自动化学科概论（第二版）
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。
自动化专业概论(自动化学科领域范畴)单元习题一与答案
一、单选题1、解耦控制对于（）的控制是比较有效的。
A.单变量系统B.开环控制系统C.闭环控制系统D.多变量系统正确答案：D2、目前为止，现场最好用的，应用最广的依然是（）控制算法A.模糊控制B.自适应控制C.预测控制D.PID正确答案：D3、一个控制系统总是由四部分组成（）执行器、被控对象、传感器。
A.给定值B.被调量C.控制器D.期望值正确答案：C4、（）的功能是将各种非电量按一定的规律转化成便于处理和传输的另外一种量。
A.控制器B.被控对象C.传感器D.执行器正确答案：C5、（）简称PLC。
A.现场总线控制系统B.可编程逻辑控制器C.顺序控制系统D.分散控制系统正确答案：B二、判断题1、自适应控制就是能自动地适时地调节系统本身的控制规律和参数以适应外界或内部引起的各种干扰及系统本身参数的变化，使系统运行在最佳状态。
正确答案：√2、控制器发生变化一般是指结构发生变化或者参数发生变化。
正确答案：√3、自校正自适应控制就是通过在线检测被控对象的数学模型，根据这个模型不断地整定控制器的参数。
正确答案：√4、模糊控制是一种典型智能控制算法。
正确答案：√5、模糊控制算法也是非线性控制算法。
正确答案：√三、填空题1、数学模型一般有3种形式，微分方程，差分方程和（）。
正确答案：传递函数2、试验建模通常有三种方法，（），最小二乘法，智能辨识方法。
正确答案：飞升曲线法3、衡量控制系统的三个品质指标（）、准确性、快速性。
正确答案：稳定性4、（）和实验建模是建模的两种常用方法。
正确答案：理论建模5、控制系统的（）描述的是系统输入和输出之间的动态关系。
正确答案：数学模型。
第3章-5 电力系统自动化《自动化概论(第2版)》课件
主要内容
电力系统自动化的基本概念 电力系统自动化的重要性 电力系统自动化的主要内容
电力调度自动化， 发电厂自动化， 变电站自动化 电力系统自动化发 展趋势与展望
一、电力系统自动化的基本概念
电力主要来源于火电、水电和核电，其他如太阳 能、风能、海洋能、生物能等产生的电力目前还 只能是一种补充。
正是由于采用了自动监控和远动控制技术，才使 得电力系统的规模能够不断扩大；
电力系统中存在各种干扰，包括系统故障等，系 统故障有时会使电力系统失去稳定，造成灾难性 后果，因此，如何控制才能保证稳定，或出现不 稳定后怎样恢复稳定，已成为电力系统自动化的 重大课题之一；
总而言之，安全供电、保证良好的电能质量、经 济运营等都需要自动化。
发电机组厂房
三峡电站水轮机和发电机正在吊装
3. 变电站自动化
变电站的作用是变换电压、接受和分配电能、控 制电力流向等，主要通过变压器将各级电压的电网 联系起来。
随着微机监控监测技术引入变电站，变电站正在 向综合自动化方向发展，我国已实现了变电站的远 程监控、远动和继电保护微机化，同时大力推广无 人值班变电站。
电力调度中心
2. 发电厂自动化
无论是火电、水电、核电或其他发电方式，都是 通过某种动力机械驱动发电机发电，因此其自动化 系统也具有很多共同点，既要分别控制动力装置、 发电机及其他辅助设备，又要对各个控制系统进行 协调和统一管理。
核电已成为继火电、 水电之后的第三大能源， 对自动化系统的要求更 为严格和苛刻，特别是 可靠性。
无人值班变电站将会使变电站综合自动化程度推 向一个更高的阶段，其功能包括变电站的远动、继 电保护、远方开关操作、自动测量、故障和事故的 自动记录以及运行参数自动打印等功能。
自动化概论PPT课件(38页)
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)概论-第1章
其他方面
① 学风上勤奋、严谨、求实、进取； ② 作风上谦虚、谨慎、朴实、守信； ③ 具有健康的心理、务实的心态； ④ 具有健全的体质、良好的体能； ⑤ 拥有旺盛的精力、敏捷的思路。
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自动化（专业）概论
主 讲：杨清宇 副教授 单 位：西安交通大学电信学院自动化系 邮 箱：yangqingyu@ 电 话:(029)82668665-167 办公室：东2楼167 答 疑：周二下午2:30－5:30，东2楼167
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本课程的目的与任务
• 自动化专业的性质、内容与培育目标； • 自动化的作用和地位； • 自动化技术的当前概貌和它的未来发展； • 自动化专业的教学与教育；
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前向通道 给定环节
扰 动 输 出
给 定 误差 输入 + _
控制器
放大 环节
执行环 节
被 控 对 象
反 馈 信号
反馈环节
反馈通道
反馈控制系统框图
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对自动化类专业人才的素质要求
（1） 认知和技能方面 （2） 思想和情感方面 （3） 意识和意志方面 （4） 其他方面
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认知和技能方面
① 掌握数理等基础理论的原理和方法； ② 了解机械、力学、电器、化工等相关学科的一般 原理和方法； ③掌握计算机、通信、电子等关联学科的基本原理、 方法和应用以及相应的实验仪器和 技能； ④ 掌握控制系统分析和综合（设计）等专业知识和 方法； ⑤ 掌握系统仿真、科学计算、软硬件开发等科学实 验方法和技术； ⑥有哲学、方法论、经济学、历史、法律、伦理、 社会学、文学、艺术等人文社会科学方面以及军 事方面的基本知识；
