2自動化的概念和發展簡史12自動化的概念和發展簡史1基本概念自動化，是指機器或裝置在無人干預的情況下按規定的程序或指令自動地進行操作或運行。自動控制是關于受控系統的分析、設計和運行的理論和技術。自動化主要研究的是人造系統的控制問題，控制則除了上述研究外，還研究社會、經濟、生物、環境等非人造系統的控制問題。例如生物控制、經濟控制、社會控制及人口控制等。2基本概念自動化，是指機器或裝置在無人干預的情況下按規定的程序我國古代自動裝置中國古代能工巧匠發明許多原始的自動裝置，以滿足生產、生活和作戰的需要。其中比較著名有下述的幾種：(1)指南車(2)銅壺滴漏(3)浮子式閥門

(4)飲酒速度的自動調節(5)計里鼓車(6)漏水轉渾天儀(7)候風地動儀(8)水運儀象臺3我國古代自動裝置中國古代能工巧匠發明許多原始的指南車指南車是中國古代用來指示方向的一種具有能自動離合的齒輪系裝置的車輛。4指南車指南車是中國古代用來指示方向的一種具有能自動離合的齒輪指南車原理齒輪系車身木人方向車輛轉彎5指南車原理齒輪系車身木人方向5銅壺滴漏——中國古代的自動計時（測量時間）裝置，又稱刻漏或漏刻。

6銅壺滴漏——中國古代的自動計時（測量時間）裝置，又稱刻漏或漏飲酒速度自動調節器

7飲酒速度自動調節器7計里鼓車

8計里鼓車8候風地動儀圖候風地動儀圖9候風地動儀圖候風地動儀圖9自動化技術發展簡史

自動裝置的出現和應用（18世紀以前）

自動化技術形成時期（18世紀末至20世紀30年代）局部自動化時期(20世紀40-50年代)綜合自動化時期（20世紀50年代末起至今)10自動化技術發展簡史自動裝置的出現和應用（18世紀以前）1自動裝置的出現和應用（18世紀以前）

“自動控制”作為一種技術掌握在發明家的手中中國和巴比倫出現了自動計時裝置—刻漏、指南車、水運儀象臺等。公元1世紀古埃及和希臘的發明家也創造了教堂廟門自動開啟、銅祭司自動灑圣水、投幣式圣水箱等自動裝置。中國天文學家張衡（公元78-139）曾經發明了對天體運行情況自動仿真的漏水轉渾天儀和自動檢測地震的候風地動儀。公元1088年，中國蘇頌等人把渾儀（天文觀測儀器）、渾象（天文表現儀器）和自動計時裝置結合在一起建成了水運儀象臺。

(1)古代自動裝置

11自動裝置的出現和應用（18世紀以前）“自動控制”作為一種技(2)近代自動裝置法國物理學家B.帕斯卡（Pascal）在公元1642年發明的加法器荷蘭機械師C.惠更斯（Huygens）于公元1657年發明鐘表英國機械師E.李（Lee）在公元1745年發明帶有風向控制的風磨俄國機械師И.И.波爾祖諾夫于公元1765年發明為蒸汽鍋爐水位保持恒定用的浮子式閥門水位調節器。12(2)近代自動裝置法國物理學家B.帕斯卡（Pascal）自動化技術形成時期（18世紀末至20世紀30年代）公元1788年J.瓦特將離心式調速器與蒸汽機的閥門連接起來，構成蒸汽機轉速的閉環自動調速系統（圖2.16）13自動化技術形成時期（18世紀末至20世紀30年代）公元178反饋和自動調節系統的穩定性穩定性是自動控制中極重要的概念反饋（Feedback）是指將系統的實際輸出和期望輸出進行比較，形成誤差，從而為確定下一步的控制行為提供依據。人們發現蒸汽機轉速會忽高忽低，即系統會發生振蕩（不穩定）。這迫使一些數學家從理論上來加以研究，創造多種穩定判據。14反饋和自動調節系統的穩定性穩定性是自動控制中極重要的概念經典控制理論穩定判據加上公元1922年N.米諾爾斯基《關于船舶自動操舵的穩定性》和1934年美國H.L.黑曾（Hazen）發表的《關于伺服機構理論》的論文標志著經典控制理論的誕生。進入20世紀以后，工業生產中廣泛應用各種自動調節裝置，促進了對調節系統的分析和綜合的研究。15經典控制理論穩定判據加上公元1922年N.米反饋控制系統框圖給定輸入給定環節控制器放大環節執行環節被控對象誤差反饋信號輸出擾動+_反饋環節前向通道反饋通道16反饋控制系統框圖給定輸入給定環節控制器放大環節執行環節被控局部自動化時期(20世紀40-50年代)

