電氣工程及其自動化專業(yè)導論

1、第二章 自動化與自動化學科、 專業(yè)簡介,2.1 自動化的概念2.2自動化的研究內容2.3自動化的作用與重要性2.4自動化發(fā)展簡史 2.5 自動化學科、專業(yè),2.1 自動化的概念,自動化 是指機器或裝置在無人干預的情況下按規(guī)定的程序或指令自動地進行操作或運行的過程。,自動化主要研究的是人造系統(tǒng)的控制問題，自動控制則除了上述研究外，還研究社會、經(jīng)濟、生物、環(huán)境等非人造系統(tǒng)的控制問題

2、。例如生物控制、經(jīng)濟控制、社會控制及人口控制等，顯然這些都不能歸入自動化的研究領域的。不過人們提到自動控制，通常是指工程系統(tǒng)的控制，在這個意義上自動化和自動控制是相近的。,自動控制 是關于受控系統(tǒng)的分析、設計和運行的理論和技術。,什么是自動化？,?,水溫的手動控制和自動控制的示意圖,自動控制,手動控制,操作員要用手（通過感覺）來測試水的溫度，并將此溫度與他要求的值（給定值）相比較（通過大腦）。同時他要決定（通過大腦）：手應該朝哪個

3、方向旋轉蒸汽閥門和旋轉多大的角度。采用自動控制時上述功能都有各種的元件和儀表來代替。例如，溫度測量元件、控制記錄儀表和調節(jié)閥等。,自動控制原理：,反饋控制,自動化（Automation）：簡而言之就是人類手、腳、腦的延伸,2.2 自動化的研究內容,“自動化”研究的是如何通過各種技術工具和系統(tǒng)（包括計算機）實現(xiàn):,1) 延伸人的信息獲取、處理、決策、控制的功能?！畔⑻幚恚ㄐ畔⒒?2) 延伸人的手、腳、各種感覺功能?！詣涌刂?(工

4、業(yè)化),研究內容包括理論、方法、應用硬件和軟件等。,應用型自動化專業(yè)重點研究內容包括： 自動化設計、自動化制造 自動化工程、自動化管理 自動化決策、自動化運行等,從應用觀點來看，研究內容有過程自動化、機械制造自動化、樓宇自動化、武器及軍事自動化、辦公室自動化和家庭自動化等。,自動化的研究內容寬廣，并且越來越寬廣,自動化是一門名副其實的多學科交叉學科,自動化早已超越古

5、老的研制自動機器替代人類勞動的概念，自動化科學與技術研究的是如何通過用各種技術工具延伸人的信息獲取、處理和決策控制的功能，來促進能源、材料和環(huán)境資源、人力資源等的有效利用，提高生產(chǎn)水平和人類生活質量。,自動化科學與技術的核心是信息、控制與系統(tǒng)，其中控制是核心的核心。,當前自動化科學與技術急需研究解決的是如何應用信息去處理高度復雜的系統(tǒng)的控制問題，從而具有更大的挑戰(zhàn)性和潛在的經(jīng)濟效益。,自動化的應用舉例—— 日常生活中常見的,家庭：自動洗

6、衣機、自動化照相機、電冰箱、空調、自動煙霧報警、自動電梯、聲控燈光銀行：自動取款機 商店：自動售貨機、自動門 交通：智能交通管理 、車內的自動防撞系統(tǒng)、電子地圖和衛(wèi)星定位系統(tǒng)、飛機上的自動駕駛系統(tǒng)樓宇自動化：樓宇設備監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范子系統(tǒng)、火災自動報警子系統(tǒng),農(nóng)業(yè)：農(nóng)用溫室、現(xiàn)代化糧庫工業(yè)：機械制造、電子、鋼鐵、石化、電力、輕 工、制藥國防：艦艇、導彈發(fā)射、衛(wèi)星和載人飛船的控制 科學研究：如低溫超導、高能加速器、核反應堆

