自動(dòng)化學(xué)科概論--學(xué)生版

1、自動(dòng)化學(xué)科概論,東南大學(xué) 戴先中,（1）了解自動(dòng)化專業(yè)（課程）的整體框架。,各基礎(chǔ)課、專業(yè)課設(shè)置各專業(yè)方向內(nèi)涵與設(shè)置各專業(yè)課與各專業(yè)方向之間的關(guān)系重要的基礎(chǔ)、專業(yè)課,（2）了解本專業(yè)（課程） 與其它專業(yè)（課程）的關(guān)系,一、序 言,設(shè)這樣一門課的目的：,三、自動(dòng)控制基本原理,四、數(shù)字化與計(jì)算機(jī)控制,五、自動(dòng)化基本設(shè)備,六、現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù),七、控制科學(xué)與自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,一、序言,二、自動(dòng)

2、化專業(yè)簡介,課程內(nèi)容安排,一、序 言,具體安排 總共16學(xué)時(shí)，單周上課，第3周開始 分5次講課，每次3學(xué)時(shí) 1次自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室參觀,課程具體安排,課程的特點(diǎn)與難度——矛盾 從需求考慮：開的越早越好； 但從效果考慮：開的晚一些為好， 因?yàn)樾枰幸欢ǖ母叩葦?shù)學(xué)基礎(chǔ)。,一、序 言,二、 自動(dòng)化專業(yè)簡介,1、學(xué)科、專業(yè)劃分 2、自動(dòng)化的研究內(nèi)容 3、自動(dòng)化的作用與重要性 4、自動(dòng)化

3、專業(yè)、學(xué)科的特點(diǎn) 5、自動(dòng)化專業(yè)與其它專業(yè)的關(guān)系 6、我校自動(dòng)化專業(yè) 7、自動(dòng)化專業(yè)本科課程設(shè)置 8、自動(dòng)化專業(yè)有關(guān)實(shí)驗(yàn)室介紹,1、學(xué)科、專業(yè)劃分,專業(yè)、學(xué)科的含義和劃分有多種，不同層面（層次）有不同理解與劃分。一般分為：,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,采用能理解又基本符合 研究生教育層面內(nèi)涵的學(xué)科專業(yè)劃分方法,社會(huì)層面 —— 中學(xué)教育,本科生層面—— 一般意義上的大學(xué)教育,研究生層面—— 研究生教育,(1) 自動(dòng)化的內(nèi)涵與

4、外延,日常生活中，較少聽到”自動(dòng)化”這個(gè)名詞更多聽到的是： 這個(gè)設(shè)備(器具)是自動(dòng)的、 自動(dòng)控制的 或全自動(dòng)的,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,2、自動(dòng)化的研究內(nèi)容,日常生活中常見的：*家庭： 全自動(dòng)照相機(jī)、洗衣機(jī)、電飯煲,*高檔樓宇： 自動(dòng)門、自動(dòng)自來水開關(guān),*交通：

5、 自動(dòng)控制的紅綠燈、 火車上的自動(dòng)燒開水機(jī),*銀行： 自動(dòng)取款機(jī)ATM,2、自動(dòng)化的研究內(nèi)容（續(xù)）,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,自動(dòng)化設(shè)備的特點(diǎn)： 工作時(shí)不需要（或很少需要）人參與， 卻能按照人的要求“自動(dòng)”完成其承擔(dān)的任務(wù)。,充分理解： 各種自動(dòng)的（或自動(dòng)控制的）設(shè)備 僅是一項(xiàng)大的自動(dòng)化工程中的一個(gè)細(xì)胞。

6、 而以上例舉的自動(dòng)的設(shè)備 僅為整個(gè)自動(dòng)化大家庭中的一個(gè)個(gè)小細(xì)胞,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,2、自動(dòng)化的研究內(nèi)容(續(xù)),自動(dòng)化的應(yīng)用舉例：,工業(yè)自動(dòng)化——自動(dòng)機(jī)、自動(dòng)生產(chǎn)線、 無人車間、無人工廠,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,2、自動(dòng)化的研究內(nèi)容(續(xù)),Intelligence and human-machine interface,,,,,,,,,,Internet,Robo

