自动化学科概论(PPT 89页)
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自动化概论PPT课件(38页)精选全文
自动控制理论的经典著作
控制系统的一种自然模型
控制器(计算机) 大脑 控制理论 思想、智能 传感器 感觉器官 执行器 肌肉 能量 食物
更好的执行器 提供更好的体能
更好的传感器 提供更好的视觉
更好的控制 使传感器和执行器的组合以更智能的方式提供更灵巧 的作用
自然模型
自动化技术的发展
检测、计算、通信、执行和复杂性技术成本/性能曲线
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） 数字化（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）
工业化 信息化 知识化
社 会 总 发 展
嫦娥一号 中国自主研制、发射的第一个月球探测器
北京现代汽车车身车间焊接机器人
清华大学提出的电力系统的混成控制
离散逻辑控制指令～连续动态
底层（动态电力系统） 电厂、变电站&FACTS设备
电力 系统 混成 控制
中间处理与操作层 Processing & Operating
最高决策与指挥层 Decision–making & Commanding
小结
自动化是一个发展充分、工程概念强、内容丰富、应用领域广泛的技术学科，是人类文明进步和社会现代化的标志。 自动化是信息化的必然，是智能化的基础，是人类体能和智力扩展的关键技术，是从信息社会迈向知识社会的必经之路。 自动化专业培育高素质的控制、管理、决策人才，要求：理论与实践（抽象思维与动手，数学方程与物理概念）、硬件与软件、强电与弱电并重
中间层信息
控制指令 (事件驱动)
Data
底层设备的反馈控制
操作命令
底层信息
《自动化学科概论》课件
发展
自动化学科起源于工业革命，经历了机械自动化、电气自动化、计算机控制和智能化的发展 阶段。
Hale Waihona Puke 关键里程碑关键里程碑包括第一台可编程数字计算机、第一个工业机器人等。
自动化学科的主要内容
控制理论
研究控制系统的设计、分析 和优化方法。
传感器与执行器
研究感知和执行装置的设计 和应用。
自动化系统
研究自动化系统的建模、仿 真和调控。
3 认识自动化学科的
重要性和应用范围
探索自动化学科的未来 发展趋势和挑战
课程概述
本课程旨在介绍自动化学科的基本概念和理论，并深入探讨其在工业、交通、医疗等领域中的应用。通 过学习本课程，您将获得对自动化技术与系统的全面了解。
自动化学科的定义和发展
定义
自动化学科是研究如何使用机械、电子和计算机等技术，实现工业和日常生活中的智能化、 自动化过程的学科。
3
未来发展
自动化学科将继续与其他领域交叉，推动技术的进一步创新和应用。
结论和总结
通过学习《自动化学科概论》，您将拥有对自动化学科原理和应用的全面认 识，为未来的学习和研究打下坚实的基础。
自动化学科的应用领域
工业自动化 交通自动化 医疗自动化 家庭自动化
汽车生产、电子制造等 交通信号控制、智能交通系统等 手术机器人、医疗设备等 智能家居、智能家电等
自动化学科的前景和挑战
1
前景
自动化技术的不断发展将推动工业生产效率的提升，改善生活质量。
2
挑战
面临的挑战包括人工智能、数据安全和人机协作等方面的问题。
《自动化学科概论》PPT 课件
欢迎来到《自动化学科概论》PPT课件。在这个课程中，我们将介绍自动化 学科的基本概念、发展历程，以及它在各个应用领域中的重要性和前景。
自动化学科起源于工业革命，经历了机械自动化、电气自动化、计算机控制和智能化的发展 阶段。
Hale Waihona Puke 关键里程碑关键里程碑包括第一台可编程数字计算机、第一个工业机器人等。
自动化学科的主要内容
控制理论
研究控制系统的设计、分析 和优化方法。
传感器与执行器
研究感知和执行装置的设计 和应用。
自动化系统
研究自动化系统的建模、仿 真和调控。
3 认识自动化学科的
重要性和应用范围
探索自动化学科的未来 发展趋势和挑战
课程概述
本课程旨在介绍自动化学科的基本概念和理论，并深入探讨其在工业、交通、医疗等领域中的应用。通 过学习本课程，您将获得对自动化技术与系统的全面了解。
自动化学科的定义和发展
定义
自动化学科是研究如何使用机械、电子和计算机等技术，实现工业和日常生活中的智能化、 自动化过程的学科。
3
未来发展
自动化学科将继续与其他领域交叉，推动技术的进一步创新和应用。
结论和总结