經典控制理論的形成和發展局部自動化的廣泛應用電子數字計算機的發明17局部自動化時期(20世紀40-50年代)經典控制理論的形自動防空火力控制系統在第二次世界大戰期間，為了防空火力控制系統和飛機自動導航系統等軍事技術問題，各國科學家設計出各種精密的自動調節裝置，開創了防空火力系統和控制這一新的科學領域。18自動防空火力控制系統在第二次世界大戰期間，為經典控制理論的形成和發展代數穩定判據傳遞函數根軌跡法(W.埃文斯（Evans）1948年)頻率法19經典控制理論的形成和發展代數穩定判據19局部自動化的廣泛應用模擬計算機氣動單元組合儀表智能化的儀表和控制器20局部自動化的廣泛應用模擬計算機20電子數字計算機電子管、晶體管、集成電路和大規模集成電路數字計算機直接控制生產過程數字計算機是現在自動控制系統的一個重要組成部分21電子數字計算機電子管、晶體管、集成電路和大規模集成電路21國產巨型“銀河Ⅱ”電子數字計算機

國產巨型“銀河Ⅲ”電子數字計算機

22國產巨型“銀河Ⅱ”電子數字計算機

國產巨型“銀河Ⅲ”電子數綜合自動化時期（20世紀50年代末起至今）Л.龐特里亞金提出極大值原理R.貝爾曼創立動態規劃R.卡爾曼提出狀態空間法(可控性、可觀性、最優狀態估計等)現代控制理論的形成和發展23綜合自動化時期（20世紀50年代末起至今）Л.龐特里亞金提出現代控制理論的發展系統辯識、建模與仿真自適應控制遙測、遙控和遙感

大系統理論模式識別和人工智能

智能控制24現代控制理論的發展系統辯識、建模與仿真24（1）系統辯識、建模與仿真系統辯識是根據系統輸入、輸出數據為系統建立數學模型的理論和方法。此外建立數學模型還可以采用解析法和實驗方法。通常有必要在仿真設備上試驗系統，包括建立、修改、復現系統的模型，這稱為系統仿真。自適應控制能在對象數學模型變動和系統外界信息不完備的情況下改變反饋控制器的特性，以保持良好的工作品質。(2)自適應控制(3)遙測、遙控和遙感

遙測就是對被測對象的某些參數進行遠距離測量。遙控就是對被控對象進行遠距離控制。遙感就是利用裝載在飛機或人造衛星等運載工具上的傳感器，收集由地面目標物反射或發射出來的電磁波，再根據這些數據來獲得關于目標物（如礦藏、森林、作物產量等）的信息。

25（1）系統辯識、建模與仿真系統辯識是根據系統輸入、輸開始對出現的大系統如大電力系統、化工聯合企業、鋼鐵聯合企業及社會經濟大系統等開始進行了研究。特別是高速大型計算機的出現為大系統的研究和大量計算提供了前提條件。大系統理論的重要作用在于對大系統進行調度優化和控制優化，通過分解-協調以較短時間計算出優化結果。(5)模式識別和人工智能

使用電子數字計算機直接接受和處理各種自然的模式消息，如語言、文字、圖象、景物等。人工智能學者已研制出用于醫療診斷、地質勘探、金融決策、軍事指揮、大規模集成電路設計等各種專家系統；研制出智能機器人，如有視覺和觸覺的機器人和能與人對答的機器人等等。(4)大系統理論的誕生26開始對出現的大系統如大電力系統、化工聯合企業(6)智能控制的誕生將人工智能引入到自動控制系統，形成智能控制系統。這是新一代的自動控制系統。它的特點是具有智能，能解決一些以往的自動控制解決得不好或者不能解決的控制問題。它將人工智能中的專家系統、學習控制、模糊邏輯控制和具有多層感知器的神經網絡等分別與自動控制和系統工程的一些方法相結合，形成一些新的、具有獨特性能的智能自動控制系統，如智能機器人。27(6)智能控制的誕生將人工智能引入到自動

