目錄(mùlù)1.自動(dòng)化與自動(dòng)化學(xué)科，專業(yè)2.自動(dòng)化的根本(gēnběn)原理3.自動(dòng)化學(xué)科的開展趨勢(shì)4.控制理論在冶金工程中的應(yīng)用

第一頁，共26頁。11.自動(dòng)化與自動(dòng)化學(xué)科(xuékē)，專業(yè)1.1自動(dòng)化概念家庭——全自動(dòng)照相機(jī)、洗衣機(jī)、電飯煲；銀行——自動(dòng)取款機(jī)ATM；交通——自動(dòng)控制的紅綠燈；樓宇——自動(dòng)門、自動(dòng)自來水開關(guān)(kāiguān)；日常生活——溫度控制系統(tǒng)．第二頁，共26頁。2溫度(wēndù)系統(tǒng)原理圖第三頁，共26頁。3溫度(wēndù)控制系統(tǒng)原理圖第四頁，共26頁。4自動(dòng)化的定義(dìngyì)自動(dòng)化是指機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或過程〔生產(chǎn)、管理過程〕在沒有(méiyǒu)人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過自動(dòng)控制、信息處理、分析判斷、操縱控制等來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。第五頁，共26頁。51.自動(dòng)化與自動(dòng)化學(xué)科(xuékē)，專業(yè)1.2自動(dòng)化內(nèi)容和應(yīng)用范圍設(shè)備、過程或系統(tǒng)的自動(dòng)化：指設(shè)備、過程或系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行或自動(dòng)控制。自動(dòng)化技術(shù)或設(shè)備：指用于自動(dòng)運(yùn)行或自動(dòng)控制的技術(shù)或設(shè)備。自動(dòng)化狀態(tài)：被自動(dòng)控制或自動(dòng)操作的狀態(tài)。應(yīng)用范圍：自動(dòng)化涉及的范圍極其廣泛，幾乎無所不包：工業(yè)(gōngyè)生產(chǎn)和工業(yè)(gōngyè)自動(dòng)化；農(nóng)業(yè)自動(dòng)化；效勞自動(dòng)化〔辦公，樓宇，商務(wù)，交通等〕各行各業(yè)。第六頁，共26頁。61.自動(dòng)化與自動(dòng)化學(xué)科(xuékē)，專業(yè)1.3自動(dòng)化的開展歷史我國(guó)古代的指南車〔公元235年〕；1788年瓦特的飛球調(diào)節(jié)器；20世紀(jì)20年代－40年代：電子反響放大器〔火炮控制系統(tǒng)〕〔經(jīng)典控制理論的應(yīng)用〕；20世紀(jì)50—70年代〔現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用〕；人造衛(wèi)星(1957年)；阿波羅飛船登上月球(1957年)；物控機(jī)床(1952年)；工業(yè)(gōngyè)機(jī)器人(1954年).20世紀(jì)80年代以來:加工中心和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)〔CIMS〕．第七頁，共26頁。71.自動(dòng)化與自動(dòng)化學(xué)科(xuékē)，專業(yè)自動(dòng)化在工業(yè)化、信息化、現(xiàn)代化建設(shè)中的作用和地位〔介紹幾個(gè)概念〕工業(yè)化開展(kāizhǎn)的三個(gè)階段：機(jī)械化〔蒸汽機(jī)、動(dòng)力機(jī)〕電氣化〔電機(jī)、發(fā)電機(jī)、供電網(wǎng)絡(luò)〕自動(dòng)化〔電子控制器、自動(dòng)化生產(chǎn)線〕第八頁，共26頁。81.自動(dòng)化與自動(dòng)化學(xué)科(xuékē)，專業(yè)信息化開展階段：數(shù)字化〔數(shù)字計(jì)算機(jī)起源1946年，1960年大量應(yīng)用〕網(wǎng)絡(luò)化〔通訊網(wǎng)絡(luò)起源1969年，1980年大量應(yīng)用〕系統(tǒng)化〔系統(tǒng)、管理(guǎnlǐ)、集成，起源1975年，1990年大量應(yīng)用〕現(xiàn)代化開展階段〔中國(guó)人創(chuàng)造〕后工業(yè)化〔興旺國(guó)家〕第九頁，共26頁。91.自動(dòng)化與自動(dòng)化學(xué)科(xuékē)，專業(yè)

