1、第七章自動(dòng)化與控制科學(xué). 在消費(fèi)和科學(xué)技術(shù)的開展過程中，人類發(fā) 展了自動(dòng)控制技術(shù)；人們?cè)谌粘Ｉ钪幸搽S時(shí)隨地享用著自動(dòng)化帶來的便利。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展，“自動(dòng)化和控制科學(xué)同計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成了“控制科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科。自動(dòng)化與控制科學(xué)不僅廣泛運(yùn)用在工業(yè)消費(fèi)部門，在宇航、機(jī)器人、導(dǎo)彈制導(dǎo)及核動(dòng)力等領(lǐng)域，自動(dòng)化更具有特別重要的位置；自動(dòng)化還運(yùn)用到了生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)管理等領(lǐng)域。 “控制科學(xué)與工程是電子信息科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中研討“信息利用的學(xué)科。以這一學(xué)科為依托設(shè)置有多個(gè)大學(xué)本科專業(yè)，如：“自動(dòng)化 、“電氣工程及其自動(dòng)化、“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化、“過程配備與控制工程、“機(jī)械工程及自動(dòng)化、“制造自

2、動(dòng)化與測控技術(shù)等。 本章主要針對(duì)自動(dòng)化與控制科學(xué)的主要技術(shù)和實(shí)際進(jìn)展簡單的引見，以便讀者對(duì)本學(xué)科有一個(gè)根本的了解。前 言.第七章自動(dòng)化與控制科學(xué)7.1 自動(dòng)控制和自動(dòng)控制系統(tǒng)概述 7.2 智能控制簡介 7.3 機(jī)器人 7.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方式7.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能目的 7.6 工業(yè)自動(dòng)化與信息化 7.7 中國在工程控制方面所獲得的成就 .7.1 自動(dòng)控制和自動(dòng)控制系統(tǒng)概述 一、根本概念電梯由于有自動(dòng)控制才干準(zhǔn)確地仃在各相應(yīng)樓層。衛(wèi)生間用的抽水馬桶是一水量自動(dòng)調(diào)理的閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)?？照{(diào)、冰箱、電熱水器是一個(gè)溫度自動(dòng)調(diào)理的自動(dòng)控制系統(tǒng)。自動(dòng)洗衣機(jī)采用了多種自動(dòng)控制技術(shù)。挪動(dòng)通訊手機(jī)的發(fā)

3、射功率會(huì)隨著手機(jī)與基站間隔的遠(yuǎn)近而自動(dòng)調(diào)整。自動(dòng)控制無處不在！1，什么是自動(dòng)控制？自動(dòng)控制就是在沒有人直接參與的情況下，利用控制安裝，使被控對(duì)象的某個(gè)任務(wù)形狀或參數(shù)自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)轉(zhuǎn)。.自動(dòng)控制技術(shù)在煉鋼、軋鋼、化工、石油、電力、造紙、紡織、皮革、食品和醫(yī)藥等工業(yè)中廣泛運(yùn)用。沒有自動(dòng)控制技術(shù)現(xiàn)代工業(yè)消費(fèi)將無法進(jìn)展。航空、航海、汽車和鐵路運(yùn)輸離不開自動(dòng)控制技術(shù)和系統(tǒng)。自動(dòng)控制技術(shù)還運(yùn)用于：通訊、交通、醫(yī)學(xué)、環(huán)境維護(hù)、經(jīng)濟(jì)管理、文字識(shí)別、語音識(shí)別和人工智能等領(lǐng)域。飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、火炮、魚雷、飛船都是復(fù)雜綜合控制技術(shù)系統(tǒng)的集成。2，自動(dòng)控制運(yùn)用的廣泛性3，什么是自動(dòng)控制系統(tǒng)？自動(dòng)控制系統(tǒng)就是