通过学习《自动化学科概论》，您将拥有对自动化学科原理和应用的全面认 识，为未来的学习和研究打下坚实的基础。
自动化学科的应用领域
工业自动化 交通自动化 医疗自动化 家庭自动化
汽车生产、电子制造等 交通信号控制、智能交通系统等 手术机器人、医疗设备等 智能家居、智能家电等
自动化学科的前景和挑战
1
前景
自动化技术的不断发展将推动工业生产效率的提升，改善生活质量。
2
挑战
面临的挑战包括人工智能、数据安全和人机协作等方面的问题。
《自动化学科概论》PPT 课件
欢迎来到《自动化学科概论》PPT课件。在这个课程中，我们将介绍自动化 学科的基本概念、发展历程，以及它在各个应用领域中的重要性和前景。
自动化学科概论-第1章
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自动化学科概论 第１ 章 绪 论 自动化学科概论 第１ 章 绪 论 １．１ 课程的目的 １．２ 课程的性质 １．３ 教与学的方式 １．４ 课程安排 第１ 章 １．１ 绪论 课程的目的——为什么要开设这门课 读一本书——书名 内容提要 前言 目录 感兴趣部分。
做一件事——目的、问题、方法、步骤 学习的方法论 如果把整个科学技术比作茂密的树林，各 个学科（专业）比作树林中的一棵棵不同种类 的参天大树，那么构成自动化学科的知识就是 自动化参天大树的枝和叶。
统揽全局。
不能“只见叶，不见树。
” 不能“只见树，不见林。
” 要了解 “自动化”树全貌及枝、叶、花之间关 系 “自动化”树与其它树之间的关系 课程定位——主要目的： 通过本课程学习，自动化专业学生能较 深入地理解： ⑴自动化的内涵、外延与定位； ⑵自动化科学与技术的基本原理与核心概念； ⑶自动化学科的知识体系， 需要掌握的知识及其相互关系； ⑷自动化专业的课程体系， 需要学习的主要课程及其相互关系； ⑸自动化科学与技术、自动化专业 与相关科学技术、专业之间的联系与区别 并对现代自动化科学与技术有一个大概的了解。
教科书定位——主要目的： 不仅是学生学习“自动化专业”的入门书，而且 可作为“自动化专业”学生４年学习期间的参考书。
每当学习一门新课（尤其是主要课程）时，都能 通过本书对所学课程、该课程与其他课程之间的关系 有一个大概的了解。
更进一步，当学生：①进入专业课学习阶段（三年 级），可以（如果可能）选择选修课时；②进入毕业 设计（四年级）阶段，可以（如果可能）选择毕业设 计课题时；③准备报考研究生（三、四年级），选择 研究方向时，能从书中获得做出自己独立 “决策”的 依据。
１．２ 课程的性质——这是一门什么样的课 高级科普？ 高级科普？ 是：通俗易懂、深入浅出地了解基本原理，学 习 新知识，激发兴趣、爱好。
自动化学科概论(第二版)
自动化学科概论（第二版）一、引言自动化学科是一门研究如何使用机械、电子和计算机技术来实现自动控制的学科。
它涉及到多个领域，包括机械工程、电子工程、计算机科学和控制理论等。
自动化技术的发展和应用广泛应用于各个行业和领域，为现代社会的发展做出了重要贡献。
二、自动化的基本概念1. 自动化的定义自动化是指利用现代科学技术，通过对被控对象的监测、计算、判断和操作，实现对被控对象的控制，从而使其在规定的条件下完成一定的任务。
2. 自动化系统的组成自动化系统通常包括输入、处理和输出三个基本部分。
输入部分负责采集被控对象的信息，处理部分负责对输入的数据进行处理和判断，输出部分负责根据处理结果对被控对象进行控制。
3. 自动化的特点自动化具有以下几个特点：•自动化可以提高生产效率和质量，降低成本。
通过自动化技术，可以实现对生产过程的精确控制，减少人为因素对生产质量的影响，提高产品的合格率和一致性。
•自动化可以提高安全性和稳定性。
自动化系统可以对危险和复杂的工作进行替代，减少人员的伤害风险，提高工作的稳定性和可靠性。
•自动化可以实现对大规模和复杂系统的管理。
自动化系统可以对大量的数据进行监测和处理，实现对系统的全面管理和控制。
•自动化可以提高人的工作环境和工作负担。
通过自动化系统可以对一些重复性和繁琐的工作进行自动化处理，减轻人员的工作压力，提高工作的舒适性和效率。
三、自动化学科的发展历程1. 自动化学科的起源自动化学科的起源可以追溯到工业革命时期。
当时，人们开始使用机器来替代人力进行生产，从而提高生产效率。
这标志着自动化技术的开始。
2. 自动化学科的发展阶段自动化学科的发展可以分为以下几个阶段：•机械自动化阶段：在这个阶段，机械设备被广泛应用于工业生产，并实现了一定程度的自动化。
•电气自动化阶段：随着电气技术的发展，人们开始使用电气设备来实现自动化控制，提高了控制的精度和可靠性。
