學科概論教學內容自動化專業簡介自動化學科概論自動化專業教學計劃自動化專業學習資源研究生專業及入學考試課程作業專業簡介08學科門類：工學電氣信息類(0806)電氣工程及其自動化 080601自動化 080602電子信息工程 080603通信工程 080604計算機科學與技術 080605電子科學與技術 080606生物醫學工程 080607

自動化的定義所謂自動化（Automation）就是通過由各類電子裝置（包括計算機）、自動機構等技術裝置所組成的系統，按照一定的規律去完成過去依靠人類的體力勞動和腦力勞動才能完成的各種信息處理、管理決策、產品設計、生產加工、質量控制等各項預定目標，從而減輕人的勞動，提高工作效率和產品的質量。專業簡介本專業培養的學生要具備電工技術、電子技術、控制理論、自動檢測與儀表、信息處理、系統工程、計算機技術與應用和網絡技術等較寬廣領域的工程技術基礎和一定的專業知識，能在運動控制、工業過程控制、電力電子技術、檢測與自動化儀表、電子與計算機技術、信息處理、管理與決策等領域從事系統分析、系統設計、系統運行、科技開發及研究等方面工作的高級工程技術人才。

專業簡介畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力：①

具有較扎實的自然科學基礎，較好的人文社會科學基礎和外語綜合能力；②

掌握本專業領域必需的較寬的技術基礎理論知識，主要包括電路理論、電子技術、控制理論、信息處理、計算機軟硬件基礎及應用等；專業簡介③較好地掌握運動控制、工業過程控制及自動化儀表、電力電子技術及信息處理等方面的知識，具有本專業領域1-2個專業方向的專業知識和技能，了解本專業學科前沿和發展趨勢；④獲得較好的系統分析、系統設計及系統開發方面的工程實踐訓練；⑤在本專業領域內具備一定的科學研究、科技開發和組織管理能力，具有較強的工作適應能力。自動化技術在社會發展中的地位和作用

自動化技術的產生及其發展

控制系統的組成、分類和性能評價自動化系統是一種信息處理系統自動化與系統工程自動化的發展趨勢人類社會已進入信息時代，自動化已走進現代社會生活、生產、國防和科研活動的各個方面。技術的應用領域家庭：洗衣機、電冰箱、空調、自動煙霧報警、自動電梯、聲控燈光銀行：自動取款機商店：自動售貨機、自動門交通：智能交通管理、車內的自動防撞系統、電子地圖和衛星定位系統、飛機上的自動駕駛系統技術的應用領域建筑：智能建筑農業：農用溫室、現代化糧庫工業：機械制造、電子、鋼鐵、石化、電力、輕工、制藥國防：艦艇、導彈發射、衛星和載人飛船的控制科學研究：如低溫超導、高能加速器、核反應堆等需要一定的環境和條件作保證，許多科研數據需要采集和處理自動化是現代社會管理、生產和國防發展的需要。一個現代化的社會離不開自動化，這是由現代社會的高生產力水平所決定的。自動化技術的發展推動了社會管理、生產和國防的現代化?？梢哉f，沒有自動化就沒有現代化。樓宇自動化系統：樓宇設備監控系統、安全防范子系統、火災自動報警子系統通信自動化系統：辦公自動化系統：3A

