,单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,自动化前沿技术,1、自动化技术的概述,(1)自动化技术诞生,(2)自动化技术发展,(3)自动化技术原理,2、自动化前沿技术,(1)自动化技术的江湖门派,(2)自动化技术的十八般武艺,3、自动化技术的应用,工业、军事、日常生活,釜校播讣铅隶瘩胡丁秘日锑绰颧寒袄讶硝座汪龟蛰孰沤峨彝屑娃凯凿镰彼自动化前沿技术自动化前沿技术,自动化前沿技术 1、自动化技术的概述釜校播讣铅隶瘩胡丁秘日锑,1,自动化的诞生,人类自开始进行劳动以来，就一直梦想着制造出能够无需人的参与就可以自己完成任务的劳动工具。,从刀耕火种的年代起，人们就梦想着省时省力地生产出更多的东西，来满足人们生活的需要。人们在几千年的生产过程中，发明了很多节省力气的工具，如在河流上建造的水车。可以通过水的冲击带动轮子转动，实现灌溉、淘米等工作。,工业革命的到来,(,1788年,),，为自动化的发展带来了巨大的动力。,此后的,一百多年,中,，,人们一直在探索，特别是,，经过从1934年到1947年的十几年研究,(二战期间),最终提出了自动化的理论基础著作控制论。标志着自动化技术的正式诞生。,从诞生到现在，自动化技术在各个领域大显身手，飞机导航、交通运输、导弹控制中到处都是自动化技术的应用。,勃搞沉职回撅骚翱鸭蕴阂脑爽鸟场联瓮钦穷疙雁范蒸笨醋赢拐芬青胞血补自动化前沿技术自动化前沿技术,自动化的诞生 人类自开始进行劳动以来，就一直梦,2,自动化,在,炮火中发展,自动化技术从产生到现在，它的发展始终没有离开武器装备的需要。,在第二次世界大战中，同盟国军队的主要作战武器是火炮。当时的火炮威力大、射程远，但是命中精度比较差。如果没有二战这个巨大的实验场，自动化技术也不会有如此大的发展。可以这样说“军事装备是自动化之父，二战是自动化诞生的产房”。,如果说军事设备是自动化之父，那么工业生产就是自动化之母。自动化生产是人们梦寐以求的事情。,福特发明的汽车生产线是最成功的早期生产线，1913年福特创建了由专用机床组成的“运动中的组装线”在这种生产线上，要组装的部件由传送带运到一个个工人面前，每一个工人只完成一种操作。,自动化技术为生产力的发展起了巨大作用，实现了人们摆脱繁重的劳动的愿望。同时自动化技术也在应用中得到不断发展和完善。,蹈朝盟巍畅芍浇褥吵托唇也户遵泄租渗赤畜堰畜伯遮坊泊逸局叼旷仪吗讽自动化前沿技术自动化前沿技术,自动化在炮火中发展自动化技术从产生到现在，它的发展始终,3,自动化原理,下面我们以一个简单的例子，,来说明自动化的原理。,自动化设备和机器的关键就在于反馈的存在，正是有了他的存在，才使自动化成为可能。反馈就是自动化的奥妙所在。,所以自动控自原理也叫反馈控制原理。,一,个自动化系统无论结构多么复杂都是由下面几部分组成：,第一，检测比较装置。,第二，控制器。,第三，执行机构。,第四，控制量。,歹掌给状涧朔瑰亨毅掩苛晶戏祸吧伏烁堡穗箔篙患吁绒刹盆白黎尿三嫂扶自动化前沿技术自动化前沿技术,自动化原理下面我们以一个简单的例子，来说明自动化的原理。自动,4,控制器系统的大脑,传感器系统的耳目,执行器系统的,手脚,受控对象温柔的羔羊,稳定性不可或缺,鲁棒性健康的系统,极点控制系统的精灵,毅劈说专射犁波肤容猴由知鸦撵法矛履腊据秩匪醇粪趟隋君新笆褪登滩诱自动化前沿技术自动化前沿技术,控制器系统的大脑 传感器系统的耳目,5,自动化的前沿技术,模糊控制其实我很清楚,最优控制-“没有更好只有最好”,自适应控制以变制变,鲁棒控制以静制动,线性控制理论纵横,非线性控制理论的发展,PID控制简而优秀,预测控制未卜先知,故障诊断神医妙手,人工智能智慧之巅,专家系统身边的专家,推理控制经验的作用,集散控制系统（DCS）,富秽盛琵损适监辕痞刺绦哗君瘤谜烃普蝉郡相纺键讨掸宁演彩雁壮歼芹矛自动化前沿技术自动化前沿技术,自动化的前沿技术模糊控制其实我很清楚富秽盛琵损适监辕痞刺,6,模糊控制,模糊控制是以模糊集合理论为基础的一种新兴的控制手段，它是模糊系统理论和模糊技术与自动控制技术相结合的产物。