7、等需要一定的環(huán)境和條件作保證，許多科研數(shù)據(jù)需要采集和處理,自動化的應用舉例——工業(yè)自動化：,自動立體倉庫,全自動柔性噴涂機器人,汽車自動焊接生產(chǎn)線,高速大型數(shù)控中心,自動化的應用舉例——武器及軍事自動化,巡航導彈的制導系統(tǒng)由全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收裝置、慣性導航系統(tǒng)、數(shù)字化地圖及取景相機組成。而采用新型的景象匹配制導方式將會使導彈的攻擊精確度進一步提高。,自動化的應用舉例——農(nóng)、林業(yè)自動化：,采松果機器人,挖樹根機器人,嫁接機器人,采摘機器

8、人,一些術語,工程 工程（Engineering）是指應用科學知識使自然資源最好地為人類服務的專門技術。,系統(tǒng)     系統(tǒng)（System）是指由相互關聯(lián)、相互制約、相互影響的一些部分組成的具有某種功能的有機整體。,信息 信息（Information）是指符號、信號或消息所包含的內容，用來消除對客觀事物認識的不確定性。,系統(tǒng)     系

9、統(tǒng)（System）是指由相互關聯(lián)、相互制約、相互影響的一些部分組成的具有某種功能的有機整體。,信息 信息（Information）是指符號、信號或消息所包含的內容，用來消除對客觀事物認識的不確定性。,控制 控制（Control）是指為了改善系統(tǒng)的性能或達到特定的目的，通過信息的采集和加工而施加到系統(tǒng)的作用。,反饋 反饋（Feedback）是指將系統(tǒng)的實際輸出回送輸入端的過程；系統(tǒng)實際輸出一般要和期望輸出

10、進行比較，形成誤差，從而為確定下一步的控制行為提供依據(jù)。,調節(jié)調節(jié)（Regulation）是指通過系統(tǒng)的反饋信息自動校正系統(tǒng)的誤差，使諸如溫度、速度、壓力或位置等參量保持恒定或在給定范圍之內的過程。,管理管理（Management）是指為了充分利用各種資源來達到一定的目標而對社會或其組成部分施加的一種控制。,決策決策（Decision Making）是指為最優(yōu)地達到目標，對若干準備行動的方案進行選擇。,2、3自動化的作用與重要性,

11、1）改善勞動條件，減輕體、腦力勞動，提高生產(chǎn)力和工作效率。 從自動化生產(chǎn)線上生產(chǎn)的產(chǎn)品，質量越來越好，價格越來越低。,基本作用（傳統(tǒng)觀念）,自古以來，人類就有創(chuàng)造自動裝置以減輕或代替人勞動的想法。,2）人從繁重的危險的工作中解放出來 礦井掘井、核電站檢查、消防救火、無人偵察機、導彈,3）完成人無法完成的工作 管道機器人（各種油管、水管）、水下6000米機器人,擴

12、展作用（信息處理）,——管理、經(jīng)濟、金融過程智能化,自動化在工業(yè)化建設中的地位,自動化在國民經(jīng)濟、國家綜合實力中起著舉足輕重的作用，并且其作用越來越重要。一個國家自動化水平的高低就是國家發(fā)達的標志。,自動化與工業(yè)化的關系 工業(yè)化特點：專指第二產(chǎn)業(yè)，尤其是制造業(yè) 工業(yè)化發(fā)展三階段：,機械化（大規(guī)模使用機器系統(tǒng)） 電氣化（加入電機、電網(wǎng)絡） 自動化（加入自動控制器）,實現(xiàn)自動化，就完成工業(yè)化

