自动化技术概论自动控制发展控制技术篇
自动化技术概论
自动化技术概论1、自动化的意义及其历史自动化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地进行操作或运行。
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。
采用自动化科学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、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展、放大人的功能和创造新的功能，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，自动化是一个国家或社会现代化水平的重要标志。
自动化技术的发展历史，大致可以划分为自动化技术形成、局部自动化和综合自动化三个时期。
1）自动化技术形成时期(18 世纪末～20 世纪30 年代) 1788 年英国机械师J.瓦特发明离心式调速器(又称飞球调速器)，并把它与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速的闭环自动控制系统(见图瓦特离心式调速器对蒸汽机转速的控制)。
瓦特的这项发明开创了近代自动调节装置应用的新纪元，对第一次工业革命及后来控制理论的发展有重要影响。
2）局部自动化时期(20 世纪40～50 年代) 第二次世界大战时期形成的经典控制理论对战后发展局部自动化起了重要的促进作用。
在第二次世界大战期间，德国的空军优势和英国的防御地位，迫使美国、英国和西欧各国科学家集中精力解决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。
在解决这些问题的过程中形成了经典控制理论，设计出各种精密的自动调节装置，开创了系统和控制这一新的科学领域。
3）综合自动化时期(20 世纪50 年代末起至今) 20 世纪50 年代末空间技术迅速发展，迫切需要解决多变量系统的最优控制问题。
许多学者试图把经典控制理论推广到多变量系统的控制，都遭到了失败。
需要寻求新的理论和方法，于是诞生了现代控制理论。
现代控制理论的形成和发展为综合自动化奠定了理论基础。
在这一时期，微电子技术有了新的突破。
1958 年出现晶体管计算机，1965 年出现集成电路计算机，1971 年出现单片微处理机。
对自动化及自动化控制的理解
对自动化及自动化控制的理解自动化及自动化控制的理解自动化是一种通过使用机械、电子、计算机和信息技术等手段，对生产、运行、管理和服务等过程进行自动控制和操作的技术和方法。
它的目标是提高生产效率、降低成本、提高产品质量，并提供更安全、更可靠的工作环境。
自动化控制是自动化技术的核心，它是指通过传感器、执行器、控制器和人机界面等装置，对生产过程中的各种参数进行监测和调节，以实现对生产过程的自动控制和优化。
自动化及自动化控制的理解可以从以下几个方面来阐述：1. 自动化的发展历程：自动化技术的发展经历了几个阶段。
最早的机械自动化是通过机械装置和传动系统来实现的，如自动纺织机、自动织机等。
随着电子技术的发展，电子自动化取代了机械自动化，如自动化流水线、自动化装配线等。
而现代自动化则是基于计算机和信息技术的，如工业控制系统、自动化生产线等。
2. 自动化的应用领域：自动化技术广泛应用于工业生产、交通运输、农业农村、医疗卫生、环境保护等领域。
在工业生产中，自动化可以实现生产过程的连续化、高效化和智能化，提高生产效率和产品质量。
在交通运输中，自动化可以实现交通流量的控制和管理，提高交通运输的安全性和效率。
在农业农村中，自动化可以实现农业生产的机械化和智能化，提高农业生产的效益和可持续发展。
在医疗卫生中，自动化可以实现医疗设备和药物的自动化管理，提高医疗服务的质量和效率。
在环境保护中，自动化可以实现对环境污染的监测和治理，保护生态环境和人民健康。
3. 自动化的基本原理：自动化控制的基本原理包括传感器、执行器、控制器和人机界面等组成的闭环控制系统。
传感器用于监测生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等。
执行器用于根据控制信号对生产过程进行调节和控制，如电机、气动执行器等。
控制器是自动化控制系统的核心，通过对传感器信号的处理和分析，产生控制信号，实现对生产过程的控制和调节。