4、為了實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制義務(wù)，將被控對(duì)象和控制安裝按照一定的方式銜接起來，組成一個(gè)有機(jī)的總體。.三、控制科學(xué)的開展及運(yùn)用 全自動(dòng)柔性噴涂機(jī)器人巡航導(dǎo)彈1自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例：由計(jì)算機(jī)經(jīng)過控制電動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)機(jī)器人的手臂自開任務(wù)。計(jì)算機(jī)是控制安裝，電動(dòng)機(jī)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，機(jī)器人的手臂是被控對(duì)象，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和機(jī)器人手臂的位置是被控量。由全球衛(wèi)星定位接納安裝、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)字化地圖及取景相機(jī)組成自動(dòng)控制系統(tǒng)，自主控制導(dǎo)彈飛行，攻擊準(zhǔn)確度可達(dá)“米級(jí)的誤差程度。.無論自動(dòng)機(jī)器，生物神經(jīng)系統(tǒng)、動(dòng)物生命系統(tǒng)，以致經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)，撇開各自的物理形狀特征，都是一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，并可用通用模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展分析。 2自動(dòng)控制

5、系統(tǒng)的通用模型：信息獲取分折決策規(guī)那么戰(zhàn)略調(diào)理支配管理指揮監(jiān)視被控對(duì)象反響自動(dòng)控制系統(tǒng)的通用模型信息信息信息信息信息信息控制過程=信息傳送過程.3自動(dòng)控制系統(tǒng)的通用信息模型傳感器：獲取信息。計(jì)算機(jī)：處置信息。通訊機(jī)：傳送信息。執(zhí)行器：運(yùn)用信息?？刂瓶茖W(xué)與信息技術(shù)密不可分！整個(gè)控制過程是一個(gè)信息流通的過程，控制是經(jīng)過信息的傳輸、變換、加工、處置和運(yùn)用來實(shí)現(xiàn)的。.20世紀(jì)70年代開場，控制論由工程控制論、生物控制論向經(jīng)濟(jì)控制論、社會(huì)控制論開展。電子計(jì)算機(jī)的廣泛運(yùn)用和人工智能研討的開展，使控制系統(tǒng)顯現(xiàn)出規(guī)模龐大，構(gòu)造復(fù)雜，要素眾多，功能綜合的特點(diǎn)，從而控制論也向大系統(tǒng)實(shí)際開展。50年代末到60年代初

6、工程實(shí)際尤其是航天技術(shù)的開展涉及多輸入多輸出系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題用經(jīng)典的控制實(shí)際已難于處理于是產(chǎn)生了以極大值原理動(dòng)態(tài)規(guī)劃和形狀空間法等為中心的現(xiàn)代控制實(shí)際 。20世紀(jì)40年代用經(jīng)典控制實(shí)際處理火炮控制魚雷導(dǎo)航飛機(jī)導(dǎo)航等技術(shù)問題逐漸構(gòu)成了以分析和設(shè)計(jì)單變量控制系統(tǒng)為主要內(nèi)容的經(jīng)典控制實(shí)際與方法。 經(jīng)典控制實(shí)際現(xiàn)代控制實(shí)際大系統(tǒng)控制實(shí)際二、開展歷程.1，經(jīng)典控制系統(tǒng)實(shí)例：1788年J.瓦特為理處理工業(yè)消費(fèi)中提出的蒸汽機(jī)的速度控制問題。1788年瓦特發(fā)明了離心調(diào)速器和節(jié)氣閥蒸汽機(jī) 離心調(diào)速器離心調(diào)速器瓦特的這項(xiàng)發(fā)明開創(chuàng)了自動(dòng)調(diào)理安裝的研討和運(yùn)用的新時(shí)期，促進(jìn)了控制科學(xué)的構(gòu)成與開展。.2，現(xiàn)代控制實(shí)際的