智能和水下機器人

28智能和水下機器人

28綜合自動化20世紀50年代末到60年代初，開始出現電子數字計算機控制的化工廠，60年代末在制造工業中出現了許多自動生產線，工業生產開始由局部自動化向綜合（全盤）自動化方向發展。70年代出現用專用機床組成的無人工廠，80年代初才出現用柔性制造系統組成的無人工廠。無人加工車間29綜合自動化20世紀50年代末到60年代初，無人組裝車間30無人組裝車間302自動化的概念和發展簡史312自動化的概念和發展簡史1基本概念自動化，是指機器或裝置在無人干預的情況下按規定的程序或指令自動地進行操作或運行。自動控制是關于受控系統的分析、設計和運行的理論和技術。自動化主要研究的是人造系統的控制問題，控制則除了上述研究外，還研究社會、經濟、生物、環境等非人造系統的控制問題。例如生物控制、經濟控制、社會控制及人口控制等。32基本概念自動化，是指機器或裝置在無人干預的情況下按規定的程序我國古代自動裝置中國古代能工巧匠發明許多原始的自動裝置，以滿足生產、生活和作戰的需要。其中比較著名有下述的幾種：(1)指南車(2)銅壺滴漏(3)浮子式閥門

(4)飲酒速度的自動調節(5)計里鼓車(6)漏水轉渾天儀(7)候風地動儀(8)水運儀象臺33我國古代自動裝置中國古代能工巧匠發明許多原始的指南車指南車是中國古代用來指示方向的一種具有能自動離合的齒輪系裝置的車輛。34指南車指南車是中國古代用來指示方向的一種具有能自動離合的齒輪指南車原理齒輪系車身木人方向車輛轉彎35指南車原理齒輪系車身木人方向5銅壺滴漏——中國古代的自動計時（測量時間）裝置，又稱刻漏或漏刻。

36銅壺滴漏——中國古代的自動計時（測量時間）裝置，又稱刻漏或漏飲酒速度自動調節器

37飲酒速度自動調節器7計里鼓車

38計里鼓車8候風地動儀圖候風地動儀圖39候風地動儀圖候風地動儀圖9自動化技術發展簡史

自動裝置的出現和應用（18世紀以前）

自動化技術形成時期（18世紀末至20世紀30年代）局部自動化時期(20世紀40-50年代)綜合自動化時期（20世紀50年代末起至今)40自動化技術發展簡史自動裝置的出現和應用（18世紀以前）1自動裝置的出現和應用（18世紀以前）

“自動控制”作為一種技術掌握在發明家的手中中國和巴比倫出現了自動計時裝置—刻漏、指南車、水運儀象臺等。公元1世紀古埃及和希臘的發明家也創造了教堂廟門自動開啟、銅祭司自動灑圣水、投幣式圣水箱等自動裝置。中國天文學家張衡（公元78-139）曾經發明了對天體運行情況自動仿真的漏水轉渾天儀和自動檢測地震的候風地動儀。公元1088年，中國蘇頌等人把渾儀（天文觀測儀器）、渾象（天文表現儀器）和自動計時裝置結合在一起建成了水運儀象臺。