7、t,Camera,Microphone,Scanner,機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的例子,以機(jī)器人為單元的無人化工廠,控制與管理一體化,,,,,,,,,,,,制造業(yè)頂層信息化現(xiàn)代集成制造系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,企業(yè)間層,設(shè)備裝置層,控制節(jié)點(diǎn)層,企業(yè)層,單元層,工程層,制造業(yè)底層自動(dòng)化機(jī)器人與自動(dòng)化裝備,能量管理系統(tǒng)：電、氣、水全自動(dòng)管理空氣質(zhì)量系統(tǒng)：溫度、濕度、空氣質(zhì)量管理安全消防系統(tǒng)：安檢、消防自動(dòng)報(bào)警、

8、 救護(hù)系統(tǒng)辦公自動(dòng)化 ：,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,樓宇（管理）自動(dòng)化——,2、自動(dòng)化的研究內(nèi)容(續(xù)),軍事自動(dòng)化——無人飛機(jī)、導(dǎo)彈,,交通自動(dòng)化 機(jī)器人,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,2、自動(dòng)化的研究內(nèi)容(續(xù)),壁面清洗機(jī)器人,擦玻璃機(jī)器人,采摘機(jī)器人,醫(yī)用機(jī)器人,自動(dòng)化的研究內(nèi)容寬廣， 并且越來越寬廣自動(dòng)化是一門名副其實(shí)的多學(xué)科交叉學(xué)科,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,2

9、、自動(dòng)化的研究內(nèi)容(續(xù)),——比人干得更快、更好，極大地提高生產(chǎn)力 從自動(dòng)化生產(chǎn)線上生產(chǎn)的產(chǎn)品，質(zhì)量越來 越好，價(jià)格越來越低。例： 5 元數(shù)字計(jì)算機(jī),3、自動(dòng)化的作用與重要性,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,——把人從繁重的危險(xiǎn)的工作中解放出來 礦井掘井、核電站檢查、消防救火、 無人偵察機(jī)、導(dǎo)彈（無人）,※基本作用（傳統(tǒng)觀念）,——完成人

10、無法完成的工作 管道機(jī)器人（各種油管、水管）、 水下6000米機(jī)器人,※擴(kuò)展作用 ——管理、經(jīng)濟(jì)、金融過程智能化,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,3、自動(dòng)化的作用與重要性(續(xù)),自動(dòng)化在國民經(jīng)濟(jì)、國家綜合實(shí)力中起著舉足輕重的作用，并且其作用越來越重要。 自動(dòng)化在人民日常生活中亦將起著舉足輕重的作用。,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,3、自動(dòng)化的作用與重要性(續(xù)),國家863高

11、科技發(fā)展計(jì)劃 （有所為，有所不為） 分6個(gè)領(lǐng)域 自動(dòng)化、能源、信息、 新材料、生物與農(nóng)業(yè)、資源環(huán)境（海洋） 就有一個(gè)自動(dòng)化領(lǐng)域 分CIMS主題、機(jī)器人主題,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,3、自動(dòng)化的作用與重要性(續(xù)),所以講： 自動(dòng)化是當(dāng)代高科技的集中體現(xiàn)與應(yīng)用。 智能機(jī)器人是當(dāng)代高科技的結(jié)晶。

12、 ——宋鍵,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,3、自動(dòng)化的作用與重要性(續(xù)),自動(dòng)化學(xué)科是一門多學(xué)科交叉的高技術(shù)學(xué)科。自動(dòng)化學(xué)科是當(dāng)代高技術(shù)的集中體現(xiàn)與應(yīng)用?！?目前，離開計(jì)算機(jī)，自動(dòng)化一事無成。 但光有計(jì)算機(jī)，能改變周圍的一切嗎？,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,（I）學(xué)科特點(diǎn),4、自動(dòng)化專業(yè)、學(xué)科的特點(diǎn),（II） 研究、應(yīng)用特點(diǎn),寬、廣，幾乎無所不包， 并且，

