自动控制系统概述【PPT课件】

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重庆邮电学院自动化学院
第一章 自动控制系统概述
自动化的发展过程回顾： ①设备自动化 本世纪50年代开始发展起来，由最初的机器、设备的控制问题，引出了机床、轧钢机等设备 的自动化。主要特点：自动调节系统的出现及其大量应用。 ②生产过程自动化 生产过程自动化需要考虑生产过程的协调、优化、计划与调度等问题。它是生产车间级的自动 化。 离散型生产过程的自动化 机械制造自动化，电子制造自动化，…… 连续型生产过程的自动化 化工自动化，冶金自动化，…… ③工厂自动化 工厂是由若干个生产车间组成的、能够完成一定的产品生产任务的实体，工厂自动化实现了产 品加工生产的自动化，工厂自动化=生产过程自动化+管理自动化。 ④企业自动化 企业自动化包括企业的生产加工、企业管理、产品（设计/开发）、市场、销售、计划等方面 的综合自动化，企业自动化的支撑技术包括：制造资源管理MRP-II，企业资源计划ERP，计 算机辅助设计/制造CAD/CAM，计算机集成制造CIM，并行工程CE，产品数据管理PDM，… 计算机集成制造CIM将制造视为一个信息处理、信息转换的过程，将制造过程视为一个集成的 过程，多种计算机技术与工具的综合应用。
关系：
控制论<工程控制论<自动控制原理
控制论的建立是20世纪最伟大的科学成就之一﹐现代社会的许多新概念和新技术往往 与控制论有着密切的联系。英文 cybernetics(控制论)一词来源于希腊文﹐原意为 “掌舵人”﹐转意是“管理人的艺术”。法国物理学家和数学家A.M.安培于1834年 用控制论这一名词称呼管理国家的科学。控制论的奠基人美国数学家维纳﹐N.1948 年为控制论所下定义是:“研究动物和机器中控制和通信的科学”。70年代以来﹐计 算机得到广泛的应用﹐控制论的应用范围逐渐扩大到社会经济系统﹐控制论的定义 也因之扩展。
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第一章 自动控制系统概述
是自动化类、信息类的必修课，主干课，将具体元件根据自动控制原理组成、针对具体 控制对象的系统，包括：
1.研究一般规律：通过分析、研究各种具体系统的一般规律，控制本身是一种工具，它 不局限于某个系统，控制理论作为自动控制的基础理论，具有普适性，好比微积分、 线性代数，任何领域都可拿来用从物理特性和规律出发，但不局限于物理规律，而是 找出共同规律使之能更广泛的应用 ；同时又有很强的应用背景，但联系实际有具体意 义，和一般数学等不同。
清华大学：熊光楞教授 一般的自动化的定义：自动化是指人把命令（即控制的信息）授给“控制机（或控制系 统）”，使它按信息的要求，自动控制机器，而机器再去运作工具于工件。自动化是分 析、组织和控制生产过程的一种手段。 自动化实现人类劳动模式的转换：“人—工具”的劳动模式、“人—机器—工具”的劳 动模式、“人—控制机—机器—工具”的劳动模式。
⑤扩展企业自动化 全球化
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第一章 自动控制系统概述
“自动化”理论 控制论：经典的反馈控制理论，现代控制理论，状态空间理论，自适应控制理论… 信息论：信息处理、压缩、转换、传输… 系统论：从各组成部分间的相互作用、相互影响的角度来考虑整个系统的运行、控 制的问题， 协同论：研究多个系统之间的协调、相互作用、相互影响。
《自动化（专业）概论》：
所谓自动化(Automation)，是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自 动的进行操作或运行。广义地讲，自动化还包括模拟或再现人的智能活动。
《自动化科学与技术学科的内容、地位与体系》：
简言之，“Automation”包含了① 设备、过程或系统的自动化；② 自动化技术或设备； ③ 自动化状态。
2.提供基本方法，是方法论：通过规律的研究，提供针对具体问题的分析，解决问题的 方法，如对实际控制系统，建立模型，求解，分析并解决问题，提供一种通用的思想 和方法。
3. 一种思想方法，不仅针对一般的物理系统，还可以推广对自然科学，社会科学，如生 产、经济、环境等问题。
如系统的观点，全局观念、反馈思想，这些思想是靠潜移默化，长期训练得到的，特 别是复杂的，大惯性的系统，如：环境、生态，人口等问题，仅靠当前、局部的一些 思考方法和措施不能很好解决，引入这自动控制、自动化等思想可以提供更全面地、 长期的分析、解决问题的方法。作用的同时也吸取其它学科知识。
中国科学家钱学森创立了工程控制论﹐并于1954年在美国出版了《工程控制论》的专 著。他提出﹐工程控制论的对象是控制论这门学科能够直接应用于工程设计的那些 部分。以后又出现了生物控制论、经济控制论、社会控制论等。源自第 3页重庆邮电学院自动化学院
控制论的核心问题控制论的核心问题是信息﹐包括信息提取﹑信息传播﹑信息处理﹑ 信息存储和信息利用等一般问题。控制论与信息论的主要区别是﹕控制论是在理论 上用较抽象的方式来研究一切控制系统(包括生命系统﹑工程系统﹑经济系统和社会 系统)的信息传输和信息处理的特点和规律﹐研究用不同的控制方式达到不同的控制 目的﹐不考虑具体信号的传输和处理问题﹔信息论研究信息的测度﹐并在此基础上 研究与实际系统中信息的有效传输和有效处理有关的问题(如编码﹑译码﹑滤波﹑信 道容量和传输速率等)。
第一章 自动控制系统概述
一、基本概念 第一、二次工业革命，为能源、动力的革命，导致了机械化。
1946年﹐美国福特公司的机械工程师D.S.哈德最先提出“自动化”一词﹐并用来描述发动机 汽缸的自动传送和加工的过程
《朗文当代英语辞典》 ：automation the use of machines instead of people to do a job or industrial process
自动控制原理：经典控制理论，即研究反馈控制。 自动化 自动控制（视频资料） 在没有人参与的情况下，通过控制器或控制装置来控制机器或者设备等物理装置，使
得机器设备的受控物理量按照希望的规律变化，达到控制目的。 是研究控制系统的一般规律，不是讲具体的控制对象、系统、元件。 对象：如炼钢、化工反应，航空航天，机械汽车加工。 系统：运动过程，力学、电学、光学、生物等 元件：控制器、执行（电机），传感器