关于自动化认识

动态技术讲座课程报告

浅谈对自动化工业控制的认识

选择自动化专业以来，我学到了很多相关的知识，了解到许多自动化相关知识技术在工业生产中的应用。我觉得工业控制是自动化最重要的一个核心内容，现在以及未来工业4.0的发展都离不开它。所以我就谈谈对工业控制的认识及我的打算。

自动化（Automation）是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。

具有不同程度“自动化”功能的装置古以有之。我国古代的指南车、木牛流马、铜壶滴漏，欧洲的钟表报时装置和一些手工机械，无一不反映人民的聪明智慧，多少都带有一些“自动”的味道。但真正刻意设计出来取代或增强人的智能功能，从而能在不确定的条件下保证实现预定目标的自动装置最早应属瓦特发明的蒸汽机上的离心调速器。控制和自动化技术的发展经历了四个时期，现在仍在高速发展。

自动化发展有很久的历史

自动化装置的出现和应用〈18 世纪以前〉人类在长期的生产和生活中，为了减轻劳动强度，逐渐产生了自动装置。公元前14 世纪至公元前1 世纪出现的自动计时装置——刻漏，乃是人类研制和使用自动装置之始。东汉时中国天文学家张衡发明的滴水转浑天仪和候风地动仪，已具有相当高的水平。17 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：加法器、钟表、风磨和浮子式阀门调节器。

自动化技术形成时期〈18 世纪末~20 世纪30 年代〉公元1788 年英国机械师J.瓦特发明了离心式调速器，并把它与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速的闭环自动调节系统。这项发明对第一次工业革命和控制理论后来的发展有重要影响。之后，人们开始采用自动调节器或装置。20世纪20 至30 年代，美国开始采用一种模拟式调节器——PID 调节器，自动调节技术了得到广泛应用。科学家们通过对瓦特速度控制系统中出现的不稳定问题的研究，最终提出了代数稳定判据，沿用到现在。

局部自动化时期〈20 世纪40 至50 年代〉第二次世界大战后工业迅速发展，

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、分步参数系统和有随机信号输入的系统的控制问题的深入研究，经典控制理论在20 世纪50 年代有新的发展。PID 调节器在工业上得到广泛应用，电子模拟计算机也用来设计自动控制系统，工业上实现了局部自动化。随后出现的电动单元组合仪表又使构成和设计自动控制系统更简便、更工程化了。电子数字计算机的发明也为20 世纪60 至70 年代开始的在控制系统广泛应用程序控制和逻辑控制以及应用数学计算机直接控制生产过程，奠定了基础。

综合自动化时期〈20 世纪50 年代至今〉20 世纪70 年代微处理机的出现对实现各种复杂的控制任务起了重大的推动作用。现代控制理论主要利用计算机作为系统建模分析、设计乃至控制的手段，适用于多变量、非线性时变系统。在近几十年来新的控制方法和理论不断地被提出，例如自适应控制、预测控制、鲁棒控制、模糊控制、非线性系统和大系统，复杂系统控制等，大大扩展了控制理论的研究范围。遥测、遥控和遥感技术，模式识别和人工智能等都得到了飞速发展。自动化控制系统的类型（按给定的特征划分）：1恒值控制系统；恒值控制系统是一个物理系统，输出量是恒定不变的，指给定量恒定不变，如恒速，恒温，恒压等自动控制系统。

2随动控制系统（伺服系统）；随动控制系统（伺服系统）用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。3程序控制系统；程序控制系统是设定值在时间上按一定规律变化,控制目标跟随设定值也按程序变化的控制系统。

（按系统数学描述划分）：1线性系统：可以用线性微分方程描述的系统。特点：叠加性和齐次性。2非线性系统

自动化系统的基本控制方法有比例积分（PID）控制、非线性控制、最优控制、自适应控制、智能控制等几种。这些方法都在社会生产生活中有广泛的应用。自动化技术时时在为人类“谋”福利，可谓无所不在、无处没有。自动化技术正在迅速地渗入家庭生活中。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，不但能按时进行自动烹调，做出美味的饭菜，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供建议。还有空调机能提供温暖如春的环境，清扫机器人能打扫房间等。

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，人们广泛地引入微型电脑及信息网络、文字处理机、电子传机、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。在交通运输中采用自动化设备，实现交通工具自动化及管理自动化。在

医疗保健事业及图书馆、商业服务行业中，在农作物种植、养殖业生产过程中，都可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崭新的研究途径，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、军用卫星以及后勤保障、军事指挥等，更是时时离不开控制和自动化技术。

工业自动化主要包括自动完成加工生产的设备自动化，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。工业自动化当前发展的特征是智能化和集成化，也就是，一方面制造和应用智能机器(如电脑和机器人)代替人的体力劳动和部分脑力劳动，实现高水平自动化生产；另一方面，综合运计算机、制造技术、控制技术、电子技术、通讯技术和管理科学等学科知识，采用设备集成、信息集成实现规划设计、生产制造、管理销售等功能的集成。

办公自动化最初是用文字处理机、复印机、传真机等办公设备，实现单项办公自动化，例如，代替秘书完成起草文稿、打印文件和留底存档等工作。后来，由于计算机的发展，又出现了电子银行、电子邮件等高水平的办公自动化设备和系统。电子银行是指采用电子计算机、终端设备及自动出纳机等组成的系统，用以快速地完成银行或用户之间的资金转移，或者完成自动取存款业务，即用户持信用卡，由自动出纳机办理存款祁取款的业务。电子邮件是指利用现代通讯手段，传递信件、资料等文字和语音信息的系统。办公自动化给人们带来了极大的效益和方便。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。例如，家里装上空调机，在炎热的夏天，就能使室内自动保持适宜的温度。一台自动洗衣机，能自动地把衣服洗干净，等等。家庭生活服务自动化把人们从繁重的家务劳动中解放出来，并创造出一个舒适的生活环境。实现家庭自动信息服务，则可以极大地改变人们的生活和工作方式。例如，利用订票系统，可以预订到世界各地任何一家航空公司的任何一条航线的机票，并为你安排好旅游日程。在家里办公，是家庭自动化的一个发展趋势。在家里通过计算机系统和通讯系统就可以掌握现场情况和有关资料，并控制指挥生产过程，或完成某些工作任务。在家里办公，能够大大地减少社会设施，还可以提高工作效率。

农业是一个国家的经济基础，农业机械化使农业经济获得了飞速发展，西方工业发达国家用3个劳动力就能养活100个人。因此现代农业，采用自动化技术是大有作为的。我国已有了用计算机管理农田灌溉的系统。在农业自动化中引人注目的是在某些作业中采用农业机器人，如采用农业机器人移植秧苗、灌溉田地、栽培蔬菜、采摘果实、养猪养鱼、挤牛奶、剪羊毛等。

自动化技术对军事技术的变革起着重要的作用。自动化学科中的各种理论和技术，已成为军事技术的核心，并对现代战争的格局产生了极大的影响。军事自