自动化导论第一章绪论.ppt

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1、自动化概论,林小峰 广西大学电气工程学院,参考文献,1.周献中.自动化导论.科学出版社2.戴先中.自动化学科概论.高等教育出版社.3.教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会.自动化学科专业发展战略研究报告.高等教育出版社.4.万百五.自动化（专业）概论.武汉理工大学出版社.5.龚元明.电气信息科学.新时代出版社.6.冯飞等.新能源技术与应用概论化学工业出版社.,第一章 绪论,1.1 常见的控制现象和自动化技术1.2 基本概念和术语1.3 控制理论和自动化技术发展史1.4 自动化与自动化学科、专业,1.1常见的控制现象和自动化技术,1.1.1 控制的身影随处可见 2008年8月8日，作为北京奥

2、运会重头戏之一的开幕式，将此次奥运会三大理念之一的“科技奥运”展现得淋漓尽致。创新方案和高新技术的大量结合，使得北京向世界完美呈现了一场精彩的文化视觉盛宴。北京奥运会开幕式采用了历届奥运会最复杂的技术系统，应用了大量世界尖端的新技术，涉及多个领域，包括地面升降舞台、焰火、地面LED系统、指挥系统、通信系统等。此外，航天材料也被运用到了开幕式上。,2008奥运会降雨量控制 2008年8月8日晚2024时，一条暴雨云带自西南向东北顽强地向北京城进发，向“鸟巢”进发，但气象部门自2008年8月8日下午16时到23时39分，共在北京21个作业点持续发射1104枚火箭弹，最终将其成功拦截在北京城外。,2

3、008年北京奥运会主火炬控制 主火炬直径3m多、行程11m多，运行控制误差不到2mm，精确度达到万分之二。根据反馈信息，控制系统能够自动调整设备运行方向、速度。其中燃烧塔火焰调节装置、长明火燃烧器、高能点火器、回旋式燃烧器等，均获得国家知识产权局实用新型专利。,“神舟七号”-“神舟十号”和“天宫一号”飞船控制 无论从功能、结构、设计以及实现的角度来看，神舟七号都是一个极为复杂的大系统，而这个复杂的大系统又是由航天员系统、飞船应用系统、载人飞船系统、运载火箭系统、发射场系统、测控通信系统和着陆场系统等七个子系统组成。这七个子系统又由各自相应的子系统组成，组合在一起就形成了展现在世人面前的具有特定

4、功能的神七飞天系统。,四大任务：,出仓活动、科学实验、释放小卫星和太空中继终端的试验,两个重达8吨的飞行器在距离地面350公里的位置上进行对接，要求误差十几厘米。,两个重达8吨的航天器均以每秒7.8公里的速度高速飞行，要准确控制这两个高速动态飞行器的相对位置和相对高度，就好比在太空中打两个“移动靶”。,典型的控制过程 _ 伸手去取一件物品的过程 大脑通过神经系统传递信息操控手移向目标物品，眼睛将手和物品等信息传递给大脑，并有大脑将此信息进行处理后决定前进方向和速率，再将此结果用于操作手（臂）的动作。整个过程虽简单迅速，但不失为一个完整的控制过程。,1.1常见的控制现象和自动化技术,1.1.2

5、一起进入到自动化时代 人类社会的发展历史是人类利用各种控制手段获取能量进而改造外界环境的历史。时代的划分的依据是人类在开发、利用能量变换和信息变换的不同方式。1.人工（人力）时代 人类利用自身的体力获取所需的能量，依靠自身的肌体和大脑来完成能量变换和信息变换。2.机械化时代 1788年，蒸汽机在工业的应用，人类社会进入机械化时代。,1.1常见的控制现象和自动化技术,1.1.2 一起进入到自动化时代 3.电气化时代 20世纪初，发电机、变压器、电灯、电网、电动机等的广泛应用，人类社会进入电气化时代。4.自动化（信息）时代 21世纪是自动化时代，在自动化时代中，不仅能量变换，而且信息变换都可由机器