人机界面用于人机交互，实现对自动化控制系统的监控和操作。
自动化概论论文
自动化概论论文引言概述：自动化技术是指利用计算机、电子技术、机械技术等手段，实现对生产、工程、管理等过程的自动控制和操作。
自动化技术的应用已经渗透到各个领域，对提高生产效率、降低成本、改善生活质量等方面都起到了重要作用。
本文将从五个方面详细阐述自动化技术的概论。
一、自动化技术的发展历程1.1 工业革命与自动化技术的兴起1.2 自动化技术在生产领域的应用1.3 自动化技术在农业和交通领域的应用二、自动化技术的基本原理2.1 控制系统的基本组成2.2 传感器和执行器的作用2.3 自动化控制的闭环原理三、自动化技术的应用领域3.1 工业自动化3.2 农业自动化3.3 交通运输自动化四、自动化技术的优势和挑战4.1 提高生产效率和质量4.2 降低生产成本和资源消耗4.3 面临的挑战和发展方向五、自动化技术的未来展望5.1 智能制造与工业互联网的融合5.2 人工智能与自动化技术的结合5.3 自动化技术在生活中的应用前景正文内容：一、自动化技术的发展历程1.1 工业革命与自动化技术的兴起自动化技术的起源可以追溯到18世纪的工业革命时期，当时机械化生产的兴起催生了自动化技术的发展。
通过使用机械设备和自动控制系统，生产过程中的人力劳动得到了极大的减轻，生产效率大大提高。
1.2 自动化技术在生产领域的应用自动化技术在制造业中得到了广泛的应用。
通过自动化控制系统，可以实现生产线上的自动运行和自动调节，大大提高了生产效率和产品质量。
自动化技术还可以应用于危险环境下的生产，如化工行业和核能行业。
1.3 自动化技术在农业和交通领域的应用除了工业领域，自动化技术也在农业和交通领域得到了广泛的应用。
在农业领域，自动化技术可以实现农田的自动灌溉、自动播种和自动收割，提高了农业生产的效率和产量。
在交通领域，自动驾驶技术的发展使得无人驾驶汽车成为可能，大大提高了交通的安全性和效率。
二、自动化技术的基本原理2.1 控制系统的基本组成自动化控制系统由传感器、执行器、控制器和人机界面等组成。
自动控制概论课件-第二讲自动控制发展
随着网络化控制的广泛应用，安全性和可靠性成为重要的发展方向， 将采取更多措施确保控制系统的安全稳定运行。
自适应控制的发展趋势
1 2 3
非线性模型的适应能力
自适应控制将进一步提高对非线性模型的适应能 力，以应对更复杂和不确定的工业过程控制需求。
实时优化和控制能力
自适应控制系统能够根据实时变化的情况进行快 速优化和控制调整，提高系统的响应速度和稳定 性。
导弹制导
自动控制系统用于导弹的精确制导，提高武器的 命中率。
航空电子
自动控制系统用于飞机的导航、控制和通信，保 障飞行的安全和稳定。
空间探测
自动控制系统用于空间探测器的精确控制和数据 处理，推动空间科学的发展。
03 自动控制系统的基本组成 和原理
自动控制系统的基本组成
控制器
根据设定值和实际输出值之间 的偏差，计算出控制信号，以
自动控制概论课件-第二制的重要性和应用领域 • 自动控制系统的基本组成和原理 • 自动控制系统的发展趋势和未来展望
01 自动控制发展历程
早期的自动控制
01
02
03
机械控制
利用机械原理实现简单的 自动化操作，如水钟、漏 壶等。
气压和液压控制
利用气压和液压原理实现 简单的自动化操作，如气 压阀、液压阀等。
跨学科融合和创新
自动控制系统的发展需要加强跨学科的融合和创新，借鉴 和吸收相关领域的最新成果和技术，推动自动控制技术的 不断进步和应用拓展。
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02 自动控制的重要性和应用 领域
自动控制在生产和生活中的应用
生产自动化
自动控制系统在生产线上实现自 动化操作，提高生产效率，降低
《自动化专业概论》读书笔记
《自动化专业概论》读书笔记自动化专业概论读书笔记引言概述：自动化专业是一门涉及电子、计算机科学、机械工程等多个学科的综合性学科。
它研究如何利用技术手段实现对机器、工艺过程或系统的自动控制和运行。
本文将从五个方面介绍自动化专业的基本概念、发展历程、应用领域、技术挑战和未来发展趋势。
一、自动化专业的基本概念1.1 自动化的定义自动化是指利用各种技术手段，通过传感器感知环境信息、通过控制器进行决策和执行动作，实现对机器、工艺过程或系统的自动控制和运行。
1.2 自动化系统的组成自动化系统主要由传感器、执行器、控制器和通信网络等组成。
