自动化专业(学科)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。
自动化学科概论公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件
基础知识层 知识域： 数理基础
机电基础、计算机基础
第16页
知识体系由三层知识构成，包括十个知识领域： 基础知识层：三个知识领域，
数理基础、机电基础、计算机基础
控制知识层：含六个知识领域，分别为 传感与检测（或信息获取）、 网络与通信（或信息传播）、 计算与处理（或信息处理）、 控制与智能（或信息控制）、 执行与驱动（或信息应用）、 对象与建模；
知识域： 控制与智能
知识元： 控制理论 可靠性与容错 人工智能 人机控制等等
+
控制器
-
知识域： 执行与驱动
知识元： 机电汽液驱动 自动化仪表 光机电一体化 电力电子等等
知识域： 对象与建模
知识元： 建模、系统辨识 电机原理与传动 机械原理与结构 机器人原理等等
D/A 执行器 对 象
信号处理 A/D 传感器
① 长远目的：使每一位学生未来都能成为自动 化工程师或科学家；
② 近期目的：通过四年自动化专业教育培养， 使每一位学生都具备自动化工程师或科学 家基本素质、基本能力和基本完整知识结 构。
第32页
总要求
具 体 要求
知识要 工具性知识、人文社会科学基础知识、 求 自然科学基础知识、工程技术基础知
识、自动化专业知识。
物质、能量层
信息应用
物质对象
信息获取
第9页
⑶ 从数字量与模拟量角度 看负反馈闭环控制结构
计算机（控制）
+
控制器
D/A
-
信号处理 A/D
数字量
广义的被控对象
执行器 对 象
传感器
模拟量
第10页
⑷ 从子系统角度 来看基本负反馈闭环控制结构
及其等效图 广义控制器（广义执行器）
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。
自动化学科概论--学生版-东南大学-自动化学院
物理专业
（硕士博士）
控制理论与控制工
理学类 数学专业
程（二级学科）
理科 （理工类）
。。。
自动化专业 （一级学科）
模式识别与智能系 统（二级学科）
检测技术与自动化
仪表（二级学科）
文科
工学类
计算机专业 通信专业
机械专业 电工专业 建筑专业
。。。
导航与制导(二级 学科）
二、自动化专业简介 2、自动化的研究内容
但光有计算机，能改变周围的一切吗？
二、自动化专业简介 4、自动化专业、学科的特点(续)
（II） 研究、应用特点
宽、广，几乎无所不包， 并且，伴随其它技术发展，越来越广。
二、自动化专业简介 4、自动化专业、学科的特点(续)
（III） 学自动化的特点 自动化专业基础面宽，
需要学的知识多，并要求扎实。 因此我们一直说：
二、自动化专业简介 3、自动化的作用与重要性(续)
所以讲：
自动化是当代高科技的集 中体现与应用。
智能机器人是当代高科技的 结晶。
——宋键
二、自动化专业简介 4、自动化专业、学科的特点
（I）学科特点
自动化学科是一门多学科交叉的高技术学科。 自动化学科是当代高技术的集中体现与应用。 —— 目前，离开计算机，自动化一事无成。
(1) 自动化的内涵与外延
日常生活中，较少听到”自动化”这个名词 更多听到的是：
这个设备(器具)是自动的、 自动控制的 或全自动的
二、自动化专业简介 2、自动化的研究内容（续）
日常生活中常见的：
*家庭： 全自动照相机、洗衣机、电饭煲 *银行： 自动取款机ATM
*交通： 自动控制的红绿灯、 火车上的自动烧开水机
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；
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2.1.3 控制系统品质指标的学描述
1．直接型性能指标
稳定系统的动态过程
（1）稳定性
稳定性是指系统处于平衡状态下，受到扰动作 用后，系统恢复原有平衡状态的能力
衡量指标： 稳定性裕度——衰减率
y(t)
工业要求
ym1 ym3 ym1 r
0.75～1.0
r
5%
ym1 ym3 ym5
第2章 自动控制系统组成原理
2.1
自动控制系统的组成结构与性能要求 自动控制系统的分类
2.2
2.1 自动控制系统的组成结构与性能要求
2.1.1 系统的基本组成结构 2.1.2 控制系统稳定性概念 2.1.3 控制系统品质指标的学描述
2.1.1 系统的基本组成结构
（1）被控对象（控制对象） 系 统所要控制的设备或过程，它的 输出称为被控量，它的输入称为 控制量 （2）测量环节（传感器） 将被 控量检测出来并传送给控制环节 的装置 （3）控制环节（控制器） 它的 功能是根据偏差信号，决策如何 去操作被控对象，使得被控量达 到所希望的目标 （4）执行环节（执行器） 按控 制环节的控制决策，具体实现对 被控对象的操作，如阀门、挡板 等。