13、目前來說：自動化是工業(yè)化的最重要標志 （國內總體來說，已機械化、電氣化）,自動化在信息化建設中的作用與地位,自動化與信息化的關系 信息化特點：不單指工業(yè)，包含第一、三產(chǎn)業(yè) 僅從工業(yè)的角度，信息化發(fā)展也可分三階段： 一定在工業(yè)化的基礎上,數(shù)字化（大規(guī)模使用數(shù)字計算機） 網(wǎng)絡化（實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡） 先進自動化（綜合集成了系統(tǒng)、管理）,實現(xiàn)先進自動化，就完成（工

14、業(yè)）信息化 先進自動化是信息化的最重要標志（國內總體，數(shù)字化、網(wǎng)絡化已有一定規(guī)模）,工業(yè)化、信息化、知識化的關系,機械化（應用機器系統(tǒng)）電氣化（加入電機、網(wǎng)絡）自動化（加入自動控制器）數(shù)字化（應用數(shù)字計算機）網(wǎng)絡化（實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡）先進自動化（系統(tǒng)、管理）智能化（引入智能）知識化（處理知識）,?,工業(yè)化信息化知識化,??,?,?,社 會 總 發(fā) 展,工業(yè)化與信息化的關系（類比）圖,（基礎）

15、自動化（核心是控制） 是工業(yè)化完成與否的標志 自動化技術是工業(yè)化的核心技術先進自動化（核心是信息、控制、系統(tǒng)） 是信息化完成與否的標志 先進自動化技術是信息化的核心技術,自動化的重要性,中國共產(chǎn)黨十六次代表大會報告：,自動化是一個國家或社會現(xiàn)代化水平的重要標志,以信息化帶動工業(yè)化；以工業(yè)化促進信息化,“自動化” 快成為“現(xiàn)代化”的代名詞了。,設想：,每家每戶全部自動化設備（包括燒菜，喂飯）

16、 難道不算現(xiàn)代化？,工廠里除辦公室有人外（無人看門、無人車間） 難道不算現(xiàn)代化？,農(nóng)業(yè)自動化了（從種、管、收全部機器人） 難道不算現(xiàn)代化？,自動化在現(xiàn)代化建設中的作用與地位,2.4自動化發(fā)展簡史,自動化技術形成時期（18世紀末～20世紀30年代）,自動化技術的發(fā)展歷史，大致可以劃分為自動化技術形成、局部自動化和綜合自動化三個時期。,1788年，J.瓦特為了解決工業(yè)生

17、產(chǎn)中提出的蒸汽機的速度控制問題，把離心式調速器與蒸汽機的閥門連接起來，構成蒸汽機轉速調節(jié)系統(tǒng)，使蒸汽機變?yōu)榧劝踩謱嵱玫膭恿ρb置。開創(chuàng)了自動調節(jié)裝置的研究和應用。在解決隨之出現(xiàn)的自動調節(jié)裝置的穩(wěn)定性的過程中，積累了設計和使用自動調節(jié)器的經(jīng)驗,公元1788年 J.瓦特將離心式調速器與蒸汽機的閥門連接起來，構成蒸汽機轉速的閉環(huán)自動調速系統(tǒng),對象和調節(jié)器形成調節(jié)系統(tǒng),?,(1)自動調節(jié)的廣泛應用,,由于第一次工業(yè)革命的需要，人們開始采用自動

18、調節(jié)器（Regulator）或裝置，使一些物理量保持在給定值附近。公元1868年法國工程師J.法爾科（Farcot）發(fā)明反饋調節(jié)器，并把它與蒸汽閥連接起來，操作蒸汽船的舵，他稱之為伺服機構（Servo-mechanism）。 20世紀20-30年代，美國開始采用PID模擬式調節(jié)器（比例-積分-微分調節(jié)器）。現(xiàn)在還在許多工廠中采用。,(2)自動調節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題,?,自調自動調節(jié)器和被控制對象（蒸汽機或船舵）組成自動調節(jié)系統(tǒng)（Autom

