自动化概论02.ppt

自动化技术发展简史 西安交通大学 蔡远利教授 四个发展阶段 自动装置的出现和应用（18世纪以前） 自动化技术形成时期（18世纪末至20世纪30年代） 局部自动化时期 (20世纪40-50年代) 综合自动化时期（20世纪50年代末起至今） 自动装置的出现和应用 人类在长期的生产和生活中，为了减轻自己的劳动强度，逐渐利用自然界的动力（风力、水力等）代替人力、畜力，以及用自动装置代替人的部分脑力活动。 古代自动装置 近代自动装置 中国古代自动装置 中国古代能工巧匠发明许多原始的自动装置，以满足生产、生活和作战的需要。其中比较著名有下述的几种： 指南车 铜壶滴漏 浮子式阀门 饮酒速度的自动调节 计里鼓车 漏水转浑天仪 候风地动仪 水运仪象台 指南车 指南车是中国古代用来指示方向的一种具有能自动离合的齿轮系装置的车辆。 史书记载东汉张衡（公元78-139）、三国时代魏国的马钧、南齐的祖冲之都曾制造过指南车，《宋史》舆服志中对指南车的构造和各齿轮大小和齿数有详细记载 。 铜壶滴漏 中国古代的自动计时（测量时间）装置 最早记载见于《周礼》 宋朝王普：《官术刻漏图》（公元1135） 宋朝杨军：《六经图》（公元1155） 饮酒速度自动调节器 可用来保持均匀的饮酒速度 宋朝仇士良：《岭外代答》（公元1178） 计里鼓车 有能自报行车里程的车制 东汉以后出现的，由汉代鼓车改装而成 漏水转浑天仪 公元2世纪中国东汉的天文学家张衡创制的一种天文表演仪器 是一种用漏水推动的水运浑象，和现在的天球仪相似，可以用来实现天体运行的自动仿真。 候风地动仪 公元132年东汉张衡发明的一种观察地震的自动检测仪器 水运仪象台 北宋哲宗元祐三年（公元1088），苏颂、韩公廉等人制成的水力天文装置。 既能演示或能观测天象，又能计时及报时。 水运仪象台枢轮和天衡装置示意图 其他国家古代自动装置 公元前14至公元前11世纪，巴比伦出现了自动计时装置—刻漏； 公元1世纪古埃及和希腊的发明家创造了： 教堂庙门自动开启装置 铜祭司自动洒圣水装置 投币式圣水箱等 近代自动装置 法国物理学家B.帕斯卡（Pascal）在公元1642年发明的加法器； 荷兰机械师C.惠更斯（Huygens）于公元1657年发明钟表； 英国机械师E.李（Lee）在公元1745年发明带有风向控制的风磨； 俄国机械师И.И.波尔祖诺夫于公元1765年发明为蒸汽锅炉水位保持恒定用的浮子式阀门水位调节器。 自动化技术形成时期（18世纪末至20世纪30年代） 公元1788年英国机械师J.瓦特发明离心式调速器，对第一次工业革命和控制理论后来的发展有重要影响。 反馈和自动调节系统的稳定性 人们发现蒸汽机转速会忽高忽低，即系统会发生振荡（不稳定）。这迫使一些数学家从理论上来加以研究，创造了多种稳定判据。 经典控制理论 进入20世纪以后，工业生产中广泛应用各种自动调节装置，促进了对调节系统的分析和综合的研究。 稳定判据加上公元1922年N.米诺尔斯基《关于船舶自动操舵的稳定性》和1934年美国H.L.黑曾（Hazen）发表的《关于伺服机构理论》的论文标志着经典控制理论的诞生。 反馈调节（控制）系统 局部自动化时期 (20世纪40-50年代) 经典控制理论的形成和发展 局部自动化的广泛应用 电子数字计算机的发明 自动防空火力控制系统 在第二次世界大战期间，为了防空火力控制系统和飞机自动导航系统等军事技术问题，各国科学家设计出各种精密的自动调节装置，开创了防空火力系统和控制这一新的科学领域。 经典控制理论的形成和发展 代数稳定判据 传递函数 根轨迹法(W.埃文斯（Evans）1948年) 频率法 局部自动化的广泛应用 模拟计算机 气动单元组合仪表 智能化的仪表和控制器 综合自动化时期（20世纪50年代末起至今） 现代控制理论的形成和发展 Л.庞特里亚金提出极大值原理 R.贝尔曼创立动态规划 R.卡尔曼提出状态空间法(可控性、可观性、最优状态估计等) 现代控制理论的高速发展 系统辩识、建模与仿真 自适应控制 鲁棒控制 预测控制 遥测、遥控和遥感 大系统理论 模式识别和人工智能 智能控制 电子数字计算机 电子技术的发展——电子管、晶体管、集成电路和大规模集成电路 数字计算机直接控制生产过程 数字计算机已经成为现在自动控制系统的一个重要组成部分 国产巨型“银河Ⅱ”电子数字计算机? 智能和水下机器人 本讲小结 自动化技术具有悠久的发展历史，在人类征服自然和改造自然的各种活动中起着非常重要的作用； 自动化是一个涉及学科较多、应用广泛的综合性科学技术； 自动化是新的技术革命的一个重要方面； 自动化技术的研究、应用和推广，对人类的生产、生活等已经并仍将产生深远影响。 * * 18世纪以前