传感器负责感知环境信息，执行器负责执行动作，控制器负责决策和控制，通信网络负责传输信息。
1.3 自动化技术的基础自动化技术的基础包括传感技术、控制技术、信息处理技术和通信技术。
传感技术用于感知环境信息，控制技术用于决策和控制，信息处理技术用于对数据进行处理和分析，通信技术用于传输信息。
二、自动化专业的发展历程2.1 自动化的起源自动化的起源可以追溯到工业革命时期。
当时人们开始使用机械设备替代人力，实现生产过程的自动化。
2.2 自动化的发展阶段自动化的发展经历了控制技术、信息技术和网络技术的不断进步。
从最初的机械控制到电气控制，再到计算机控制和网络控制，自动化技术得到了极大的发展。
2.3 自动化专业的应用领域自动化技术广泛应用于制造业、交通运输、能源、环境保护、医疗卫生等领域。
它可以提高生产效率、降低能耗、提高产品质量、改善工作环境等。
三、自动化专业的应用领域3.1 制造业自动化制造业自动化是自动化技术应用最广泛的领域之一。
它包括工业机器人、自动化生产线、智能制造等，可以实现生产过程的高效、精确和灵活控制。
3.2 交通运输自动化交通运输自动化主要包括智能交通系统、自动驾驶技术等。
它可以提高交通运输的安全性、效率和舒适性，减少交通事故和交通拥堵问题。
3.3 能源自动化能源自动化主要应用于电力系统、石油化工等领域。
自动化专业概论(自动控制系统结构介绍及设计)单元习题与答案
一、单选题1、仿真的()很关键，不能太大也不能太小，太大会丢信息，太小会增加计算机仿真的复杂程度.A.采样周期B.时间C.仿真步数D.计算步距正确答案：D2、仿真时间要求涵盖被仿真对象的全部（）过程。
A.扰动B.稳定C.动态D.静态正确答案：C3、衡量控制系统的三个品质指标（）、准确性、快速性。
A.动态性能B.稳态性能C.快速性能D.稳定性正确答案：D4、目标函数的设计过程中除了体现控制品质的要求还需要考虑（）的输出。
A.控制器B.被控对象C.检测变送器D.执行机构正确答案：A5、目标函数中对控制品质的要求一般是通过（）的平方来体现的。
A.测量值B.期望值C.被调量D.偏差正确答案：D6、（）随着搜索维数的增加，其计算量呈指数增加，因此适合于低维空间。
A.遗传算法B.粒子群C.穷举法D.最小二乘法正确答案：C7、（）属于群体智能，思想来源于蚂蚁找食物的过程。
A.粒子群算法B.模糊算法C.蚁群算法D.遗传算法正确答案：C8、遗传算法的第一步是（），种群规模和种群中个体的多样性尤其重要。
A.确定遗传因子B.确定遗传规则C.确定种群个数D.选择初始种群正确答案：D9、()是指给输入扰动加载单位阶跃输入，得到的输出曲线的形式。
A.脉冲曲线B.飞升曲线C.斜波曲线D.加速度曲线正确答案：B10、最小二乘方法适用于对()系统进行辨识。
A.单入单出B.多输入多输出C.单入多输出D.多输入单出正确答案：A11、（）的设计目的在于克服单一的扰动。
A.前馈B.回路C.反馈D.前向通道正确答案：A12、史密斯预估控制特别适合于具有（）特性的被控对象。
A.慢速B.大纯迟延C.稳定D.快速正确答案：B13、大纯迟延特性的被控对象的传递函数中τ表达的是（）。
A.积分时间B.比例系数C.纯迟延时间D.微分时间正确答案：C14、（）是当被控对象的输入发生变化时被控对象的输出要经过τ时间段内才能产生变化。
A.调节时间B.峰值时间C.微分时间D.纯迟延时间正确答案：D15、盲人爬山的路径优化需要解决两个问题。
自动化技术概论自动控制发展-控制技术篇
2020/12/17
自动化技术概论自动控制发展-控制 技术篇
想法（目标）要有办法来实现。
自动化技术概论自动控制发展-控制 技术篇
自动控制的两个组成部分
自动控制
自动控制理论 自动控制技术
自动控制理论是分析和设计自动控制 系统的工具和基础，相当于“软件”； 自动控制技术则着重在控制系统的硬件 实现方面
气 动 单 元 组 合 仪 表 （ QDZ ） ， 电 动 单 元 组 合 仪 表 （DDZ），都经历了I型，II型，和III型三个发展阶段。
自动化技术概论自动控制发展-控制 技术篇
变送单元：将各种物理量变换成标准统一信号； 转换单元：电-气转换，气-电转换，等； 控制单元：测量信号与给定信号比较，产生控制信号； 运算单元：将几个标准信号进行算术运算； 显示单元：指示、记录、报警、累计； 给定单元：产生给定值； 执行单元：按控制器输出的控制信号去改变控制量大小； 辅助单元：增设的功能，如手动-自动切换。