19、atic Regulation System）。當時人們發(fā)現(xiàn)蒸汽機轉速會忽高忽低，即系統(tǒng)會發(fā)生振蕩（不穩(wěn)定，即系統(tǒng)會振蕩）。,反饋和自動調節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,穩(wěn)定性是自動控制中極重要的概念,反饋（Feedback）是指將系統(tǒng)的實際輸出和期望輸出進行比較，形成誤差，從而為確定下一步的控制行為提供依據(jù)。 人們發(fā)現(xiàn)蒸汽機轉速會忽高忽低，即系統(tǒng)會發(fā)生振蕩（不穩(wěn)定）。這迫使一些數(shù)學家從理論上來加以研究，創(chuàng)造多種穩(wěn)定判劇。,?,1868

20、年英國物理學家J.C.麥克斯韋發(fā)表《論調速器》的文章,總結了無靜差調速器的理論。 1877年英國數(shù)學家E.J.勞思提出代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)，即著名的勞思穩(wěn)定判據(jù)。 1895年德國數(shù)學家A.胡爾維茨提出代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)的另一種形式，即著名的胡爾維茨穩(wěn)定判據(jù)。勞思－胡爾維茨穩(wěn)定判據(jù)是當時能事先判定調節(jié)器穩(wěn)定性的重要判據(jù)。 1892年俄國數(shù)學家А.М.李雅普諾夫發(fā)表《論運動穩(wěn)定性的一般問題》的專著，從數(shù)學方面給運動穩(wěn)定性的概念下了嚴格的定義，并研究

21、出解決穩(wěn)定性問題的兩種方法。李雅普諾夫第一法又稱一次近似法,明確了用線性微分方程分析穩(wěn)定性的確切適用范圍。李雅普諾夫第二法又稱直接法，不僅可以用來研究小范圍內的穩(wěn)定性，而且可以用來研究(大范圍內的穩(wěn)定性。李雅普諾夫穩(wěn)定性理論至今仍是分析系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要方法。,(3) 反饋控制和頻率法,進入20世紀以后，工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用各種自動調節(jié)裝置，促進了對調節(jié)系統(tǒng)的分析和綜合的研究。,1927年美國貝爾電話實驗室的電氣工程師H.S.布萊克在解決

22、電子管放大器失真問題時首先引入反饋的概念。,不久拉普拉斯變換就被應用到分析自動調節(jié)系統(tǒng)的問題上，并取得了顯著成效。傳遞函數(shù)就是在拉普拉斯變換的基礎上引入的描述線性系統(tǒng)或線性元件的輸入輸出關系的函數(shù)，是分析自動調節(jié)系統(tǒng)的重要工具。在傳遞函數(shù)基礎上發(fā)展起來的頻率響應的方法即頻率法已成為經(jīng)典控制理論中分析和綜合自動調節(jié)系統(tǒng)的重要方法。,1922年 N.米諾爾斯基發(fā)表《關于船舶自動操舵的穩(wěn)定性》，1934年美國科學家H.L.黑曾發(fā)表《關于伺服機

23、構理論》1934年蘇聯(lián)科學家И．Н．沃茲涅先斯基提出《自動調節(jié)理論》1938年蘇聯(lián)電氣工程師A.B.米哈伊洛夫提出《頻率法》。這些論文標志著經(jīng)典控制理論的誕生。1939年蘇聯(lián)科學院成立自動學和遠動學研究所（1969年改名為控制問題研究所）。同年美國麻省理工學院建立伺服機構實驗室。這是世界上第一批系統(tǒng)與控制的專業(yè)研究機構，為20世紀40年代形成經(jīng)典控制理論和發(fā)展局部自動化作了理論上和組織上的準備。,經(jīng)典控制理論的誕生,局部自動化時期

24、 (20世紀40-50年代),1 經(jīng)典控制理論的形成和發(fā)展,2 局部自動化的廣泛應用,3 電子數(shù)字計算機的發(fā)明,20世紀40年代是自動化技術和理論形成的關鍵時期，一批科學家為了解決軍事上提出的火炮控制、魚雷導航、飛機導航等技術問題，逐步形成了以分析和設計單變量控制系統(tǒng)為主要內容的經(jīng)典控制理論與方法。,在前述代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)和傳遞函數(shù)、依據(jù)頻率響應的頻率法判據(jù)的基礎上加上W.埃文斯（Evans）1948年的根軌跡法（Root Locus