全自動柔性噴涂機器人巡航導彈的制導系統由全球衛星定位系統接收裝置、慣性導航系統、數字化地圖及取景相機組成。而采用新型的景象匹配制導方式將會使導彈的攻擊精確度進一步提高。我國古代發明和使用過一些簡單的自動裝置：自動計時的‘銅壺滴漏’裝置、計里鼓車、指南車等具有重大意義的一種比較典型的自動裝置：瓦特（JamesWatt）在1787年發明的安裝在蒸汽機上的離心式調節器。蒸汽機轉速離心式調速器三、四十年代，出現半自動的流水生產線，使得工業生產開始出現了‘自動化’的萌芽。如美國福特汽車公司研制成功了用于汽車發動機生產的自動裝置，并設立‘自動化’部門。1948年《美國機械師》雜志第一次使用‘自動化’這個術語來介紹福特汽車公司的研究成果自動化的優勢隨著電子技術和計算機技術的發展，自動化技術的水平也愈來愈高。高水平自動化系統的主要標志是不僅可以部分或全部代替人的體力勞動，而且可以部分代替人的腦力勞動，即具有智能功能。自動化的優勢自動化裝置和系統還可以完成人類依靠自身的體力和腦力無法直接完成的任務，如核輻射、特高溫等危險場合的作業、海底作業、潛艇的航行、導彈的發射和彈道的控制、衛星運行中的控制等。從這個意義上來說，自動化裝置和系統不僅作為人手功能而且作為人腦功能的延長。自動化技術是一門綜合技術，它是自動控制技術、信號處理技術、系統技術和計算機技術的綜合。自動控制系統的組成、分類和性能評價自動控制系統（AutomaticControlSystem）的組成自動控制系統的分類1.自動控制系統的組成一個簡單的自動控制系統由4個基本部分組成被控制對象ControlledObject傳感器Sensor（變送器Transmitter）控制器Controller執行器Actuator（執行機構）被控制對象被控制對象（ControlledObject）是控制系統的工作對象?？刂凭褪强刂破鲗Ρ豢刂茖ο笫┘右环N控制作用，以達到人們所預期的目標。如一個溫度需要加以控制的房間就是一個被控制對象，溫度控制器根據實際室溫與設定的室溫之間的差，產生控制作用，增大或減小制冷量，使房間的溫度達到所期望的室溫。被控制對象五花八門，從簡單的的溫度、濕度控制到復雜工業過程控制；從民用工業過程的控制到導彈、衛星和飛船的發射及運行控制；從技術過程到社會、經濟、環境和生物過程等。但從控制的角度看，被控制對象在運動過程中所表現出來的動態行為（DynamicalBehavior）（也稱對象特性）有相似之處，可以用共同形式的數學模型加以描述，這就是被控制對象的動態數學模型（MathematicalModel）。被控制對象的數學模型是控制系統設計的主要依據，這就是為什么控制科學可以廣泛地用于各種不同領域，不管是技術過程還是社會、經濟和生物過程等。被控制對象建立被控制對象的動態數學模型，實際上就是要找出被控制對象的輸出與輸入之間的動態關系，即輸入與輸出之間的因果關系。建立被控制對象的動態數學模型的方法很多，依據不同的分類方法，可分為：機理的方法（MechanismBased）：依據被控制對象內在的機理，運用各種物理、化學、社會和經濟規律建立模型的方法；被控制對象辯識方法（Identification)：不管內在的機理如何，僅依據動態過程中被控制對象的輸出和輸入數據，經過一定的數據處理，并采用特定的算法建立數學模型的方法。這種方法又稱‘黑箱’(BlackBox)方法。這種方法的理論基礎--系統辯識理論已經成為控制理論的一個重要分支。被控制對象由于實際被控制對象的復雜性，如：非線性、時變性、分布參數、系統內部相互耦合等，以及各種干擾的存在，獲得各種不同被控制對象的動態數學模型是一件復雜而繁重的任務，是控制工作者的重要研究課題。對具體的控制要求用被控制量(ControlledVariable)來描述。被控制量可以是一個，也可以是多個。如對房間的控制要求可以只是溫度，也可以是溫度、濕度、氣壓和二氧化碳含量。為使被控制量達到預定目標所要改變的參量稱為操作量(ManipulatedVariable)。被控制量不同，所采用的操作量也不同，如通過加熱或制冷來控制溫度，通過加濕或干燥來控制房間的濕度等。在前述蒸汽機離心式調速器的例子中，蒸汽機是被控制對象，蒸汽機的轉速是被控制量，蒸汽量是操作量。傳感器（Sensor）是技術過程和生物過程的控制系統獲得反饋信號所必不可少的。如果把人體看成一個被控制對象的話，控制人體去從事一切有目的活動的是許多復雜的控制系統，而人的眼睛、耳朵、鼻子、皮膚等就是傳感器。技術過程使用的傳感器將各種物理量、化學量、生物量轉換成易于處理和使用的弱電信號，如熱電偶將溫度轉換成毫伏，壓電晶體將壓力轉換成微弱電信號等。常用的被檢測量熱工量：溫度、壓力、流量、液位等；機械量：長度、厚度、位置、速度、加速度、角度、角加速度等；電工量：電壓、電流、電功率、電頻率等化工量：組份、PH值、糖化率等；生物量：白血球數、紅血球數等。變送器(Transmitter)不僅將熱工量、機械量電工量、化工量等轉換成微弱電信號，且進行必要的信號處理、工程量轉換和儀表化，使之成為能適應各種工程環境和要求的儀表。變送器的核心是傳感器研究新的傳感器技術、設計出體積小、轉換快、精度高、性能穩定可靠的傳感器是自動化工作者的重要任務之一。控制器(Controller)的作用是接受傳感器（變送器）來的測量信號，并與被控制量的設定值（SetPoint）進行比較，得到實際測量值與設定值的偏差，然后根據偏差信號的大小、變化率和被控制對象的動態特性，經過思維和推理，決定采用什么樣的控制規律，以使被控制量快速、平穩、準確地到達所預定的目標值?？刂埔幝?ControlLaw)是自動化系統功能的主要體現。最普遍的是比例-微分-積分控制（ProportionalplusIntegralplusDerivativeControl--PID）。執行器(Actuator)（也稱執行機構）執行自動化系統的大腦——控制器所輸出的控制作用，是自動化系統的手和腳。執行器（執行機構）可以是電動機、閥門或由它們所組成的復雜的電子－機械裝置。2.控制系統的分類1）開環和閉環控制系統開環控制系統（OpenLoopControlSystem）系統的輸出與其輸入按一定比例改變以趨于預定目標值，系統的輸出不反饋到輸入端來例：一艘駕駛系統是一個開環控制系統的輪船要通過一個兩面都有暗礁的海峽閉環控制系統(ClosedLoopControlSystem)閉環控制系統也稱反饋控制系統（FeedbackControlSystem）例：一艘駕駛系統是一個閉環控制系統的輪船通過一個兩面都有暗礁的海峽自動化系統是一種信息處理系統