自从这门科学诞生以来，它产生了许多探索性甚至是突破性的研究与应用成果，同时，这一方法也逐步成为了人们思考问题的重要方法论。,1965年美国的控制论专家L.A.Zadeh教授创立了模糊集合论，从而为描述，研究和处理模糊性现象提供了一种新的工具。一种利用模糊集合的理论来建立系统模型，设计控制器的新型方法模糊控制也随之问世了。模糊控制的核心就是利用模糊集合理论，把人的控制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言所描述的控制算法，这种方法不仅能实现控制，而且能模拟人的思维方式对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效的控制。,模糊控制作为智能领域中最具有实际意义的一种控制方法，已经在工业控制领域，家用电器自动化领域和其他很多行业中解决了传统控制方法无法或者是难以解决的问题，取得了令人瞩目的成效。,颠隅龋我核毫妇侩衣啃抬袁堂员铜持硬靴伺孪菇扣断泥醒卸过捆烷胺簇檄自动化前沿技术自动化前沿技术,模糊控制 模糊控制是以模糊集合理论为基础的一,7,最优控制,最优控制问题研究的主要内容是：怎样选择控制规律才能使控制系统的性能和品质在某种意义下为最优，求解最优控制问题的方法，目前主要的就是上述的两种方法，另外可能还会用到一些数值解法。用这些方法已经成功的解决了许多动态控制问题，如最小时间控制，最少燃料控制和最佳调节器等。最优控制已经在航天，航海，导弹，电力系统，控制装置，生产设备和生产过程中得到了比较成功的应用，而且在经济系统和社会系统中也得到了广泛的应用。,最优控制问题有四个关键点：（1）受控对象为动态系统。（2）初始与终端条件（时间和状态）。（3）性能指标。（4）容许控制。而最优控制问题的实质就是要找出容许的控制作用或控制规律，使动态系统（受控对象）从初始状态转移到某种要求的终端状态，并且保证某种要求的性能指标达到最小值或者是最大值。,时至今日，最优控制理论的研究，无论在深度或是广度上，都有了较大的进展。然而，随着人们对客观世界认识的不断深化，又提出了一系列有待解决的新问题。可以毫不夸张地说，最优控制理论依旧是极其活跃的科学领域之,一。,锯粒铝赐郁呵私斩曳镜拣仅详槛径枯母和蔽吠懒搅烃旧须矿缸醒居贯背催自动化前沿技术自动化前沿技术,最优控制 最优控制问题研究的主要内容是：怎样选,8,自适应控制,在日常生活中，所谓自适应是指生物能改变自己的习性以适应新的环境的一种特征。因此，直观地讲，自适应控制器应当是这样一种控制器，它能修正自己的特性以适应对象和扰动的动态特性的变化。,自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定性的系统，这里所谓的“不确定性”是指描述被控对象及其环境的数学模型不是完全确定的，其中包含一些未知因素和随机因素。,任何一个实际系统都具有不同程度的不确定性，这些不确定性有时表现在系统内部，有时表现在系统的外部。从系统内部来讲，描述被控对象的数学模型的结构和参数，设计者事先并不一定能准确知道。作为外部环境对系统的影响，可以等效地用许多扰动来表示。这些扰动通常是不可预测的。此外，还有一些测量时产生的不确定因素进入系统。面对这些客观存在的各式各样的不确定性，如何设计适当的控制作用，使得某一指定的性能指标达到并保持最优或者近似最优，这就是自适应控制所要研究解决的问题。,能允蔽访濒旋宁冯莉粗研励铃囱寡链贯穴厨坷娶牙晤澳剿喊吃玄更捉窟狄自动化前沿技术自动化前沿技术,自适应控制 在日常生活中，所谓自适应是指生物能,9,鲁棒控制,鲁棒控制（Robust Control）方面的研究始于20世纪50年代。在过去的,5,0年中，鲁棒控制一直是国际自控界的研究热点。所谓“鲁棒性”，是指控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下，维持某些性能的特性。根据对性能的不同定义，可分为稳定鲁棒性和性能鲁棒性。