25、 Method），奠定了適宜用于單變量控制問題的經(jīng)典控制理論的基礎。頻率法（或稱頻域法，F(xiàn)requency Method）成為分析和設計線性單變量自動控制系統(tǒng)的主要方法。早期，反饋控制系統(tǒng)通稱為自動調節(jié)系統(tǒng)，后稱為自動控制系統(tǒng)（Automatic Control System）。因此，調節(jié)器現(xiàn)也稱為控制器。,隨著高速飛行、核反應堆、大電力網(wǎng)和大化工廠提出的新控制問題：非線性系統(tǒng)、時滯系統(tǒng)、脈沖及采樣控制系統(tǒng)、時變系統(tǒng)、分布參數(shù)系統(tǒng)和有隨

26、機輸入的系統(tǒng)的控制問題等的深入研究，經(jīng)典控制理論在20世紀50年代有新的發(fā)展。,1 經(jīng)典控制理論的形成和發(fā)展,?,自動防空火力控制系統(tǒng),在第二次世界大戰(zhàn)期間，為了防空火力控制系統(tǒng)和飛機自動導航系統(tǒng)等軍事技術問題，各國科學家設計出各種精密的自動調節(jié)裝置，開創(chuàng)了防空火力系統(tǒng)和控制這一新的科學領域。,?,2. 局部自動化的廣泛應用,二次大戰(zhàn)后，在工業(yè)上已廣泛應用PID調節(jié)器，并用電子模擬計算機（Electronic Analog Comp

27、uter）來設計自動控制系統(tǒng)。當時在工業(yè)上實現(xiàn)局部自動化，即單個過程或單個機器的自動化。,在20世紀30-40年代出現(xiàn)了統(tǒng)一信號的、通用的、標準的氣動單元組合儀表。20世紀50年代研制出了電動單元組合儀表。這些為工業(yè)自動化提供了必不可少的技術工具，并使得構成和設計自動控制系統(tǒng)更簡便、更工程化了。,智能化的儀表和控制器是當前流行的產(chǎn)品。,,?,智能化的儀表YS-80及所屬的可編程序智能控制器,?,3 電子數(shù)字計算機的發(fā)明,目前小型電子數(shù)

28、字計算機或單片計算機已成為復雜自動控制系統(tǒng)的一個組成部分，以實現(xiàn)復雜的控制和算法。,電子數(shù)字計算機內部元件和結構，經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路和大規(guī)模集成電路的四個發(fā)展階段。電子數(shù)字計算機的發(fā)明，為60-70年代開始的在控制系統(tǒng)廣泛應用程序控制和邏輯控制以及應用數(shù)字計算機直接控制生產(chǎn)過程，奠定了基礎。,?,1945年美國數(shù)學家N.維納把反饋的概念推廣到一切控制系統(tǒng)。1948年維納發(fā)表《控制論》一書,為控制論奠定了基礎。,同年,美國電信

29、工程師C.E.香農(nóng)發(fā)表《通信的數(shù)學理論》，為信息論奠定了基礎。,維納和香農(nóng)從控制和信息這兩個側面來研究系統(tǒng)的運動，維納還從信息的觀點來研究反饋控制的本質。從此人們對反饋和信息有了較深刻的理解。,控制理論的發(fā)展：,1954年中國系統(tǒng)科學家錢學森全面地總結了經(jīng)典控制理論，并進一步把它提高到更高的理論高度上,在美國出版《工程控制論》一書。工程控制論使我們有可能有更廣闊的眼界,用更系統(tǒng)的方法來觀察有關的問題，因而往往可以得到解決舊問題的更有效的