7、主要內(nèi)容實(shí)際中心：極大值原理動(dòng)態(tài)規(guī)劃和形狀空間法等控制方法和構(gòu)造：自順應(yīng)和隨機(jī)控制系統(tǒng)辨識(shí)微分對(duì)策分布參數(shù)系統(tǒng)和智能機(jī)器人為代表的智能控制、最優(yōu)控制等。運(yùn)用對(duì)象：面向大規(guī)模復(fù)雜的系統(tǒng)如大型電力系統(tǒng)交通運(yùn)輸系統(tǒng)鋼鐵結(jié)合企業(yè)國民經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等；與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相交融出現(xiàn)了管理信息系統(tǒng)辦公自動(dòng)化決策支持系統(tǒng)并開場綜合利用傳感技術(shù)通訊技術(shù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制和人工智能等方法來處理所面臨的工廠自動(dòng)化辦公自動(dòng)化醫(yī)療自動(dòng)化農(nóng)業(yè)自動(dòng)化以及各種復(fù)雜的社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題。在處理隨之出現(xiàn)的自動(dòng)調(diào)理安裝的穩(wěn)定性的過程中數(shù)學(xué)家提出了斷定系統(tǒng)穩(wěn)定性的實(shí)際判據(jù)使自動(dòng)控制逐漸由閱歷走向科學(xué)。1948 年諾伯特維納發(fā)表論著：，開創(chuàng)了一個(gè)新的學(xué)科領(lǐng)

8、域控制科學(xué)。.3，大系統(tǒng)控制實(shí)例如：大型電力系統(tǒng)交通運(yùn)輸系統(tǒng)鋼鐵結(jié)合企業(yè)國民經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等。如：管理信息系統(tǒng)工廠自動(dòng)化系統(tǒng)辦公自動(dòng)化系統(tǒng)醫(yī)療自動(dòng)化系統(tǒng)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，以及柔性制造系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)智能機(jī)器人系統(tǒng)等。如：探月工程系統(tǒng)、航天測控系統(tǒng)、導(dǎo)彈防御系統(tǒng)等。.大系統(tǒng)控制實(shí)際研討的主要領(lǐng)域工程控制論大消費(fèi)過程控制自動(dòng)火炮控制導(dǎo)彈控制衛(wèi)星、飛船控制機(jī)器人控制.控制科學(xué)的印跡1932年 19501960代 19601970年代 奈魁斯特H.Nyquist關(guān)反響放大器穩(wěn)定性論文，開創(chuàng)了定量分析的閉環(huán)控制實(shí)際。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展，構(gòu)成了智能控制實(shí)際和技術(shù)，電子信息科學(xué)技術(shù)與控制實(shí)際相結(jié)合，使控制系統(tǒng)顯現(xiàn)

9、出規(guī)模龐大，構(gòu)造復(fù)雜，要素眾多，功能綜合的特點(diǎn)，使控制論向大系統(tǒng)實(shí)際開展，構(gòu)成了一個(gè)新的學(xué)科控制科學(xué)。在空間技術(shù)開展的推進(jìn)下，控制實(shí)際得到了大開展4，控制科學(xué)的開展控制科學(xué)：是自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)科學(xué)、通訊技術(shù)、數(shù)學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)和行為科學(xué)等多種科學(xué)技術(shù)相互浸透構(gòu)成的一門交叉、綜合性學(xué)科。. 7.2 智能控制簡介一、模糊邏輯控制什么是模糊邏輯控制？就是對(duì)被控系統(tǒng)的了解不是經(jīng)過準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)表達(dá)式，而是允許定義在二值之間的模糊地帶。微處置器采用模糊邏輯之后，其控制才干更接近人類的思想方式。 智能控制Intelligent Control研討將人類的智能，如學(xué)習(xí)、自順應(yīng)和探求的才干引入控制系統(tǒng)，使

10、其具有自學(xué)習(xí)、自組織、自動(dòng)識(shí)別和自動(dòng)判別、決策的功能。 1974年，Mamdani提出了基于模糊言語描畫控制規(guī)那么的模糊控制器，將模糊集和模糊言語邏輯用于工業(yè)過程控制，之后又勝利地研制出自組織模糊控制器，使得模糊控制器的智能化程度有了較大提高。模糊控制的構(gòu)成和開展，以及與人工智能的相互浸透，對(duì)智能控制實(shí)際的構(gòu)成起了非常重要的推進(jìn)作用。.模糊控制技術(shù)是近代控制實(shí)際中的一種人工智能戰(zhàn)略，是模擬人的推理和綜合決策過程，使控制算法的可控性、順應(yīng)性和合理性提高，它己成為智能控制技術(shù)的一個(gè)重要分支。模糊控制的主要技術(shù)：是根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出信號(hào)模型進(jìn)展模糊推理。推理是建立在模糊邏輯規(guī)那么根底上的信息處置過程。