•电子自动化阶段：随着电子技术的发展，人们开始使用电子设备来实现自动化控制，同时引入了数字计算技术，提高了控制系统的灵活性和可编程性。
自动化概论PPT
2.3.3
传感器接口电路
除了要正确选择传感器的类型外，还要设计最 佳的接口电路。所谓接口电路，就是要把传感器与 佳的接口电路。所谓接口电路，就是要把传感器与 后续的有关电路联系起来的电路。接口电路的设计 后续的有关电路联系起来的电路。接口电路的设计 需要考虑两个问题：一个是传感器的输出与计算机 需要考虑两个问题：一个是传感器的输出与计算机 的输入匹配问题；另一个是选择器件的问题。一般 的输入匹配问题；另一个是选择器件的问题。一般 传感器的输出信号有三种形式：数字开关量、数字 传感器的输出信号有三种形式：数字开关量、数字 脉冲和模拟信号。 脉冲和模拟信号。 （1）数字开关量信号分为电压输出型和触点 ）数字开关量信号分为电压输出型和触点 型。如果传感器的输出电压信号为0 V或2 V，可以 。如果传感器的输出电压信号为0 V或 V，可以 直接和控制装置相连接，但是由于这种信号有抖动， 所以在与计算机连接时要采用消除抖动电路。 （2）数字脉冲电路用计数器计数后送入计算 机，通过对脉冲的计数来达到对信息的采集。一般
2.2.1 光电式传感器
图2.2 光电式传感器的基本组成
2.2.2 图像传感器 。智能车 图像传感器在智能车设计中非常常见。 图像传感器在智能车设计中非常常见
路径识别模块中的摄像头的重要组成部分就是图像 传感器。 图像传感器又称为成像器件或摄像器件， 传感器 。 图像传感器又称为成像器件或摄像器件 ， 可实现可见光、紫外线、 射线、近红外光等的探测， 可实现可见光、紫外线、X射线、近红外光等的探测， 是现代视觉信息获取的一种基础器件。 是现代视觉信息获取的一种基础器件 。 因其能实现 信息的获取、 转换和视觉功能的扩展（ 光谱拓宽、 信息的获取 、 转换和视觉功能的扩展 （ 光谱拓宽 、 灵敏度范围扩大） 能给出直观 、 真实、 多层次 、 灵敏度范围扩大 ） ， 能给出直观、 真实 、 多层次、 多内容的可视图像信息， 多内容的可视图像信息 ， 图像传感器在现代科学技 术中得到越来越广泛的应用。 术中得到越来越广泛的应用。
自动化概论PPT课件(38页)
“Present Developments in Control Applications”， 德国
课程基本情况
学时：27 作业：（无） 成绩评定：
平时（考勤）30% 期末考查（开卷笔试）70%
专业的前身
工业企业电气化及自动化专业 （简称工企专业 ）
工业电气自动化专业 工业自动化专业
生产过程自动化 仪表自动化
自动化概论
本课程的主要内容
1.自动化的概念和发展简史 2.自动控制系统的类型和组成 3.基本的控制方法 4.控制和自动化的应用范畴 5.控制和自动化的展望 6.自动化专业概览
教材与参考书
[1] 西安交大万百五主编《自动化（专业）概论》（第二版），武 汉理工大学出版社，2005年。
[2] 电子书《信息爆炸时代的控制》——关于控制、动力学和系统 未来方向的专家小组报告，2003年。
自动化技术的发展
检测、计算、通信、执行和复杂性技术成本/性能曲线
自动化与工业化、信息化、知识化的关系社 会来自机械化（应用机器系统）
电气化（加入电机、网络）
工业化
自动化（加入自动控制器）
总
数字化（应用数字计算机） 网络化（实现计算机网络）
信息化
发 先进自动化（系统、管理）
展 智能化（引入智能） 知识化（处理知识）
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）
（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
课程基本情况
学时：27 作业：（无） 成绩评定：
平时（考勤）30% 期末考查（开卷笔试）70%
专业的前身
工业企业电气化及自动化专业 （简称工企专业 ）
工业电气自动化专业 工业自动化专业
生产过程自动化 仪表自动化
自动化概论
本课程的主要内容
1.自动化的概念和发展简史 2.自动控制系统的类型和组成 3.基本的控制方法 4.控制和自动化的应用范畴 5.控制和自动化的展望 6.自动化专业概览
教材与参考书
[1] 西安交大万百五主编《自动化（专业）概论》（第二版），武 汉理工大学出版社，2005年。
[2] 电子书《信息爆炸时代的控制》——关于控制、动力学和系统 未来方向的专家小组报告，2003年。
自动化技术的发展
检测、计算、通信、执行和复杂性技术成本/性能曲线