30、新方法，還可能揭示新的以前沒有看到過的前景 50年代以后,經(jīng)典控制理論有了許多新的發(fā)展。1951年蘇聯(lián)科學家Я．З．齊普金提出了脈沖系統(tǒng)（一種離散時間系統(tǒng)）的分析和設計方法。高速飛行、核反應堆、大電力網(wǎng)和大化工廠提出的新的控制問題，促使一些科學家對非線性系統(tǒng)、繼電系統(tǒng)、時滯系統(tǒng)、時變系統(tǒng)、分布參數(shù)系統(tǒng)和有隨機輸入的系統(tǒng)的控制問題進行了深入的研究。,20世紀40年代中發(fā)明的電子數(shù)字計算機開創(chuàng)了數(shù)字程序控制的新紀元 1950年賓夕法

31、尼亞大學莫爾小組研制成功第二臺存儲程序式電子數(shù)字計算機──離散變量電子自動計算機 (EDVAC)。這臺計算機也裝備在亞伯丁武器試驗場的彈道實驗室。 電子數(shù)字計算機的發(fā)明為60～70年代在控制系統(tǒng)中廣泛應用程序控制和邏輯控制以及廣泛應用電子數(shù)字計算機直接控制生產(chǎn)過程奠定了基礎。經(jīng)典控制理論的方法基本上能滿足第二次世界大戰(zhàn)中軍事技術上的需要和戰(zhàn)后工業(yè)發(fā)展上的需要。但是到了50年代末就發(fā)現(xiàn)把經(jīng)典控制理論的方法推廣到多變量系統(tǒng)時會得出錯誤的

32、結論。經(jīng)典控制理論的方法有其局限性。,綜合自動化時期（20世紀50年代末起至今）,復雜工業(yè)、復雜工業(yè)過程和航天技術的自動控制問題，都是多變量控制系統(tǒng)的分析和綜合問題，迫切需要加以解決。,1 現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展,1956年前蘇聯(lián)數(shù)學家Л.龐特里亞金提出極大值原理。同年美國數(shù)學家R.貝爾曼創(chuàng)立動態(tài)規(guī)劃。兩者為解決最優(yōu)控制問題提供了理論工具。1960年美國數(shù)學家R.卡爾曼提出能控性和能觀性兩個概念，揭示了系統(tǒng)的內在屬性?？柭€引入

33、狀態(tài)空間法，提出具有二次型性能指標的線性狀態(tài)反饋律，為線性自動控制系統(tǒng)給出了最優(yōu)調節(jié)器的概念。以上這些新概念和新方法標志著現(xiàn)代控制理論的誕生。20世紀60-70年代，英國學者H.羅森布羅克、D.梅恩和A.G.麥克法蘭等將頻率法推廣到分析和設計多變量系統(tǒng)，稱為現(xiàn)代頻率法。,2 現(xiàn)代控制理論的迅速發(fā)展,(1) 系統(tǒng)辯識、建模與仿真(2) 自適應控制和自校正控制器 (3) 遙測、遙控和遙感 (4) 綜合自動化 (5) 大系統(tǒng)理論的

34、誕生 (6) 模式識別和人工智能 (7) 智能控制的誕生,現(xiàn)代控制理論的迅速發(fā)展，形成了多個重要分支：,?,系統(tǒng)辯識、建模與仿真,系統(tǒng)辯識是根據(jù)系統(tǒng)輸入、輸出數(shù)據(jù)為系統(tǒng)建立數(shù)學模型的理論和方法。此外建立數(shù)學模型還可以采用解析法和實驗方法。通常有必要在仿真設備上試驗系統(tǒng)，包括建立、修改、復現(xiàn)系統(tǒng)的模型，這稱為系統(tǒng)仿真。,自適應控制能在對象數(shù)學模型變動和系統(tǒng)外界信息不完備的情況下改變反饋控制器的特性，以保持良好的工作品質。,(2) 自適