11、模糊邏輯推理系統(tǒng)模糊控制己運(yùn)用于家用電器、彩色電視顯像控制等眾多產(chǎn)品中！.二、專家系統(tǒng)1，專家系統(tǒng)概念: 運(yùn)用特定領(lǐng)域的專門知識(shí)，經(jīng)過推理來模擬通常由人類專家才干處理的各種復(fù)雜的、詳細(xì)的問題，到達(dá)與專家具有同等處理問題才干的計(jì)算機(jī)智能程序系統(tǒng)。2，專家系統(tǒng)的體系構(gòu)造： 專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)有著完全不同的體系構(gòu)造，通常它由知識(shí)庫、推理機(jī)、綜合數(shù)據(jù)庫、知識(shí)獲取機(jī)制、解釋機(jī)制和人機(jī)接口等幾部分組成。隨專家系統(tǒng)的類型、功能和規(guī)模的不同，專家系統(tǒng)的體系構(gòu)造而有所差別。.3，專家系統(tǒng)類 型： 診斷型專家系統(tǒng)：根據(jù)對(duì)病癥的察看分析，推導(dǎo)出產(chǎn)生病癥的緣由以及排除缺點(diǎn)方法的一類系統(tǒng)，如醫(yī)療、機(jī)械、經(jīng)濟(jì)

12、等。 解釋型專家系統(tǒng)：根據(jù)表層信息解釋深層構(gòu)造或內(nèi)部情況的一類系統(tǒng)，如地質(zhì)構(gòu)造分析、物質(zhì)化學(xué)構(gòu)造分析等。 預(yù)測型專家系統(tǒng)：根據(jù)現(xiàn)狀預(yù)測未來情況的一類系統(tǒng)，如氣候預(yù)告、人口預(yù)測、水文預(yù)告、經(jīng)濟(jì)情勢預(yù)測等。 設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)：根據(jù)給定的產(chǎn)品要求設(shè)計(jì)產(chǎn)品的一類系統(tǒng)，如建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)等。 決策型專家系統(tǒng)：對(duì)可行方案進(jìn)展綜合評(píng)判并優(yōu)選的一類專家系統(tǒng)。 規(guī)劃型專家系統(tǒng)：用于制定行動(dòng)規(guī)劃的一類專家系統(tǒng)，如自動(dòng)程序設(shè)計(jì)、軍事方案的制定等。 監(jiān)測型專家系統(tǒng)：對(duì)某類行為進(jìn)展監(jiān)測并在必要時(shí)候進(jìn)展干涉的一類專家系統(tǒng)，如機(jī)場、倉庫監(jiān)視，森林監(jiān)測等。 調(diào)試型專家系統(tǒng)：對(duì)失靈的對(duì)象給出處置意見和方法。調(diào)試專家系統(tǒng)同時(shí)

13、具有規(guī)劃、設(shè)計(jì)、預(yù)告和診斷等專家系統(tǒng)的功能?？捎糜诰S修設(shè)備、調(diào)整、丈量。 . 近十多年來，專家系統(tǒng)獲得迅速開展，運(yùn)用領(lǐng)域越來越廣，處理實(shí)踐問題的才干越來越大，專家系統(tǒng)的優(yōu)良性能包括以下幾個(gè)方面： (1) 專家系統(tǒng)可以高效率、準(zhǔn)確、周到、迅速和不知疲倦地進(jìn)展任務(wù)。 (2) 專家系統(tǒng)處理實(shí)踐問題時(shí)不受周圍環(huán)境的影響，也不能夠脫漏忘記。(3) 可以使專家的專長不受時(shí)間和空間的限制，以便推行珍貴和稀缺的專家知識(shí)與閱歷。(4) 專家系統(tǒng)能促進(jìn)各領(lǐng)域的開展，它使各領(lǐng)域?qū)＜业膶I(yè)知識(shí)和閱歷得到總結(jié)和精煉，可以廣泛有力地傳播專家的知識(shí)、閱歷和才干。(5) 專家系統(tǒng)能聚集多領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和閱歷以及他們協(xié)作處理艱