自動(dòng)化學(xué)科(xuékē)第十頁，共26頁。101.自動(dòng)化與自動(dòng)化學(xué)科(xuékē)，專業(yè)

自動(dòng)化專業(yè)第十一頁，共26頁。112.自動(dòng)化的根本(gēnběn)原理2.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容系統(tǒng)建模：機(jī)理建模、實(shí)驗(yàn)建?！蚕到y(tǒng)辨識(shí)〕.系統(tǒng)分析：穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能、暫態(tài)性能、抗干擾性、魯棒性等.系統(tǒng)綜合：設(shè)計(jì)(shèjì)控制器〔應(yīng)用自動(dòng)控制理論〕.第十二頁，共26頁。122.自動(dòng)化的根本原理

2.3自動(dòng)控制(zìdònɡkònɡzhì)理論2.3.1經(jīng)典控制(kòngzhì)理論時(shí)域分析法〔數(shù)學(xué)模型:高階微分方程〕.根軌跡法〔數(shù)學(xué)模型:傳遞函數(shù).1948年提出并完善.〕頻率特性法〔傳遞函數(shù).1939年奈奎斯特圖、伯德圖〕.相平面法和描述函數(shù)法〔傳遞函數(shù).應(yīng)用于非線性系統(tǒng)〕.第十三頁，共26頁。132.3自動(dòng)控制理論(lǐlùn)

2.3.2現(xiàn)代控制理論(lǐlùn)線性系統(tǒng)理論〔數(shù)學(xué)模型：狀態(tài)空間；能控性，能觀性，系統(tǒng)綜合或校正：極點(diǎn)配置法〕系統(tǒng)辨識(shí)〔最小二乘法〕最優(yōu)控制〔極大值原理，動(dòng)態(tài)規(guī)劃〕自適應(yīng)控制〔自校正控制，模型參考自適應(yīng)〕隨機(jī)控制〔白噪聲干擾，概率統(tǒng)計(jì)方法〕魯棒控制〔被控對(duì)象的不確定性〕容錯(cuò)控制〔系統(tǒng)平安性、可靠性〕非線性理論〔變結(jié)構(gòu)控制，微分幾何法，微分代數(shù)等〕復(fù)雜控制〔大型(dàxíng)冶煉企業(yè)，大電網(wǎng)的調(diào)度控制以及社會(huì)、管理、經(jīng)濟(jì)等〕第十四頁，共26頁。142.3自動(dòng)控制理論(lǐlùn)

2.3.3智能控制技術(shù)智能控制技術(shù)是針對(duì)難以建立精確的，有效的數(shù)學(xué)模型，從而無法應(yīng)用(yìngyòng)經(jīng)典或現(xiàn)代控制理論進(jìn)行分析，綜合的復(fù)雜對(duì)象．模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制專家系統(tǒng)遺傳算法〔智能優(yōu)化〕免疫算法〔智能優(yōu)化〕蟻群算法〔智能優(yōu)化〕混沌控制第十五頁，共26頁。152.3自動(dòng)控制理論(lǐlùn)

2.3.4先進(jìn)控制技術(shù)先進(jìn)控制技術(shù)是針對(duì)工業(yè)過程生產(chǎn)中，特別是化工、冶金工業(yè)，傳統(tǒng)的PID算法難以滿足控制要求(yāoqiú)，基于計(jì)算機(jī)的控制算法.內(nèi)模控制〔IMC〕模型預(yù)測(cè)控制〔MPC〕動(dòng)態(tài)矩陣控制〔DMC〕廣義預(yù)測(cè)控制〔CCPC〕第十六頁，共26頁。163.自動(dòng)化學(xué)科的開展趨勢(shì)(qūshì)

〔六個(gè)方面或領(lǐng)域〕控制理論工程系統(tǒng)(xìtǒng)與控制系統(tǒng)(xìtǒng)科學(xué)與系統(tǒng)(xìtǒng)工程模式信息處理人工智能機(jī)器人學(xué)與機(jī)器人技術(shù)第十七頁，共26頁。173.自動(dòng)化學(xué)科(xuékē)的開展趨勢(shì)