控制過程是一個信號檢測、變換、處理和傳遞的過程

數學模型的辯識過程本身也是一個信號處理的過程

在自動化系統中，被控制量的測量信號常常受到各種外界噪聲信號的干擾，為了去除噪聲，還其真實信號的本來面目，這就需要用濾波理論、估計理論等進行信號處理，如雷達信號處理等

自動化系統是一種信息處理系統在一些自動化系統中，有些特征量的獲取不是用一般的傳感器所能完成的，如銀行、刑偵和一些重要場所用的指紋系統，需要對指紋進行處理和識別，這就是所謂的模式識別問題。模式識別已成為一個很活躍的研究領域。

辦公室自動化、倉庫自動化、網上信息處理、電子商務等均是信息處理過程

自動化與系統工程隨著科學技術的發展和社會的進步,自動化系統的規模越來越大，系統也越來越復雜。另外，技術過程與社會過程的聯系也越來越密切（如工業生產對環境污染、生態平衡等的影響），這就要求從全局的范圍去觀察和考慮問題，以達到最大的經濟效應和社會效益，這是系統工程（SystemsEngineering）所要研究的內容

自動化與系統工程‘系統’是由相互作用和互相依賴的若干組成部分結合而成的具有特定功能的有機整體，它本身又是它所從屬的更大系統的一部分。系統工程是研究人工系統的一門技術學科，是各類人工系統組織、管理技術的總稱，它運用現代科學技術方法從全局出發進行系統分析、系統仿真、系統設計、最后作出合理的決策，以便最優化或次最優化地實現預期的目標。

運籌學是系統工程的理論基礎，控制論與系統科學的研究關系密切、相互滲透系統工程和運籌學的形成和發展是現代生產力發展的必然產物。系統工程的形成起源于本世紀30-40年代。從60年代開始，系統工程和運籌學日益廣泛地應用于航天等一類大規模尖端科研系統、工業系統、人口問題、生態平衡、環境保護、社會經濟、金融服務與行政管理等各個方面，取得越來越明顯的經濟和社會效益

系統分析：包括系統目標分析和確定、系統的模型化、系統的最優化和系統評價。系統仿真：在初步提出系統的模型后，對其進行仿真，以便進行方案比較，作出最優決策。系統設計：根據系統的目標和必需的約束條件，設計出理想系統，然后，經修正，建立技術上可以實現的系統。

系統科學的特點：全局性、關聯性、擇優性和綜合性

全局性：系統工程考慮問題時，先從整體出發，提出目標，再從整體出發，考慮各子系統之間的關系，最終實現總體目標。關聯性：系統內部存在各種聯系，如：系統輸入與輸出之間的關系、子系統之間的關系、系統組成部分中的參數與系統功能之間的關系等，系統工程分析問題時必須從量上去描述這些關系。

系統科學的特點：全局性、關聯性、擇優性和綜合性擇優性：系統工程所要解決的是系統的最優化問題，也就是要實現系統的最優設計、最優控制、最優管理和最優調度等，這就需要運用最優化方法、最優控制理論和決策論等。綜合性：由于復雜的系統涉及面廣，系統工程不僅涉及技術因素，而且涉及經濟、社會等因素。理論上，涉及數學、控制論、經濟學等多門學科的知識。就應用面來說，涉及工業、農業、軍事、經濟、行政管理等自動化的發展趨勢

1.自動化裝置

2.控制規律

3.系統的功能和規模

自動化裝置由液動、氣動發展到電子-機械裝置。裝置也由大到小，由單一功能到功能復雜、具有智能的自動化系統。信號傳輸由模擬向數字化、網絡化方向發展。為了提高安全可靠性，采用冗余(Redundancy)技術和故障診斷(FaultDiagnosis)技術。如用于工業控制的自動化裝置由液動—氣動—電子裝置—集散型計算機控制系統（DistributedComputerControlSystem—DCS）—現場總線控制系統（FieldBusControlSystem）,實現信號的數字化和網絡化傳輸。控制規律

1）簡單的比例-微分-積分控制2）基于模型和工控機的復雜控制系統自適應控制(AdaptiveControl)：自動改變控制器的參數，使控制效果最優。最優控制(OptimalControl)：選擇適當的控制規律，使得控制系統的品質最好。