14、苦問題的才干，它擁有更淵博的知識(shí)、更豐富的閱歷和更強(qiáng)的任務(wù)才干。(6) 軍事專家系統(tǒng)的程度是一個(gè)國家國防現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。(7) 專家系統(tǒng)的研制和運(yùn)用，具有宏大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。(8) 研討專家系統(tǒng)可以促進(jìn)整個(gè)科學(xué)技術(shù)的開展。專家系統(tǒng)對(duì)人工智能的各個(gè)領(lǐng)域的開展起了很大的促進(jìn)作用，并將對(duì)科技、經(jīng)濟(jì)、國防、教育、社會(huì)和人民生活產(chǎn)生極其深遠(yuǎn)的影響。4，專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn).5，專家系統(tǒng)的開展 專家系統(tǒng)的開展 使專家系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)的才干具有處置常識(shí)的才干獲取與更新知識(shí)的才干分布式專家系統(tǒng)開展不同層次解釋的才干開展深層 的推理才干專家系統(tǒng)是有著廣泛用途的一類智能系統(tǒng)，其開展的總趨勢是進(jìn)一步提高智能：能經(jīng)

15、由感應(yīng)直接接受外界資料；或由外部知識(shí)庫獲得資料；在推理機(jī)中能擬定規(guī)劃，仿真系統(tǒng)情況；知識(shí)庫有規(guī)劃、分類、構(gòu)造方式及行為方式的動(dòng)態(tài)知識(shí)表述。.三、方式識(shí)別方式識(shí)別(Pattern Recognition)：是經(jīng)過計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)方法來研討方式的自動(dòng)處置和判讀。 我們所指的方式識(shí)別主要是對(duì)語音波形、地震波、心電圖、腦電圖、圖片、照片、文字、符號(hào)、生物信息等對(duì)象進(jìn)展方式丈量、分類和辨識(shí)。 圖像識(shí)別、文字識(shí)別和語音識(shí)別是方式識(shí)別技術(shù)最有價(jià)值的代表性成果。方式是環(huán)境與客體的統(tǒng)稱。信息處置過程的一個(gè)重要方式是生命體對(duì)環(huán)境及客體的識(shí)別。.四、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生物神經(jīng)元人工神經(jīng)元神經(jīng)元輸入輸出1，神經(jīng)元每個(gè)神元經(jīng)細(xì)胞

16、都長著一根像電線一樣的稱為軸突axon，用來將信號(hào)傳送給其他的神經(jīng)細(xì)胞。 人工神經(jīng)元是模擬生物神經(jīng)元的一個(gè)信息處置單元。.輸入層神經(jīng)元：接受非線形輸入信息。 輸出層：輸出各層神經(jīng)元鏈接中傳輸、分析、加權(quán)后的輸出信息。 隱藏層：簡稱“隱層，是輸入層和輸出層之間眾多神經(jīng)元和鏈接組成的各個(gè)層面。隱層可以有多層，習(xí)慣上會(huì)用一層。隱層的節(jié)點(diǎn)(神經(jīng)元)數(shù)目不定，但數(shù)目越多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性越顯著，從而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能、特性會(huì)更好。2，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種運(yùn)用類似于大腦神經(jīng)突觸聯(lián)接的構(gòu)造進(jìn)展信息處置的數(shù)學(xué)模型。通常為多層網(wǎng)絡(luò)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型如今有數(shù)十種之多二、智能控制簡介. 網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過訓(xùn)練樣本的訓(xùn)練、

17、校正，對(duì)各個(gè)層的權(quán)重進(jìn)展調(diào)整后，即確定了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，這一建立模型的過程，稱為自動(dòng)學(xué)習(xí)過程。詳細(xì)的學(xué)習(xí)方法那么因網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造和模型不通而不同。3，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)框圖經(jīng)過學(xué)習(xí)訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)即可用于控制、識(shí)別等實(shí)踐系統(tǒng)中。.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型為根底，它有自學(xué)習(xí)、自組織才干，它在控制、識(shí)別和信息處置系統(tǒng)中其所以對(duì)人們有宏大吸引力主要在以下幾點(diǎn)： 1并行分布處置，處置信息的效率極高。2高度魯棒性和容錯(cuò)才干對(duì)損傷有冗余性(tolerance 。 3分布存儲(chǔ)及學(xué)習(xí)才干。 4能充分逼近復(fù)雜的非線性關(guān)系。 在控制領(lǐng)域的研討課題中，不確定性系統(tǒng)的控制問題長期以來都是控制實(shí)際研討中的難點(diǎn)

