自动控制装置研制过程

❶ 自动控制系统的发展及技术现状是什么

1基本概念

如图4-1所示框图说明了控制系统的基本概念，动作信号通过（经由）控制系统元件后，提供一个指示，此系统的目的就是将变量c控制于该指示内。一般来说，被控变量为系统的输出，而动作信号为系统的输入。举一个简单的例子，汽车的方向控制（Steering Control），两个前轮的方向可视为被控制变量，即输出；而其方向盘的位置可视为输入，即动作信号e。再如，若我们要控制汽车的速度，则加速器的压力总和为动作信号，而速度则视为被控变量。

图4-13自动化生产线

5）大系统理论的诞生

系统和控制理论的应用从60年代中期开始逐渐从工业方面渗透到农业﹑商业和服务行业，以及生物医学﹑环境保护和社会经济各个方面。由于现代社会科学技术的高度发展出现了许多需要综合治理的大系统，现代控制理论又无法解决这样复杂的问题，系统和控制理论急待有新的突破。在计算机技术方面，60年代初开始发展数据库技术，1970年提出关系数据库，到80年代数据库技术已经达到相当的水平。60年代末计算机技术和通信技术相结合产生了数据通信。1969年美国国防部高级研究局的阿帕网（ARPA）的第一期工程投入使用取得成功，开创了计算机网络的新纪元。数据库技术和计算机网络为80年代实现管理自动化创造了良好的条件。管理自动化的一个核心问题是办公室自动化，这是从70年代开始发展起来的一门综合性技术，到80年代已初步成熟。办公室自动化为管理自动化奠定了良好的基础。

国际自动控制联合会（IFAC）于1976年在意大利的乌第纳召开了第一届大系统学术会议，于1980年在法国的图鲁兹召开第二届大系统学术会议。美国电气与电子工程师学会（IEEE）于1982年10月在美国弗吉尼亚州弗吉尼亚海滩举行了一次国际大系统专题讨论会。1980年在荷兰正式出版国际性期刊《大系统──理论与应用》。这些活动标志着大系统理论的诞生。

6）人工智能和模式识别

用机器来模拟人的智能，虽然是人类很早以前就有的愿望，但其实现还是从有了电子计算机以后才开始的。1936年，图灵提出了用机器进行逻辑推理的想法。50年代以来，人工智能的研究是基于充分发挥计算机的用途而展开的。

早期的人工智能研究是从探索人的解题策略开始，即从智力难题﹑弈棋﹑难度不大的定理证明入手，总结人类解决问题时的心理活动规律，然后用计算机模拟，让计算机表现出某种智能。1948年美国数学家维纳在《控制论》一书的附注中首先提出制造弈棋机的问题。1954年美国国际商业机器公司（IBM）的工程师塞缪尔应用启发式程序编成跳棋程序，存储在电子数字计算机内，制成能积累下棋经验的弈棋机。1959年该弈棋机击败了它的设计者。1956年赫伯特·西蒙和艾伦·纽厄尔等研制了一个称为逻辑理论家的程序，用电子数字计算机证明了怀特海和罗素的名著《数学原理》第二章52条定理中的33条定理。1956年M．L．明斯基、J．麦卡锡、纽厄尔、西蒙等10位科学家发起在达特茅斯大学召开人工智能学术讨论会，标志人工智能这一学科正式诞生。1960年人工智能的4位奠基人，即美国斯坦福大学的麦卡锡、麻省理工学院的明斯基、卡内基梅隆大学的纽厄尔和西蒙组成了第一个人工智能研究小组，有力地推动了人工智能的发展。从1967年开始出版不定期刊物《机器智能》，共出版了9集。从1970年开始出版期刊《人工智能》。从1969年开始每两年举行一次人工智能国际会议（IJCAI）。这些活动进一步促进了人工智能的发展。70年代以来微电子技术和微处理机的迅速发展，使人工智能和计算机技术结合起来。一方面在设计高级计算机时广泛应用人工智能的成果，另一方面又利用超级微处理机实现人工智能，大大地加速了人工智能的研究和应用。人工智能的基础是知识获取﹑表示技术和推理技术，常用的人工智能语言则是LISP语言和PROLOG语言，人工智能的研究领域涉及自然语言理解﹑自然语言生成﹑机器视觉﹑机器定理证明﹑自动程序设计﹑专家系统和智能机器人等方面。人工智能已发展成为系统和控制研究的前沿领域。