控制理論控制(kòngzhì)方法：系統(tǒng)模型的不確定性和非線性〔自適應(yīng)，魯棒，容錯(cuò)，先進(jìn)控制(kòngzhì)和智能控制(kòngzhì)等〕．研究復(fù)雜的對(duì)象：變量過多，維數(shù)太大〔CMIS、智能機(jī)器人、大型航天結(jié)構(gòu)的復(fù)雜控制(kòngzhì)等〕．計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)研究：航空航天，電力，核能，石化工業(yè)等龐大，昂貴或帶有危險(xiǎn)性的工程系統(tǒng)〔CAD、實(shí)驗(yàn)?zāi)M與仿真等〕．許多學(xué)科相互交叉和影響：〔社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境、地球與大氣等〕．第十八頁，共26頁。183.自動(dòng)化學(xué)科的開展趨勢(shì)(qūshì)

工程系統(tǒng)與控制新型執(zhí)行器的傳感技術(shù):〔諧振傳感器、光纖傳感器、集成傳感器、生物傳感器等〕.遞階的分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng):〔現(xiàn)場(chǎng)總線，信息集成控制技術(shù)等〕.工程系統(tǒng)控制管理一體化:〔企業(yè)級(jí)、工廠級(jí)、車間級(jí)、過程級(jí)、單元級(jí)〕.柔性制造(zhìzào)自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)集成制造(zhìzào)系統(tǒng)〔CIMS〕．系統(tǒng)仿真．第十九頁，共26頁。193.自動(dòng)化學(xué)科的開展趨勢(shì)(qūshì)

系統(tǒng)科學(xué)與系統(tǒng)工程系統(tǒng)工程的概念：如1969年7月21日，美國(guó)“阿波羅11號(hào)〞飛船(fēichuán)登月成功．歷時(shí)11年的“阿波羅栽人登月方案〞：2萬多家公司，120多所大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)，42萬余名參加人員，700多萬個(gè)零部件和耗資300多億美元．理論根底：控制論〔維納〕，信息論〔香農(nóng)〕和系統(tǒng)論〔貝塔朗菲〕．方法：集中控制；分?jǐn)?shù)控制；分解－協(xié)調(diào)控制等．范圍：生命、氣候、生態(tài)、地球外表、人口、人體和社會(huì)控制等．第二十頁，共26頁。203.自動(dòng)化學(xué)科的開展趨勢(shì)(qūshì)

模式信息處理根本方法〔統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別和句法(jùfǎ)模式識(shí)別〕.計(jì)算機(jī)視覺〔馬爾視覺計(jì)算理論、立體視覺、動(dòng)態(tài)序列圖像分析、視覺檢測(cè)等〕.文字識(shí)別與分析〔多字體印刷體識(shí)別、手寫漢字識(shí)別、文本的理解等〕.語音識(shí)別與理解〔識(shí)別方法、語言識(shí)別與自然語言處理相結(jié)合等〕.模式識(shí)別專用系統(tǒng).第二十一頁，共26頁。213.自動(dòng)化學(xué)科的開展(kāizhǎn)趨勢(shì)

人工智能人工智能的概念：研究的機(jī)器或設(shè)備具有人的推理、理解、規(guī)劃(guīhuà)、決策、抽象、學(xué)習(xí)和創(chuàng)造等能力.基于物理符號(hào)的AI的進(jìn)展：〔邏輯表達(dá)或代數(shù)表達(dá)〕.聯(lián)接機(jī)制AI的進(jìn)展：〔并行分布式處理模型〕.機(jī)器學(xué)習(xí)：〔知識(shí)獲取〕.人－機(jī)共棲：〔智能的人－機(jī)交互界面〕．專家系統(tǒng).第二十二頁，共26頁。223.自動(dòng)化學(xué)科的開展(kāizhǎn)趨勢(shì)

機(jī)器人學(xué)與機(jī)器人技術(shù)裝配機(jī)器人自動(dòng)導(dǎo)向可移動(dòng)或行走機(jī)器人直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人智能(zhìnénɡ)機(jī)器人復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制問題與機(jī)器人有關(guān)的人工智能(zhìnénɡ)研究第二十三頁，共26頁。234.冶金工程(gōngchéng)中的控制方法

過程控制系統(tǒng)常規(guī)過程控制有：溫度控制壓力控制流量控制物位控制成分控制等復(fù)雜過程控制有：前饋控制時(shí)滯控制〔史密斯預(yù)估補(bǔ)償(bǔcháng)〕解耦控制比值控制均勻控制超池控制分程控制閥位控制等第二十四頁，共26頁。244.冶金(yějīn)工程中的控制方法

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)〔DDC〕