18、。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)才干，使它在對(duì)不確定性系統(tǒng)的控制過程中自動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的特性，自動(dòng)順應(yīng)系統(tǒng)隨時(shí)間、輸入及環(huán)境的特性變異，以求到達(dá)對(duì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制；顯然這是一種非常振奮人心的智能技術(shù)和方法。 4，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處置技術(shù)和仿生學(xué)、神經(jīng)心思學(xué)的研討進(jìn)展，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能將日益改善，運(yùn)用將越來越廣泛，這將是必然趨勢。.7.3 機(jī)器人 機(jī)器人概念：智能控制的典型運(yùn)用就是機(jī)器人Robot，機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器安裝。它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)轉(zhuǎn)預(yù)先編排的程序，還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原那么綱領(lǐng)去行動(dòng)。機(jī)器人技術(shù)：機(jī)器人是高級(jí)整合控制論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、資料和仿生學(xué)技

19、術(shù)的產(chǎn)物，用來協(xié)助或替代人類任務(wù)。機(jī)器人運(yùn)用：機(jī)器人可用于消費(fèi)制造業(yè)，可以替代人從事危險(xiǎn)的任務(wù)。它在制造業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、軍事等領(lǐng)域。一、機(jī)器人的開展史 1920年捷克斯洛伐克作家卡雷爾恰佩克在他的科幻小說，發(fā)明出“機(jī)器人這個(gè)詞。1939年美國紐約世博會(huì)上展出了西屋電氣公司制造的家用機(jī)器人Elektro。它由電纜控制，可以行走。.1954年美國人喬治德沃爾制造出世界上第一臺(tái)可編程的機(jī)器人。機(jī)械手能按照不同的程序從事不同的任務(wù)，具有通用性和靈敏性。1959年德沃爾與美國發(fā)明家約瑟夫英格伯格聯(lián)手制造出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。隨后，成立了世界上第一家機(jī)器人制造工廠Unimation公司。1965年約

20、翰霍普金斯大學(xué)運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)室研制出Beast機(jī)器人。 Beast曾經(jīng)能經(jīng)過聲納系統(tǒng)、光電管等安裝，根據(jù)環(huán)境校正本人的位置。1968年美國斯坦福研討所公布他們研發(fā)勝利的機(jī)器人Shakey。它帶有視覺傳感器，能根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木，不過控制它的計(jì)算機(jī)有一個(gè)房間那么大。Shakey可以算是世界第一臺(tái)智能機(jī)器人，拉開了第三代機(jī)器人研發(fā)的序幕。1978年美國Unimation公司推出通用工業(yè)機(jī)器人PUMA，這標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)曾經(jīng)完全成熟。 PUMA至今依然任務(wù)在工廠第一線。2002年美國iRobot公司推出了吸塵器機(jī)器人Roomba，它能避開妨礙，自動(dòng)設(shè)計(jì)行進(jìn)道路，還能在電量缺乏時(shí)，自動(dòng)駛向充

21、電座。 Roomba是目前世界上銷量最大、最商業(yè)化的家用機(jī)器人。.汽車裝配機(jī)器人 .倉庫管理機(jī)器人機(jī)械手.智能清潔機(jī)器人 清潔機(jī)器人家庭效力機(jī)器人.智能機(jī)器人. 機(jī)器人戰(zhàn)車 偵查機(jī)器人 機(jī)器人戰(zhàn)車 戰(zhàn)爭機(jī)器人.仿真機(jī)器人 R2宇航人形機(jī)器人，于2021年2月24日由“發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)帶進(jìn)太空站，作為常住空間站“任務(wù)人員，用來協(xié)助空間站的宇航員完成一些日常任務(wù)。未來R2的改良型將可以替代宇航員出倉完成一些危險(xiǎn)作業(yè)。.機(jī)器人消費(fèi)、機(jī)器人清掃、機(jī)器人戰(zhàn)爭的時(shí)代將會(huì)到來！.按運(yùn)用分類按“智能分類機(jī)器人的分類二、機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人初級(jí)智能機(jī)器人高級(jí)智能機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人特種機(jī)器人除工業(yè)機(jī)器人之外的一切機(jī)