l 常用的数字化控制装置包括单片机、工业控制计算 机、可编程逻辑控制器、数字信号处理器等。
自动化技术概论自动控制发展-控制 技术篇
单片机
单片机是在一块芯片上集成了微处理器、存储器 及接口电路等，在计算机家族里体积最小、价格最 便宜、应用非常普遍，一辆普通轿车里常常有几十 个单片机在工作。
自动化技术概论自动控制发展-控制 技术篇
自动化技术概论自动控制发展-控制 技术篇
2.1 基本控制方案
一、开环控制系统（最简单的控制方式） 控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系。 •特点： 1）系统输出量对系统的控制作用没有影响；
2）每一个参考输入对应于相应的固定工作状态。 •缺点：若系统存在较大干扰，则很难完成既定的控制任务 •适用范围： 1）输入输出关系已知；2）控制精度要求不高； 3）干扰影响不大。
控制系统中的自动化与自动控制技术
控制系统中的自动化与自动控制技术控制系统的自动化和自动控制技术一直是现代工业领域中的重要课题。
它们在提高生产效率、优化资源利用以及确保产品质量等方面发挥着核心作用。
本文将概述控制系统中的自动化与自动控制技术，并探讨它们对工业生产的影响。
一、自动化技术的基础概念自动化技术是指通过电子、计算机、信息技术等手段，对生产和其他系统的过程进行监测和控制的一门综合技术。
它包括自动检测、自动测量、自动判断、自动调节等几个方面。
自动化技术的应用范围十分广泛，从控制工业过程到家庭生活的各个领域都可以看到其存在。
二、控制系统中的自动化技术控制系统是指通过传感器获取被控对象的状态信息，并通过执行器对其进行控制的系统。
在控制系统中，自动化技术起到了至关重要的作用。
自动化技术可以实现对系统的自动控制、自动诊断以及自动调整等功能，提高控制系统的效率和精度，减少人为干预带来的误差。
三、自动控制技术的应用举例1. 工业生产线控制：自动控制技术在工业生产线上得到了广泛应用。
通过传感器实时监测生产过程中的温度、压力、速度等参数，并根据预设的控制算法进行控制，大大提高了生产效率和产品质量。
2. 智能家居系统：自动控制技术在智能家居系统中发挥着重要作用。
通过智能传感器获取家居环境的信息，如温度、湿度等，并通过自动控制系统实现自动调节，提供舒适的居住环境。
3. 交通信号控制：自动控制技术在交通信号控制系统中起到关键作用。
根据交通流量和道路状况，通过自动控制系统智能调整信号灯的时间和频率，以实现交通流畅和安全。
四、自动化与自动控制技术的优势1. 提高生产效率：自动化技术可以实现对生产过程的自动控制和智能调节，减少了无效操作和人为错误，提高了生产效率。
2. 优化资源利用：自动化技术可以通过实时监测和调节，使资源的利用更加高效合理，降低能源消耗和物料浪费。
3. 提高产品质量：自动化技术的实时监测和自动调节功能可以确保产品制造过程的稳定性和一致性，提高产品的质量和可靠性。
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变送单元：将各种物理量变换成标准统一信号； 转换单元：电-气转换，气-电转换，等； 控制单元：测量信号与给定信号比较，产生控制信号； 运算单元：将几个标准信号进行算术运算； 显示单元：指示、记录、报警、累计； 给定单元：产生给定值； 执行单元：按控制器输出的控制信号去改变控制量大小； 辅助单元：增设的功能，如手动-自动切换。
单片机
单片机是在一块芯片上集成了微处理器、存储器 及接口电路等，在计算机家族里体积最小、价格最 便宜、应用非常普遍，一辆普通轿车里常常有几十 个单片机在工作。
工业控制计算机
工控机类似普通微机，但提高了 工作的可靠性，配备了用于工业控 制的输入输出接口，并特别加强了 针对工业环境的抗干扰措施。
可编程逻辑控制器
反馈信号
计算机
反馈信号
控制信号
受控设备1
受控设备2
控制信号
…
受控设备N
第二阶段：单机控制
一台计算机只控制一台 机器或设备，主要优点是 控制风险小。这种方式在 今天也很常见，如冰箱、 空调 、电饭煲的控制等。
计算机
反馈信号 控制信号
受控设备
第三阶段：分散控制
对于多台相互关联的机器或设备，每台机器或 设备都单独用一个数控装置来控制（单机控制方 式），但与上层的协调和管理计算机有信息交互， 属于网络化的控制系统。
（1）30年代末40年代初，出现气动仪表，价格便宜， 结构简单，特别对石油化工等易燃易爆的生产现场， 具有本质性的安全防爆性能。尤其是统一了压力信号， 有远程发送仪器可以远传，如此能在控制室读数，可 以实现在控制室进行检测、记录和控制。
