自动化(专业)概论
自动化概论PPT课件(38页)精选全文
自动控制理论的经典著作
控制系统的一种自然模型
控制器(计算机) 大脑 控制理论 思想、智能 传感器 感觉器官 执行器 肌肉 能量 食物
更好的执行器 提供更好的体能
更好的传感器 提供更好的视觉
更好的控制 使传感器和执行器的组合以更智能的方式提供更灵巧 的作用
自然模型
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
机械化（应用机器系统） 电气化（加入电机、网络） 自动化（加入自动控制器） 数字化（应用数字计算机） 网络化（实现计算机网络） 先进自动化（系统、管理） 智能化（引入智能） 知识化（处理知识）
工业化 信息化 知识化
社 会 总 发 展
嫦娥一号 中国自主研制、发射的第一个月球探测器
北京现代汽车车身车间焊接机器人
清华大学提出的电力系统的混成控制
离散逻辑控制指令～连续动态
底层（动态电力系统） 电厂、变电站&FACTS设备
电力 系统 混成 控制
中间处理与操作层 Processing & Operating
最高决策与指挥层 Decision–making & Commanding
小结
自动化是一个发展充分、工程概念强、内容丰富、应用领域广泛的技术学科，是人类文明进步和社会现代化的标志。 自动化是信息化的必然，是智能化的基础，是人类体能和智力扩展的关键技术，是从信息社会迈向知识社会的必经之路。 自动化专业培育高素质的控制、管理、决策人才，要求：理论与实践（抽象思维与动手，数学方程与物理概念）、硬件与软件、强电与弱电并重
中间层信息
控制指令 (事件驱动)
Data
底层设备的反馈控制
操作命令
底层信息
自动化专业概论论文
南京工程学院自动化（专业）概论论文一、内容摘要：简要介绍自动化的概念和发展简史、自动控制系统的类型和组成、基本的控制方法、应用范畴和发展展望。
通过这篇论文能够激发我们大学生学习自动化专业知识的兴趣和热情。
二、关键词：自动化技术内涵教育发展应用学习方法Summary:Brief introduction to the concept of automation and development history, the type of automatic control systems and components, the basic control method, application areas and development prospects. Through this paper can stimulate our students to learn professional knowledge of automated interest and enthusiasm.Keywords:Automation technology Content Education Development Application Learning method三、前言：所谓自动化，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。
四、内容：1、自动化技术的发展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。
自动化专业概论
自动化专业概论自动化专业属于电气信息类的一个专业，它是以自动控制理论为基础，以计算机技术、微电子技术、电力电子技术、传感器技术等现代科学技术为主要控制手段，组成各种自动化控制装置和系统，实现工业生产和社会生活自动化，是国民经济建设和人民生活急需的专业。
培养目标：本专业培养学生具备电工技术、电子技术、控制理论、自动检测与仪表、信息处理、系统工程、计算机技术与应用和网络技术等较宽广领域的工程技术基础和一定的专业知识，能在运动控制、工业过程控制、电力电子技术、检测与自动化仪表、电子与计算机技术、信息处理管理与决策等领域从事系统分析、系统设计、系统运行、科技开发及研究等方面工作的高级工程技术人才。
主要课程：电路原理、电子技术基础、计算机原理及应用、计算机软件技术基础、过程工程基础、电机与电力拖动基础、电力电子技术、自动控制理论、信号与系统分析、过程检测及仪表、运筹学、计算机仿真、计算机网络、过程控制、运动控制、系统辨识基础、计算机控制系统、系统工程导论、人工智能导论等从目前的形势来看，自动化技术和电子计算机技术关系十分密切，相互渗透的趋势日益明显。
然而，从发展过程来看，自动化技术要早于计算机技术。
计算机技术大量出现之前，工业自动化技术已经大量应用在工业生产和电力系统控制等方面，实现了电力代替人力完成工业生产和电力系统的自动控制。
随着电子计算机技术突飞猛进的发展，自动化技术从根本上发生了深刻变化，并大量应用于人类生产和生活的各个角落，真正使人类进入了信息社会。
因此，自动化专业作为信息类学科的重要组成部分，二十年来是非常走俏的，尤其是最近几年，自动化和计算机、电子等信息类专业已成为高等院校工科专业中不争的龙头老大。
按照教育部划分标准，自动化专业主要涵盖以下５个学科方向：控制理论与控制工程、模式识别与智能系统、系统工程、检测技术与自动化装置、导航制导与控制。
1、控制理论与控制工程控制理论与控制工程是控制科学与工程一级学科的基础和核心。
自动化专业概论范文
自动化专业概论范文自动化专业是近年来兴起的一门新兴学科，涵盖了机械、电子、计算机、信息等多个领域的知识与技术。
本文将对自动化专业进行概论，包括自动化的定义、自动化系统及其要素、自动化专业的发展和应用前景等方面进行介绍。
自动化可以简单地定义为利用先进的技术手段实现人机交互、机器自主决策和执行任务的一种方式。
