至20世纪30年代）公元1788年J.瓦特将离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速的闭环自动调速系统。30对象和调节器形成调节系统蒸汽源蒸汽机(对象)负荷离心式调速器(调节器)进汽阀转速测量反馈控制（Feedback）是指将系统的实际输出和期望输出进行比较，形成误差，从而为确定下一步的控制行为提供依据。反馈调节（控制）系统前向通道反馈通道控制量负荷调节器(控制器)－误差

＋被控对象输出变量(被调量)输入变量(给定规律)311）自动调节的广泛应用

公元1868年法国工程师J.法尔科（Farcot）发明反馈调节器，并把它与蒸汽阀连接起来，操作蒸汽船的舵，他称之为伺服机构（Servo-mechanism）。20世纪20-30年代，美国开始采用PID模拟式调节器（比例-积分-微分调节器）。现在还在许多工厂中采用。

自动调节器和被控制对象（蒸汽机或船舵）组成自动调节系统（AutomaticRegulationSystem）。由于第一次工业革命的需要，人们开始采用自动调节器（Regulator）或装置，使一些物理量保持在给定值附近。322）自动调节系统的稳定性（Stability）问题当时人们发现蒸汽机转速会忽高忽低，即系统会发生振荡（不稳定）。这迫使一些数学家从理论上来加以研究，创造多种稳定判据。

在拉普拉斯（Laplace）变换的基础上，引入传递函数（TransferFunction）的概念，成为分析自动调节系统的重要工具。稳定判据加上公元1922年N.米诺尔斯基《关于船舶自动操舵的稳定性》和1934年美国H.L.黑曾（Hazen）发表的《关于伺服机构理论》的论文标志着经典控制理论的诞生。33（3）局部自动化时期(20世纪40-50年代)

经典控制理论的形成和发展

局部自动化的广泛应用

电子数字计算机的发明

在第二次世界大战期间，为了防空火力控制系统和飞机自动导航系统等军事技术问题，各国科学家设计出各种精密的自动调节装置，开创了防空火力系统和控制这一新的科学领域。34自动防空火力控制系统35在代数稳定判据和传递函数的基础上加上W.埃文斯（Evans）1948年的根轨迹法（RootLocusMethod），奠定了适用于单变量控制问题的经典控制理论的基础。随着高速飞行、核反应堆、大电力网和大化工厂提出的新控制问题：非线性系统、时滞系统、脉冲及采样控制系统、时变系统、分布参数系统和有随机输入的系统的控制问题等的深入研究，经典控制理论在20世纪50年代有新的发展。

1）经典控制理论的形成和发展依据频率响应的频率法（或称频域法，FrequencyMethod）成为分析和设计线性单变量自动控制系统的主要方法。早期，反馈控制系统通称为自动调节系统，后称为自动控制系统（AutomaticControlSystem）。因此，调节器现也称为控制器。362）局部自动化的广泛应用

二次大战后，在工业上已广泛应用PID调节器，并用电子模拟计算机（ElectronicAnalogComputer）来设计自动控制系统。当时在工业上实现局部自动化，即单个过程或单个机器的自动化。

在20世纪30-40年代出现了统一信号的、通用的、标准的气动单元组合仪表。20世纪50年代研制出了电动单元组合仪表。这些为工业自动化提供了必不可少的技术工具，并使得构成和设计自动控制系统更简便、更工程化了。373）电子数字计算机的发明目前小型电子数字计算机或单片计算机已成为复杂自动控制系统的一个组成部分，以实现复杂的控制和算法。