1977年E．A．费根鲍姆在第五届国际人工智能会议上提出了知识工程问题。知识工程是人工智能的一个分支，它的中心课题就是构造专家系统。1973—1975年费根鲍姆领导斯坦福大学的一个研究小组研制成功一个用于诊治血液传染病和脑膜炎的医疗专家系统MYCIN，能学习专家医生的知识，模仿医生的思维和诊断推理，给出可靠的诊治建议。1978年费根鲍姆等人研制成功水平很高的化学专家系统DENDRAL。1982年美国学者W．R．纳尔逊研制成功诊断和处理核反应堆事故的专家系统REACTOR。中国也已经研制成功中医专家系统和蚕育种专家系统。现在专家系统已应用在医学﹑机器故障诊断﹑飞行器设计﹑地质勘探﹑分子结构和信号处理等方面。

为了扩大计算机的应用，使计算机能直接接受和处理各种自然的模式信息，即语言﹑文字﹑图像﹑景物等，模式识别研究受到人们的重视。1956年，塞尔弗里奇等人研制出第一个字符识别程序，随后出现了字符识别系统和图像识别系统，并形成了以统计法和结构法为核心的模式识别理论，语音识别和自然语言理解的研究也取得了较大进展，为人和计算机的直接通信提供了新的接口。

60年代末到70年代初美国麻省理工学院﹑美国斯坦福大学和英国爱丁堡大学对机器人学进行了许多理论研究，注意到把人工智能的所有技术综合在一起，研制出智能机器人，如麻省理工学院和斯坦福大学的手眼装置﹑日立公司有视觉和触觉的机器人等。由于机器人在提高生产率，把人从危险﹑恶劣等工作条件下替换出来，扩大人类的活动范围等方面显示出极大的优越性，所以受到人们的重视。机器人技术发展很快，并得到越来越广泛的应用，并在工业生产﹑核电站设备检查﹑维修﹑海洋调查﹑水下石油开采﹑宇宙探测等方面大显身手，正在研究中的军用机器人也具有较大的潜在应用价值。关于机器人的设计﹑制造和应用的技术形成了机器人学。

总结人工智能研究的经验和教训，人们认识到，让机器求解问题必须使机器具有人类专家解决问题的那些知识，人工智能的实质应是如何把人的知识转移给机器的问题。1977年，费根鲍姆首倡专家系统和知识工程，于是以知识的获取﹑表示和运用为核心的知识工程发展起来。自70年代以来，人工智能学者已研制出用于医疗诊断﹑地质勘探﹑化学数据解释和结构解释﹑口语和图像理解﹑金融决策﹑军事指挥﹑大规模集成电路设计等各种专家系统。智能计算机﹑新型传感器﹑大规模集成电路的发展为高级自动化提供了新的控制方法和工具。

50年代以来，在探讨生物及人类的感觉和思维机制，并用机器进行模拟方面，取得一些进展，如自组织系统﹑神经元模型﹑神经元网络脑模型等，对自动化技术的发展有所启迪。同一时期发展起来的一般系统论﹑耗散结构理论﹑协同学和超循环理论等对自动化技术的发展提供了新理论和新方法。

❷ 自动控制技术的发展过程是什么

自动控制技术发展过程：
自动控制领域从古典控制理论、现代控制理论到现在的智能控制理论，经历了很长时间的发展。随着自动化技术的发展，它也面临着许多难题，如传统控制系统的设计和分析是建立在精确系统数学模型基础上的，而实际系统由于在复杂性、非线性、时变性、不确定性等情况，一般都无法获得精确的数学模型；当研究这些系统时，必须提出并遵循一些比较苛刻的假设，而这些假设在应用中往往与实际不相吻合；对于某些复杂的和包含不确定性的控制过程，根本无法用传统数学模型来表示，即无法解决建模问题；为了提高控制性能，传统控制系统可能变得很复杂，从而增加了设备的初投资，降低了系统的可靠性。为了解决这些问题，就出现了智能控制理论。随着人工智能、机器人、计算机和空间技术的迅速发展，智能控制也取得了重大进展。各种智能咨询与决策系统、专家控制系统、学习控制系统、模糊控制系统和智能故障检测与诊断等已在工业过程控制、智能机器人控制、智能化生产系统和家用电气设备中都得到了成功的应用。
近年来自动控制技术发展迅猛，特别是计算机技术、网络和通信技术发展的突飞猛进，使人们籍助于许多使能技术的进步和一些开发工具的扩大，将人们构思的自动操作得以付诸实现。如网络控制技术、可编程控制器等均属于自动化控制技术中的使能技术。自动控制技术正向着网络化、集成化、分布化、节点节能化的方向发展。
自动控制技术有很强的应用背景，无论是在炼钢、轧钢、化工、石油、电力等工业上，或是造纸、纺织、皮革和食品等工业上；无论是在航空、航海、汽车和铁路运输工业和国防工业上，或是图书资料的管理、实验室技术设备上都得到广泛应用。自动控制技术对导弹和人造地球卫星是非常重要的，对于研究原子能的应用，研究飞机和导弹的空气动力和结构强度也是有用的。没有应用背景的“控制理论”就缺乏生命力。如何巧妙地运用控制的基础理论来解决实际问题是和研究控制理论本身不同的另一种创造性工作。