自动化与工业化、信息化、知识化的关系社 会来自机械化（应用机器系统）
电气化（加入电机、网络）
工业化
自动化（加入自动控制器）
总
数字化（应用数字计算机） 网络化（实现计算机网络）
信息化
发 先进自动化（系统、管理）
展 智能化（引入智能） 知识化（处理知识）
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）
（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
自动化专业(学科)概论
动态偏差（超调量）
Mp
ym1 r 100% 20% r
2．间接型性能指标
∞
Q 0 e(t ) dt
（1）绝对误差的矩的积分 （2）绝对误差的二阶矩的积分 （3）误差平方的矩的积分 （4）误差平方的二阶矩的积分
Q tts e(t) dt 0
Q tts 2 e(t) dt 0
专业是学科的一个方向，当把学科分得很 细时，学科与专业就成为同义词了。
1.3 自动化专业的历史沿革
1948年 维纳教授发表《控制论》——控制理论形成 1954年 钱学森教授发表《工程控制论》 1956年 清华、西交大成立工业企业电气化
—— 形成自动化专业 1958年 清华等建立自动控制系，如航空自动控制系 1958年 华北电力大学建立热工测量及其自动化专业 1998年 各院校把原来的与自动化相关的专业更名为
=1101010011101010011101101
3、控制
控制（Control）是指为了改善系统的性能或达 到特定的目的，通过信息的采集和加工而施加到 系统的作用。
可控系统
不可控系统
4、数学模型
用来描述系统中各物理量的变化及相互作用、相 互制约关系的数学表达式称为系统的数学模型
数学模型种类：
状态空间、微分方程、差分方程、脉冲响应、传 递函数、频率响应模型等
2.1.1 系统的基本组成结构
（1）被控对象（控制对象） 系 统所要控制的设备或过程，它的 输出称为被控量，它的输入称为 控制量 （2）测量环节（传感器） 将被 控量检测出来并传送给控制环节 的装置 （3）控制环节（控制器） 它的 功能是根据偏差信号，决策如何 去操作被控对象，使得被控量达 到所希望的目标 （4）执行环节（执行器） 按控 制环节的控制决策，具体实现对 被控对象的操作，如阀门、挡板 等。
自动化学科概论-第2章
仅为整个自动化大家庭中的一个个小细胞
自动化学科概论-第2章
“自动化”的定义： 自动化是指机器设备（扩展到生产、管理过程）
在没有人直接参与的情况下，
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
自动化的核心是“控制” 进一步扩展到经济系统、生态系统等
自动化学科概论-第2章
自动化技术的两方面：
展
智能化（引入智能） 知识化（处理知识）
知识化
自动化学科概论-第2章
工业化与信息化的关系图
工业化
（工业化基础）机械化
物
质
•
（能量流）电气化
能
量
自动化
（基础自动化）
信息化
计算机化（信息化基础）
信 网络化（信息流）
息 系统化 （先进自动化）
自动化学科概论-第2章
自动化的重要性
（基础）自动化（核心是控制） 是工业化完成与否的标志
自动化学科概论-第2章
自动化工厂
自动化学科概论-第2章
(3) 自动化的作用与重要性
※基本作用（传统观念）
——比人干得更快、更好，极大地提高生产力 从自动化生产线上生产的产品， 质量越来越好，价格越来越低。
——把人从繁重、危险的工作中解放出来 矿井掘井、核电站检查、消防救火、 无人侦察机、导弹（无人）
自动化学科概论-第2章
2.1.4 自动化在信息化建设中的作用与地位
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：
一定要在工业化的基础上 数字化（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，就完成了（工业）信息化
自动化学科概论-第2章
“自动化”的定义： 自动化是指机器设备（扩展到生产、管理过程）
在没有人直接参与的情况下，
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
自动化的核心是“控制” 进一步扩展到经济系统、生态系统等
自动化学科概论-第2章
自动化技术的两方面：
展
智能化（引入智能） 知识化（处理知识）
知识化
自动化学科概论-第2章
工业化与信息化的关系图
工业化
（工业化基础）机械化
物
质
•