13、伴隨其它技術(shù)發(fā)展，越來越廣。,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,4、自動(dòng)化專業(yè)、學(xué)科的特點(diǎn)(續(xù)),（III） 學(xué)自動(dòng)化的特點(diǎn),在所有學(xué)工的學(xué)生中，學(xué)自動(dòng)化學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)僅次于計(jì)算機(jī)專業(yè)。,在所有學(xué)工的學(xué)生中，學(xué)自動(dòng)化需要的數(shù)學(xué)知識(shí)最多。,因此我們一直說：,自動(dòng)化專業(yè)基礎(chǔ)面寬， 需要學(xué)的知識(shí)多，并要求扎實(shí)。,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,4、自動(dòng)化專業(yè)、學(xué)科的特點(diǎn)(續(xù)),從而： 學(xué)自動(dòng)化專業(yè)的適應(yīng)面寬、分配好，且工作易成功。,這

14、符合大學(xué)改革的方向——寬基礎(chǔ)、寬專業(yè)面,4、自動(dòng)化專業(yè)、學(xué)科的特點(diǎn)(續(xù)),二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,5、自動(dòng)化專業(yè)與其它專業(yè)的關(guān)系,l交叉學(xué)科的集中體現(xiàn) 如前介紹：計(jì)算機(jī)、電子電氣等等,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,l其它專業(yè)向自動(dòng)化擴(kuò)展 機(jī)械工程及其自動(dòng)化 電氣工程及其自動(dòng)化 動(dòng)力工程及其自動(dòng)化

15、 甚至：農(nóng)業(yè)工程及其自動(dòng)化 交通運(yùn)輸自動(dòng)化,（I）自控系＋自動(dòng)化所 合辦一個(gè)本科專業(yè)——自動(dòng)化專業(yè) （對(duì)應(yīng)一級(jí)學(xué)科，控制科學(xué)與工程） 三個(gè)研究生學(xué)位點(diǎn) （對(duì)應(yīng)三個(gè)二級(jí)學(xué)科）,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,6、 我校自動(dòng)化專業(yè),（II）圍繞研究生教育，系、所劃分,（III）自動(dòng)化專業(yè)水平,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,?畢業(yè)生質(zhì)量

16、 （統(tǒng)計(jì)數(shù)字較少，比較困難）,?成績,?辦學(xué)條件,?師資,四方面評(píng)價(jià)：,6、 我校自動(dòng)化專業(yè)(續(xù)),一位（科學(xué)院）院士 （國內(nèi)僅清華有兩位，上交大0個(gè)， 浙大1個(gè)，我校共有7位）,下作比較（與國內(nèi)一流自動(dòng)化專業(yè)比）,l師資,有較多的教授、博導(dǎo)、博士。,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,6、 我校自動(dòng)化專業(yè)(續(xù)),在自動(dòng)化一級(jí)學(xué)科下全部二級(jí)學(xué)科均有博士（碩士

17、）授予權(quán),l辦學(xué)條件,國家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科 （全國只有13所 / 東大只有10個(gè)國家重點(diǎn)學(xué)科）,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,6、 我校自動(dòng)化專業(yè)(續(xù)),一批國際高水平論文（在國內(nèi)享有盛譽(yù)） 獲全國首屆百篇優(yōu)秀博士論文之一,一項(xiàng)國際大獎(jiǎng),一批國家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì),l 取得成績,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,6、 我校自動(dòng)化專業(yè)(續(xù)),2002年國務(wù)院學(xué)位委員會(huì)首次全國十二個(gè)一級(jí)學(xué)科 整體水平排名(試點(diǎn))  0

18、701 數(shù)學(xué) 0811 控制科學(xué)與工程 0702 物理學(xué) 0812 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 0703 化學(xué) 0831 生物醫(yī)學(xué)工程 0901 作物學(xué) 0802 機(jī)械工程 0904 植物保護(hù) 0809 電子科學(xué)與技術(shù) 1201 管理科學(xué) 0810 信息與通信工程 與工程,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,6、 我校自動(dòng)化專業(yè)(續(xù)),與我校有關(guān)

19、工科（08）6個(gè)一級(jí)學(xué)科 整體水平按學(xué)校排名 0831 生物醫(yī)學(xué)工程  ——第2 ——生醫(yī)系 0811 控制科學(xué)與工程  ——第5 ——自動(dòng)控制系0810 信息與通信工程 ——第5 ——無線電系0809 電子科學(xué)與技術(shù)  ——第8 ——電子系0812 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)  —第17 ——計(jì)算機(jī)系0802 機(jī)械工程  — 第