22、器人.三、人類與機(jī)器人機(jī)器人的終極目的：利用原理開展具有人類智能的人造機(jī)器。人工智能包括學(xué)習(xí)任何知識(shí)的才干、推理才干、言語才干和構(gòu)本錢人的觀念的才干。機(jī)器人專家還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法實(shí)現(xiàn)這種程度的人工智能，但他們?cè)?jīng)在有限的人工智能領(lǐng)域獲得了很大進(jìn)展。家用機(jī)器人：機(jī)器人將在我們未來的日常生活中扮演重要的角色，分擔(dān)家務(wù)勞動(dòng)，為開展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)帶來宏大商機(jī)。機(jī)器人造福人類：機(jī)器人替代人們?nèi)ネ瓿梢恍﹩握{(diào)、枯燥或是危險(xiǎn)的任務(wù)。調(diào)查世界工業(yè)開展的潮流，曾經(jīng)證明：開展機(jī)器人是一條必由之路。沒有機(jī)器人，人將變?yōu)闄C(jī)器；有了機(jī)器人，人依然是主人。軍用機(jī)器人：開展用于戰(zhàn)場阻擊、掃雷、偵查各類軍用機(jī)器人，將能夠改動(dòng)未來戰(zhàn)爭方式，

23、出現(xiàn)機(jī)器人與人之間、機(jī)器人與機(jī)器人之間的戰(zhàn)爭。.7.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方式 控制方式 開環(huán)控制閉環(huán)控制.一、開環(huán)控制開環(huán)控制的特點(diǎn)是控制安裝與被控對(duì)象之間只需正向控制造用而沒有反向作用的銜接方式，即系統(tǒng)的輸出量對(duì)輸入量沒有影響。開環(huán)控制系統(tǒng)框圖ug放大器和控制安裝udnd直流電機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 例：.二、閉環(huán)控制閉環(huán)系統(tǒng)原理框圖閉環(huán)控制：在控制器與被控對(duì)象之間，不僅有正向作用通路，而且存在著反響作用通路。即系統(tǒng)的被控量對(duì)輸入量有直接影響。這里的反響是指把輸出量檢測出來反送到系統(tǒng)的輸入端并與輸入信號(hào)比較以影響控制的過程。假設(shè)反響信號(hào)是與輸入信號(hào)相減那么稱為負(fù)反響；假設(shè)相加，那么稱為正反響。.u

24、g放大器和控制安裝udndub直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 直流電機(jī)速度的閉環(huán)控制闡明：首先，對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)展丈量、轉(zhuǎn)換。然后將丈量信號(hào)與輸入量進(jìn)展比較。由于轉(zhuǎn)速之間不容易直接比較大小，因此，將輸入與輸出轉(zhuǎn)速變換成相應(yīng)的電壓信號(hào)。由速度傳感器完成變換。最后，根據(jù)偏向的極性和大小來調(diào)整轉(zhuǎn)速，使電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。.四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方式 控制方式比較閉環(huán)控制精度較高，構(gòu)造較復(fù)雜，分析設(shè)計(jì)較難。 開環(huán)控制精度較低，構(gòu)造較簡單，分析設(shè)計(jì)較易?？刂品绞奖容^兩類系統(tǒng)各有特點(diǎn).自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 1，按參考輸入方式分為恒值系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng) 2，按系統(tǒng)特性分成線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng) 3，按信號(hào)的傳送方式 分成延續(xù)系統(tǒng)和