（能量流）电气化
能
量
自动化
（基础自动化）
信息化
计算机化（信息化基础）
信 网络化（信息流）
息 系统化 （先进自动化）
自动化学科概论-第2章
自动化的重要性
（基础）自动化（核心是控制） 是工业化完成与否的标志
自动化学科概论-第2章
自动化工厂
自动化学科概论-第2章
(3) 自动化的作用与重要性
※基本作用（传统观念）
——比人干得更快、更好，极大地提高生产力 从自动化生产线上生产的产品， 质量越来越好，价格越来越低。
——把人从繁重、危险的工作中解放出来 矿井掘井、核电站检查、消防救火、 无人侦察机、导弹（无人）
自动化学科概论-第2章
2.1.4 自动化在信息化建设中的作用与地位
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：
一定要在工业化的基础上 数字化（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，就完成了（工业）信息化
自动化专业概论开篇课件-PPT
➢ 随动(Servo,伺服） 给定信号是预先未知、随时间变化 火炮打飞机、天文望远镜
➢ 程序控制 按照预定的程序（时间顺序）来控制 可编程控制器（Program Logic Controller，PLC）
➢ 控制系统的组成 被控对象、执行机构、控制器、 给定、反馈、比较、
自动化仪表 ➢ 改善劳动条件，减轻体力、脑力劳动
➢ 自适应控制（Adaptive Control） 自适应控制能在对象数学模型变动和系统外界信息 不完备的情况下改变反馈控制器的特性，以保持良 好的工作品质。 解决控制对象未知、变化的问题 系统辨识＋在线控制器设计
返回
➢遥测、遥控和遥感
遥测就是对被测对象的某些参数进行远距离测量。遥控就 是对被控对象进行远距离控制。遥感就是利用装载在飞机或人 造卫星等运载工具上的传感器，收集由地面目标物反射或发射 出来的电磁波，再根据这些数据来获得关于目标物（如矿藏、 森林、作物产量等）的信息。
➢ 控制（Control）
指为了改善系统的性能或达到特定的目的，通过信息的采集和加工而施加到 系统的作用。 宏观：经济发展，人口控制。微观：日常生活中。
➢ 自动化与控制的区别 自动化：指设备、过程或系统等具体物理对象的“自动”运行。 控制：指为达到目标而采用的方法与手段，应用范围比自动化广，自动化 的核心是信息、控制和系统。 属性：自动化属技术科学，控制属基础科学
➢智能控制（Intelligent Control)
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。按照这些思路已经研究出一 些智能控制的理论和技术：
自动化学科概论-第4章
机遇
同时，自动化学科也迎来了前所未有的发展机遇，如人工智能、物联网、大数据 等技术的融合应用为自动化学科的发展提供了广阔的空间和无限的可能。
THANKS
感谢观看
自动化学科的发展
自动化学科起源于20世纪初的控制论和系统工程，随着计算机技术的发展和普 及，自动化学科在20世纪后半叶得到了迅速的发展。目前，自动化学科已经成 为工程领域中最重要、最活跃的学科之一。
自动化学科的研究领域
控制理论与控制工程
研究控制系统的建模、分析、设计 和优化，包括线性系统、非线性系
信息的基本概念
包括信息的定义、度量和性质等。
信道编码理论
研究信息在信道中传输时如何进行有效的 编码和解码，以提高信息传输的可靠性和 效率。
信息论在控制系统中的应用
信息论与其他学科的交叉
探讨信息论在控制系统设计和分析中的应 用，如最优控制、鲁棒控制等。
介绍信息论与计算机科学、通信科学等其 他学科的交叉融合和应用前景。
家庭安防系统
应用自动化技术对家庭安全进行实时监控和报警，保障家庭安全。
智能家居服务机器人
提供家务助理、娱乐陪伴等智能化服务，提高家居生活的便利性和 舒适性。
05
自动化学科的未来发展
人工智能与自动化学科的融合
1 2
深度学习在自动化控制中的应用
通过深度学习算法，实现对复杂系统的建模与控 制，提高自动化系统的智能化水平。
重要贡献。
02
自动化学科的核心理论
控制理论
控制系统的基本概念
包括开环控制和闭环控制，以及控制系统的 组成要素。
控制系统的稳定性分析
研究系统稳定性的判据和方法，如劳斯判据、 奈奎斯特判据等。
控制系统的数学模型
同时，自动化学科也迎来了前所未有的发展机遇，如人工智能、物联网、大数据 等技术的融合应用为自动化学科的发展提供了广阔的空间和无限的可能。
THANKS
感谢观看
自动化学科的发展
