自动控制自动化学科概论

控制的应用范围比自动化广，但本身的含义却要比自动 化窄；就工程控制范围而言，控制只是自动化中的核心概念 之一；自动化是多个概念交叉、融合的产物，而控制却不是。
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《机械工程控制基础》课件 2.控制和自动化的关系
2）自动化和控制概念的外延
第一 从控制科学开始“延伸”，即控制科学→控制理论→控 制技术→控制系统→控制工程； 第二 从自动化应用开始“延伸”，即自动化工程→自动化设 备→自动化技术→自动化理论→自动化科学。
自动化科学与技术的发展特点之一
最初——处理系统的物理特性，
基础自动化，物质、能量
当前——处理系统的复杂性，
先进自动化，主要是信息
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《机械工程控制基础》课件 当前，自动化科学研究的焦点和难点 ——系统的复杂性， 需要解决的基本问题或基本科学问题 ——复杂系统的建模问题 综合集成问题（包括人） 整体优化问题、失效容错问题 和系统智能问题 自动化技术主要包括 ——模型技术、仿真技术、集成技术、优化 技术、可靠性技术和运行技术。
学
工程技术— —
信息技术
自动化技术
广义的信息技术
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《机械工程控制基础》课件
• 自动化科学（Automation Science/Automatics) 或称 控制系统科学（Control System Science), 是一门技 术科学，起源于20世纪初，《控制论》与《工程控制 论》的问世标志着这门技术科学的基本成型。
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《机械工程控制基础》课件
一、对自动化的认识
1. 什么是自动化
2. 控制和自动化的关系 3. 自动化和工业化的关系 4. 自动化和信息化的关系
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《机械工程控制基础》课件
一、对自动化的认识
1.什么是自动化？
(a) 手动控制漫画 (b) 自动控制 图1 水温的手动控制和自动控制的示意图
1-目标跟踪雷达
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2-导弹导引雷达
3-计算机雷达
4-导弹发射架 8
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《机械工程控制基础》课件
一、对自动化的认识
各种现代火炮的俯仰角和方位角都是
自动控制的，特别用双雷达控制的防空导 弹可以自动跟踪高空的飞行目标进行命中 爆炸（图2）。

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《机械工程控制基础》课件
4. 自动化与信息化的关系
机械化（应用机器系统） 电气化（加入电机、网络） 自动化（加入自动控制器） 计算机化（应用数字计算机） 网络化（实现计算机网络） 先进自动化（系统、管理） 智能化（引入智能） 知识化（处理知识）
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《机械工程控制基础》课件
一、对自动化的认识
现代生活中，空调器保持室内温度为恒值、卫 生洁具水箱的水位也保持为恒值。其它如冰箱、洗 衣机无不进行一些物理量的控制为恒值，而洗衣机
更把洗衣、漂洗和脱水等操作自动按程序进行。
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《机械工程控制基础》课件
《机械工程控制基础》课件
一、对自动化的认识
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电压、频率这 两物理量为恒值，这要采用自动调压和自动调频装置。在工业 生产中，如在化肥厂控制反应釜（塔）内温度和压力为恒值， 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为恒值，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。