电子数字计算机内部元件和结构，经历了电子管、晶体管、集成电路和大规模集成电路的四个发展阶段。电子数字计算机的发明，为60-70年代开始的在控制系统广泛应用的程序控制、逻辑控制以及应用数字计算机直接控制生产过程，奠定了基础。38（4）综合自动化时期（20世纪50年代末至今）复杂工业、复杂工业过程和航天技术的自动控制问题，都是多变量控制系统的分析和综合问题，迫切需要加以解决。现代控制理论的形成和发展1956年前苏联数学家Л.庞特里亚金提出极大值原理。同年美国数学家R.贝尔曼创立动态规划。两者为解决最优控制问题提供了理论工具。1960年美国数学家R.卡尔曼提出能控性和能观性两个概念，揭示了系统的内在属性。以上这些新概念和新方法标志着现代控制理论的诞生。卡尔曼引入状态空间法，提出具有二次型性能指标的线性状态反馈控制律，为自动控制系统给出了最优调节器的概念。39一、系统工程的概念系统工程是一门关于组织管理的技术。对被控过程实行有效的“控制”，其含义相当于将传统的控制系统广义化。它包含了如下几方面的意思：(1)它面对的是一个庞大而复杂的对象；(2)它要达到的目标是系统的综合最优；(3)它根据系统的目标，把自然科学、社会科学中的某些思想、理论、方法、策略和手段等有机地结合起来，应用于人们的科研、生产、经济和社会活动；(4)它应用数学方法和电子计算机等工具，并有人的参与系统工程及其应用56要建造一个系统，通常要经过五个阶段：系统规划阶段系统分析阶段系统设计阶段系统构建阶段系统运行阶段提出问题、定义系统、设定目标目标分析、收集信息、制定方案二、系统建立和系统分析57工程系统工程：工程体系的设计、组织和管理软件工程：对一个庞大计算机软件的设计、开发、调试的组织和管理军事系统工程：军事领域行为的组织和管理社会系统工程：以社会活动为对象的系统工程环境系统工程：例如区域生态系统、流域水污染治理系统交通系统工程：例如城市智能交通管理系统企业系统工程：企业的结构调整、新产品研发、市场预测、全面质量管理、成本核算、材料供应等企业管理系统

三、系统工程的应用58

模式识别是使用计算机直接接受和处理各种自然的模式消息，如语言、文字、图象、景物等。7）模式识别和人工智能

（ImageRecognition&ArtificialIntelligence）人工智能学者已研制出用于医疗诊断、地质勘探、金融决策、军事指挥、大规模集成电路设计等各种专家系统；研制出智能机器人，如有视觉和触觉的机器人和能与人对答的机器人等等。59机器人足球60618）智能控制（IntelligentControl）将人工智能引入到自动控制系统，形成智能控制系统。这是新一代的自动控制系统。它的特点是具有智能，能解决一些以往的自动控制解决得不好或者不能解决的控制问题。它将人工智能中的专家系统、学习控制、模糊逻辑控制和具有多层感知器的神经网络等分别与自动控制和系统工程的一些方法相结合，形成一些新的、具有独特性能的智能自动控制系统，例如智能机器人。62

智能机器人

水下机器人6364汽车加油机器人6566壁面清洗机器人擦玻璃机器人67飞机清洗机器人68家用清洁机器人69高压输电线维修（遥操作）机器人70采松果机器人挖树根机器人71采摘机器人嫁接机器人72医用机器人73中国骨科机器人系统74法国远程医疗机器人75智能控制系统（IntelligentControlSystem）对于许多复杂的被控对象和它的外界环境，难以建立有效的数学模型和采用常规的经典或现代控制理论去进行定量计算和分析、设计。

智能控制的理论和技术：

专家控制系统

模糊控制系统

神经控制系统

学习控制系统

智能优化算法

智能控制是一种应用拟人化的思维方式和决策方法实现对被控对象有效控制的技术。具有人工智能、控制论和运筹学等形成交叉学科的特点和定量与定性相结合的分析方法特点。76a）专家控制系统（ExpertControlSystem）专家系统是人工智能的重要内容，它主要是一个智能计算机程序系统，内部包含某个领域的专家水平的知识与经验，并利用来处理该领域的问题。专家系统通常由知识库和推理机两部分组成。77专家控制器的结构

控制器根据反馈环节（传感器）测量被控制量，判断瞬时误差的正负和大小；RY特征识别信息处理对象和执行机构SKGIU专家控制器eu控制规则集推理机（IE）知识库（KB）反馈环节然后识别调节过程的特征，如超调（在调节过程中的调节过头）、振荡次数（调节过程中的）和稳态误差等；再根据以往的控制知识和经验决定：应该施加多大（增加还是减少）的控制器输出至执行机构。78b）模糊控制系统（FuzzyControlSystem）

系统根据知识和经验在对被控量（输出）的特征用语言信息进行识别；然后根据模糊控制规则进行复杂的推理和判断，它们也是基于语言信息的；例如，炉温作为一个语言变量,其温度集T可为:T(温度)={超高,很高,较高,中等,

