自動化前沿技術

1、自動化技術的概述(1)自動化技術誕生(2)自動化技術發展(3)自動化技術原理

2、自動化前沿技術(1)自動化技術的江湖門派(2)自動化技術的十八般武藝3、自動化技術的應用工業、軍事、日常生活自動化的誕生

人類自開始進行勞動以來，就一直夢想著制造出能夠無需人的參與就可以自己完成任務的勞動工具。從刀耕火種的年代起，人們就夢想著省時省力地生產出更多的東西，來滿足人們生活的需要。人們在幾千年的生產過程中，發明了很多節省力氣的工具，如在河流上建造的水車。可以通過水的沖擊帶動輪子轉動，實現灌溉、淘米等工作。

工業革命的到來(1788年)，為自動化的發展帶來了巨大的動力。此后的一百多年中，人們一直在探索，特別是，經過從1934年到1947年的十幾年研究(二戰期間),最終提出了自動化的理論基礎著作——控制論。標志著自動化技術的正式誕生。

從誕生到現在，自動化技術在各個領域大顯身手，飛機導航、交通運輸、導彈控制中到處都是自動化技術的應用。自動化在炮火中發展

自動化技術從產生到現在，它的發展始終沒有離開武器裝備的需要。

在第二次世界大戰中，同盟國軍隊的主要作戰武器是火炮。當時的火炮威力大、射程遠，但是命中精度比較差。如果沒有二戰這個巨大的實驗場，自動化技術也不會有如此大的發展。可以這樣說“軍事裝備是自動化之父，二戰是自動化誕生的產房”。

如果說軍事設備是自動化之父，那么工業生產就是自動化之母。自動化生產是人們夢寐以求的事情。

福特發明的汽車生產線是最成功的早期生產線，1913年福特創建了由專用機床組成的“運動中的組裝線”在這種生產線上，要組裝的部件由傳送帶運到一個個工人面前，每一個工人只完成一種操作。

自動化技術為生產力的發展起了巨大作用，實現了人們擺脫繁重的勞動的愿望。同時自動化技術也在應用中得到不斷發展和完善。自動化原理下面我們以一個簡單的例子，來說明自動化的原理。自動化設備和機器的關鍵就在于反饋的存在，正是有了他的存在，才使自動化成為可能。反饋就是自動化的奧妙所在。所以自動控自原理也叫反饋控制原理。一個自動化系統無論結構多么復雜都是由下面幾部分組成：第一，檢測比較裝置。第二，控制器。第三，執行機構。第四，控制量。

控制器——系統的大腦

傳感器——系統的耳目

執行器——系統的手腳

受控對象——溫柔的羔羊

穩定性——不可或缺

魯棒性——健康的系統

極點——控制系統的精靈

自動化的前沿技術模糊控制——其實我很清楚最優控制---“沒有更好只有最好”自適應控制——以變制變魯棒控制——以靜制動線性控制理論縱橫非線性控制理論的發展PID控制——簡而優秀預測控制——未卜先知故障診斷——神醫妙手人工智能——智慧之巔專家系統——身邊的專家推理控制——經驗的作用集散控制系統（DCS）

模糊控制

模糊控制是以模糊集合理論為基礎的一種新興的控制手段，它是模糊系統理論和模糊技術與自動控制技術相結合的產物。自從這門科學誕生以來，它產生了許多探索性甚至是突破性的研究與應用成果，同時，這一方法也逐步成為了人們思考問題的重要方法論。

1965年美國的控制論專家L.A.Zadeh教授創立了模糊集合論，從而為描述，研究和處理模糊性現象提供了一種新的工具。一種利用模糊集合的理論來建立系統模型，設計控制器的新型方法——模糊控制也隨之問世了。模糊控制的核心就是利用模糊集合理論，把人的控制策略的自然語言轉化為計算機能夠接受的算法語言所描述的控制算法，這種方法不僅能實現控制，而且能模擬人的思維方式對一些無法構造數學模型的被控對象進行有效的控制。

模糊控制作為智能領域中最具有實際意義的一種控制方法，已經在工業控制領域，家用電器自動化領域和其他很多行業中解決了傳統控制方法無法或者是難以解決的問題，取得了令人矚目的成效。最優控制