它旨在提高生产效率、减少人力资源投入和提高产品质量。
自动化技术广泛应用于工业生产、交通运输、农业、医疗卫生等各个领域，对提高社会生产力和改善人类生活水平具有重要意义。
自动化系统是实现自动化的关键，它由传感器、执行器、控制器和决策器等要素组成。
传感器用于采集环境信息和物体状态，执行器用于实现动作控制，控制器用于对传感器信息进行处理和决策器用于制定行动方案。
这些要素通过信息传递和处理实现了系统的自动化运行。
自动化专业的发展离不开各个学科领域的支持。
机械设计与制造、电气工程、计算机科学和技术等学科为自动化专业提供了强大的基础。
机械设计与制造领域的发展为自动化提供了基础设施，电气工程的进步使得电子传感器和执行器的性能得到了提高，计算机科学的快速发展则为自动化系统提供了高性能的控制和决策能力。
随着自动化技术的不断进步和应用场景的扩大，自动化专业的发展和应用前景变得越来越广阔。
在工业领域，自动化技术可以实现生产线的智能化和自动化控制，提高生产效率和产品质量；在交通运输领域，自动化技术可以实现车辆的自主导航和自动驾驶，提高交通安全和节约能耗；在农业领域，自动化技术可以实现农田的无人化管理和精准农业，提高农产品质量和产量。
当然，自动化技术的广泛应用也带来了一些挑战和问题。
首先，自动化系统的设计和开发需要跨学科的合作，需要工程师们对多个领域的知识和技术进行融合和创新；其次，自动化系统的安全性和可靠性是一个重要的考量因素，特别是在涉及到人身安全和财产安全的场景中；最后，自动化技术的推广和普及需要大量的投入和支持，包括政策支持、人才培养和产业链的完善等。
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。
自动化专业概论-23页文档资料
自动化的研究内容
有反馈控制和信号处理两个方面，包括 理论、方法、应用、硬件和软件等。
从应用观点来看，研究内容有过程自动 化、机械制造自动化、武器及军事自动 化、办公室自动化和家庭自动化等。
主要工具：数学/计算机
[控制科学与工程]学科组成
自动控制 电气工程及其自动化 工业自动化 机械制造自动化 电力系统自动化
作业及考勤：20% 闭卷考试：80%
考核内容：
教材80% 补充20% 名词解释、判断题、问答题、论述题等
教材
200多家高校采用
万百五、韩崇昭、蔡远利： 《自动化（专业）概论》 武汉理工大学出版社， 2019年/2019年/2019年
有些内容初学者比较不易理解 适用于大学学习的整个过程 可以作为在校期间专业学习的导引
具有创新和开拓精神以及从事科学研究的基本素质。
如何将培养目标具体化、时代化
学科属性
科学（Science）是指对各种事实和现象进行观察、分 类、归纳、演绎、分析、推理、计算和实验，从而发 现规律，并对各种定量规律予以验证和公式化的知识 体系。科学的任务是揭示事物发展的客观规律，探求 真理，作为人们改造世界的指南。
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；
认知和技能素质要求
⑦具有良好的资料收集、文献检索以及口头表达 和书面写作等技巧和能力，并形成很强的自主 学习能力；
思想品质 树立了积极向上的人生观、正确的价值观和 辨证唯物主义世界观；
东北大学 自动化专业概论PPT课件1
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具有哲学、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；
⑦具有良好的资料收集、文献检索以 及口头表达和书面写作等技巧和能 力，并形成很强的自主学习能力， 培养终身学习的观念；
⑧具有辩证的、逻辑的、形象的和创 造的科学思维方式和对事物进行统 计、分析、综合、归纳的技能，并 形成较强的发现问题、分析问题和 解决问题的能力；
自动化是一个国家或社会现 代化水平的重要标志。
自动化的由来：在系统总结自动控制 中反馈等思想的基础上，1948年N. 维 纳 (Wiener) 提 出 了 控 制 论 (Cybernetics)，将控制论定义为“研 究动物和机器中控制和通信的科 学”。
自动化研究的核心问题：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等。
有志成为自动化领域专门人才的青 年学生，可以思索今天应该追求的 个人素质和品质。它们应该包括：
⑴ 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、方法以及相应的实 验仪器和设备的使用技能； ④掌握控制系统分析和综合（设计） 等专业知识和方法；
控制科学与工程 （一级学科）
控制理论与 控制工程 (二级学科)
检测技术与 自动化装置 (二级学科)
系统工程
(二级学科)
模式识别与 智能系统 (二级学科)
飞行器导航、 制导与控制 (二级学科)
图1.1学科组成示意图 Nhomakorabea1.2 我国高等院校自动化类专业 的培养目标
《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。
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民经济中举足轻重的许多工业。
8
过程工业自动化的特点
