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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,2020/12/9,*,#,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,自動化前沿技術(shù),1、自動化技術(shù)的概述,(1)自動化技術(shù)誕生,(2)自動化技術(shù)發(fā)展,(3)自動化技術(shù)原理,2、自動化前沿技術(shù),(1)自動化技術(shù)的江湖門派,(2)自動化技術(shù)的十八般武藝,3、自動化技術(shù)的應(yīng)用,工業(yè)、軍事、日常生活,自動化前沿技術(shù) 1、自動化技術(shù)的概述,1,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(wù)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(chǎn)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(chǎn)過程中，發(fā)明了

2、很多節(jié)省力氣的工具，如在河流上建造的水車?？梢酝ㄟ^水的沖擊帶動輪子轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)灌溉、淘米等工作。,工業(yè)革命的到來,(,1788年,),，為自動化的發(fā)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(jīng)過從1934年到1947年的十幾年研究,(二戰(zhàn)期間),最終提出了自動化的理論基礎(chǔ)著作控制論。標(biāo)志著自動化技術(shù)的正式誕生。,從誕生到現(xiàn)在，自動化技術(shù)在各個領(lǐng)域大顯身手，飛機導(dǎo)航、交通運輸、導(dǎo)彈控制中到處都是自動化技術(shù)的應(yīng)用。,自動化的誕生 人類自開始進行勞動以來，就一直夢,2,自動化,在,炮火中發(fā)展,自動化技術(shù)從產(chǎn)生到現(xiàn)在，它的發(fā)展始終沒有離開武器裝備的需要。,在第二次世界大戰(zhàn)

3、中，同盟國軍隊的主要作戰(zhàn)武器是火炮。當(dāng)時的火炮威力大、射程遠(yuǎn)，但是命中精度比較差。如果沒有二戰(zhàn)這個巨大的實驗場，自動化技術(shù)也不會有如此大的發(fā)展?？梢赃@樣說“軍事裝備是自動化之父，二戰(zhàn)是自動化誕生的產(chǎn)房”。,如果說軍事設(shè)備是自動化之父，那么工業(yè)生產(chǎn)就是自動化之母。自動化生產(chǎn)是人們夢寐以求的事情。,福特發(fā)明的汽車生產(chǎn)線是最成功的早期生產(chǎn)線，1913年福特創(chuàng)建了由專用機床組成的“運動中的組裝線”在這種生產(chǎn)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(shù)為生產(chǎn)力的發(fā)展起了巨大作用，實現(xiàn)了人們擺脫繁重的勞動的愿望。同時自動化技術(shù)也在應(yīng)用中得到不斷發(fā)展和完善。,自動化在

4、炮火中發(fā)展自動化技術(shù)從產(chǎn)生到現(xiàn)在，它的發(fā)展始終,3,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(shè)備和機器的關(guān)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(tǒng)無論結(jié)構(gòu)多么復(fù)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(zhí)行機構(gòu)。,第四，控制量。,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,4,控制器系統(tǒng)的大腦,傳感器系統(tǒng)的耳目,執(zhí)行器系統(tǒng)的,手腳,受控對象溫柔的羔羊,穩(wěn)定性不可或缺,魯棒性健康的系統(tǒng),極點控制系統(tǒng)的精靈,控制器系統(tǒng)的大腦 傳

5、感器系統(tǒng)的耳目,5,自動化的前沿技術(shù),模糊控制其實我很清楚,最優(yōu)控制-“沒有更好只有最好”,自適應(yīng)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(fā)展,PID控制簡而優(yōu)秀,預(yù)測控制未卜先知,故障診斷神醫(yī)妙手,人工智能智慧之巔,專家系統(tǒng)身邊的專家,推理控制經(jīng)驗的作用,集散控制系統(tǒng)（DCS）,自動化的前沿技術(shù)模糊控制其實我很清楚,6,模糊控制,模糊控制是以模糊集合理論為基礎(chǔ)的一種新興的控制手段，它是模糊系統(tǒng)理論和模糊技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。自從這門科學(xué)誕生以來，它產(chǎn)生了許多探索性甚至是突破性的研究與應(yīng)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

6、美國的控制論專家L.A.Zadeh教授創(chuàng)立了模糊集合論，從而為描述，研究和處理模糊性現(xiàn)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(tǒng)模型，設(shè)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(zhuǎn)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(xiàn)控制，而且能模擬人的思維方式對一些無法構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的被控對象進行有效的控制。,模糊控制作為智能領(lǐng)域中最具有實際意義的一種控制方法，已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域，家用電器自動化領(lǐng)域和其他很多行業(yè)中解決了傳統(tǒng)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。,模糊控制 模糊控制是以模糊集合理論