最優控制問題研究的主要內容是：怎樣選擇控制規律才能使控制系統的性能和品質在某種意義下為最優，求解最優控制問題的方法，目前主要的就是上述的兩種方法，另外可能還會用到一些數值解法。用這些方法已經成功的解決了許多動態控制問題，如最小時間控制，最少燃料控制和最佳調節器等。最優控制已經在航天，航海，導彈，電力系統，控制裝置，生產設備和生產過程中得到了比較成功的應用，而且在經濟系統和社會系統中也得到了廣泛的應用。

最優控制問題有四個關鍵點：（1）受控對象為動態系統。（2）初始與終端條件（時間和狀態）。（3）性能指標。（4）容許控制。而最優控制問題的實質就是要找出容許的控制作用或控制規律，使動態系統（受控對象）從初始狀態轉移到某種要求的終端狀態，并且保證某種要求的性能指標達到最小值或者是最大值。

時至今日，最優控制理論的研究，無論在深度或是廣度上，都有了較大的進展。然而，隨著人們對客觀世界認識的不斷深化，又提出了一系列有待解決的新問題。可以毫不夸張地說，最優控制理論依舊是極其活躍的科學領域之一。自適應控制

在日常生活中，所謂自適應是指生物能改變自己的習性以適應新的環境的一種特征。因此，直觀地講，自適應控制器應當是這樣一種控制器，它能修正自己的特性以適應對象和擾動的動態特性的變化。

自適應控制的研究對象是具有一定程度不確定性的系統，這里所謂的“不確定性”是指描述被控對象及其環境的數學模型不是完全確定的，其中包含一些未知因素和隨機因素。

任何一個實際系統都具有不同程度的不確定性，這些不確定性有時表現在系統內部，有時表現在系統的外部。從系統內部來講，描述被控對象的數學模型的結構和參數，設計者事先并不一定能準確知道。作為外部環境對系統的影響，可以等效地用許多擾動來表示。這些擾動通常是不可預測的。此外，還有一些測量時產生的不確定因素進入系統。面對這些客觀存在的各式各樣的不確定性，如何設計適當的控制作用，使得某一指定的性能指標達到并保持最優或者近似最優，這就是自適應控制所要研究解決的問題。魯棒控制

魯棒控制（RobustControl）方面的研究始于20世紀50年代。在過去的50年中，魯棒控制一直是國際自控界的研究熱點。所謂“魯棒性”，是指控制系統在一定（結構，大小）的參數攝動下，維持某些性能的特性。根據對性能的不同定義，可分為穩定魯棒性和性能魯棒性。以閉環系統的魯棒性作為目標設計得到的固定控制器稱為魯棒控制器。