（2）50年代出现了电动式组合仪表。传输速度快。
上述器件所构成的控制装置只能实现模拟控制，改 变控制方法或控制参数就得更换相应的硬件，而且 很多复杂一点的控制方法还无法实现或实现起来很 困难；
2）每一个参考输入对应于相应的固定工作状态。 •缺点：若系统存在较大干扰，则很难完成既定的控制任务 •适用范围： 1）输入输出关系已知；2）控制精度要求不高； 3）干扰影响不大。
二、闭环控制系统（反馈控制系统，单回路控制系统） （最基本的控制方式，应用最广泛的控制方式）
控制装置与被控对象之间不仅存在顺向（正向）作用， 还存在反馈作用。 •特点： 系统输出量对系统的控制作用有直接影响； •优点：不管什么扰动引起被控参数变化，都会产生控制作
3、单元组合式仪表
根据控制系统各组成环节的不同功能和不同使用要 求，将仪表做成能实现一定功能的独立仪表（称为单 元），各个仪表之间用统一的标准信号进行联系。
单元组合仪表克服了基地式仪表结构不够灵活的缺 点。将各种单元进行不同的组合，可以灵活第构成多 种多样、适用于各种不同场合需要的自动检测或控制 系统。
第二讲 自动控制技术
想法（目标）要有办法来实现。
自动控制的两个组成部分
自动控制
自动控制理论 自动控制技术
自动控制理论是分析和设计自动控制 系统的工具和基础，相当于“软件”； 自动控制技术则着重在控制系统的硬件 实现方面
2.1 基本控制方案
一、开环控制系统（最简单的控制方式） 控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系。 •特点： 1）系统输出量对系统的控制作用没有影响；
数字信号处理器
（ Digital Signal Processor，简称“DSP” ）
DSP的计算和处理功能相当强大，早期主要用 于信号处理领域，价格也较昂贵，但随着计算机技 术的发展，价格不断降低，因而近年来在控制领域 的应用也越来越多
计算机控制方式的演变
第一阶段：集中控制
用一台计算机同时控制多台机器或设备，轮流采集反馈 信息，计算出所需要的控制量后轮流输出给每台机器或设 备，属于“分时控制”，主要缺点是可靠性差。
早期的自动控制只能依靠简单的机械装置、气动 机构、液压传动装置等；
随着电的发明，很多电气、电子元器件及设备相 继问世，继电器、接触器、电阻、电容、电感、 电位器、放大器等陆续应用于自动控制系统，使 控制性能得到提升；
1、机械控制装置：瓦特发明的飞球调速器；希腊人 发明的庙门自动开启装置，等。
2、作为自动化仪表的控制装置，最早出现与20世纪 30年代，主要用于化工、石油、热能动力和冶金， 当时称为热工仪表，工作方式为机械式或液动式，体 积比较大，只能实现就地显示、记录和简单的控制。 又被称为基地式仪表，功能限于单回路控制。
现代计算机控制系统：管控一体化
一个生产企业往往可能同时采用了好几种网络 化的控制系统，并与管理系统连为一体，实现 无缝衔接。
用去消除偏差；
三、扰动补偿控制，也称为“前馈控制” 在扰动影响被控量之前补偿其作用。
四、复合控制 复合控制系统中的补偿控制(前馈控制)能及时地抵消
可测扰动量对被控量的不利影响，而反馈控制能保证系 统的高精度。这是一种得到广泛应用的控制形式。
2.2 自动控制技术
自动控制技术的发展取决于每个阶段应用技术所 能达到的水平；
（ Programmable Logic Controller，简称“PLC”）
PLC包含了逻辑运算、顺序控制、算术运算及定时和计 数等功能，是专为工业环境下的应用而设计的，早期主要 用于逻辑及顺序控制，以取代传统的继电器控制，后来又 增加了连续的反馈调节功能，并具有联网和通信功能，应 用范围越来越广。
计算机的出现从根本上改变了自动控制的实现方式， 控制方法和控制参数在计算机里只是一组程序（称 为“控制算法”），修改很方便，而且无论控制算 法简单还是复杂，都一样可以实现，因此计算机在 控制领域迅速推广和普及；
常用的数字化控制装置包括单片机、工业控制计算 机、可编程逻辑控制器、数字信号处理器等。
典型例子有：
计算机集成制造系统 CIMS （Computer Integrated Manufacturing System） 集散控制系统 DCS （Distributed Control System） 现场总线控制系统 FCS （Fieldbus Control System）
一种网络化的现场总线控制系统