6、来完成。半导体、集成电路、无线电、电子计算机等的先后问世，这些技术几乎同步解决了信息变换的速度问题。,1.2 基本概念和术语,1.2.1 举例：水温的手动控制和自动控制,在手动控制系统中，图中的操作员要用手（通过感觉）来测试水温，并将其与他要求的值（给定值）相比较（通过大脑）。同时他要决定他的手对阀门的控制动作。,在自动控制系统中，图中的测温计（传感器）代替上面的手测试水温，用跟给定水温值比较后的差值对调节阀进行调节，从而调节蒸汽的进入量，使水温朝给定值方向变化，实现对水温（控制量）的控制。,上例中涉及到的基本概念有：1）控制（Control)：定义为“为达到某种目的，对某一对象施加所需的操作

7、。”含有“调节/调整”，“管理/监督”，“运用/操作”等意思。,控制器,驱动器,控制对象,目标值,误差,控制信号,操作量,传感器,控制量,2）控制对象：指物体、机器、过程（程序）或经济、社会现象等一般广泛的的系统。3）控制装置（控制器）：为了对控制对象进行控制的而附加的装置叫做控制装置或控制器。4）控制量：在表示控制对象状态的量中，想实现控制的目标量，比如控制电动机速度的转速、炉内温度等叫做控制量。,5）目标值：把所希望的转速、水位、位置、温度等叫目标值。6）传感器：将位移、速度、力、光度等物理量和浓度、成分等化学量转换成电气信号的装置总称为传感器。7）驱动器：驱动器是将从控制器接收的信号变换

8、为大功率的操作量的部分。,8）反馈控制方式：反馈控制方式就是测出控制对象的输出量，同目标值进行比较得到偏差值，然后对控制对象进行控制以减少乃至消除偏差。,控制器,驱动器,控制对象,目标值,误差,控制信号,操作量,传感器,控制量,9）手动控制：由人本身通过判断和操作进行的控制叫做手动控制。10）自动控制：由控制装置自动进行的控制叫自动控制。自动控制是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和技术。,1.2.2 系统与控制,系统(System)：由相互关联、相互制约、相互影响的一些部分组成的具有某种功能的有机整体。,如构成系统的组成部分本身也是系统，则称之为子系统。,对于一个具体的系统，,系统环境：系

9、统以外的部分。,系统边界：系统与系统环境的分界。,1.2.2 系统与控制,系统输入：系统环境对系统的作用。,系统输出：系统对系统环境的作用。,系统输入,系统输出,系统,环境,系统边界,系统工程：研究大系统和复杂系统。,1.2.2 系统与控制,控制(Control)：为了改善系统的性能或达到特定的目的，通过信息的采集和加工而施加到系统的作用。,所有系统分为可控系统和不可控系统。不可控系统无法进行人工控制、干预；可控系统可进行人工控制、干预。,1.2.3 反馈、调节与决策,反馈(Feedback)：将系统的实际输出与期望输出进行比较，形成误差，从而为确定下一步的控制行为提供依据。,反馈,正反馈 P

10、ositive Feedback,负反馈 Negative Feedback,(反馈信息使系统输出的误差逐渐增大),(反馈信息使系统输出的误差逐渐减少),1.2.3 反馈、调节与决策,调节(Regulation)：通过系统的反馈信息自动校正系统的误差，使诸如温度、速度、压力或位置等参量保持恒定或在给定范围之内的过程。,调节：以反馈为基础。,控制,闭环控制：以反馈为基础。,开环控制：无反馈。,1.2.3 反馈、调节与决策,决策(Decision Making)：为最优地达到目标，对若干准备行动的方案进行选择。,如何科学地进行决策是各项工作顺利开展的重要保证，也是本学科近年来研究和发展的新领域之一