35、應控制和自校正控制器,(3) 遙測、遙控和遙感,遙測就是對被測對象的某些參數(shù)進行遠距離測量。遙控就是對被控對象進行遠距離控制。遙感就是利用裝載在飛機或人造衛(wèi)星等運載工具上的傳感器，收集由地面目標物反射或發(fā)射出來的電磁波，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)來獲得關于目標物（如礦藏、森林、作物產(chǎn)量等）的信息。,(4) 綜合自動化,20世紀50年代末到60年代初，開始出現(xiàn)電子數(shù)字計算機控制的化工廠，60年代末在制造工業(yè)中出現(xiàn)了許多自動生產(chǎn)線，工業(yè)生產(chǎn)開始由局部自

36、動化向綜合（全盤）自動化方向發(fā)展。70年代出現(xiàn)用專用機床組成的無人工廠，80年代初才出現(xiàn)用柔性制造系統(tǒng)組成的無人工廠。,無人加工車間,圖2.25,?,柔性制造系統(tǒng)是在生產(chǎn)對象有一定限制的條件下有靈活應變能力的系統(tǒng)，其著眼點主要是放在具體的硬設備上。為了進一步實現(xiàn)生產(chǎn)的飛躍，自動機械上用的軟件就成為突出的問題。最終的目標就是要使整個生產(chǎn)過程軟件化，這就要研究計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)。它是指在生產(chǎn)中應用自動化可編程序，把加工、處理、搬

37、運、裝配和倉庫管理等真正結合成一個整體，只要變換一下程序，就可以適用于不同產(chǎn)品的全部加工過程。,開始對出現(xiàn)的大系統(tǒng)如大電力系統(tǒng)、化工聯(lián)合企業(yè)、鋼鐵聯(lián)合企業(yè)及社會經(jīng)濟大系統(tǒng)等開始進行了研究。對于這類大系統(tǒng)的建模與仿真，優(yōu)化和控制，分析和綜合，以及穩(wěn)定性、能控性、能觀測性和魯棒性等的研究，統(tǒng)稱為大系統(tǒng)理論。,大系統(tǒng)理論的重要作用在于對大系統(tǒng)進行調度優(yōu)化和控制優(yōu)化，通過分解-協(xié)調以較短時間計算出優(yōu)化結果。,(6) 模式識別和人工智能,使用機

38、器來模擬人的智能。用計算機直接接受和處理各種自然的模式消息，如語言、文字、圖象、景物等。人工智能學者已研制出用于醫(yī)療診斷、地質勘探、金融決策、軍事指揮、大規(guī)模集成電路設計等各種專家系統(tǒng)；研制出智能機器人，如有視覺和觸覺的機器人和能與人對答的機器人等等。,大系統(tǒng)理論的誕生,?,(7) 智能控制的誕生,將人工智能引入到自動控制系統(tǒng)，形成智能控制系統(tǒng)。這是新一代的自動控制系統(tǒng)。它的特點是具有智能，能解決一些以往的自動控制解決得不好或者不能解決

39、的控制問題。,它將人工智能中的專家系統(tǒng)、學習控制、模糊邏輯控制和具有多層感知器的神經(jīng)網(wǎng)絡等分別與自動控制和系統(tǒng)工程的一些方法相結合，形成一些新的、具有獨特性能的智能自動控制系統(tǒng)，例如的智能機器人。,?,,水下機器人,擦玻璃機器人,法國遠程醫(yī)療機器人,軍用機器人,,,,,自動化是當代高科技的集中體現(xiàn)與應用。 智能機器人是當代高科技的結晶。 ——宋鍵,2.5