7、為基礎(chǔ)的一,7,最優(yōu)控制,最優(yōu)控制問題研究的主要內(nèi)容是：怎樣選擇控制規(guī)律才能使控制系統(tǒng)的性能和品質(zhì)在某種意義下為最優(yōu)，求解最優(yōu)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(shù)值解法。用這些方法已經(jīng)成功的解決了許多動態(tài)控制問題，如最小時間控制，最少燃料控制和最佳調(diào)節(jié)器等。最優(yōu)控制已經(jīng)在航天，航海，導(dǎo)彈，電力系統(tǒng)，控制裝置，生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程中得到了比較成功的應(yīng)用，而且在經(jīng)濟系統(tǒng)和社會系統(tǒng)中也得到了廣泛的應(yīng)用。,最優(yōu)控制問題有四個關(guān)鍵點：（1）受控對象為動態(tài)系統(tǒng)。（2）初始與終端條件（時間和狀態(tài)）。（3）性能指標(biāo)。（4）容許控制。而最優(yōu)控制問題的實質(zhì)就是要找出容許的控制作用或控

8、制規(guī)律，使動態(tài)系統(tǒng)（受控對象）從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移到某種要求的終端狀態(tài)，并且保證某種要求的性能指標(biāo)達到最小值或者是最大值。,時至今日，最優(yōu)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(rèn)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(yōu)控制理論依舊是極其活躍的科學(xué)領(lǐng)域之,一。,最優(yōu)控制 最優(yōu)控制問題研究的主要內(nèi)容是：怎樣選,8,自適應(yīng)控制,在日常生活中，所謂自適應(yīng)是指生物能改變自己的習(xí)性以適應(yīng)新的環(huán)境的一種特征。因此，直觀地講，自適應(yīng)控制器應(yīng)當(dāng)是這樣一種控制器，它能修正自己的特性以適應(yīng)對象和擾動的動態(tài)特性的變化。,自適應(yīng)控制的研究對象是具有一定程度

9、不確定性的系統(tǒng)，這里所謂的“不確定性”是指描述被控對象及其環(huán)境的數(shù)學(xué)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(tǒng)都具有不同程度的不確定性，這些不確定性有時表現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)部，有時表現(xiàn)在系統(tǒng)的外部。從系統(tǒng)內(nèi)部來講，描述被控對象的數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，設(shè)計者事先并不一定能準(zhǔn)確知道。作為外部環(huán)境對系統(tǒng)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(yù)測的。此外，還有一些測量時產(chǎn)生的不確定因素進入系統(tǒng)。面對這些客觀存在的各式各樣的不確定性，如何設(shè)計適當(dāng)?shù)目刂谱饔?，使得某一指定的性能指?biāo)達到并保持最優(yōu)或者近似最優(yōu)，這就是自適應(yīng)控制所要研究解決的問題。,自適應(yīng)控制 在日常生活中

10、，所謂自適應(yīng)是指生物能,9,魯棒控制,魯棒控制（Robust Control）方面的研究始于20世紀(jì)50年代。在過去的,5,0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(tǒng)在一定（結(jié)構(gòu)，大?。┑膮?shù)攝動下，維持某些性能的特性。根據(jù)對性能的不同定義，可分為穩(wěn)定魯棒性和性能魯棒性。以閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒性作為目標(biāo)設(shè)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(shè)過程動態(tài)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(tǒng)的設(shè)計是以一些最差的情況為基礎(chǔ)，因此一般系統(tǒng)并不工作在最優(yōu)狀態(tài)。常用的設(shè)計方法有：I

11、NA方法，同時,鎮(zhèn)定，完整性控制器設(shè)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(wěn)定性和可靠性作為首要目標(biāo)的應(yīng)用，同時過程的動態(tài)特性已知且不確定因素的變化范圍可以預(yù)估。飛機和空間飛行器的控制是這類系統(tǒng)的例子。,魯棒控制 魯棒控制（Robust Contr,10,線性控制理論,線性控制理論是系統(tǒng)與控制理論中最為成熟和最為基礎(chǔ)的一個組成分支，是現(xiàn)代控制理論的基石。系統(tǒng)與控制理論的其他分支，都不同程度地受到線性控制理論的概念、方法和結(jié)果的影響和推動。,嚴(yán)格地說，一切實際的系統(tǒng)都是非線性的，真正的線性系統(tǒng)在現(xiàn)實世界是不存在的。但是，很大一部分實際系統(tǒng)，它們的某些主

12、要關(guān)系特性，在一定的范圍內(nèi)，可以充分精確地用線性系統(tǒng)來加以近似地代表。并且，實際系統(tǒng)與理想化了的線性系統(tǒng)間的差別，對于所研究的問題而言已經(jīng)小到無關(guān)緊要的程度而可予以忽略不計。因此，從這個意義上說，線性系統(tǒng)或者可線性化的系統(tǒng)又是大量存在的，而這正是研究線性系統(tǒng)的實際背景。,簡單說，線性系統(tǒng)理論主要研究線性系統(tǒng)狀態(tài)的運動規(guī)律和改變這種運動規(guī)律的可能性方法，建立和揭示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)、行為和性能間的確定的和定量的關(guān)系。在對系統(tǒng)進行研究的過程中，建立合理的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型是首要的前提，對于線性系統(tǒng)，常用的模型有時間域模型和頻率域模型，時間域模型比較直觀，而頻率域模型則是一個更強大的工具，而者建立的基本途徑一

