自动化技术和理论、的产生发展及展望

自动化技术和理论、的产生发展及展望

内容提要：自动化的应用普遍存在与日常的生活与工作中，但是它的含义是什么呢？它是何时诞生的呢？它发展到今天都经历了那些过程呢？或许大多数人都不知道，下面我将讲述一些这几个问题，还将简要的概述自动化中一些基本概念的含义，他们之间的区别和联系。我还将举例说明自动化的应用存在我们生活的每一个角落，自动化无处不在。最后我将谈一下我对自动化前景的展及认识。

关键字：自动化自动控制智能控制反馈展望论文

英文版内容提要：Automation is essential for our lives and our works today . Wherever we go ,we can see it’s shadow . We can say that it liberates our humans. But most of people are not understanding it .What is automation ? how many periods have in the process of it’s developing . Evereone kmows them ? I don’t think it . So I write the notes to introduce some fields and theories of automation . I hope that it can make more people understand automation and control theory . 一、引言

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。广义上讲，自动化还包括模拟或再现人的智能活动。自动化技术广泛用于工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗，服务以及家庭等各方面。

另外，与自动化相关的一个术语就是自动控制（Automatic Control）,自动控制是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和技术。一般的说，自动化主要研究的是人造系统的控制问题，自动控制则除了上述研究外，还研究社会、经济、生物、环境等非人造系统的控制问题。例如生物控制、经济控制、社会控制及人口控制等，显然这些都不能归入自动化的研究领域。不过人们提到自动控制，通常是指工程系统的控制，在这个意义上自动化和自动控制是相似的。

二、自动化技术的产生及发展

关于控制和自动化技术发展但是其上可以分为四个历史时期：

1、自动化装置的出现和应用（18世纪以前）

古代人类在长期的生产和生活中，为了减轻自己的劳动，逐渐利用自然界的动力(水力、风力等)代替人力、畜力，以及用自动装置代替人的部分繁杂的脑力劳动和对自然界动力的控制。

2、自动化技术形成时期（18世纪末至20世纪30年代）

3、局部自动化时期（20世纪40~50年代）

在1943~1946年，美国电气工程师J.埃克脱(Eckert)核物理学家J.莫奇利（Mauchly）为美国陆军研制成世界上第一台基于电子管和数字管的计算机（Electronic Digit Computer）——电子书子积分和自动计数器（ENIAC）。随后人们对计算机进行了多次改良，使之更加实用。同时，

电子计算机的发明，为20世纪60~70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字计算机直接控制生产过程，奠定了基础。

目前，小型电子数字计算机或单片机已成为复杂自动控制系统的一组成部分，以实现复杂的控制和算法。

4、综合自动化时期（20世纪50年代起末至今）

在这个时期，经典控制理论已不能满足复杂工业化的需求，现代控制理论应运而生，得到了迅速的发展，并形成了许多各分支。

另一方面，自动控制系统的类型大致可分为三种：恒指自动控制系统、程序自动控制系统和随机系统(伺服系统)。但各种系统的组成部分基本相同：（1）给定环节产生给定的输入信号；

（2）反馈环节对系统输入（被控制量）进行测量，将它转换成反馈信号（Feedback Loop）；

（3）比较环节将给定的输入信号和反馈信号加以比较，产生误差（error）信号；

（4）控制器（调节器）根据误差信号，按一定规律，产生相应的控制信号，控制器是自动控制系统实现控制的核心部分；

（5）执行环节（执行机构）将控制信号进行功率放大，并能使被控对象的被控量变化；

（6）被控对象（Controlled Object）控制系统所要控制的设备或生产过程，它的输出就是被控量;

（7）扰动（Disturbance）除输入信号外能使被控量偏离输入信号所要求的值或规律的控制系统内、外的物理量；

（8）校正环节（Correcting Device）在有些不采用工业标准化控制器的伺服系统中，误差信号处理由校正环节来完成。它代替控制器的作用和位置。伺服系统是以电信号作为输入和以被控对象为电动机轴的位置作为输出的自动控制系统.

三、自动控制理论的产生、发展

在第二次世界大战期间，为了防御火力控制系统和飞机自动导航系统等军事技术问题，各国科学家设计出各种精密的自动调节装置，开创了防空火力系统和控制这一新的领域，经典控制理论应运而生。

在前述代数稳定判据和传递函数、依据频率响应的频率法判据的基础上加上W.埃文斯（Evans）1948年的根轨迹法（Root Locus Method），奠定了适宜用于单变量控制问题的经典控制理论的基础。

从20世纪40年代末，开始在美国、西欧和苏联为大学生和研究生开设了自动控制课程。在20世纪50年代，前苏联还在大学里设置了自动化方面的专业，专门培养控制方面的人才。1950年张钟俊教授在上海交通大学为大学生和研究生开设了“伺服机构原理”课程。

1945年美国数学家N.维纳把反馈的概念推广到生物等一切控制系统。1948年他出版的《控制论》一书为控制论奠定了基础。1954年，中国科学家钱学森全面的总结了经典控制理论，在美国出版了用英语撰写的、在世界上很有影响的《工程控制论》（《Engineering Cybernetics》）一书。

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的深入研究，经典控制理论在20世纪50年代又有了新的发展。

由于复杂工业、复杂工业过程和航天系统的自动控制问题都是多变量控制系统的分析和综合问题，迫切需要加以解决，但经典控制理论的直接应用于到了困难，在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。此时，一种新的控制理论含苞待放。