自动化专业概论 (2)

自动化的昨天今天及明天

与我的未来

摘要

本文论述了（1）自动化专业的历史及发展。包括经典控制论，现代控制论和智能控制论。（2）自动化专业的现状及应用。包括自动

控制系统相关知识，具体应用领域和具有的价值。（3）自动化专业的

未来和前景。包括智能机器和未来发展。（4）我的大学四年规划及职

业目标。

关键词：自动化历史现状前景我的规划职业目标

引言

经过了6周的《自动化专业概述与导论》课的学习，我知道了自动化专业的大致特点以及就业方向。如今，《自动化专业概述与导论》课结束了，为了圆满地完成这门课的学习，我总结了这几周所学的知识，查阅了各种相关书籍，希望能向教师交上一份满意的答卷，同时也为我的自动化专业学习做一个简单的规划。

本文主要描述了自动化的历史，现状，未来展望以及我的职业规划，其中部分内容来自讲师上课时所传授的知识，部分内容由网络，课外书籍等途径获得。

这是我人生中第一份科技论文，有许多不足和缺漏之处，但这是由我认认真真，经过反复的学习和修改自主完成的，这是对我自己最好的答卷。在以后的学习中，我会不断总结经验和不足，提高自己写此类论文的水平。

一自动化总述

（一）自动化是什么？

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。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着

自动化的概念是一个动态发展过程。过去，人们对自动化的理解或者说自动化的功能目标是以机械的动作代替人力操作，自动地完成特定的作业。这实质上是自动化代替人的体力劳动的观点。后来随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，自动化的概念已扩展为用机器(包括计算机)不仅代替人的体力劳动而且还代替或辅助脑力劳动，以自动地完成特定的作业。

自动化的广义内涵至少包括以下几点：在形式方面，制造自动化有三个方面的含义：代替人的体力劳动，代替或辅助人的脑力劳动，中人机及整个系统的协调、管理、控制和优化。在功能方面，自动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是自动化功能目标体系的一部分。自动化的功能目标是多方面的，已形成一个有机体系。在范围方面，制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程，而是涉及所有过程。

（二）研究的核心问题

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。

（三）培养目标

在控制理论，控制系统，生产过程自动化等具有创新和开拓精神的高级工程技术人员

（四）工作去向

在国民经济及国防各部门和行业从事信息及控制系统的研究，设计，集成，开发，制造和应用。

二自动化历史

（一）自动化理论的形成及发展

（1）经典控制理论——单变量控制问题

时间：1956年前

数学工具：微分方程

常用理论：传递函数，频率特性，根轨迹

代表人物：维纳，钱学森

（2）现代控制论——多变量控制问题

时间：1956年-1980年

数学工具：状态方程

常用理论：极大值原理，动态规划，可控性客观性

对应人物：庞特里亚金，贝尔曼，卡尔曼

（3）智能控制理论——复杂系统的控制问题

时间：1980年以后

最大特点：不要求有准确的数学模型

主要方法：模糊控制，专家控制，神经网络

（二）世界的自动化历史

18世纪末至20世纪30年代自动化技术形成，由于第一次工业革命的需要，自动化调节有了更广泛的应用。公元1968年法国工程师J.法尔科发明反馈调节器；到了20世纪20~30年代，美国开始采用PID调节器。这是一种模拟式调节器，现在还在许多工厂中采用。

随着自动化装置的广泛应用，就暴露了许许多多的问题，许多人就对自动调节系统的稳定性提出了质疑。自动调节器和控制对象组成自动调节系统。有许多科学家对自动调节系统从理论上加以研究。公元1868年英国物理学家J.麦克斯韦尔用微分方程描述并总结了调节器的理论。公元1876年俄国机械学家H.A.维什捏格拉茨基进一步总结了调节其理论，归结为只要研究描述自动调节系统的线性其次微分方程的通解。公元1877年英国数学家E.劳思、1895年德国数学家A.胡尔维茨提出代数稳定判据，沿用到现在。公元1892年俄国数学家A.李雅普诺夫提出稳定性的严格数学定义并发表了专着。他的稳定性理论至今还是研究分析线性和非线性系统稳定性的重要方法。

20世纪40～50年代局部自动化时期，第二次世界大战期间，为了防空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制动调节装置开创可防空火力系统和控制这一新的科学领域。

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、脉冲及采样系统、时变系统、分布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。

与此同时，在工业上已广泛应用PID调节器，并用电子模拟计算机来设计自动控制系统。20世纪50年代研制出了电动单元组合仪表，这些为工业自动化提供了必不可少的技术工具，并使得

构成和设计自动控制系统更简便、更工程化了，我国也能生产系列化得国产气动单元组合仪表QDZ 型和电动单元组合仪表DDZ型，在国内使用很广。

1943～1946年，美国电气工程师J.埃克托和物理学家J.莫奇利为美国陆军研制成世界上第一台基于电子管电子数字计算机——电子数字积分和自动计数器。1950年美国宾夕法尼亚大学莫尔小组研制成世界上第二台存储程序式电子数字计算机——离散变量电子自动计算机。电子数字计算机的发明为20世纪60～70年代开始的再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。我国也在20世纪50年代中叶开始研制大型电子数字计算机，并研制出了“银河Ⅲ”电子数字计算机。

20世纪50年代末起至今进入综合自动化时期。复杂工业、复杂工业过程和航天技术的自动控制问题，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。单经典的控制理论的直接应用遇到了困难。20世纪70年代微处理器的出现对实现各种复杂的控制任务起了重大的推动作用。

20世纪50年代末到60年代初，开始出现电子数字计算机控制化的化工厂，20世纪60年代末在制造工业中出现了许多自动生产线，工业生产开始由局部自动化想综合自动化方向发展。20世纪70年代出现专用机床组成的无人工厂，20世纪80年代初出现用柔性制造系统组成的无人工厂。

20世纪60年代末至70年代初，美、英等国的科学家们注意到人工智能的所有技术和机器人结合起来，研制出只能机器人。智能机器人会在工业生产、核电站设备检查及维修、海洋调查、水下石油开采、宇宙探测等方面大显身手。【4】

三现代自动化

（一）自动控制系统的类型

1、恒值控制：系统输出稳定在给定值上。

f（t）=C （常数）

2、程序自动控制：自动控制系统的给定信号是已知的时间函数。

Ur=f（t）

3、随动系统：在给定控制系统中，给定环节给出的输入信号是预先未知的随时间变化的函数。

（二）自动控制系统的组成

1、给定环节：产生给定的输入信号。

2、反馈环节：对系统输出测量，转换成反馈信号。

3、比较环节：将输入与反馈信号加以比较，产生误差。

4、控制器环节：根据误差信号，按一定规律，产生相应的控制信号，它是系统的实现控制核