自动化学科起源于20世纪初的控制论和系统工程，随着计算机技术的发展和普 及，自动化学科在20世纪后半叶得到了迅速的发展。目前，自动化学科已经成 为工程领域中最重要、最活跃的学科之一。
自动化学科的研究领域
控制理论与控制工程
研究控制系统的建模、分析、设计 和优化，包括线性系统、非线性系
信息的基本概念
包括信息的定义、度量和性质等。
信道编码理论
研究信息在信道中传输时如何进行有效的 编码和解码，以提高信息传输的可靠性和 效率。
信息论在控制系统中的应用
信息论与其他学科的交叉
探讨信息论在控制系统设计和分析中的应 用，如最优控制、鲁棒控制等。
介绍信息论与计算机科学、通信科学等其 他学科的交叉融合和应用前景。
家庭安防系统
应用自动化技术对家庭安全进行实时监控和报警，保障家庭安全。
智能家居服务机器人
提供家务助理、娱乐陪伴等智能化服务，提高家居生活的便利性和 舒适性。
05
自动化学科的未来发展
人工智能与自动化学科的融合
1 2
深度学习在自动化控制中的应用
通过深度学习算法，实现对复杂系统的建模与控 制，提高自动化系统的智能化水平。
重要贡献。
02
自动化学科的核心理论
控制理论
控制系统的基本概念
包括开环控制和闭环控制，以及控制系统的 组成要素。
控制系统的稳定性分析
研究系统稳定性的判据和方法，如劳斯判据、 奈奎斯特判据等。
控制系统的数学模型
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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：
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）
实现了自动化，就完成了工业化 目前来说：自动化是工业化的最重要标志 （国内从总体来说，已机械化、电气化）
2.1.4 自动化在信息化建设中的作用与地位
自动化与工业化、信息化、知识化的关系
社 会
机械化（应用机器系统）
电气化（加入电机、网络）
工业化
自动化（加入自动控制器）
总
数字化（应用数字计算机） 网络化（实现计算机网络）
信息化
发 先进自动化（系统、管理）
展 智能化（引入智能） 知识化（处理知识）
知识化
工业化与信息化的关系图
工业化
（工业化基础）机械化
2.1.5 自动化在现代化建设中的作用与地位
“自动化” 快成为“现代化”的代名词了。 设想： 农业自动化了（种、管、收全部由机器人完成）
难道不算现代化？
工厂里除办公室有人外（无人看门、无人车间） 难道不算现代化？
每家每户全部安装自动化设备（包括烧菜，喂 饭）
难道不算现代化？ 军事更不用说了！
农 业 自动 化
在没有人直接参与的情况下，
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
自动化的核心是“控制” 进一步扩展到经济系统、生态系统等
自动化技术的两方面：
①动力方面的自动化技术 ——工业化 ——人的手、脚、各种感觉的延长
②信息处理方面的自动化技术——信息化 ——延伸人的信息获取、 处理和决策控制等功能
*高档楼宇： 自动门、自动自来水开关
自动化设备的特点： 工作时不需要（或很少需要）人参与， 却能按照人的要求“自动”完成其承担的任务。
充分理解： ❖ 各种自动的（或自动控制的）设备
仅是一项大的自动化工程中的一个细胞 ❖ 而以上例举的自动的设备
仅为整个自动化大家庭中的一个个小细胞
“自动化”的定义： 自动化是指机器设备（扩展到生产、管理过程）
以倒立摆为例：人只能“顶起”一级倒立摆 机器能“顶起”一级、二级、 三级、甚至四级倒立摆
一
级
倒
立
摆
倒立摆录像（ 32秒）
二 级 倒 立 摆
(3) 自动化的作用与重要性(续)
※扩展作用
——管理、经济、金融过程智能化
自动化在国民经济、国家综合实力中 起着举足轻重的作用，并且其作用越来越 重要。
自动化在人民日常生活中亦将起着举 足轻重的作用。
2.1.2 自动化的发展历史
公元前我国的自动计时漏壶
公元132年张衡研制出自动测量地震的候风地动仪
公元235年马钧研制出能自动指示方向的指南车
1788年英国Watt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器
1913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）
物
质
•
（能量流）电气化
能
量
自动化
（基础自动化）
信息化
计算机化（信息化基础）
信 网络化（信息流）
息 系统化 （先进自动化）
自动化的重要性