❸ 什么是过程特性 研究过程特性对设计自动控制系统有何帮助

过程特性是指被控过程的输入变量发生变化时，其输出变量随时间变化的规律。研版究过程权特性才能合理选择被控变量，在一化工生产中过程中，可能发生的波动的变量很多，并非对所有发生的波动的量都要加以控制，也不可能都加以控制。应根据生产过程特性找出对稳定生产，对产品质量和产量起决定作用工艺变量，或者手动操作频繁难于满足工艺要求的变量作为被控变量，来设计自动控制系统。

❹ 控制和自动化技术的发展经历了哪些时期

关于控制和自动化技术发展但是其上可以分为四个历史时期：
(1) 自动化装置的出现和应用（18世纪以前）
古代人类在长期的生产和生活中，为了减轻自己的劳动，逐渐利用自然界的动力(水力、风力等)代替人力、畜力，以及用自动装置代替人的部分繁杂的脑力劳动和对自然界动力的控制。
(2)自动化技术形成时期（18世纪末至20世纪30年代）
社会的需要是自动化技术发展的动力。自动化技术是紧密围绕着生产﹑军事设备的控制以及航空航天工业的需要而形成和发展起来的。工业上的应用，是以瓦特的蒸汽机调速器作为正式起点。1788年﹐瓦特为了解决工业生产中提出的蒸汽机的速度控制问题﹐把离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来﹐构成蒸汽机转速调节系统﹐使蒸汽机变为既安全又实用的动力装置。此时的自动化装置是机械式的，而且是自力型的。
(3)局部自动化时期（20世纪40~50年代）
在1943~1946年，美国电气工程师J.埃克脱(Eckert)核物理学家J.莫奇利（Mauchly）为美国陆军研制成世界上第一台基于电子管和数字管的计算机（Electronic Digit Computer）——电子书子积分和自动计数器（ENIAC）。随后人们对计算机进行了多次改良，使之更加实用。同时，电子计算机的发明，为20世纪60~70年代开始的在控制系统广泛应用程序控制和逻辑控制以及应用数字计算机直接控制生产过程，奠定了基础。目前，小型电子数字计算机或单片机已成为复杂自动控制系统的一组成部分，以实现复杂的控制和算法。
（4）综合自动化时期（20世纪50年代起末至今）
在这个时期，经典控制理论已不能满足复杂工业化的需求，现代控制理论应运而生，得到了迅速的发展，并形成了许多各分支。