连续型工业生产过程的变化机理十分复杂，有的还非常不 清楚。 过程工业往往处于十分苛刻的生产环境，例如高温、高压、 真空，有时甚至是在易燃、易爆、有毒的环境。 过程工业生产过程一般具有较大的惯性或滞后性，不像机 器人、机床等控制对象那样反映迅速，属于一种较难控制 的对象。 过程工业的生产过程是连续的，因而强调生产控制和管理 的整体性，应把各种装置和生产车间连接在一起成为一个 整体来考虑，实现了个别设备或装置的优化不一定是整体 最优的，应谋求全厂的最优化。
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(2) 大系统多层控制
总目标 慢扰动
自组织层
第四层
较慢扰动
自适应层
第三层
较快扰动
最优化层
第二层
快扰动
直接控制层
第一层
测量显示
被控对象或过程
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(3)
大系统多段控制结构（按照被控过程的时间分段）
全段任务 协调模块
第一段
第二段
……
第n段
被控对象或过程
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5.11.2
系统工程
系统工程是以系统(特别是大系统)为研究对象的学科。 应用现代数学和电子计算机等工具，对系统的构成要素、组 织结构、信息交换和自动控制等进行分析、研究，从而达到 最优设计、最优控制和最优管理的目标，是为更加合理地研 制和运用大系统而采取的各种组织管理技术的总称（如长江 三峡施工组织管理系统） 。
速度反馈 位置反馈
4
5.2.2 柔性制造系统(FMS)
夹具站
工厂其他计算机系统
中央管理和控制计算机
中央刀具库
信息传输网
柔性制造系 统由加工系 统、物流系 统、中央管 理系统组成。
… …
CNC机床 机器人 CNC机床 机器人
自 动 化 仓 库
附属工作站 自动输送车
附属工作站
5
实际柔性制造生产线
6
5.2.3 计算机集成制造系统(CIMS)
5
控制与自动化技术的应用领域
1
5.1 引言
控制与自动化技术发展至今，可以说是已从“人类手脚 的延伸”扩展到“人类大脑的延伸”。 控制与自动化技术时 时在为人类“谋”福利，可谓无所不在、无处没有。 5.2 机械制造自动化 5.3 5.4 电力系统自动化 5.5 5.6 智能建筑 5.7 5.8 生物控制 5.9 5.10 社会经济控制 5.11 大系统控制与系统工程 过程工业自动化 飞行器控制 智能交通系统 生态与环境控制
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计算机集成生产系统的结构模型
信 息 决策层 决策信息 控 制 经营决策 目 标 利润最大
生产过程计算机 集成控制系统是
一种综合自动化系 统。目的是要使企 业用最短的周期、 最低的成本、最优 的质量，生产出适 销对路的产品，以 获取最大的经济效 益，增强国内外市 场的竞争能力。
管理层
管理信息
管理系统
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5.9 生态与环境控制
5.9.1 生态控制
生态控制的基本任务之一是用系统和信息观点和方法分 析、设计、规划和控制人工生态系统、资源的合理利用和再 循环、环境的综合治理和优化以及在新的生态平衡格局下人 类怎样适应和协调。
5.9.2 环境控制
将环境当作受控的开放系统，研究、实施有效的控制行 为，使人们的生存环境质量维持在一个良好的水平。环境控 制中的控制行为主要有三个方面：局部污染处理、综合环境 治理和环境系统管理。
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电力系统的调度
一级调度中心
直属发电厂
… …
二级调度中心
… …
直属变电所
直接调度 发电厂
三级调度中心
直接调度 变电所
…
发电厂 电力公司 供电所 变电站
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5.5 飞行器控制
飞行器控制系统 ：姿态控制、导航、制导
飞行器姿态控制系统
干扰 制导指令 S K1 S K2 舵伺服系统 角速度反馈 导弹弹体
5.7.2.7 先进的车辆控制和安全系统 该系统包括： （1）纵向避撞； （2）侧向避撞； （3）交叉口避撞； （4）视觉强化避撞； （5）事故安全保护； （6）危险预警； （7）自动驾驶等；
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5.8 生物控制（生命科学）
“生物控制论的目的主要在于建立能反映 人体和动物体功能的模型和理论，而且这 种模型和理论中的逻辑原理和有机体本身 中起作用的逻辑原理是相同的。它也试图 建立和生物系统有同样物理与生物化学成 分的模型。”
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5.10 社会经济控制
将社会经济系统（Socioeconomic System）看成是一个具有反馈调节，特别 是信息反馈的控制系统； 对社会经济系统进行定量的描述与处理， 以求达到最优控制，作出有效、合理的经 济决策; 社会经济控制的主要任务是：给出最优的 经济决策，通过最优的经济管理，实现预 期的经济指标。
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5.7.2.4 营运车辆调度管理系统
该系统包括： （1）信息查询； （2）自动售票； （3）车辆自动定位技术；
（4）危险品应急处理。
5.7.2.5 电子收费系统
该系统通过电子卡或电子标签由计算机实现自动收费。 大大提高车辆通行能力。