(1)古代自動裝置

41自動裝置的出現和應用（18世紀以前）“自動控制”作為一種技(2)近代自動裝置法國物理學家B.帕斯卡（Pascal）在公元1642年發明的加法器荷蘭機械師C.惠更斯（Huygens）于公元1657年發明鐘表英國機械師E.李（Lee）在公元1745年發明帶有風向控制的風磨俄國機械師И.И.波爾祖諾夫于公元1765年發明為蒸汽鍋爐水位保持恒定用的浮子式閥門水位調節器。42(2)近代自動裝置法國物理學家B.帕斯卡（Pascal）自動化技術形成時期（18世紀末至20世紀30年代）公元1788年J.瓦特將離心式調速器與蒸汽機的閥門連接起來，構成蒸汽機轉速的閉環自動調速系統（圖2.16）43自動化技術形成時期（18世紀末至20世紀30年代）公元178反饋和自動調節系統的穩定性穩定性是自動控制中極重要的概念反饋（Feedback）是指將系統的實際輸出和期望輸出進行比較，形成誤差，從而為確定下一步的控制行為提供依據。人們發現蒸汽機轉速會忽高忽低，即系統會發生振蕩（不穩定）。這迫使一些數學家從理論上來加以研究，創造多種穩定判據。44反饋和自動調節系統的穩定性穩定性是自動控制中極重要的概念經典控制理論穩定判據加上公元1922年N.米諾爾斯基《關于船舶自動操舵的穩定性》和1934年美國H.L.黑曾（Hazen）發表的《關于伺服機構理論》的論文標志著經典控制理論的誕生。進入20世紀以后，工業生產中廣泛應用各種自動調節裝置，促進了對調節系統的分析和綜合的研究。45經典控制理論穩定判據加上公元1922年N.米反饋控制系統框圖給定輸入給定環節控制器放大環節執行環節被控對象誤差反饋信號輸出擾動+_反饋環節前向通道反饋通道46反饋控制系統框圖給定輸入給定環節控制器放大環節執行環節被控局部自動化時期(20世紀40-50年代)

經典控制理論的形成和發展局部自動化的廣泛應用電子數字計算機的發明47局部自動化時期(20世紀40-50年代)經典控制理論的形自動防空火力控制系統在第二次世界大戰期間，為了防空火力控制系統和飛機自動導航系統等軍事技術問題，各國科學家設計出各種精密的自動調節裝置，開創了防空火力系統和控制這一新的科學領域。48自動防空火力控制系統在第二次世界大戰期間，為經典控制理論的形成和發展代數穩定判據傳遞函數根軌跡法(W.埃文斯（Evans）1948年)頻率法49經典控制理論的形成和發展代數穩定判據19局部自動化的廣泛應用模擬計算機氣動單元組合儀表智能化的儀表和控制器50局部自動化的廣泛應用模擬計算機20電子數字計算機電子管、晶體管、集成電路和大規模集成電路數字計算機直接控制生產過程數字計算機是現在自動控制系統的一個重要組成部分51電子數字計算機電子管、晶體管、集成電路和大規模集成電路21國產巨型“銀河Ⅱ”電子數字計算機

國產巨型“銀河Ⅲ”電子數字計算機

52國產巨型“銀河Ⅱ”電子數字計算機

國產巨型“銀河Ⅲ”電子數綜合自動化時期（20世紀50年代末起至今）Л.龐特里亞金提出極大值原理R.貝爾曼創立動態規劃R.卡爾曼提出狀態空間法(可控性、可觀性、最優狀態估計等)現代控制理論的形成和發展53綜合自動化時期（20世紀50年代末起至今）Л.龐特里亞金提出現代控制理論的發展系統辯識、建模與仿真自適應控制遙測、遙控和遙感

大系統理論模式識別和人工智能

智能控制54現代控制理論的發展系統辯識、建模與仿真24（1）系統辯識、建模與仿真系統辯識是根據系統輸入、輸出數據為系統建立數學模型的理論和方法。此外建立數學模型還可以采用解析法和實驗方法。通常有必要在仿真設備上試驗系統，包括建立、修改、復現系統的模型，這稱為系統仿真。自適應控制能在對象數學模型變動和系統外界信息不完備的情況下改變反饋控制器的特性，以保持良好的工作品質。(2)自適應控制(3)遙測、遙控和遙感

遙測就是對被測對象的某些參數進行遠距離測量。遙控就是對被控對象進行遠距離控制。遙感就是利用裝載在飛機或人造衛星等運載工具上的傳感器，收集由地面目標物反射或發射出來的電磁波，再根據這些數據來獲得關于目標物（如礦藏、森林、作物產量等）的信息。

55（1）系統辯識、建模與仿真系統辯識是根據系統輸入、輸開始對出現的大系統如大電力系統、化工聯合企業、鋼鐵聯合企