（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
医疗机器人——脑外科手术 （7’33”）
军事自动化
各种军用机器人
（1’57”）
2-DOF turret
奇瑞、长安汽车冲压生产线
长春汽车焊接生产线
1952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）
1954年第一台工业机器人 国产100公斤点焊机器人
1981年美国“哥伦比亚” 号航天飞机首次发射成功
2005年我国成功发射载人飞船（神舟6号）
2.1.3 自动化在工业化建设中的作用与地位
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： 一定要在工业化的基础上
数字化（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，就完成了（工业）信息化 先进自动化是信息化的最重要标志
（国内从总体来说，数字化、网络化已有一定 规模）
（2）自动化的应用举例——工业自动化：
机器人等自动化机械（机器、设备） 自动化生产线 自动化车间 自动化工厂
直角坐标机器人
23秒 48秒
并联机器人
搬运机器人
装配机器人
29秒
19秒
绕线机 注塑机
弯管机
龙门式五轴联动混联机床 高速五轴龙门铣床
全弹自动装配生产线
汽车自动焊接生产线
自动立体仓库
2.1.1 自动化的内容与应用范围
(1) 自动化的内涵与外延
日常生活中，较少听到”自动化”这个名词 更多听到的是：
这个设备(器具)是“自动的”、 “自动控制的”
或“全自动的”
日常生活中常见的：
*家庭：
全自动照相机、洗衣机、电饭煲
*银行：
自动取款机ATM
*交通：
自动控制的红绿灯、 火车上的自动烧开水机
自动搬运车
自动化工厂
(3) 自动化的作用与重要性
※基本作用（传统观念）
——比人干得更快、更好，极大地提高生产力 从自动化生产线上生产的产品， 质量越来越好，价格越来越低。
——把人从繁重、危险的工作中解放出来 矿井掘井、核电站检查、消防救火、 无人侦察机、导弹（无人）
——完成人无法完成的工作 管道机器人（各种油管、水管）、 水下6000米机器人
自动化学科概论
第2章 自动化与自动化学科、专业
自动化学科概论 第2章 自动化与自动化学科、专业
2.1 自动化 2.2 自动化科学与技术 2.3 自动化学科、专业
第2章 自动化与自动化学科、专业
2.1 自动化
2.1.1 自动化的内容与应用范围 2.1.2 自动化的发展历史 2.1.3 自动化在工业化建设中的作用与地位 2.1.4 自动化在信息化建设中的作用与地位 2.1.5 自动化在现代化建设中的作用与地位
采松果机器人
挖树根机器人
嫁接机器人 采摘机器人
服 务自动化
壁 面 清 洗 机 器 人 擦 玻器人
家用清洁机器人
高压输电线维修（遥操作）机器人
医 用 机 器 人
中国骨科机器人系统
法国远程医疗机器人
医疗机器人——录像
第三代医疗仪器——医疗机器人 （4’55”）
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）
实现了自动化，就完成了工业化 目前来说：自动化是工业化的最重要标志 （国内从总体来说，已机械化、电气化）
2.1.4 自动化在信息化建设中的作用与地位
自动化与工业化、信息化、知识化的关系
社 会
机械化（应用机器系统）
电气化（加入电机、网络）
工业化
自动化（加入自动控制器）
总
数字化（应用数字计算机） 网络化（实现计算机网络）
信息化
发 先进自动化（系统、管理）
展 智能化（引入智能） 知识化（处理知识）
知识化
工业化与信息化的关系图
工业化
（工业化基础）机械化
2.1.5 自动化在现代化建设中的作用与地位
“自动化” 快成为“现代化”的代名词了。 设想： 农业自动化了（种、管、收全部由机器人完成）
难道不算现代化？
工厂里除办公室有人外（无人看门、无人车间） 难道不算现代化？
每家每户全部安装自动化设备（包括烧菜，喂 饭）
难道不算现代化？ 军事更不用说了！
农 业 自动 化
在没有人直接参与的情况下，
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
自动化的核心是“控制” 进一步扩展到经济系统、生态系统等
自动化技术的两方面：
①动力方面的自动化技术 ——工业化 ——人的手、脚、各种感觉的延长
②信息处理方面的自动化技术——信息化 ——延伸人的信息获取、 处理和决策控制等功能