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控制科学与工程 学科
图1.1 学科组成示意图
自动控制 电气工程与自动化 工业自动化 机械制造自动化 电力系统自动化
自动化专业概论(自动化学科领域范畴)单元习题二与答案
一、单选题1、标准信号是指国际上统一的标准（）到20毫安或者是1到5伏。
A.1B.3C.4D.2正确答案：C2、标准信号是指国际上统一的标准4到20毫安或者是1到（）伏。
A.6B.5C.7D.8正确答案：B3、PI数据库是一种常见的()A.非实时历史数据库B.非关系数据库C.关系数据库D.实时历史数据库正确答案：D4、分散控制系统的（）是把显示的内容集中在几台计算机上。
A.监控层B.控制层C.现场层D.管理层正确答案：A5、（）的硬件组成结构就是一个三点一线的结构方式。
A.SCSB.DCSC.FCSD.PLC正确答案：B二、判断题1、I/O接口数据组态软件就是把I/O通道的地址与某一个设备连接起来正确答案：√2、操作员界面组态软件就是操作员能看到的软件。
正确答案：√3、现场总线控制系统把现场控制站放入了现场当中的具体的设备。
正确答案：√4、现场总线控制系统取消了传统控制系统中的控制层，保留了两层结构。
正确答案：√5、模糊控制算法也是非线性控制算法。
正确答案：√三、填空题1、（）简称是MIS 。
正确答案：管理信息系统2、（）是指通过射频识别红外感应器全球定位系统激光扫描器等信息传感设备按约定的协议把任何物品与互联网连接起来进行信息交换和通信以实现智能化识别定位跟踪监控和管理的一种网络。
正确答案：物联网3、（）就是通过数学表达式来描述一个系统的运动过程。
正确答案：数学模型4、（）是一种通过互联网来处理事情的方法和手段。
正确答案：云计算5、（）简称为DAS是一个开环系统。
正确答案：数据采集系统。
自动化学科概论
自动化学科概论 第3章 自动化的基本原理
3.1 自动化、自动控制系统与自动控制理论 3.2 被控对象及其数学模型的建立 3.3 自动控制基本原理 3.4 数字控制及计算机控制系统 3.5 自动化基本设备 3.6 小结
第3章 自动化的基本原理
3.1自动化、自动控制系统与自动控制理论
自动化作为一种行为和一种状态，它是通过自 动控制系统实现的。
非线性控制系统的分析方面 相平面法 描述函数法
在非线性系统的综合方面 基于几何方法的反馈线性化方法 基于微分代数的代数方法
各种智能控制方法
第3章 自动化的基本原理
3.4 数字控制及计算机控制系统
3.4.1 从模拟量到数字量 3.4.2 计算机控制 3.4.3 基于网络技术的计算机控制
3.4.1 从模拟量到数字量
3.2.1 被控对象的类型
工程技术领域的被控对象不同的分类法
（1）按被控对象的特性可分为线性和非线性 （2）按被控对象结构参数可分为定常和时变 （3）按系统传输信号的性质可分为连续系统和 离散系统 （4）按系统期望输出信号的变化规律还可分为 恒值控制系统和随动控制系统
3.2.2 建立被控对象数学模型 的基本方法
3.5.1 信息获取——传感器
传感器的任务 检测系统内部或外部的物理参数，以获取
相应的信息
待测量的物理量
电压、电流等电量
温度、流量、物位、成分等非电量
传感器种类繁多
按被测参量 温度传感器、流量传感器、位移传感器、 速度传感器、荷重传感器等
按信号转换机理 电阻式、电容式、电感式、压电式、霍 尔式
按输出信号形式 模拟式传感器、数字式传感器
3. 位置随动系统
3.3.4 基本控制规则
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自动化学科概论（第二版）
目录
第1章绪论
1.1课程的目的与定位
1.2课程的性质与特点
1.3全书内容简介
1.4课程教学安排
思考题
第2章自动化
2.1初识自动化
2.2自动化的定义与作用
2.3自动化的发展历史
2.4自动化在工业化建设中的作用与地位
2.5自动化在信息化进程中的作用与地位
2.6自动化在现代化建设中的作用与地位
思考题
第3章自动化基本原理
3.1自动化与自动控制
3.2自动控制系统的描述与模型构建
3.3自动控制的基本原理
3.4数字控制与计算机控制系统
思考题
第4章现代自动化系统
4.1现代自动化系统——实例与特点
4.2现代自动化系统——设备与部件
4.3现代自动化系统——集成与优化
4.4大系统
思考题
第5章自动化（科学技术）学科、专业
5.1自动化科学技术的定位
5.2自动化科学技术的基本内容与核心概念
5.3自动化科学技术的特点
5.4自动化科学技术与信息科学技术的关系
5.5自动化学科与专业的含义与区分
5.6自动化学科
5.7自动化专业
思考题
附录5.1自动化科学技术的发展历史
附录5.2自动化学科的分类
附录5.3我国自动化学科、专业人才培养的演变历程
第6章自动化学科、专业的知识体系与课程体系
6.1自动化学科的知识结构与知识体系
6.2自动化专业的知识结构与知识体系
6.3自动化专业人才的知识、素质与能力要求
6.4自动化专业的课程结构与课程体系
思考题
第7章自动化专业学生的工程与科研训练
7.1自动化专业的工科属性
7.2层次化的工程与科研训练
7.3工程训练
7.4科研训练
7.5工程与科研能力评价任务
思考题
附录7.1面向自动化类专业大学生的部分竞赛项目
第8章自动化学科（专业）发展
8.1中国特色的自动化专业
8.2自动化学科（专业）的特点
8.3自动化学科（专业）与其他相关学科（专业）的关系8.4自动化学科（专业）的发展前景与发展趋势
思考题
附录8.1自动化领域著名公司、研究院所、大学与重要学术刊物参考文献。