新技术讲座-自动化

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1、自动化新技术讲座自动控制（自动化）是一门交叉学科一什么是自动化什么是控制？控制定义为在工程系统中算法和反馈的使用从本质上来说，控制是一门信息科学，包括模拟信息和数字信息的应用。典型的控制系统框图反馈系统结构框图核心理论控制论美国数学家维纳信息论美国数学家辛钦以控制论为基础经历了3个发展阶段从传统到现代什么是控制理论？控制理论是指用来分析、综合控制系统的数学框架。第一代经典控制（20世纪50年代）用于单输入、单输出反馈回路的各种方法包括用来建模、分析频率响应和稳定性的传递函数和波德图（BodePlots）；研究反馈系统稳定性的奈奎斯特图(NyquistPlots)和增益/相

2、角余度理论。第二代控制理论（20世纪70年代）为多变量系统提供了解决办法。控制系统的状态空间表示法，庞特里雅金的极大值理论和贝尔曼的动态规划理论；最优控制理论。第三代控制理论（20世纪80年代）鲁棒性多变量控制；不确定性是设计方法学。控制的许多其他分支：包括自适应，非线性，几何学，混合，模糊和神经控制框架。重要的四个概念：动态、建模、互连和不确定性智能控制：智能控制的内涵是：神经网络遗传算法模糊控制人工智能近年来的新发展：蚁群算法免疫算法内分泌算法一些国家把图像处理、模式识别等技术也归入其中大系统理论什么是大系统——大系统的特征是：规模庞大、结构复杂（环节较多、层次较多或关系复

3、杂）、目标多样、影响因素众多，且常带有随机性的系统。这类系统不能采用常规的建模方法、控制方法和优化方法来分析和设计，因为常规方法无法通过合理的计算工作得到满意的解答。随着生产的发展和科学技术的进步，出现了许多大系统，如生产过程、电力系统、城市交通网、数字通信网、柔性制造系统、生态系统、水源系统和社会经济系统等。大系统有两种常见的结构形式：①多层结构。②多级结构。自动化发展机械化-电气化-自动化-信息化-智能化。自动化科学的发展在理论和应用方面经历了多次历史性的飞跃,基本上每10年都有一个重要的里程碑。19世纪末的Lyapunov稳定理论；20世纪10年代的PID控制律；20年代

4、的反馈放大器；30年代的Nyquist与Bode图；40年代的Wiener（维纳）控制论；50年代的Bellmann最优化理论和庞特里亚金的极大值理论；60年代的Kalman滤波器和状态空间法；70年代的自适应控制；80年代的鲁棒控制；90年代的智能控制；21世纪前10年非线性系统理论、次优控制。二.自动化的应用工业生产领域的应用（传统控制）在航天航空军事领域的应用在管理方面的应用在民用领域的应用在网络中的应用机器人学1、在工业生产中的应用制造工业中的控制系统工业过程控制系统机械手顺序控制MEMS（微系统）通信系统过程控制运动控制制造工业中的控制系统。从汽车制造到集成芯片制造，

5、计算机控制的机械装置提供了精确的定位和组装，满足部件和成品高质量和高产量的需求。工业过程控制系统。特别是在化工企业，通过监控数以千计的传感信号并且对数百个阀、加热器、泵及其它执行器作出相应的调整，维持产品的高质量。核电站机械手（顺序控制）啤酒生产线啤酒生产线陶瓷生产线按照一定升温曲线的窑炉控制扎钢厂五座连续冷压机造纸机现代企业自动化系统控制一般结构工业控制与网络、通讯技术结合——DCS和FCS煤矿信息化网络平台规划及架构三层网络体系：管理信息系统（管理信息层）、综合信息监控监测系统（安全生产控制层）、生产过程监控监测系统（设备监测层）两类网络通道：环网系统拟建设千兆主干网集成、

6、百兆支网接入的网络结构双环冗余型结构网络建新矿地面生产调度指挥中心效果图示井下变电所监控系统结构图TCP/IP井下光纤工业以太环网井下光纤工业以太环网工业以太网交换机井下测控装置综保单元2通信系统包括电话系统、蜂窝电话及Internet。控制系统调节传输设备和转发器中信号的功率；在网络路由设备中管理信包缓冲器；提供自适应的噪声消除以适应变化的传输线路特性。3MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems)是微机电系统的缩写。也称为微系统，目前MEMS加工技术又被广泛应用于微流控芯片与合成生物学等领域。MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相

7、应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems）通过利用微制造工艺，在公共芯片上机械元件、传感器、执行器和电