11、。,1.3 控制理论与自动化技术发展简史,一自动装置的出现和应用（18世纪以前）二自动化技术形成时期（18世纪末至20世纪30年代）三局部自动化时期(20世纪40-50年代)四综合自动化时期（20世纪50-90年代）五 集成自动化时期（20世纪90年代至今）,1.3 控制理论与自动化技术发展简史,一、自动装置的出现和应用 自动化技术源远流长。人类自古以来就不断的创造一些巧妙的自动装置，用以减少或代替劳动。中国古代能工巧匠发明许多原始的自动装置，其中比较著名的有下述的：指南车、铜壶滴漏、饮酒速度的自动调节、计里鼓车、候风地动仪等等。,1）指南车,一种具有能自动离合齿轮系装置的车辆。是一种马拉的双

12、轮独辕车。无论车转向何方，都能使其上的木人的手臂始终指向南方。,2)饮酒速度的自动调节 这是一种竹制饮酒管。饮酒时吸地太快或太慢，小孔都会被饮酒管中的小鱼自动堵塞，这种浮子式阀门可以用来保持均匀的饮酒速度。,3）铜壶滴漏中国古代的自动计时（测量时间）装置，又称刻漏或漏刻。,4）候风地动仪,张衡发明的地动仪是用青铜制造的，形状像一个酒坛，四围铸着八条龙，龙头伸向八个方向。每条龙的嘴里含着一颗小铜球，龙头下面，蹲了一只张着大嘴的蛤蟆。哪个方向发生了地震，朝着那个方向的龙嘴就会自动张开来，把铜球吐出。铜球掉在蛤蟆的嘴里，发出响亮的声音，就告诉人们那边发生地震。,二、自动化技术形成时期,公元1788年

13、 J.瓦特发明离心式调速器,19世纪末詹姆斯瓦特发明蒸汽机的同时发明了离心式调速器，离心式调速器是最初的控制装置。离心式调速器能够自动调节进气阀门的开度，从而控制蒸汽机的转速。这是现代自动化发展中的第一个里程碑。但是随着离心调速器的蒸汽机的普及，人们发现调速器舞蹈（摆动）现象，即某种使用条件下，蒸汽机的转速和调速器的套筒位置都周期性的发生很大变化，即系统会发生震荡（不稳定）。这就迫使一些科学家对控制系统的稳定性问题进行了进一步的研究。,三、局部自动化时期,1.经典控制理论的形成和发展2.局部自动化的应用,三、局部自动化时期,1.经典控制理论的形成和发展 1932年，奈奎斯特（Nyquist)提

14、出代数稳定判据 1945年，伯德（HWBode)提出传递函数 1948年，伊文思（NEvans）提出根轨迹法 1948年，维纳（N Wiener)发表控制论关于在动物和机器中控制和通信的科学。这标志着控制论的出现。,自动化发展简史的启示,蒸汽机调速器 1788,1880,1900,1920,麦克斯韦(1868)论调节器,劳斯判据(1877),注：麦克斯韦推导出蒸汽机调速器的微分方程，并分析稳定性，是对反馈控制稳定 性的第一次系统的研究,控制系统的发展推动了经典控制理论的发展与形成蒸汽机调速器推动了反馈系统的稳定分析,轮船掌舵系统，电话系统和火炮系统推动了经典控制理论的产生与发展,轮船自动掌舵系

15、统（1911）,电话系统,M9火炮 指挥控 制系统 1943,1910,轮船自动掌舵系统（1922）,PID方法,奈奎斯特稳定 性（1932）,1935,1940,Zicglcr-Nichols(1942)PID参数 整定方法,1950,伯德图(1945),埃文斯(1948)根轨迹,数学工具 1、拉普拉斯变换(1805-1827),飞机导航与 控制问题,在贝尔实验室中解决电话通讯系 统的问题,采用PID控制并可以自动调节增益来补偿海洋环 境带来的干扰,对轮船位置控制系统有了一个清晰的分析，并推导出了PID 控制律,布莱克(1928)负反馈放大器,1950,1960,1970,贝尔曼(1945)