13、般都通過解析法和實驗法。,線性控制理論 線性控制理論是系統(tǒng)與控制理論中最,11,非線性控制理論,對非線性控制系統(tǒng)的研究，到,上個,世紀(jì)四十年代，已取得一些明顯的進展。主要的分析方法有：相平面法、李亞普諾夫法和描述函數(shù)法等。這些方法都已經(jīng)被廣泛用來解決實際的非線性系統(tǒng)問題。但是這些方法都有一定的局限性，都不能成為分析非線性系統(tǒng)的通用方法。例如，用相平面法雖然能夠獲得系統(tǒng)的全部特征，如穩(wěn)定性、過渡過程等，但大于三階的系統(tǒng)無法應(yīng)用。李亞普諾夫法則僅限于分析系統(tǒng)的絕對穩(wěn)定性問題，而且要求非線性元件的特性滿足一定條件。雖然這些年來，國內(nèi)外有不少學(xué)者一直在這方面進行研究，也研究出一些新的方法，如頻率域的波

14、波夫判據(jù)，廣義圓判據(jù)，輸入輸出穩(wěn)定性理論等。但總的來說，非線性控制系統(tǒng)理論目前仍處于發(fā)展階段，遠(yuǎn)非完善，很多問題都還有待研究解決，領(lǐng)域十分寬,。,非線性控制理論作為很有前途的控制理論，將成為二十一世紀(jì)的控制理論的主旋律，將為我們?nèi)祟惿鐣峁└冗M的控制系統(tǒng)，使自動化水平有更大的飛越。,非線性控制理論 對非線性控制系統(tǒng)的研究，到上,12,PID控制簡而優(yōu)秀,PID（比例-積分-微分）控制器作為最早實用化的控制器已有50多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。,PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和

15、微分單元（D）組成。其輸入e(t)與輸出u(t)的關(guān)系為,:,因此它的傳遞函數(shù)為：,它由于用途廣泛、使用靈活，已有系列化產(chǎn)品，使用中只需設(shè)定三個參數(shù)（Kp，Ki和Kd）即可。在很多情況下，并不一定需要全部三個單元，可以取其中的一到兩個單元，但比例控制單元是必不可少的,。,PID控制器是最簡單的有時卻是最好的控制器,PID控制簡而優(yōu)秀 PID（比例-積分-微,13,預(yù)測控制,預(yù)測控制是近年來發(fā)展起來的一類新型的計算機控制算法。由于它采用多步測試、滾動優(yōu)化和反饋校正等控制策略，因而控制效果好，適用于控制不易建立精確數(shù)字模型且比較復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程，所以它一出現(xiàn)就受到國內(nèi)外工程界的重視，并已在石油、

16、化工、電力、冶金、機械等工業(yè)部門的控制系統(tǒng)得到了成功的應(yīng)用。,下面以模型算法控制為例子來說明預(yù)測控制的基本原理,:,由于預(yù)測控制具有適應(yīng)復(fù)雜生產(chǎn)過程控制的特點，所以預(yù)測控制具有強大的生命力?？梢灶A(yù)言，隨著預(yù)測控制在理論和應(yīng)用兩方面的不斷發(fā)展和完善，它必將在工業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)揮出越來越大的作用，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用的前景,預(yù)測控制 預(yù)測控制是近年來發(fā)展起來的一類新型的,14,故障診斷,現(xiàn)代的機械制造系統(tǒng)具有控制規(guī)模大、自動化程度高和柔性化強的特點。由于制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，價格越來越昂貴，因此因為各種故障而導(dǎo)致的停機都是不可忍受的負(fù)擔(dān)。故障診斷系統(tǒng)就能夠在這個情況下滿足需要，也就是能夠合理制定維修計劃，最大限度減少停機維修的時間，以及在故障發(fā)生之后能夠迅速做出反應(yīng)。因此，故障診斷系統(tǒng)在現(xiàn)在得到了迅速的發(fā)展。,故障診斷是隨著生產(chǎn)過程的復(fù)雜化而產(chǎn)生的一種技術(shù)，由于和現(xiàn)代傳感器技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，已經(jīng)展現(xiàn)出了很強的生命力，必將為提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性提供越來越強大的支持。,故障診斷 現(xiàn)代的機械制造系統(tǒng)具有控制規(guī)模大、自,15,人工智能,人工智能是一門邊緣學(xué)科，用來模擬人的思維，已經(jīng)引起