魯棒控制方法，是對時間域或頻率域來說，一般要假設過程動態特性的信息和它的變化范圍。一些算法不需要精確的過程模型，但需要一些離線辨識。

一般魯棒控制系統的設計是以一些最差的情況為基礎，因此一般系統并不工作在最優狀態。常用的設計方法有：INA方法，同時

鎮定，完整性控制器設計，魯棒控制，

魯棒PID控制以及魯棒極點配置，魯棒觀測器等。

魯棒控制方法適用于穩定性和可靠性作為首要目標的應用，同時過程的動態特性已知且不確定因素的變化范圍可以預估。飛機和空間飛行器的控制是這類系統的例子。線性控制理理論線性控制理理論是系統統與控制理理論中最為為成熟和最最為基礎的的一個組成成分支，是是現代控制制理論的基基石。系統統與控制理理論的其他他分支，都都不同程度度地受到線線性控制理理論的概念念、方法和和結果的影影響和推動動。嚴格地說說，一切切實際的的系統都都是非線線性的，，真正的的線性系系統在現現實世界界是不存存在的。。但是，，很大一一部分實實際系統統，它們們的某些些主要關關系特性性，在一一定的范范圍內，，可以充充分精確確地用線線性系統統來加以以近似地地代表。。并且，，實際系系統與理理想化了了的線性性系統間間的差別別，對于于所研究究的問題題而言已已經小到到無關緊緊要的程程度而可可予以忽忽略不計計。因此此，從這這個意義義上說，，線性系系統或者者可線性性化的系系統又是是大量存存在的，，而這正正是研究究線性系系統的實實際背景景。簡單說，，線性系系統理論論主要研研究線性性系統狀狀態的運運動規律律和改變變這種運運動規律律的可能能性方法法，建立立和揭示示系統結結構、參參數、行行為和性性能間的的確定的的和定量量的關系系。在對對系統進進行研究究的過程程中，建建立合理理的系統統數學模模型是首首要的前前提，對對于線性性系統，，常用的的模型有有時間域域模型和和頻率域域模型，，時間域域模型比比較直觀觀，而頻頻率域模模型則是是一個更更強大的的工具，，而者建建立的基基本途徑徑一般都都通過解解析法和和實驗法法。非線性控控制理論論對非線性性控制系系統的研研究，到到上個世紀四十十年代，，已取得得一些明明顯的進進展。主主要的分分析方法法有：相相平面法法、李亞亞普諾夫夫法和描描述函數數法等。。這些方方法都已已經被廣廣泛用來來解決實實際的非非線性系系統問題題。但是是這些方方法都有有一定的的局限性性，都不不能成為為分析非非線性系系統的通通用方法法。例如如，用相相平面法法雖然能能夠獲得得系統的的全部特特征，如如穩定性性、過渡渡過程等等，但大大于三階階的系統統無法應應用。李李亞普諾諾夫法則則僅限于于分析系系統的絕絕對穩定定性問題題，而且且要求非非線性元元件的特特性滿足足一定條條件。雖雖然這些些年來，，國內外外有不少少學者一一直在這這方面進進行研究究，也研研究出一一些新的的方法，，如頻率率域的波波波夫判判據，廣廣義圓判判據，輸輸入輸出出穩定性性理論等等。但總總的來說說，非線線性控制制系統理理論目前前仍處于于發展階階段，遠遠非完善善，很多多問題都都還有待待研究解解決，領領域十分分寬。非線性控控制理論論作為很很有前途途的控制制理論，，將成為為二十一一世紀的的控制理理論的主主旋律，，將為我我們人類類社會提提供更先先進的控控制系統統，使自自動化水水平有更更大的飛飛越。PID控控制———簡而優優秀PID（（比例-積分-微分））控制器器作為最最早實用用化的控控制器已已有50多年歷歷史，現現在仍然然是應用用最廣泛泛的工業業控制器器。PID控制制器簡單單易懂，，使用中中不需精精確的系系統模型型等先決決條件，，因而成成為應用用最為廣廣泛的控控制器。。PID控控制器由由比例單單元（P）、積積分單元元（I））和微分分單元（（D）組組成。其其輸入e(t)與輸輸出u(t)的關系系為:因此它的的傳遞函函數為：：它由于用用途廣泛泛、使用用靈活，，已有系系列化產產品，使使用中只只需設定定三個參參數（Kp，Ki和和Kd））即可。。在很多多情況下下，并不不一定需需要全部部三個單單元，可可以取其其中的一一到兩個個單元，，但比例例控制單單元是必必不可少少的。PID控控制器是是最簡單單的有時時卻是最最好的控控制器預測控制制預測控制制是近年年來發展展起來的的一類新新型的計計算機控控制算法法。