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5.7.2.6 应急管理系统 该系统包括： （1）紧急告警与人员安全； （2）应急车辆管理。
(3)
(4)
提高公路网络的通行能力
提高汽车运输生产率和经济效益
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5.7.2 智能交通系统的主要内容
1. 交通管理系统 2. 旅行者信息系统
3. 公共交通运营系统
4. 营运车辆调度管理系统
5. 电子收费系统
6. 应急管理系统 7. 先进的车辆控制和安全系统
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5.7.2.1 交通管理系统
该系统包括：
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5.11 大系统控制与系统工程
5.11.1 大系统控制
什么是大系统？三种常见的结构形式是什么？ •规模宏大、结构复杂的系统 •递阶控制、多层控制和多段控制
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(1) 大系统多级（递阶）控制
总任务 协调控制 第三层
递阶控制
……
递阶控制
第二层
局部控制 … 局部控制
局部控制 …局部控制 第一层
被控对象或过程
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5.7 智能交通系统
5.7.1 智能交通系统的概念 （ITS，intelligent transportation system）
智能交通系统可以广泛应用于包括高速公路、城市 道路、桥梁等设施的庞大的运输网络，也可应用于数量 日益增多的各种车辆。
(1) 提高公路交通的安全性 (2) 降低能源消耗，减少汽车运输对环境的影响
-
加速度反馈
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卫星导航
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自动寻的导弹制导系统
目标运动
导弹—目标相对 运动方程
导引头
制导规律
自动驾驶仪
导弹
导弹运动
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制导方法
导弹飞行方向始终指向目标，速度大于目标 临近目标时，目标转弯会引起脱靶
导弹始终在制导雷达和目标的连线上
图5.8 追踪法示意图 图5.9 三点法示意图 图5.10 比例导引法示意图 导弹速度方向与导弹和 目标的连线角速度成正 比
生产管理 经营管理
调度层
调度信息
生产调度
优化调度
监控层
工况信息
监控系统
高等控制 操作优化 故障诊断
控制层
测量信息
控制系统
复杂控制 常规控制
生产过程
其实质就是将过程控制、计划调度、经营管理和市场销售等信息进 行集成，并求得全局优化
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5.4 电力系统自动化
电力系统自动化的基本目标与任务就 是保障电力系统安全、可靠及经济地运行 (2008雪灾、地震)
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5.6 智能建筑
综合布线系统 办公自动化系统 中 上 层 管 理 决 策 楼宇自动化系统 通信自动化系统
日 常 事 物 处 理
设 备 监 控 系 统
火 警 消 防 系 统
公 共 安 全 系 统
电 信 网 络
电 视 网 络
计 算 机 网 络
三大基本要素：楼宇自动化系统、通信自动化系统和办公自 动化系统。
2
5.2 机械制造自动化
机械制造自动化技术从20世纪50年代至今，经历了：
•单机自动化、刚性生产线
•数控机床、加工中心
•柔性生产线、柔性制造
正向计算机集成制造(CIM)发展。
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5.2.1 数控技术和数控系统
输入装置 CNC 装置 反馈信号 伺服系统 机床本体
测量装置
位置指令
S
伺服控制器
伺服电机
-
（1）在途驾驶员信息；
（2）交通状况监视； （3）车流量管理； （4）交通指挥控制； （5）突发事件管理系统。
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5.7.2.2
旅行者信息系统 该系统包括：
（1）出发前出行信息；
（2）交通线路引导； （3）拥挤区域的规避。
5.7.2.3
公共交通运营系统
该系统包括： （1）公共运输管理； （2）途中换乘信息； （3）满足个人需求的非定线公共交通。
市场信息 管理与决策 支持系统 售后服务信息 计算机辅助 质量保障系统 自动化制造系统 （加工中心、FMS等） 原材料 数据传输网络系统 产品 自动化设计系统 （CAD/CAM等） 技术信息
分布式数据库系统
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5.3 过程工业自动化
在连续型工业中，主要对系统的温度，压力、流量、
液位（料位）、成分和物性等六大参数进行控制的工业， 称之为过程工业 。
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体温调节系统
外层(皮肤) 中间层（肌肉等）
环 境