*高档楼宇： 自动门、自动自来水开关
自动化设备的特点： 工作时不需要（或很少需要）人参与， 却能按照人的要求“自动”完成其承担的任务。
充分理解： ❖ 各种自动的（或自动控制的）设备
仅是一项大的自动化工程中的一个细胞 ❖ 而以上例举的自动的设备
仅为整个自动化大家庭中的一个个小细胞
“自动化”的定义： 自动化是指机器设备（扩展到生产、管理过程）
以倒立摆为例：人只能“顶起”一级倒立摆 机器能“顶起”一级、二级、 三级、甚至四级倒立摆
一
级
倒
立
摆
倒立摆录像（ 32秒）
二 级 倒 立 摆
(3) 自动化的作用与重要性(续)
※扩展作用
——管理、经济、金融过程智能化
自动化在国民经济、国家综合实力中 起着举足轻重的作用，并且其作用越来越 重要。
自动化在人民日常生活中亦将起着举 足轻重的作用。
2.1.2 自动化的发展历史
公元前我国的自动计时漏壶
公元132年张衡研制出自动测量地震的候风地动仪
公元235年马钧研制出能自动指示方向的指南车
1788年英国Watt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器
1913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）
物
质
•
（能量流）电气化
能
量
自动化
（基础自动化）
信息化
计算机化（信息化基础）
信 网络化（信息流）
息 系统化 （先进自动化）
自动化的重要性
（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
医疗机器人——脑外科手术 （7’33”）
军事自动化
各种军用机器人
（1’57”）
2-DOF turret
奇瑞、长安汽车冲压生产线
长春汽车焊接生产线
1952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）
1954年第一台工业机器人 国产100公斤点焊机器人
1981年美国“哥伦比亚” 号航天飞机首次发射成功
2005年我国成功发射载人飞船（神舟6号）
2.1.3 自动化在工业化建设中的作用与地位
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： 一定要在工业化的基础上
数字化（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，就完成了（工业）信息化 先进自动化是信息化的最重要标志
（国内从总体来说，数字化、网络化已有一定 规模）
（2）自动化的应用举例——工业自动化：
机器人等自动化机械（机器、设备） 自动化生产线 自动化车间 自动化工厂
直角坐标机器人
23秒 48秒
并联机器人
搬运机器人
装配机器人
29秒
19秒
绕线机 注塑机
弯管机
龙门式五轴联动混联机床 高速五轴龙门铣床
全弹自动装配生产线
汽车自动焊接生产线
自动立体仓库
2.1.1 自动化的内容与应用范围
(1) 自动化的内涵与外延
日常生活中，较少听到”自动化”这个名词 更多听到的是：
这个设备(器具)是“自动的”、 “自动控制的”
或“全自动的”
日常生活中常见的：
*家庭：
全自动照相机、洗衣机、电饭煲
*银行：
自动取款机ATM
*交通：
自动控制的红绿灯、 火车上的自动烧开水机
自动搬运车
自动化工厂
(3) 自动化的作用与重要性
※基本作用（传统观念）
——比人干得更快、更好，极大地提高生产力 从自动化生产线上生产的产品， 质量越来越好，价格越来越低。
——把人从繁重、危险的工作中解放出来 矿井掘井、核电站检查、消防救火、 无人侦察机、导弹（无人）
——完成人无法完成的工作 管道机器人（各种油管、水管）、 水下6000米机器人
自动化学科概论
第2章 自动化与自动化学科、专业
自动化学科概论 第2章 自动化与自动化学科、专业
2.1 自动化 2.2 自动化科学与技术 2.3 自动化学科、专业
第2章 自动化与自动化学科、专业
2.1 自动化
2.1.1 自动化的内容与应用范围 2.1.2 自动化的发展历史 2.1.3 自动化在工业化建设中的作用与地位 2.1.4 自动化在信息化建设中的作用与地位 2.1.5 自动化在现代化建设中的作用与地位
采松果机器人
挖树根机器人
嫁接机器人 采摘机器人
服 务自动化
壁 面 清 洗 机 器 人 擦 玻器人
家用清洁机器人
高压输电线维修（遥操作）机器人
医 用 机 器 人
中国骨科机器人系统
法国远程医疗机器人
医疗机器人——录像
第三代医疗仪器——医疗机器人 （4’55”）