自动控制系统基本 组成原理方框图
r + e
偏差 测量信号 传感器 给定值 控制器
u
y
执行器 被控对象 被控量
自动控制系统基本组成 原理简化方框图
给定值
r +
e
偏差
控制器
u
广义被 控对象
被控量 y
2.1.2 控制系统稳定性概念
理想的控制效果 被控对象的实际动态过程
自动控
0
ts
（4）误差平方的二阶矩的积分
Q t 2 e 2 (t )dt
0
ts
2.2 自动控制系统的分类
2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 按被控对象特性分类 按自动控制系统是否形成闭合回路分类 按系统输入/输出的个数分类 按给定值信号的特点分类 按控制系统元件的特性分类 按系统中传输信号对时间的关系分类
技术是一种手段，是一种方法！
高新技术的产物——磁悬浮列车
7．工程
工程（Engineering）是指应用科学知识和 人类拥有的技术使自然资源最好地为人类服务的 一项活动
工程就是实现！ 科学和技术都存在于工程之中！
三峡大坝
8、学科与专业
学科是指具有某种理论体系的研究及应用 的一个领域。在该领域中，研究的对象可能千 差万别，但是，他们应用同一种理论体系解决 问题。学科可大可小，取决于人对理论体系的 理解。 专业是学科的一个方向，当把学科分得很 细时，学科与专业就成为同义词了。
1.3 自动化专业的历史沿革
1948年 维纳教授发表《控制论》——控制理论形成 1954年 钱学森教授发表《工程控制论》 1956年 清华、西交大成立工业企业电气化 —— 形成自动化专业 1958年 清华等建立自动控制系，如航空自动控制系 1958年 华北电力大学建立热工测量及其自动化专业 1998年 各院校把原来的与自动化相关的专业更名为 ——自动化专业 1984年 33所高校试办研究生院 有了自动化学科，招收研究生
非人造系统：
社会 经济 生物 环境
自动化
人造系统 强调自动操作和运行
VS
自动控制
人造/非人造系统 强调达到一种目标
自动化源于自动控制！
1.2 名词和术语解释
1、系统
系统（System）是指由相互关联、相互制约、 相互影响的一些部分组成的具有某种功能的有机 整体 系统可以由“实物”组成，也可以由“非实物” 组成
要求： 静态偏差 →0 动态偏差（超调量）
Mp
ym1 r r
100% 20%
2．间接型性能指标
Q
∞ 0
e(t ) dt
Q t e(t ) dt
0 ts
（1）绝对误差的矩的积分 （2）绝对误差的二阶矩的积分 （3）误差平方的矩的积分
Q t 2 e(t ) dt
0
ts
=1101010011101010011101101
3、控制
控制（Control）是指为了改善系统的性能或达 到特定的目的，通过信息的采集和加工而施加到 系统的作用。
可控系统
不可控系统
4、数学模型
用来描述系统中各物理量的变化及相互作用、相 互制约关系的数学表达式称为系统的数学模型
数学模型种类：
状态空间、微分方程、差分方程、脉冲响应、传 递函数、频率响应模型等
自动化专业（学科）概论
第1章 绪论
1.1
自动化与自动控制
1.2
一些名词和术语
自动化专业的历史沿革
1.3
1.1 自动化与自动控制
现代家庭:
古代自动化：
沙漏 风车 指南针
自动化定义：
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
相关名词：自动控制
通过人造装置或人类为了约束自己的 行为而制定的政策和法规来对人造系统和 非人造系统进行控制，从而达到人所期望 的目标
5、科学
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
自然科学——研究的是物质世界 社会科学——研究的是人类的精神世界 科学就是发现！
牛顿发现了万有引力定律！
6、技术
技术（Technology）是指人类根据生产实 践经验和自然科学原理改变或控制其环境的手段， 是人类活动的一个专门领域 技术的任务是利用和改造自然，以其生产 的产品为人类服务
系统的组成
系 统 环 境
子系统1 子系统2 2 子系统 子系统3 子系统n
系统输入 （环境对系统的作用）
系统输出 （系统对环境的作用）
2、信息
信息（Information）是指符号、信号或消息所 包含的内容，它是对事物运动状态或存在形式的 不确定性的描述
世界组成：物质、能量、信息 数字信息：用数字描述信息，便于计 算机处理
tr
ts
t
（2）快速性
快速性是指控制过程的持续时间，也就是从干扰 发生起至被控量又建立新的平衡状态为止的过渡 过程时间 t s
被控量进入偏离给定值的
5% 范围内就算基本稳定了
系统输出响应第一次到达希望值的时间称为上升 时间 t r
（3）准确性
（稳定的系统在过渡过程结束后所处的状态称为稳态）
准确性指稳态时系统期望输出量和实际输出量之差 （静态偏差 ）以及在整个控制过程中被控量偏离给定值 的最大值（动态偏差—超调量 ）