❺ 简述自动化的发展历程

自动化技术的发展历史，大致可以划分为自动化技术形成、局部自动化和综合自动化三个时期。
社会的需要是自动化技术发展的动力。自动化技术是紧密围绕着生产、军事设备的控制以及航空航天工业的需要而形成和发展起来的。1788年，J.瓦特为了解决工业生产中提出的蒸汽机的速度控制问题，把离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速调节系统，使蒸汽机变为既安全又实用的动力装置。瓦特的这项发明开创了自动调节装置的研究和应用。在解决随之出现的自动调节装置的稳定性的过程中，数学家提出了判定系统稳定性的判据，积累了设计和使用自动调节器的经验。
20世纪40年代是自动化技术和理论形成的关键时期，一批科学家为了解决军事上提出的火炮控制、鱼雷导航、飞机导航等技术问题，逐步形成了以分析和设计单变量控制系统为主要内容的经典控制理论与方法。机械、电气和电子技术的发展为生产自动化提供了技术手段。1946年，美国福特公司的机械工程师D.S.哈德首先提出用自动化一词来描述生产过程的自动操作。1947年建立第一个生产自动化研究部门。1952年J.迪博尔德第一本以自动化命名的《自动化》一书出版,他认为“自动化是分析、组织和控制生产过程的手段“。实际上,自动化是将自动控制用于生产过程的结果。50年代以后，自动控制作为提高生产率的一种重要手段开始推广应用。它在机械制造中的应用形成了机械制造自动化；在石油、化工、冶金等连续生产过程中应用，对大规模的生产设备进行控制和管理，形成了过程自动化。电子计算机的推广和应用，使自动控制与信息处理相结合，出现了业务管理自动化。
50年代末到60年代初，大量的工程实践，尤其是航天技术的发展，涉及大量的多输入多输出系统的最优控制问题，用经典的控制理论已难于解决，于是产生了以极大值原理、动态规划和状态空间法等为核心的现代控制理论。现代控制理论提供了满足发射第一颗人造卫星的控制手段，保证了其后的若干空间计划（如导弹的制导、航天器的控制）的实施。控制工作者从过去那种只依据传递函数来考虑控制系统的输入输出关系，过渡到用状态空间法来考虑系统内部结构，是控制工作者对控制系统规律认识的一个飞跃。
60年代中期以后，现代控制理论在自动化中的应用，特别是在航空航天领域的应用。产生一些新的控制方法和结构,如自适应和随机控制、系统辨识、微分对策、分布参数系统等。与此同时，模式识别和人工智能也发展起来，出现了智能机器人和专家系统。现代控制理论和电子计算机在工业生产中的应用，使生产过程控制和管理向综合最优化发展。
70年代中期，自动化的应用开始面向大规模、复杂的系统，如大型电力系统、交通运输系统、钢铁联合企业、国民经济系统等，它不仅要求对现有系统进行最优控制和管理，而且还要对未来系统进行最优筹划和设计，运用现代控制理论方法已不能取得应有的成效，于是出现了大系统理论与方法。80年代初，随着计算机网络的迅速发展，管理自动化取得较大进步，出现了管理信息系统、办公自动化、决策支持系统。与此同时，人类开始综合利用传感技术、通信技术、计算机、系统控制和人工智能等新技术和新方法来解决所面临的工厂自动化、办公自动化、医疗自动化、农业自动化以及各种复杂的社会经济问题。研制出柔性制造系统、决策支持系统、智能机器人和专家系统等高级自动化系统。
自动化技术的发展历史是一部人类以自己的聪明才智延伸和扩展器官功能的历史，自动化是现代科学技术和现代工业的结晶，它的发展充分体现了科学技术的综合作用。

❻ 自动控制主要装置

自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、回设备或生产过程的某个工作状态答或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制是相对人工控制概念而言的。

自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支[1] 。基础的结论是由诺伯特·维纳，鲁道夫·卡尔曼提出的。

❼ 控制系统的发展经历了几个阶段各有什么特点

关于控制和自动化技术发展但是其上可以分为四个历史时期：
(1) 自动化装置的出现和应用（18世纪以前）
古代人类在长期的生产和生活中，为了减轻自己的劳动，逐渐利用自然界的动力(水力、风力等)代替人力、畜力，以及用自动装置代替人的部分繁杂的脑力劳动和对自然界动力的控制。
(2)自动化技术形成时期（18世纪末至20世纪30年代）
社会的需要是自动化技术发展的动力。自动化技术是紧密围绕着生产﹑军事设备的控制以及航空航天工业的需要而形成和发展起来的。工业上的应用，是以瓦特的蒸汽机调速器作为正式起点。1788年﹐瓦特为了解决工业生产中提出的蒸汽机的速度控制问题﹐把离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来﹐构成蒸汽机转速调节系统﹐使蒸汽机变为既安全又实用的动力装置。此时的自动化装置是机械式的，而且是自力型的。
(3)局部自动化时期（20世纪40~50年代）
在1943~1946年，美国电气工程师J.埃克脱(Eckert)核物理学家J.莫奇利（Mauchly）为美国陆军研制成世界上第一台基于电子管和数字管的计算机（Electronic Digit Computer）——电子书子积分和自动计数器（ENIAC）。随后人们对计算机进行了多次改良，使之更加实用。同时，电子计算机的发明，为20世纪60~70年代开始的在控制系统广泛应用程序控制和逻辑控制以及应用数字计算机直接控制生产过程，奠定了基础。目前，小型电子数字计算机或单片机已成为复杂自动控制系统的一组成部分，以实现复杂的控制和算法。
（4）综合自动化时期（20世纪50年代起末至今）
在这个时期，经典控制理论已不能满足复杂工业化的需求，现代控制理论应运而生，得到了迅速的发展，并形成了许多各分支。