较低,很低,过低}

这种模糊控制规则表达知识既方便又有效。这种语言表达的控制规则，用于控制就形成了模糊控制。79c）神经控制系统（NeuralControlSystem）

人工神经元(ArtificialNeuron)由计算机模拟一个生物神经元；w11Wnny1y3xnx1输入层输出层隐层反向传播x2y2………前馈多层网络神经元模型f()∑-1jx1x2xn…yjW

j1Wjny

j

(t)=f

(∑wji

x

i-j)在人工神经元基础上发展成人工神经网络，经过训练后可以起控制器的作用，称为神经网络控制器。80水轮发电机组++fG-G+2/S同步控制器速度调节器+-NfN水轮发电机复杂控制系统

水轮发电机同步控制系统fN和фN为电网的频率和相位；fG和фG为发电机的频率和相位；水轮发电机的并网运行的理想条件为：发电机与电网间的电压差Δu=0，频率差Δf=0和相位差Δф=0。并网连接时间应尽可能短。该复杂控制系统能实现频率跟踪和相位跟踪的复杂控制方案。转换器装置++NfKφ水轮发电机组++KfNφw1w3w2w4w5x1x2x3x5x4Z(t)Zf

(t)u(t)uf(t)++...u(t)转换器水轮发电机双神经元同步控制系统...利用两个神经元Nφ和Nf实现水轮发电机双神经元同步控制：

Kf〉0和Kφ〉0为神经元的比例系统；Zf(t)和Zφ(t)为控制的性能指标，即测量Δf和Δф；xi为神经元输入，wi为xi的权系数（i=1,2,…,5）。经训练神经元后，双神经元同步控制系统具有良好的控制效果，可直接用于控制水轮发电机的并网运行。81d）学习控制（LearningControl）

学习控制是指在控制系统的进程中估计某些信息并据以改善控制的一种控制方法，以便逐步改进控制系统的性能。

学习系统是自适应系统的发展与延伸，它能够按照运行进程中的“经验”和“教训”来不断增长知识、改进算法，更广泛地模拟人类的某些行为（如判断、推理等）。学习机推理机数据库规则库输出工业过程控制器误差输入+_由智能决策单元(IntelligentDecisionUnit)来修正控制器参数IDU82e）智能优化算法

（IntelligentOptimalAlgorithm）

遗传算法（GeneticAlgorithm，GA）是模拟自然界生物进化过程中的“优胜劣汰，适者生存”的生物进化机制，并模拟人类的优生学原理。利用随机信息交换思想，使生成的子代不断向着优化方向发展，直到满足终止优化条件。

基本步骤为：基因编码、形成初始群体、计算适应度、执行遗传操作和终止操作。

基本思想是：从一组随机生成的初始个体出发，经过对基因的选择、交换、变异等操作，并根据适应度的大小进行个体的优胜劣汰，提高新一代群体的质量，再经过多次反复选代，逐步逼近优化问题的最优解。83六、控制与自动化技术的应用范畴

控制与自动化是不断发展的高、新科学技术，对人类生产、生活和科学研究有着非常重要的影响。控制与自动化技术发展至今，可以说是已从“人类手脚的延伸”扩展到“人类大脑的延伸”。控制与自动化技术时时在为人类“谋”福利，可谓无所不在、无处没有。

从广度来看，涉及第二产业——工业自动化

、第一产业——农业自动化

、第三产业——服务自动化（如办公自动化、楼宇自动化、商务自动化、交通自动化等等）；涉及的系统可有人造系统（如机器系统、交通系统、电力系统、军事系统）和自然系统（如生命系统、生态系统）；涉及的过程有生产过程、管理过程、决策过程等等。84自动化技术的主要应用范畴：机械制造自动化过程工业自动化电力系统自动化飞行器控制智能建筑智能交通系统生物控制生态与环境控制社会经济控制大系统控制与系统工程85（一）机械制造自动化（1）数控技术和数控系统在产品加工中，对于多品种、加工批量小、零件形状复杂、精度要求高的零件的加工，必须采用一种灵活、通用、高精度、高效率的自动化生产技术——数字控制（简称数控）技术。数控技术是一门以数字的形式实现控制的技术。计算机数控系统结构图