20、21 ——機(jī)械系1201 管理科學(xué)與工程  — 第16 ——管理學(xué)院,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,6、 我校自動(dòng)化專業(yè)(續(xù)),與我?！翱刂瓶茖W(xué)與工程”(自動(dòng)化專業(yè))有關(guān)整體水平按學(xué)校排名情況  東北大學(xué)1, 浙江大學(xué)2, 清華大學(xué)3上海交通大學(xué)4, 東南大學(xué)5西安交通大學(xué)6, 哈爾濱工業(yè)大學(xué)7國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)8, 北京理工大學(xué)9

21、北京航空航天大學(xué)10, 華中科技大學(xué)11南京理工大學(xué)15, 南京航空航天大學(xué)23,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,6、 我校自動(dòng)化專業(yè)(續(xù)),總之 我校自動(dòng)化學(xué)科（專業(yè)） 在國內(nèi)是一流的， 在校內(nèi)也是一流的。 我們應(yīng)當(dāng)自豪! 我們還需努力 !,6、 我校自動(dòng)化專業(yè)(續(xù)),二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,因此，我校自動(dòng)化專業(yè)圍繞 研究生3個(gè)學(xué)位點(diǎn)(二級(jí)學(xué)科)設(shè)置專業(yè)方向課,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,

22、因此，各人會(huì)涉及到選專業(yè)方向課,自動(dòng)化研究內(nèi)容、應(yīng)用領(lǐng)域極其廣闊,辦自動(dòng)化專業(yè)不可能面面俱到，只能有所側(cè)重,學(xué)自動(dòng)化專業(yè)更不可能面面俱到，必須有所側(cè)重,7、自動(dòng)化專業(yè)本科課程設(shè)置,必修課,選修課,,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,,面向全校各專業(yè)(公共課),工科專業(yè)（自然科學(xué)基礎(chǔ)課）,自動(dòng)化專業(yè),,一級(jí)學(xué)科基礎(chǔ)課,一級(jí)學(xué)科實(shí)踐課,一級(jí)學(xué)科主干課,課程設(shè)置,二級(jí)學(xué)科（方向）訓(xùn)練課,二級(jí)學(xué)科選修課,,7、自動(dòng)化專業(yè)本科課程設(shè)置(續(xù)),7、自動(dòng)化專業(yè)本科

23、課程設(shè)置(續(xù)),二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,（I）必修課,工科專業(yè),7、自動(dòng)化專業(yè)本科課程設(shè)置 (續(xù)),二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,一級(jí)學(xué)科基礎(chǔ)課,,電路分析、信號(hào)與系統(tǒng),計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與邏輯、微機(jī)系統(tǒng)與接口,電子線路、電磁場與波,網(wǎng)絡(luò)通信,自控原理（I）,,7、自動(dòng)化專業(yè)本科課程設(shè)置(續(xù)),二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,一級(jí)學(xué)科實(shí)踐課,,電路實(shí)驗(yàn),微機(jī)實(shí)驗(yàn),電子實(shí)驗(yàn),綜合課程設(shè)計(jì),7、自動(dòng)化專業(yè)本科課程設(shè)置(續(xù)),二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,一級(jí)學(xué)科主干課,,自動(dòng)控制原理

24、（II）,計(jì)算機(jī)控制技術(shù),電機(jī)原理與拖動(dòng),管理信息系統(tǒng),7、自動(dòng)化專業(yè)本科課程設(shè)置(續(xù)),二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,（II）選修課,,A組：,二級(jí)學(xué)科（方向）,訓(xùn)練課（任選兩組）,C組：,D組：,B組：,智能控制,檢測技術(shù),自動(dòng)化儀表設(shè)計(jì),系統(tǒng)辨識(shí)與仿真,數(shù)字信號(hào)處理,圖象處理,自動(dòng)控制系統(tǒng),電力電子技術(shù),,檢測技術(shù)與自動(dòng)化儀表（二級(jí)學(xué)科）,控制理論與工程（二級(jí)學(xué)科）,模式識(shí)別與智能系統(tǒng)（二級(jí)學(xué)科）,,,,,,,,,,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,二級(jí)