40、自動化與自動化學科、專業(yè),1 學科與專業(yè)的含義與區(qū)分,學科(Discipline)是現(xiàn)代科學技術的一種分類法，具有明確的定義,專業(yè)（Specialty）是“高等學?；蛑械葘I(yè)學校里的學業(yè)門類,專業(yè)、學科的含義不同， 劃分方法有多種， 不同層面還有不同理解與劃分。 一般分為：,社會層面 —— 中學教育,本科生層面—— 一般意義上的大學教育,研究生層面—— 研究生教育,,容易理解又基本符合研究生教育內涵的學科、專

41、業(yè)劃分方法,自動化科學既是一門技術科學、也是一門應用基礎科學 研究的基本任務是為自動化技術（包括設計、制造、控制和管理計算機集成制造系統(tǒng)CIMS、計算機集成過程控制系統(tǒng)CIPS等先進自動化系統(tǒng)）和控制工程（包括控制航天器這樣的設備）提供科學理論基礎。 致力于帶有一定普遍性或共性的新的控制原理和新的系統(tǒng)方法的研究，使其在實際控制工程和自動化技術中發(fā)揮創(chuàng)新的作用。,自動化科學的定位與任務,對研究生學位培養(yǎng)來說，自動化學科的正式名

42、稱為“控制科學與工程” 學科，屬工科門類下的一級學科，如下表：,,,,具體的學科體系可分為：學科基礎、主干學科及相關學科。,基礎學科,控制理論與控制工程,主干學科,相關學科,數(shù)學物理… …,控制科學與工程電氣技術計算機科學與技術,,,,,電氣工程與自動化 機械制造自動化 社會科學/管理… …,自動控制學科的理論基礎是控制論，信息論和系統(tǒng)論,高等教育有多種分類法?？v向分類法： 粗分為：研究生教育和大學教育兩個層次

43、細分為：博士、碩士研究生、本科生和?？粕膶哟?；橫向分類法： 高等科學教育、高等工程教育等若干大類， 授予的學位為理學學士（碩士、博士）學位、 工學學士（碩士、博士）學位等。,,,,2 自動化專業(yè),,按我國的習慣，自動化專業(yè)特指大學教育（包括本科生和?？粕鷥蓚€層次），是自動化高等教育的基礎層次。,,,,,本科自動化專業(yè)與電氣工程及其自動化專業(yè)、電子信息工程專業(yè)、通信工程專業(yè)、計算機科學與

44、技術專業(yè)、電子科學與技術專業(yè)、生物醫(yī)學工程專業(yè)同屬“工學”學科門類下的“電氣信息類” ，授予的學位為“工學學士”。 到2004年，全國已有239所學校設立了自動化專業(yè)，是設置學校最多的“工學”專業(yè)（工科專業(yè)）之一（僅次于計算機專業(yè)），如果再把那些將自動化作為其專業(yè)名稱的一部分的專業(yè)（如“電氣工程及其自動化”、“機械設計制造及其自動化”、“農(nóng)業(yè)機械化及其自動化”等專業(yè)）算在內，“自動化類專業(yè)”無疑將是中國最龐大的專業(yè)。,,自動化學

45、科是一門多學科交叉的高技術學科。自動化學科是當代高技術的集中體現(xiàn)與應用。,（I）學科特點,3、自動化專業(yè)、學科的特點,（II） 研究、應用特點,范圍寬、內容廣，幾乎無所不包， 并且，伴隨其它技術發(fā)展，越來越廣。,（III） 學習自動化的特點,自動化專業(yè)基礎面寬， 需要學的知識多，并要求扎實。,在所有學工的學生中，學自動化學習的計算機僅次于計算機專業(yè)。,在所有學工的學生中，學自動化需要的數(shù)學知識最多。,

46、因此我們一直說：,從而： 學自動化專業(yè)的適應面寬、分配好，且工作易成功。,這符合大學改革的方向——厚基礎、寬專業(yè)面,4、自動化專業(yè)與其它專業(yè)的關系,l交叉學科的集中體現(xiàn) 如前介紹：計算機、電子電氣等等,l其它專業(yè)向自動化擴展 機械工程及其自動化 電氣工程及其自動化