自动化科学与技术学科的内容教学课件PPT

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1、自动化科学与技术学科的内容、地位与体系自动化的发展历史自动化学科的特点自动化学科的内容与结构体系自动化学科的研究层次自动化在社会发展中的地位与作用自动化学科面临的机遇与挑战自动化的发展历史自动化的概念起源于最早的自动控制(应用自动控制的方法代替人工控制各种机械设备）公元前人们就自觉或不自觉的应用控制的概念达到一定的控制目的。如：古代神庙庙门的自动开闭和分发圣水装置、我国古代的自动计时漏壶和指南车等。虽然最早的自动控制可以追溯到公元前，但对自动化的大量需求开始于工业革命时期。1788年瓦特应用反馈原理发明了

2、能够自动调节进汽阀门的开度，从而控制蒸汽机转速的离心式调速器——自动化应用的第一个里程碑。1868年以离心式调速器为背景，物理学家麦克斯韦尔研究了反馈控制系统的稳定性问题，发表了作为控制理论最早成果的论文“论调速器（Ongovernors）”。随后源于物理学和数学的自动控制理论（当时称为自动调节原理）开始逐步形成。1892年俄国数学家Lyapunov的论文“论运动稳定性的一般问题”，提出了Lyapunov稳定理论。20世纪10年代提出了PID控制律。自动化的发展历史20世纪20年代，发明了电子管并被大量应

3、用，为了使电子管在其性能发生很大变化的情况下仍然能够正常工作，1927年反馈放大器正式诞生。“反馈”作为控制的核心概念被确立，并得到了一系列的有关系统稳定性与其他品质分析的大量成果。从此各种电子式控制器被大量应用于各种机械和电子系统，使自动化设备真正能在无人控制的情况下更有效、更安全地工作——电子式控制器的应用成为自动化应用的第二个里程碑。至20世纪40年代初第一代“控制理论”——经典控制理论正式诞生。20世纪40—60年代著名的《控制论》（Cabernetics）和《工程控制论》先后问世，基于状态空间方

4、法的现代控制理论对人类征服太空起了不可磨灭的作用，并被成功的应用于航空、航天及其他领域。（1952年和1954年第一台数控机床与第一台工业机器人先后问世。1957年苏联发射了第一棵人造卫星。1968年美国阿波罗飞船登上月球）——现代控制理论的诞生。自动化的发展历史70年代开始，随着计算机技术的不断发展，以计算机控制为代表的自动化技术与工业机器人被广泛应用，并逐步形成柔性自动化、计算机集成制造系统CIMS、计算机集成过程控制系统CIPS等一系列先进自动化模式与理念，并再一次成为发达国家工业生产追求的模式。—

5、—数字计算机、网络的普遍应用和系统、管理的理念的引入可算是自动化应用的第三个里程碑。自动化技术从工业自动化向国民经济各领域的渗透。商务、办公自动化、楼宇自动化、交通自动化、农林自动化等自动化技术的发展目前正方兴未艾。同时由于控制过程和与环境交互的复杂化，控制更加复杂，要求的智能程度更高——知识和智能的普遍应用成为自动化应用的第四个里程碑。自动化学科的特点一、实践性自动化的发展总是和社会的重大需求联系在一起。从工业革命到二战时期武器装备的需求，诞生了完整的古典控制理论以及相应的自动化技术。人类登月这一伟大事

6、件以及工业生产过程的复杂化、航空航天技术的发展是现代控制理论的强大推动力。当今，我国社会发展对自动化的需求是国民经济和社会信息化、“新型工业化”、“以信息化带动工业化”以及国家安全的重大需求。二、时代性自动化技术总是具有最鲜明的时代性。作为人类改造世界的重要知识和技术手段，人们总是把最先进的技术用做自动化技术的主要内容。自动化学科的特点50年代前后，是以“电气化”为时代特点。当时的自动化技术是建立在“电器技术”的基础上。如：各种仪表、电子管放大器、电机放大器（交磁放大器）、晶体管放大器、晶闸管等。80年代

7、后，计算机技术的不断发展，使自动化技术的核心转移到计算机控制。如：数字仪表、DDC、DCS、PLC等。当今的时代是以信息技术的飞速发展和广泛应用为特征，信息技术成为自动化学科的主要技术内涵。自动化学科作为信息学科的一部分，且比单纯的信息技术的应用丰富的多。信息技术的各种最新技术成果会被自动化学科所迅速采用，而自动化学科的有关理论、方法论从另一方面激发和深化了信息技术的发展。三、系统化自动化学科与其他学科的不同之处在于自动化学科总是强调从系统的角度来分析、研究和实现各种目标。“系统”不仅重视其组成，更重视其

8、性能，所以模型和优化总是自动化学科最关心的问题。自动化学科的特点四、交叉性自动化学科作为“系统”学科，离不开信息技术、电气技术、数学以及自动化对象的相关领域的知识（如：机械、化工过程等）。因此自动化学科需要与更多的学科交叉、融合，以“系统”为主线把相关学科的知识如珍珠一般穿起来，进而促进各学科的发展。自动化学科的基本内容与结构体系自动化技术的发展与演变过程时间系统模式自动化技术组成20世纪50—60年代前期经典控制和手动结合检