25、離散系統(tǒng) 4，按信號(hào)的多少分為單輸入單輸出與多輸入多輸出系統(tǒng) 5，按參數(shù)變化分 為定 常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng) 三、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類.7.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能目的是系統(tǒng)任務(wù)穩(wěn)定性，它是保證控制系統(tǒng)可以正常任務(wù)的首要條件，是控制系統(tǒng)的一項(xiàng)最重要的目的。是系統(tǒng)控制準(zhǔn)確性，它反映系統(tǒng)的被控輸出最終復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)期望輸出值的才干。要求穩(wěn)態(tài)誤差越小越好。是指輸出過渡過程繼續(xù)時(shí)間的長短，要求系統(tǒng)快速進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。即快速性穩(wěn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的三大目的.7.6 工業(yè)自動(dòng)化與信息化 一、信息技術(shù)與工業(yè)自動(dòng)化四大技術(shù)：微電子技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)通訊技術(shù)軟件技術(shù)企業(yè)管理產(chǎn)品消售管理物流供應(yīng)消費(fèi)過程控制消費(fèi)設(shè)備控制、檢測和診斷信息技術(shù)與工業(yè)

26、自動(dòng)化信息技術(shù)工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化是自動(dòng)控制技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是工業(yè)自動(dòng)化開展的必然趨勢。.1. 信息技術(shù)與企業(yè)的關(guān)系1信息化擴(kuò)展了企業(yè)的市場空間2信息技術(shù)引發(fā)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的變革 3信息技術(shù)用于產(chǎn)質(zhì)量量控制 信息技術(shù)與企業(yè)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)把企業(yè)的資金、物流、消費(fèi)、市場、采購等信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確提供應(yīng)管理者，實(shí)現(xiàn)了管控一體化。CAD軟件使設(shè)計(jì)者不再運(yùn)用圖板。三維 CAD軟件不僅可以實(shí)體外型，還可以進(jìn)展產(chǎn)品模擬分析。數(shù)字技術(shù)提高消費(fèi)過程的自動(dòng)檢測程度和控制精度、優(yōu)化安裝和過程控制效果，實(shí)現(xiàn)添加產(chǎn)量、提高質(zhì)量。.2. 現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化：即機(jī)電一體化。主要是對(duì)設(shè)備和消費(fèi)過程的控制，即由機(jī)械

27、本體、動(dòng)力部分、測試傳感部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)部分、信號(hào)處置單元、接口等硬件單元，在軟件程序和電子電路邏輯的有目的的信息流引導(dǎo)下，相互協(xié)調(diào)、有機(jī)交融和集成，組成工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化：綜合運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、信息科學(xué)、控制科學(xué)與工程的綜合科學(xué)。企業(yè)管理級(jí)消費(fèi)管理級(jí)過程控制級(jí)設(shè)備控制級(jí)檢測驅(qū)動(dòng)級(jí)現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的5級(jí)構(gòu)造計(jì)算機(jī)技術(shù) 軟件技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 通訊技術(shù)支撐技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù)現(xiàn)場總線技術(shù)傳感器技術(shù)數(shù)字交流調(diào)速支撐技術(shù)智能控制技術(shù)控制工程方法支撐技術(shù).二、工業(yè)信息化系統(tǒng)簡介1辦公自動(dòng)化系統(tǒng)辦公自動(dòng)化系統(tǒng).質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)公共效力網(wǎng).2，業(yè)務(wù)資源管理系統(tǒng).3分散控制系統(tǒng)DPU：分散處置單元OPU：操作員站ENG：工程師站LS/HSR：記錄效力器/歷史站DLS：數(shù)據(jù)鏈接站網(wǎng)線.4現(xiàn)場總線控制系統(tǒng).工業(yè)信息化特征：產(chǎn)品消費(fèi)過程信息化：包括：決策支持系統(tǒng) 、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、專家系統(tǒng) 、檢驗(yàn)、測試、質(zhì)量控制系統(tǒng)等。消費(fèi)信息化：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng) 、復(fù)雜工業(yè)過程控制系統(tǒng)等。消費(fèi)管理信息化：包括：辦公自動(dòng)化、資料需求信息化、企業(yè)資源管理信息化等。自動(dòng)化與控制科學(xué)同計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，正在推進(jìn)當(dāng)代社會(huì)向工業(yè)信息化方向開展！. 中國載人航天工程是我國航天史上迄今為止規(guī)