❽ 简述自动控制系统发展的四个阶段

1、早期控制

早在古代，劳动人民就凭借生产实践中积累的丰富经验和对反馈的直观认识，发明了许多着闪烁控制理论智慧火花的杰作。如果要追溯自动控制技术的发展史，早在两千年前人类就有了自动控制技术的萌芽。

2、经典控制理论

自动控制理论是与人类社会发展密切联系的一门学科，是自动控制科学的核心自从19世纪Maxwell对具有调速器的蒸汽发动机系统进行线性常微分方程描述及稳定性分析以来。

经过20世纪初Nyquist，Bode，Harris，Evans，Wienner，Nichols等人的杰出贡献，终于形成了经典反馈控制理论基础，并于50年代趋于成熟。

特点是以传递函数为数学工具，采用频域方法，主要研究单输入单输出线性定常控制系统的分析与设计，但它存在着一定的局限性，即对多输入多输出系统不宜用经典控制理论解决，特别是对非线性时变系统更是无能为力。

3、现代控制理论

随着20世纪40年代中期计算机的出现及其应用领域的不断扩展，促进了自动控制理论朝着更为复杂也更为严密的方向发展，特别是在Kalman提出的可控性和可观测性概念以及提出的极大值理论的基础上，在20世纪5060年代开始出现了以状态空间分析(应用线性代数)为基础的现代控制理论。

现代控制理论本质上是一种时域法，其研究内容非常广泛，主要包括三个基本内容：多变量线性系统理论最优控制理论以及最优估计与系统辨识理论现代控制理论从理论上解决了系统的可控性可观测性稳定性以及许多复杂系统的控制问题。

4、智能控制理论

随着现代科学技术的迅速发展，生产系统的规模越来越大，形成了复杂的大系统，导致了控制对象控制器以及控制任务和目的的日益复杂化，从而导致现代控制理论的成果很少在实际中得到应用经典控制理论现代控制理论在应用中遇到了不少难题，影响了它们的实际应用，其主要原因有三：

1)精确的数学模型难以获得此类控制系统的设计和分析都是建立在精确的数学模型的基础上的，而实际系统由于存在不确定性不完全性模糊性时变性非线性等因素，一般很难获得精确的数学模型；

2)假设过于苛刻研究这些系统时，人们必须提出一些比较苛刻的假设，而这些假设在应用中往往与实际不符；

3)控制系统过于复杂为了提高控制性能，整个控制系统变得极为复杂，这不仅增加了设备投资，也降低了系统的可靠性

第三代控制理论即智能控制理论就是在这样的背景下提出来的，它是人工智能和自动控制交叉的产物，是当今自动控制科学的出路之一。

(8)自动控制装置研制过程扩展阅读

自动控制系统的未来发展前景：

现代化工厂向规模集约化方向发展时，生产工艺对控制系统的可靠性、运算能力、扩展能力、开放性、操作及监控水平等方面提出了越来越高的要求。

传统的DCS系统已经不能满足现代工业自动化控制的设计标准和要求。随着工业自动化控制理论、计算机技术和现代通信技术的迅速发展，自动控制系统的未来发展方向将向智能化、网络化、全集成自动化等方向发展。

❾ 自动控制系统主要有哪些环节组成

一说：自动控制系统一般是由对象(被控制的过程)、控制器、变送器和调节阀4个环版节组成；
二说：权自动控制系统一般是由传感器、调节器、执行器和被控对象所组成的闭环(或开环)控制系统。
三说：简单的过程控制系统一般由调节器(控制器执行器、被控对象(被控过程)和测量变送等环节组成；
四说：系统由被控对象和自动控制装置(包括检测仪表、调节仪表、执行器)组成
五说：执行单元是构成自动控制系统的重要组成部分。任何一个最简单的控制系统也必须由检测环节、调节单元及执行单元组成。
六说：自动控制系统是由对象(被控制的过程)、控制器、变送器和调节阀4个环节组成