由于于它采用用多步測測試、滾滾動優化化和反饋饋校正等等控制策策略，因因而控制制效果好好，適用用于控制制不易建建立精確確數字模模型且比比較復雜雜的工業業生產過過程，所所以它一一出現就就受到國國內外工工程界的的重視，，并已在在石油、、化工、、電力、、冶金、、機械等等工業部部門的控控制系統統得到了了成功的的應用。。下面以模模型算法法控制為為例子來來說明預預測控制制的基本本原理:由于預測測控制具具有適應應復雜生生產過程程控制的的特點，，所以預預測控制制具有強強大的生生命力。。可以預預言，隨隨著預測測控制在在理論和和應用兩兩方面的的不斷發發展和完完善，它它必將在在工業生生產過程程中發揮揮出越來來越大的的作用，，展現出出廣闊的的應用的的前景故障診斷現代的機械制制造系統具有有控制規模大大、自動化程程度高和柔性性化強的特點點。由于制造造系統的結構構越來越復雜雜，價格越來來越昂貴，因因此因為各種種故障而導致致的停機都是是不可忍受的的負擔。故障障診斷系統就就能夠在這個個情況下滿足足需要，也就就是能夠合理理制定維修計計劃，最大限限度減少停機機維修的時間間，以及在故故障發生之后后能夠迅速做做出反應。因因此，故障診診斷系統在現現在得到了迅迅速的發展。。故障診斷是隨隨著生產過程程的復雜化而而產生的一種種技術，由于于和現代傳感感器技術、專專家系統技術術相結合，已已經展現出了了很強的生命命力，必將為為提高企業的的生產效率和和穩定性提供供越來越強大大的支持。人工智能人工智能是一一門邊緣學科科，用來模擬擬人的思維，，已經引起了了許多學科的的日益重視，，并且有越來來越多的實用用意義，而且且許多不同專專業背景的科科學家正在人人工智能領域域內獲得一些些新的思維和和新的方法。。作為一個計計算機科學中中涉及智能計計算機系統的的一個分支，，這些系統呈呈現出與人類類的智能行為為有關的特性性。人工智能的主主要領域包括括問題求解、、語言處理、、自動定理證證明、智能數數據檢索等領領域。這些綜綜合概念在自自然語言處理理、情報檢索索、自動程序序設計、數學學證明都有重重要應用。人人工智能的第第一個大成就就是發展了能能夠求解難題題的下棋程序序。人工智能包專家系統專家系統(ExpertSystem)是一一個基于知識識的智能推理理系統，它涉涉及到對知識識獲取、知識識庫、推理控控制機制以及及智能人機接接口的研究，，是集人工智智能和領域知知識于一體的的系統。近些些年，專家系系統的迅速發發展和廣泛應應用大大推進進了各個應用用領域向智能能化方向發展展，成為人工工智能從實驗驗室研究進入入實用領域的的一個里程碑碑。在一個成熟的的專家系統中中，有幾項技技術是極為關關鍵的。首先先，為了便于于知識在計算算機中的存貯貯、檢索、使使用和修改，，并進行推理理和搜索，知知識表示技術術必須具有很很高的效率，，目前主要有有產生式表達達法、語義網網絡表達法、、框架表達法法、謂詞邏輯輯表達法等技技術，并且新新的技術還在在開發當中；；其次，因為為要在專家系系統中用計算算機模擬人的的思維，不精精確推理方法法是必不可少少的，針對實實際需要，概概率算法一度度成為最重要要的方法，近近幾年來，模模糊數學的引引入為這一領領域的發展開開辟了新的前前景；最后，，和知識表示示技術與推理理方法相關，，作為人的思思維搜索過程程的模擬，搜搜索策略的好好壞對系統的的成敗也是意意義重大的，，現在人們已已經利用的技技術有狀態空空間法、問題題遞歸法、最最佳優先法等等。總之，人工智智能系統的特特殊性，決定定了它是一個個跨越多學科科、充滿活力力、對基礎研研究的依賴性性很強的一個個領域，它的的發展，必將將向我們展示示科學技術王王國的更多魅魅力，也會令令我們的生活活更為美好。。集散控制系統統(DCS)DCS，即所所謂的分布式式控制系統，，或在有些資資料中稱之為為集散系統，，是相對于集集中式控制系系統而言的一一種新型計算算機控制系統統，它是在集集中式控制系系統的基礎上上發展、演變變而來的。在在系統功能方方面，DCS和集中式控控制系統的區區別不大，但但在系統功能能的實現方法法上卻完全不不同。