861952年美国MIT

研制出第一台数控机床

现代高速大型数控中心（沈阳第一机床厂）87（2）柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem）

柔性制造系统（简称FMS）是在计算机直接数控(DNC)基础上发展起来的一种高度自动化加工形式。它是由统一的控制系统和输送系统连接起来的一组加工设备，包括数控机床、材料和工具自动运输设备、产品零件自动传输设备、自动检测和试验设备等，不仅能进行自动化生产，而且还能在—定范围内完成不同工件的加工任务。中央管理和控制计算机物流控制装置夹具站信息传输网CNC机床机器人附属工作站制造单元....工厂主计算机自动化仓库自动输送车刀具库附属工作站CNC机床机器人881913年美国建成最早的汽车装配流水线1926年美国建成第一条汽车自动生产线

现代自动化工厂生产线（国产）奇瑞、长安汽车冲压生产线长春汽车焊接生产线89（3）计算机集成制造系统(CIMS)

（ComputerIntegratedManufacturingSystem）

计算机集成制造系统是在自动化技术、计算机技术及制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂全部生产活动（设计、制造及经营管理，包括市场调研、生产决策、生产计划、生产管理、产品开发、产品设计、加工制造以及销售经营等）与整个生产过程有关的物料流与信息流实现高度统一的综合化管理，构成一个优化的完整的生产系统。

经营决策管理系统计算机辅助设计与制造柔性制造单元与系统计算机集成制造系统组成框图

90计算机集成制造系统(CIMS)是面向制造业的集成自动化系统。特点：

(1)系统包括控制和管理两个方面(2)系统采用分级递阶结构(3)系统的信息集成(4)系统的功能集成(5)人的介入和参与91（二）过程工业自动化

（ProcessIndustrialAutomation）在连续型工业中，主要对系统的温度，压力、流量、液位（料位）、成分和物性等六大参数进行控制的工业，称为过程工业。

直接数字控制系统生产过程数字计算机A/D转换D/A转换操作台动扰控制变量输出变量……控制台控制台过程控制计算机控制单元控制单元多路采集器数据通道工程师/操作员控制台其他系统分布式计算机控制系统可编程逻辑控制器随着微处理器和工业计算机技术的发展，基于计算机技术的过程控制系统目前被广泛采用。近年来迅速发展起来的现场总线网络控制系统(FCS)，更是控制技术和计算机技术高度结合的产物。92（三）电力系统自动化

（ElectricPowerSystemAutomation）

经济运营需要考虑每个电厂增加单位负荷所需的煤耗量、不同电厂在输电过程中的不同线路损耗。电力系统形成复杂的联网时，需要依靠自动化和计算机来实现最优经济运营。

为了保障发电机的安全，需要采用自动装置进行过电压保护、过电流保护、接地保护、功率反向保护或差动保护。安全供电离不开自动化经济运营需要自动化供电质量需要自动化供电质量主要指频率质量和电压质量。

频率变化是电力系统内电力盈亏的标志，电力系统运行中，需要自动调频装置来根据实际情况及时自动调节电力系统的出力或限制负荷。

电压质量直接影响到用户的用电质量。电压过高会损害用电电器；电压过低则电灯不亮、荧光灯不能启动、烧坏电动机等。93（四）飞行器控制（FlyerControl）

现代飞行器有很多种类，例如有飞机、导弹、人造卫星、直升机、运载火箭、宇宙飞船、航天飞机等。飞行器控制系统飞行控制系统测试发射控制系统导航系统制导系统姿态控制系统电子综合系统测试系统发射控制系统监视控制系统飞行器控制系统的构成

导弹与控制94（五）智能建筑（IntelligentBuilding）

智能建筑可以对大楼的供热、供水、空调、电气、电梯、照明、音乐、防火、防盗、电话、传真、闭路电视(或卫星电视)、计算机通信、购物、保健等设施实现按需控制，对建筑物的关键部位或特殊部位进行监控并提供与互联网的有效连接。综合布线系统办公自动化系统(OA)楼宇自动化系统(BA)通信自动化系统(CA)日常事物处理中上层管理决策设备监控系统火警消防系统公共安全系统电信网络电视网络计算机网络3A智能建筑的构成95（六）智能交通系统