25、學(xué)科選修課,,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、通信原理 二選一,電子電路CAD,FOXPRO、C語言,計(jì)算機(jī)軟件、儀表抗干擾,機(jī)器人及控制、過程控制,,,五選三,四選二,多媒體、自動(dòng)化工具軟件,7、自動(dòng)化專業(yè)本科課程設(shè)置(續(xù)),8、自動(dòng)化專業(yè)有關(guān)實(shí)驗(yàn)室介紹,二、自動(dòng)化專業(yè)簡介,實(shí)驗(yàn)室：工業(yè)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)室 計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)中心(校級(jí))研究室：機(jī)器人研究室

26、 運(yùn)動(dòng)控制研究室 過程控制研究室,三、自動(dòng)控制基本原理,控制科學(xué)——嚴(yán)密——嚴(yán)格的數(shù)學(xué)（深厚的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)）,應(yīng)用于控制工程——合理的近似 因?yàn)椋嚎刂茖?duì)象——絕大多數(shù)非常復(fù)雜，

27、 非線性 / 相互耦合,Intelligence and human-machine interface,,,,,,,,,,Internet,Robot,Camera,Microphone,Scanner,機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的例子,1、自動(dòng)控制系統(tǒng)的兩大基本類型 （1）開環(huán)控制（非反饋控制） （2）閉環(huán)控制（反饋或負(fù)反饋控制）,三、自動(dòng)控制基本原理,如直流電機(jī)轉(zhuǎn)速開環(huán)控制,三、自動(dòng)控制基本原理,開環(huán)：

28、 簡單 不準(zhǔn)確（希望1000r/min，實(shí)際 950r/min）,三、自動(dòng)控制基本原理,※人工閉環(huán),功率放大器,,,,,,,,,,,,,,,,+V,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,轉(zhuǎn)速表,三、自動(dòng)控制基本原理,※自動(dòng)閉環(huán)控制,功率放大器,,,,,,,,,+V,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

29、測速發(fā)電機(jī),＋,－,三、自動(dòng)控制基本原理,,控制器,對(duì)象,反饋 （測量）,,,,,,,,,,,,參考輸入,偏差,輸出,＋,－,三、自動(dòng)控制基本原理,開環(huán)： 簡單 不準(zhǔn)確（希望1000r/min，實(shí)際 950r/min） 閉環(huán)： 準(zhǔn)確 復(fù)雜、設(shè)備多,三、自動(dòng)控制基本原理,2、自動(dòng)控制包含的基本

30、內(nèi)容,（1）對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立與分析,三、自動(dòng)控制基本原理,3、對(duì)象建模與分析,基礎(chǔ)：數(shù)學(xué)、物理,三、自動(dòng)控制基本原理,（1）建立微分方程式,**輸入流量Qi；輸出流量Qo； 液面高度H——要求控制在一定值內(nèi)； 系統(tǒng)輸入量Qi；(中間變量Qo）； 系統(tǒng)輸出量（被控量）H **建立微分方程式,a、根據(jù)物質(zhì)守恒定律,三、自動(dòng)控制基本原

31、理,b、消去中間變量,這是標(biāo)準(zhǔn)的一階非線性微分方程——非線性系統(tǒng),注：*該系統(tǒng)已經(jīng)作了簡化與近似， 完整的系統(tǒng)還要復(fù)雜。,三、自動(dòng)控制基本原理,（2）簡化微分方程式——線性化——常用方法 基礎(chǔ)：數(shù)學(xué)中的在某點(diǎn)的泰勒級(jí)數(shù)展開， 并取一階近似 。,三、自動(dòng)控制基本原理,三、自動(dòng)控制基本原理,這是標(biāo)準(zhǔn)的一階線性微分方程——線性系統(tǒng) 可寫成：