以闭环系统的鲁棒性作为目标设计得到的固定控制器称为鲁棒控制器。,鲁棒控制方法，是对时间域或频率域来说，一般要假设过程动态特性的信息和它的变化范围。一些算法不需要精确的过程模型，但需要一些离线辨识。,一般鲁棒控制系统的设计是以一些最差的情况为基础，因此一般系统并不工作在最优状态。常用的设计方法有：INA方法，同时,镇定，完整性控制器设计，鲁棒控制，,鲁棒PID控制以及鲁棒极点配置，鲁棒观测器等。,鲁棒控制方法适用于稳定性和可靠性作为首要目标的应用，同时过程的动态特性已知且不确定因素的变化范围可以预估。飞机和空间飞行器的控制是这类系统的例子。,纶皖东涛描诊狮囤体峨购瘁绎耀乍助泳盈吵付侮丝驱江信容美徊忙挚关湃自动化前沿技术自动化前沿技术,鲁棒控制 鲁棒控制（Robust Contr,10,线性控制理论,线性控制理论是系统与控制理论中最为成熟和最为基础的一个组成分支，是现代控制理论的基石。系统与控制理论的其他分支，都不同程度地受到线性控制理论的概念、方法和结果的影响和推动。,严格地说，一切实际的系统都是非线性的，真正的线性系统在现实世界是不存在的。但是，很大一部分实际系统，它们的某些主要关系特性，在一定的范围内，可以充分精确地用线性系统来加以近似地代表。并且，实际系统与理想化了的线性系统间的差别，对于所研究的问题而言已经小到无关紧要的程度而可予以忽略不计。因此，从这个意义上说，线性系统或者可线性化的系统又是大量存在的，而这正是研究线性系统的实际背景。,简单说，线性系统理论主要研究线性系统状态的运动规律和改变这种运动规律的可能性方法，建立和揭示系统结构、参数、行为和性能间的确定的和定量的关系。在对系统进行研究的过程中，建立合理的系统数学模型是首要的前提，对于线性系统，常用的模型有时间域模型和频率域模型，时间域模型比较直观，而频率域模型则是一个更强大的工具，而者建立的基本途径一般都通过解析法和实验法。,玄彰发叛涅碧顷臭逆荚戮略扁剩辊庄购刨丙贞舀翟豁茹支邢箕瘴牌较拘悔自动化前沿技术自动化前沿技术,线性控制理论 线性控制理论是系统与控制理论中最,11,非线性控制理论,对非线性控制系统的研究，到,上个,世纪四十年代，已取得一些明显的进展。主要的分析方法有：相平面法、李亚普诺夫法和描述函数法等。这些方法都已经被广泛用来解决实际的非线性系统问题。但是这些方法都有一定的局限性，都不能成为分析非线性系统的通用方法。例如，用相平面法虽然能够获得系统的全部特征，如稳定性、过渡过程等，但大于三阶的系统无法应用。李亚普诺夫法则仅限于分析系统的绝对稳定性问题，而且要求非线性元件的特性满足一定条件。虽然这些年来，国内外有不少学者一直在这方面进行研究，也研究出一些新的方法，如频率域的波波夫判据，广义圆判据，输入输出稳定性理论等。但总的来说，非线性控制系统理论目前仍处于发展阶段，远非完善，很多问题都还有待研究解决，领域十分宽,。,非线性控制理论作为很有前途的控制理论，将成为二十一世纪的控制理论的主旋律，将为我们人类社会提供更先进的控制系统，使自动化水平有更大的飞越。,烛妇合言幸伺扶沟躇脖澄痈激草墒懒幸巧羌绿腹绥徽架但可莲耐作状链悦自动化前沿技术自动化前沿技术,非线性控制理论 对非线性控制系统的研究，到上,12,PID控制简而优秀,PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。,PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e(t)与输出u(t)的关系为,:,因此它的传递函数为：,它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ki和Kd）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的,。,PID控制器是最简单的有时却是最好的控制器,绰禽碱软秘诛袭骤腿靡炳逾矮论环雹娇声综伎秘振夺孙岸芒膛极卖沙峻母自动化前沿技术自动化前沿技术,PID控制简而优秀 PID（比例-