（IntelligentTransportationSystem）

智能交通系统可以广泛应用于包括高速公路、城市道路、桥梁等设施的庞大的运输网络，也可应用于数量日益增多的各种车辆。

智能交通系统的主要内容：

1.出行与运输管理系统

2.出行需求管理系统

3.公共交通运营系统

4.商用车辆运营系统

5.电子收费系统

6.应急管理系统

7.先进的车辆控制和安全系统96（七）生物控制（BiologicalControl）（八）生态与环境控制（Ecological&EnvironmentControl）

生物控制具体研究方向有生物控制系统（血压控制系统、呼吸控制系统、体温控制系统、神经控制系统、内分泌控制系统和肌肉起动控制系统等）、遗传及其控制、神经控制、生物行为控制、仿生学等等。

生态控制的基本任务之一是用系统和信息观点和方法分析、设计、规划和控制人工生态系统、资源的合理利用和再循环、环境的综合治理和优化以及在新的生态平衡格局下人类怎样适应和协调。

环境控制将环境当作受控的开放系统，研究、实施有效的控制行为，使人们的生存环境质量维持在一个良好的水平。环境控制中的控制行为主要有三个方面：局部污染处理、综合环境治理和环境系统管理。机器蛇机器鱼97（九）社会经济控制（十）大系统控制与系统工程

社会经济控制是将社会经济系统（SocioeconomicSystem）看成是一个具有反馈调节，特别是信息反馈的控制系统。给出最优的经济决策，通过最优的经济管理，实现预期的经济指标。

大系统理论主要研究：规模宏大、结构复杂的系统结构、模型简化、控制方案、系统稳定性以及最优化等。

系统工程是以系统(特别是大系统)为研究对象的一门跨学科的边缘科学。是应用现代数学和电子计算机等工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换和自动控制等进行分析、研究，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目标，是为更加合理地研制和运用大系统而采取的各种组织管理技术的总称（如长江三峡施工组织管理系统）。涉及工程、社会、经济、政治、军事、文化、教育等领域。98七、控制科学与自动化技术的展望

控制科学的发展

国家基础研究——认知科学的研究国家自然科学重点——复杂控制系统理论数学工具的突破人（生物）大脑研究的突破寄希望于

自动化技术的发展依托计算机发展生物工程发展纳米技术发展重点：系统、集成技术99（一）计算机集成制造系统（CIMS）在制造业中利用计算机不仅实现单元生产柔性自动化，并把制造过程（产品设计、生产计划与控制、生产过程等等）集成为一个统一系统，同时企图对整个系统的运行加以优化。计算机集成制造系统所涉及的自动化技术：数控技术、计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）等、立体仓库与自动化物料运输系统、自动化装配与工业机器人、计算机辅助生产计划制定、计算机辅助生产作业调度、质量监测与故障诊断系统、办公自动化与经营辅助决策。100（二）机器人应用于生产和社会生活的各方面机器人主要分为两大类：用于制造环境下的工业机器人（如焊接、装配、喷涂、搬运等机器人）;

机器人涉及的自动化技术

（1）变结构控制与学习控制（2）机器视觉与机器智能（3）智能控制与信息融合

操作机器人用于非制造环境下的特种机器人（如水下机器人、农业机器人、微操作机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等）。军用机器人1011954年第一台工业机器人国产100公斤点焊机器人102

智能移动机器人是机器人研究领域中的一个重要分支。机器人也正在向个人机器人的方向发展。特种机器人在海洋与农业、服务与医疗、生物与基因工程、航空与航天等领域的应用显示出强大的生命力，如安全微创的脑外科辅助定位机器人、雕刻机器人、导游机器人等都进入实用化阶段。机器人正在清洗瓷砖壁面医用机器人103迈向二十世纪的

中国机器人我国把智能机器人列为高技术发展计划，主要是围绕特种机器人进行攻关。完成1000m水下无缆自主机器人的研制，并完成了无人驾驶振动式压路机、隧道凿岩机、大型喷浆机、机器人化装载机、自动摊铺机等机器人化工程机械。我国在研制出遥控移动机器人及爬壁机器人以后，又根据市场需求开发出排爆机器人、面壁清洗机器人、医疗辅助机器人、机器人足球等。汽车自动焊接生产线（焊接机器人）104Pino人形机器人人形机器人105106基于网络环境的自动化控制系统