自动化概论论文

自动化概论论文09自动化1班，张进自动化，即通过传感器对被控对象各状态信息的获取并由处理器对这些信息进行分析与计算，使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进行操作或运行。在18世纪以前，古代的人们在长期的生产和生活中，为了减轻自己的劳动，逐渐利用自然界的动力代替人力、畜力，以及用自动装置代替人的部分繁杂的脑力劳动和对自然界的控制，这也就是早期自动装置的出现和应用。到了18世纪末至20世纪初，伴随着英国的工业革命，促成了控制理论逐步发展，自动调节得到了广泛的应用，同时也产生了大量的应用于自动控制的算法和规则。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轨系统等军事技术的问题，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学科，将控制理论推向了一个局部自动化的时期，经典控制理论有了新的发展。公元1956年，前苏联数学家JI.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出了理论工具。1960年美国数学家R.卡尔曼提出能控性和能动性两个概念，揭示了系统的内在属性。卡尔曼还引入状态空间法，提出具有二次型性能指标的线性状态反馈率，为线性自动控制系统给出了最优调节器的概念。以上这些新概念和新方法标志着现代控制理论的诞生。现代控制理论的迅速发展，形成了多个重要分支，如，系统辨识、建模与仿真；自适应控制和自校正控制器；遥测、遥控和遥感；综合自动化；模式识别和人工智能；智能控制等。按照给定环节给出的输入信号的性质可以将自动控制系统的类型分为，以克服各种对被测量的扰动而保持被调节量为恒值的恒值自动调节系统；给定环节给出的给定作用为一个预定的程序的程序自动控制系统；以及给定环节给出的输入信号是预先未知的随时间变化的函数的随动系统。虽然给定环节的输入信号饿性质不同但它们均由以下几部分所组成。（1）给的环节产生给定的输入信号；（2）反馈环节对系统输出进行测量，将它转换为反馈信号；（3）比较缓解将给定的输入信号和反馈信号加以比较，产生误差信号；（4）控制器根据误差信号，按一定规律产生相应的控制信号，控制器是控制系统实现控制的核心部分；（5）执行环节将控制信号进行功率放大，并能使被控对象的被控量变化；（6）被控对象控制系统所要控制的设备或生产过程，它的输出就是被控量；（7）扰动除输入信号外能使被控量偏离输入信号所要求的值或规律的控制系统内外的物理量；（8）校正环节在有些不采用工业标准化控制器的伺服系统中，误差信号处理由校正环节来完成。许多工业自动控制系统，都采用制成工业产品的自动化仪表进行测量、信号变换、放大和控制。这些产用的自动化仪表是：（1）传感器实现对信号的检测并将被测的物理量变换为另一个物理量；（2）变送器与传感器配套，使输出成为标准信号；（3）控制器采用模拟信号的控制器使用较多，它接受来自被控对象的测量值和给定值或它们的误差，并根据一定的控制规律产生输出信号以推动执行机构；（4）放大器用以增加信号的幅度或功率；（5）执行机构接受控制器来的信息并对被控对象施加控制作用。在自动控制系统中进行着不断地检测被控制量，并反馈、比较，不断地得到误差信号的过程；而且进行着：借助于此误差信号不断地通过变换、放大使执行机构动作，力图使被控制量回复的给定值并消除误差的过程。（1）反馈控制和扰动补偿由反馈控制的基本结构可以看出，控制器由误差引起了动作，因此在反馈系统的调节过程中误差的产生不可避免，而误差的产生是用来力图消灭误差。有时这会导致在调节过程中出现较大的误差甚至引起震荡。另一种消除被控制对象由于外界扰动引起误差的方法，称为扰动补偿。扰动补偿的原理在于扰动进入被控对象的同时也进入控制对象前部的控制器。两个通道的作用是相反的，结果可使得对象的输出方向维持近似不变。（2）比例微分积分控制自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现震荡甚至失稳，其原因是由于存在有较大惯性的环节或有滞后的远近，使力图克服误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。这自然让人想到：解决的方法是使克服误差的作用的变化要有些“超前”，即在误差接近零时，克服误差的作用就应该是零，这就是说，在控制器中引入比例+微分+积分的三项作用。而且，各项作用有相应的系数可分别加以设置和调整，以保证能调到使自动控制系统具有好的动态品质。（3）最优控制最优控制有开环和闭环两种结构形式。在开环最优控制中控制信号被设计成与控制系统的状态无关的时间函数；在闭环最优控制中则把控制信号设计成被控制系统状态的函数。（4）自适应控制 有些被控对象的数学描述受到无法测量外界扰动的影响，因而也无法采用扰动补偿来改善系统的动态品质。对于这类过程，应该采用自适应控制。（5）智能控制智能控制具有人工智能、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，是运用人工智能的概念和方法来解决被控对象的建模和系统的控制、优化等问题，具体说来就是运用神经网络、迭代学习算法、模糊控制以及由知识库、数据库、学习机、推理机组成的智能决策单元来解决实际问题。它包括专家控制系统、模糊控制系统、神经控制系统、学习控制等智能控制系统。（6）优化控制优化控制一般用于大系统、工业过程的控制，特别是大型工业过程的控制。这里的“过程”是指一类被控工业对象，其中工业过程各子过程的PID控制器用来决定工业过程的工况，即决定过程运行的一些重要被控参数值，如被控过程的温度、压力、流量、液位、成分、物性等等。优化控制与最优控制不同。后者经常是将自动控制系统的控制器设计成，使它的与动态调节过程有关的品种指标为极值。控制与自动化是不断发展高新科学技术，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”。控制与自动化技术时时在为人类谋福利，可谓无处不在、无处不有。在家庭生活中，比如全自动洗衣机，不用人动手就能把衣服洗得干干净净；电脑控制的微波炉，不但能按时自动进行烹调，做出美味可口的饭菜，而且安全节电；电脑控制的电冰箱，不但能自动控温，保持食物鲜美，而且能告诉食物存储的数量和时间，还能为烹饪美味佳肴提出建议。在工厂，人们使用各种自动化装置或系统，如机器人、自动化小车、数控机床、柔性生产线和计算机集成制造系统等，完成产品的加工、装配、包装、运输、存储等工作。在办公室，人们广泛的引入微型电脑及信息网络、文字处理机、电子传真机、专用交换机、多功能复印机和秘书机器人等技术和设备，不断实现办公自动化。在交通运输中，采用交通工具自动化及管理自动化，包括车辆运输管理、海上及空中交通管理、城市交通控制、客票预订及出售等。在医疗保健事业及图书馆、商务服务行业中，在农作物种植、养殖业生产过程中，都可以实现自动化管理及自动化生产。在生态、环境和社会等复杂系统中，控制科学和技术为人类开辟了暂新的研究途径，为决策和管理的科学化提供了可能。在现代的和未来的战场上，飞机、舰艇、战车、火炮、导弹、