32、,三、自動(dòng)控制基本原理,（3）用傳遞函數(shù)表示,對(duì)線性系統(tǒng)兩邊同求拉普拉斯變換,微分方程? 線性系統(tǒng),三、自動(dòng)控制基本原理,※開環(huán)控制是不行的，溢出或流干,※必須閉環(huán)控制，如下圖,三、自動(dòng)控制基本原理,三、自動(dòng)控制基本原理,（1）為何閉環(huán)控制能滿足要求 ——直觀上應(yīng)能滿足,控制框圖——方框圖——如上,原理：偏差調(diào)節(jié),三、自動(dòng)控制基本原理,閉環(huán)傳遞函數(shù),三、自動(dòng)控制基本原理,三、自動(dòng)控制基本原理,（

33、2）設(shè)計(jì)控制器的幾大要點(diǎn),※穩(wěn)定性 什么是不穩(wěn)定：如水溢出、流干 穩(wěn)定性是壓倒一切的。,對(duì)線性系統(tǒng)，有成熟的穩(wěn)定性分析方法。對(duì)非線性復(fù)雜系統(tǒng)，很難，需要高深的數(shù)學(xué)——是自動(dòng)控制重要研究 內(nèi)容,三、自動(dòng)控制基本原理,※穩(wěn)態(tài)誤差,※動(dòng)態(tài)特性,三、自動(dòng)控制基本原理,（3）控制器的發(fā)展,※模擬?模擬數(shù)字混合式 ?全數(shù)字式 ? 計(jì)算機(jī)（軟件實(shí)現(xiàn)）,※線性?非線性,※簡單?復(fù)雜,※常規(guī)?智能,三、

34、自動(dòng)控制基本原理,微小型機(jī)器人系統(tǒng),二自由度機(jī)電控制平臺(tái)特點(diǎn)： SCARA結(jié)構(gòu) 直流伺服驅(qū)動(dòng) 可重構(gòu),二自由度機(jī)器人平臺(tái),伺服控制系統(tǒng)方框圖,濾波,位置控制,速度控制,電流控制,電機(jī),負(fù)載,,,,,,,,,,,,,,位置檢測器,微分,,,,,,,,,,,指令,位置環(huán),速度環(huán),位置環(huán),位置指令,速度指令,速度指令,位置指令,速度指令,速度指令,直流伺服驅(qū)動(dòng)器,DSP,門極驅(qū)動(dòng),HBridge,電機(jī),,,,,,,,,,碼盤

35、信號(hào),電流檢測,PWM,RS232/RS485,嵌入式控制器,,,,嵌入式機(jī)器人控制系統(tǒng),嵌入式控制器硬件結(jié)構(gòu)框圖,四、數(shù)字化與計(jì)算機(jī)控制,1、數(shù)字化（1）模擬量到數(shù)字量,（2）微分方程到差分方程,四、數(shù)字化與計(jì)算機(jī)控制,四、數(shù)字化與計(jì)算機(jī)控制,（3）實(shí)際處理（實(shí)現(xiàn)）,數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換,模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換,采樣,四、數(shù)字化與計(jì)算機(jī)控制,四、數(shù)字化與計(jì)算機(jī)控制,（1）計(jì)算機(jī)硬件 計(jì)算機(jī)本身＋接口（A/D、D/A等）,

36、（2）計(jì)算機(jī)軟件 各種控制（智能） 分時(shí)控制/集散控制,四、數(shù)字化與計(jì)算機(jī)控制,（4）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制 ※簡單系統(tǒng)——包含以上部分（硬件＋ 軟件＋對(duì)象） ※復(fù)雜系統(tǒng)——許多對(duì)象，下位機(jī)＋網(wǎng) 絡(luò)上位 機(jī),（3）測量、控制設(shè)備——同模擬控制,四、數(shù)字化與計(jì)算機(jī)控制,五、自動(dòng)化基本設(shè)備,1、測量——傳感器（sensor)、變送器(trans

37、ducer),包括：溫度 、壓力、 流量、 液位、 成分 轉(zhuǎn)速（加速度）、 位置,兩大類：電 測 量：電壓、電流、功率非電量測量：轉(zhuǎn)換成電信號(hào),基本結(jié)構(gòu),測量的重要性：相當(dāng)人的眼睛、耳朵、觸覺、 嗅覺、味覺,高質(zhì)量的控制離不開高精度的測量,五、自動(dòng)化基本設(shè)備,2、控制器,五、自動(dòng)化基本設(shè)備,※又如：部分洗衣機(jī)，撥碼式——彈簧計(jì) 數(shù)，接觸控制每一動(dòng)作。,五、自