DCS自1975年問世世以來，已經經經歷了三十多年的發展展歷程。在這這三十多年中，DCS雖然在在系統的體系系結構上沒有有發生重大改改變，但是經經過不斷的發發展和完善，，其功能和性性能都得到了了巨大的提高高。總的來說說，DCS正正在向著更加加開放，更加加標準化，更更加產品化的的方向發展。。進入二十一世紀以來，計算機技術術突飛猛進，，更多新的技技術被應用到到了DCS之之中。PLC是一種針對對順序邏輯控控制發展起來來的電子設備備，它主要用用于代替不靈靈活而且笨重重的繼電器邏邏輯。現場總總線技術在進進入九十年代代中期以后發發展十分迅猛猛，以至于有有些人已做出出預測：基于于現場總線的的FCS將取取代DCS成成為控制系統統的主角。自動化技術的的十八般兵器器物理傳感器光光纖纖傳感器仿仿生傳感器紅外傳感器電電磁磁傳感器磁磁光效應傳感感器壓力傳感器溫溫度傳感器超超聲波傳感感器虛擬儀表步步進電電機變變頻器電磁閥液液壓裝備繼繼電器控制設設備單片機可可編程控制器器（PLC））工業計算機（（IPC）自動化技術的的應用1、自自動化化技術術在工工業中中的應應用自動化化的制制造業業電力系系統自自動化化建筑自自動化化交通運運輸自自動化化信息自自動化化自動無無極限限2、自自動化化技術術在軍軍事中中的應應用新型自自動化化武器器軍軍事事指揮揮自動動化3、自動化化技術術在日日常生生活中中的應應用自動累累計，，無需需勞神神；溫溫度控控制，，冷熱熱不紊紊；定時控控制，，歲月月有情情；定定時控控制，，歲月月有情情；防災報報警，，守護護生命命；自自動電電器，，化繁繁為簡簡自動化化技術術在工工業中中的應應用自動化化的制制造業業蒸汽機機—新新時代代的開開端設計自自動化化—CAD和CAPP車間舊舊貌換換新顏顏數控機機床柔柔性性制造造系統統（FMS）虛虛擬機機床DNC系系統淺談自自動化化孤島島未未來工工廠——CIMS自動化化倉庫庫ABC現場總總線技技術21世世紀的的制造造自動動化并行工工程敏敏捷捷制造造精精良生生產仿仿生制制造智智能制制造虛擬制制造電力系系統自自動化化電是怎怎樣生生產出出來的的從蒸汽汽機到到火力力發電電站大亞灣灣里的的自動動化三峽電電站的的秘密密電的旅旅途電力調調度自自動化化無人職職守變變電站站故障是是怎樣樣解除除的電網上上能打打電話話嗎建筑自自動化化智能大大廈簡簡介智能大大廈１１智智能能大廈廈２智能大大廈３３什么叫叫智能能建筑筑樓宇自自動化化辦公自自動化化—使使你工工作效效率更更高大廈中中的網網絡智能小小區的的防火火系統統交通運運輸自自動化化自動化化列車車的焦焦點無人飛飛機——明日日之星星自動化化公路路—偉偉大的的奠基基交通自自動收收費系系統汽車的的自動動導航航無軌巷巷道堆堆垛機機汽車的的保護護傘――防撞撞系統統自動無無人搬搬運車車的發發展無人駕駕駛汽汽車介介紹信息自自動化化自動無無極限限農業新新紀元元醫醫學學界新新寵讓學習習輕松松簡單單使使你你的消消費準準確便便利化工生生產自自動化化新新世世紀的的鋼鐵鐵生產產圖書管管理自自動化化水水庫庫管理理自動動化銀行自自動化化煤煤礦礦自動動化電視轉轉播自自動化化冶冶金金自動動化城市供供熱自自動化化石石油油化工工自動動化公共場場合衛衛生管管理自自動動化細細菌鑒鑒定家庭庭自自動動化化IC卡卡技技術術條碼碼技技術術信信號號處處理理自動動化化技技術術在在軍軍事事中中的的應應用用精確確制制導導，，彈彈無無虛虛發發制制導導導導彈彈，，長長劍劍倚倚天天陀螺螺雖雖小小，，制制導導關關鍵鍵智智能能地地雷雷，，出出其其不不意意機器器奇奇兵兵，，鋼鋼鐵鐵戰戰士士無無人人戰戰機機，，決決勝勝千千里里隱身身部部隊隊，，悄悄無無聲聲息息微微型型電電機機，，神神鬼鬼莫莫測測網絡絡戰戰爭爭，，黑黑客客縱縱橫橫神神通通雷雷達達，，恢恢恢恢天天網網滑翔翔炸炸彈彈，，殺殺手手翩翩翩翩聲聲納納致致命命，，大大洋洋深深處處爆破破鐵鐵甲甲，，導導彈彈兇兇猛猛衛衛星星遙遙感感，，盡盡收收眼眼底底隱身身飛飛機機，，無無形形神神鷹鷹新型自動化武器自動動化化技技術術在在軍軍事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