16、动 态规划,卡尔曼(1960)控制系统一般理论 状态空间描述、能控、能观,3.2实现技术与需求推动了现代控制理论的形成与发展 计算机与航天需求推动了现代控制理论的形成,电子管 计算机（1946）,晶体管 计算机（1959）,集成电路 计算机（1964）,庞特里亚 金(1959)极大值原 理,阿波罗计算机控制系统1961-1975,空间飞行器和导弹的登陆、导航与跟踪的需求推动,数学工具 1、亨利庞加莱，状态空间表述方法(1875-1906),1970,1990,2000,RTO与MPC方法,数字计算机、通讯技术与工业需求推动了控制技术和先进控制的进一步发展,ICI公司 过程控 制系统 1962,

17、PLC控制系统,基于RTO与MPC的乙烯生产过程优化系 统,1980,F14熊猫战斗机嵌入式 控制系统 1970,DCS控制系统,Culteret.al(1979)动态矩阵控制DMC,Rlchalet(1977)模型算法控制 MAC,PLC(1969),嵌入式 系统(1968-1971),第一代PLC控制系统以代替继电器实现逻辑 控制为主,DCS(1975),现场总线(1980s),无线网络(1990s),数学工具 1、奥尔登伯格和萨托里厄斯(1948)差分方程 2、拉格兹尼和扎德(1952)z交换,火炮控制系统的摩擦、齿隙及饱和等 问题,1950,1960,1980,实际应用需求推动非线性控

18、制、自适应控制、多变量频率响应法和鲁棒控制 的产生,1940,飞行控制系统,多变量过程控制系统,过程控制系统,1970,F8战斗机多变量最优 控制 问题,罗森布罗克(1969)多变量系统的 频率响应法,鲁棒 控制(1975),自适应 控制,非线性 控制,模型参考自适应控制,自校正自适应控制,相平面及描述函数方法,控制论的奠基人,1945年，美国数学家诺伯特维纳(Norbert Wiener)把反馈的概念推广到生物等一切控制系统。1948年，维纳出版名著(CYBERNETICS)一书，标志着控制论正式诞生。,维纳1935年在清华与李郁荣教授合作研制滤波器时，开始了对控制论的研究。他从驾驶汽车的动

19、作中发现，人是用一种“反馈”控制的方法，控制方向盘，驾驶汽车的。维纳还提出把人和自动机器结合起来，又经过多次讨论，最后形成了控制论。,他创立的控制论是20世纪重大科技成果之一。维纳在自动化和其他领域产生了巨大的作 用和影响,。,钱学森(Tsue Shen Tsian),工程控制论，1954(Engineering Cybernetics),中国自动控制的学术泰斗,1954年，钱学森发表控制工程论。本书内系统的揭示了控制论对自动化、航空、航天、电子、通信等科学技术的意义和深远影响。本书吸引了一大批数学家、工程技术专家从事控制论的研究，推动了五六十年代该学科发展的高潮。,1955年钱学森回国后创建

20、了中国第一个运筹学组织。他积极领导和参与我国火箭和空间事业的规划和组建工作，并以他在空气动力、火箭发动机、制导控制、总体结构、材料工艺、计算机、质量控制和系统工程等领域的博深知识，为我国培养了大批火箭和空间技术人才，在我国导弹、运载火箭和航天器的研制工作中，发挥了巨大的作用。,1991年国家授予他“国家杰出贡献科学家”荣誉称号。1999年9月获得“两弹一星”功勋奖章.,第一阶段是四十年代末到五十年代的经典控制论时期，着重研究单机自动化，解决单输入单输出（SISO-Single Input Single Output）系统的控制问题；主要数学工具是微分方程、拉普拉斯变换和传递函数；主要研究方法是

21、时域法、频域法和根轨迹法；主要问题是控制系统的稳定性、快速性和准确性。,控制论发展三阶段,第二阶段是六十年代的现代控制理论时期，着重解决机组自动化和生物系统的多输入多输出（MIMO-Multi-Input Multi-Output）系统的控制问题；主要数学工具是一次微分方程组、矩阵论、状态空间法等等；主要方法是变分法、极大值原理、动态规划理论等；重点是最优控制、随机控制和自适应控制；核心控制装置是电子计算机。,电子计算机,1992年我国自行研制的银河II巨型机。,1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字计算机“埃尼阿克”面世。,第三阶段是七十年代的大系统理论时期，着重解决生物系统、社会系