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《机械工程控制基础》课件 一、对自动化的认识
图中水温的操作员要用手（通过感觉）来测试
水的温度，并将此温度与他要求的值（给定值）相
比较（通过大脑）。同时他要决定（通过大脑）：
他的手应该朝哪个方向旋转加温用的蒸汽阀门和旋
转多大的角度。采用自动控制时上述功能都有各种
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《机械工程控制基础》课件
二、对自动化科学与技术的认识
科学技术
基础科学 技术科学 工程技术
研发技术
科 学 技 术
现场技术
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《机械工程控制基础》课件
基础科学— — 自然科学 学 数学 系统科学 社会科
技术科学— — 信息科学 自动化科学 运筹学 其他技术科
（a）F-18飞机，第一种运用能遥控的自动驾驶仪 技术的军用飞机之一，（b）X-45（UCAV）无人 飞行器。
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《机械工程控制基础》课件
机器人技术和智能机械
（a）火星旅居者漫游者 （b）索尼爱波娱乐表演机器人
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《机械工程控制基础》课件
的元件和仪表来代替。例如，温度测量元件、控制
记录仪表和调节阀等。
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《机械工程控制基础》课件
一、对自动化的认识
水温控制系统的反馈控制方块图
人眼 输入 信号 大脑 手臂,手 输出信号
用自动装 置代替人 工操作
人眼
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Fra Baidu bibliotek
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《机械工程控制基础》课件 一、对自动化的认识 防空导弹制导
《机械工程控制基础》课件
机械工程控制基础
杨兵力
机械与电子工程学院 西北农林科技大学
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《机械工程控制基础》课件
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《机械工程控制基础》课件
主要内容
一．对自动化的认识
二．对自动化科学与技术的认识 三．对自动化学科的认识 四. 对自动化专业的认识
3）被自动控制或自动操作的状态（The condition of being automatically controled or operatted).
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《机械工程控制基础》课件 2.控制和自动化的关系
1）自动化和控制是有不同内涵的两个概念
自动化与“设备、过程或系统等具体物理对象”的自动 运行密切相关，脱离了具体物理对象谈自动化是毫无意义的。 控制（Control)有驾驭或支配的含义 是人们为实现所要达到的目标而采用的方法与手段，因 而可以脱离物理对象而去研究控制。
自动化，自动完成正常生产进程的过程自动化，以及 自动实现业务管理的管理自动化。
• 办公自动化：现代办公自动化正朝着计算机网络
化和智能化方向发展。
• 家庭自动化：主要是指自动地实现生活服务或提
供信息服务。
• 农业自动化 • 军事自动化
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《机械工程控制基础》课件
航空航天与运输
自动化技术涉及到信息技术的全部
信息控制 人机接口或 + 上一层控制器 信息应用 D/A 物质世界
控制器
执行器
对 象
信号处理
信息处理
A/D
传感器
信息传输 信息获取
信
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息
层
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物质、能量层
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注意两点：
1）自动化科学与信息科学的同根、同源，自动化技术 涉及到信息技术的全部，并不隐含着： 自动化技术可替代信息技术 2）我国国家自然科学基金，将自动化科学划归信息科 学部。并不隐含着： 信息技术包含了自动化技术 自动化技术的重点是在 信息的控制应用上 自动化技术的作用是如何有效地 利用信息来促进能量与物质的有效利用。
一、对自动化的认识
自动化（Automation）
1）指设备、过程或系统的自动运行或自动控制（The automatic operation or control of equipment,a process,or a system)； 2）用于实现自动运行或自动控制的技术或设备（The techniques and equipment used to achieve automatic operation or control)；
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《机械工程控制基础》课件 2.控制和自动化的关系
3）自动化科学和控制科学
基础科学— —信息科学
控制科学
系统科学
技术科学— — — — 自动化科学
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《机械工程控制基础》课件 2.控制和自动化的关系
目前在许多场合，控制与自动化似乎是同义词， 两者区分并不显著 。但严格说来，控制与自动化 的含义是不同的，控制较强调科学思想和方法，自 动化则较强调系统的实现。控制既可以是自动的， 也可以是人工的，而自动化最直接的含义是使系统 自动运行，这里并非一定需要有控制行为。虽然如 此，我们还是要承认控制与自动化在大多数情况下 是一致的，因为我们希望控制最好能自动实现以减 少人工控制的负担和不稳定性，同时我们也希望自 动化系统的性能更优更好，常常会用控制的思想和 方法提高系统的质量。
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《机械工程控制基础》课件
自动化科学的特点
1. 自动化科学的数学属性——严密的理论特征 2. 自动化科学的对象特性——鲜明的改造世界的 特征 3. 自动化科学的系统与社会属性——系统的复杂 性特征 4. 自动化科学的渗透与扩散特性——普遍适用特 征
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《机械工程控制基础》课件
• 自动化技术（Automation Technology)或称控制系统 技术（Control System Technology) 或控制技术。作 为一门工程应用技术，自动化技术的发展历史要更长， 但其获得广泛应用是在自动化科学基本成熟和计算机 与通信技术普及之后。
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《机械工程控制基础》课件
4. 自动化与信息化的关系
信息化特点：不单指工业，包含第一、三产业 仅从工业的角度，信息化发展也可分三阶段： 一定在工业化的基础上

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计算机化（大规模使用数字计算机）
网络化（实现计算机网络） 先进自动化（综合集成了系统、管理）
实现先进自动化，就完成（工业）信息化 先进自动化是信息化的最重要标志 （国内总体，数字化、网络化已有一定规模）
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《机械工程控制基础》课件
三、对自动化学科的认识
学科（Discipline）是现代科学技术的一 种分类法。学科是“知识或教学的一个分 支”。自动化学科具有两方面的含义，分别 对应着自动化科学技术研究（知识）与自动 化科学工程教育（教学）。
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《机械工程控制基础》课件
为什么要分自动化学科的研究层次？
自动化科学技术包含面太宽 ——多学科交叉 难以从最基础的理论到最实际的具体工程应用 都面面俱到地、均衡地去研究或学习。 应该确保科学与技术（工程）不分家的前提 分层次的、有重点的去研究与学习
4. 自动化与信息化的关系
（基础）自动化（核心是控制）
是工业化完成与否的标志
自动化技术是工业化的核心技术
先进自动化（核心是信息、控制、系统） 是信息化完成与否的标志 先进自动化技术是信息化的核心技术
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自动化技术的应用
• 工业自动化：主要包括自动完成加工生产的设备
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《机械工程控制基础》课件
3.自动化与工业化的关系
工业化特点：专指工业，尤其是制造业 工业化发展三阶段：

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机械化（大规模使用机器系统） 电气化（加入电机、电网络） 自动化（加入自动控制器）
实现自动化，就完成工业化 目前来说：自动化是工业化的最重要标志 （国内总体来说，已机械化、电气化）

工业化 信息化
知识化
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《机械工程控制基础》课件
4. 自动化与信息化的关系
工 业 化
（工业化基础）机械化 物 质
信 息 化
计算机化（信息化基础） 信 息

（能量流）电气化 自动化 （基础自动化）
网络化（信息流） 系统化 （先进自动化）
能 量
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自动化学科与信息学科的关系
自动化科学与信息科学同根、同源
信息科学的基础---《信息论》与《控制
论》、《系统论》 自动化科学的基础---《控制论》、《系
统论》与《信息论》
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《机械工程控制基础》课件
信息 获取 信息 传输 信息 处理 信息 应用