38、動(dòng)化基本設(shè)備,電子控制器： 兩大類：,核心：自動(dòng)控制原理及其實(shí)現(xiàn),數(shù)字控制器（計(jì)算機(jī)）：今后發(fā)展趨勢,模擬控制器：目前仍有較廣用途—— 如家用電器,五、自動(dòng)化基本設(shè)備,3、執(zhí)行器,（1）電類（電動(dòng)作式——控制電量） ※繼電器、接觸器 ※電機(jī) ※電力電子,五、自動(dòng)化基本設(shè)備,（3）混合類（電動(dòng)作式——

39、控制非電量） ※電機(jī)＋（氣、液、固體）閥門、開關(guān),（2）非電類（氣液動(dòng)作式——控制非電量） ※閥門、開關(guān)（氣液動(dòng)作式）,五、自動(dòng)化基本設(shè)備,六、現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù),（一）控制理論與科學(xué),建立在線性代數(shù)等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上 處理多變量系統(tǒng) ?最優(yōu)化、最優(yōu)控制,（2）現(xiàn)代控制理論,傳遞函數(shù)、根軌跡、頻率響應(yīng),（1）經(jīng)典控制理論,,,,,,,,,,,,,

40、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,兩種溶液混合，引入多變量解。,,,,六、現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù),（3）先進(jìn)控制理論,（同上圖）引入非線性解、自適應(yīng)解、魯棒解。,※H∞ 控制,※魯棒控制,※自適應(yīng)控制理論,※各種非線性控制理論,六、現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù),2、智能控制,※解決難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制,※讓控制器具有智能——生物的智能,（5）遺傳算法,（4）學(xué)習(xí)控制,（3）專家系統(tǒng)控制,（2）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),（1）模糊邏輯控制,六、現(xiàn)代

41、自動(dòng)化技術(shù),3、介紹：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,（3）簡單的多層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——多層感知器,（2）簡單的人工神經(jīng)元結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)表達(dá)式,（1）生物神經(jīng)元結(jié)構(gòu)、特點(diǎn),主要介紹：,六、現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù),（5）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于控制的一種方式（原理性）,（4）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)非線性函數(shù)y=f(x)的逼近,六、現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù),（二）自動(dòng)化技術(shù),計(jì)算機(jī)的應(yīng)用產(chǎn)生革命性的意義 管理與人對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的重要性 強(qiáng)調(diào)：

42、 對(duì)象＋硬件 ＋軟件 進(jìn)一步 ＋網(wǎng)絡(luò)＋管理 再進(jìn)一步 ＋ 人 ＝系統(tǒng),六、現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù),2、CIMS 與CIPS,1、DCS集散（分散）控制系統(tǒng),協(xié)調(diào)、優(yōu)化并分散危險(xiǎn)（故障）,六、現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù),以機(jī)器人為單元的無人化工廠,控制與管理一體化,,,,,,,,,,,,制造業(yè)頂層信息化現(xiàn)代集成制造系統(tǒng),,,,

43、,,,,,,,,,,,,,,,企業(yè)間層,設(shè)備裝置層,控制節(jié)點(diǎn)層,企業(yè)層,單元層,工程層,制造業(yè)底層自動(dòng)化機(jī)器人與自動(dòng)化裝備,醫(yī)用機(jī)器人,本田的Asimo,索尼的SDR-4X,,Pino 人形機(jī)器人,,機(jī)器人足球,七、控制科學(xué)與自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,（一）控制科學(xué)的發(fā)展,國家基礎(chǔ)研究——認(rèn)知科學(xué)的研究 國家自然科學(xué)重點(diǎn)——復(fù)雜控制系統(tǒng)理論,（二）自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,依托,計(jì)算機(jī)發(fā)展,生物工程發(fā)展,納米技術(shù)發(fā)展,,七、控制科學(xué)與自動(dòng)化技術(shù)的