22、统这样一些众多变量的大系统的综合自动化问题；方法是时域法为主；重点是大系统多级递阶控制；核心装置是网络化的电子计算机。,从控制论的观点看，人是最巧妙，最灵活的控制系统。它善于根据条件的变化而作出正确的处理。如何将人的智能应用于实际的自动控制系统中，这是个有重要意义的问题。七十年代开始，人们不仅解决社会、经济、管理、生态环境等系统问题，而且为解决模拟人脑功能，形成了新的学科-人工智能科学，这是控制论的发展前沿。,计算机技术的发展为人工智能的发展提供了坚实的基础。人们通过计算机的强大的信息处理能力来开发人工智能，并用它来模仿人脑。在没有人的干预下，人工智能系统能够进行自我调节、自我学习和自我组织，

23、以适应外界环境的变化，并作出相应的决策和控制。,1）继电接触控制用继电器、接触器等来实现启动、停车、联锁、保护、程序控制等功能。,2.局部自动化的应用,2）电动、气动单元组合仪表实现生产过程控制,二次世界大战以后，工业上已广泛应用PID调节器，工业上实现局部自动化。局部自动化即单个过程或单个机器的自动化。,四、综合自动化时期,20世纪60年代，随着航空事业的发展，出现了以状态空间法为基础的现代控制理论。为实现高质量的自动化提供了有力手段。20世纪70年代以来随着计算机技术的发展和普及，从而有力的推动了自动化技术的全方位发展。1.现代控制理论的形成和发展2.综合自动化的应用,1、现代控制理论的形

24、成,1956年，庞特里亚金提出极大值原理。1956年，贝尔曼创立动态规划。1960年，R卡尔曼提出能控性、能观性和状态空间法。6070年代，H罗森布罗克等提出现代频率法。1970年奥斯特隆姆提出自适应控制。70年代，莱夫科维茨等的大系统理论。,现代控制理论的发展,（1）系统辩识、建模与仿真（2）自适应控制（3）遥测、遥控和遥感（4）大系统理论（5）模式识别和人工智能（6）智能控制,（1）系统辩识、建模与仿真,系统辩识是根据系统输入、输出数据为系统建立数学模型的理论和方法。此外建立数学模型还可以采用解析法和实验方法。通常有必要在仿真设备上试验系统，包括建立、修改、复现系统的模型，这称为系统仿真。

25、,自适应控制能在对象数学模型变动和系统外界信息不完备的情况下改变反馈控制器的特性，以保持良好的工作品质。,(2)自适应控制,(3)遥测、遥控和遥感,遥测就是对被测对象的某些参数进行远距离测量。遥控就是对被控对象进行远距离控制。遥感就是利用装载在飞机或人造卫星等运载工具上的传感器，收集由地面目标物反射或发射出来的电磁波，再根据这些数据来获得关于目标物（如矿藏、森林、作物产量等）的信息。,开始对出现的大系统如大电力系统、化工联合企业、钢铁联合企业及社会经济大系统等开始进行了研究。特别是高速大型计算机的出现为大系统的研究和大量计算提供了前提条件。,大系统理论的重要作用在于对大系统进行调度优化和控制优

26、化，通过分解-协调以较短时间计算出优化结果。,(4)大系统理论的诞生,(5)模式识别和人工智能,使用电子数字计算机直接接受和处理各种自然的模式消息，如语言、文字、图象、景物等。人工智能学者已研制出用于医疗诊断、地质勘探、金融决策、军事指挥、大规模集成电路设计等各种专家系统；研制出智能机器人，如有视觉和触觉的机器人和能与人对答的机器人等等。,(6)智能控制的诞生,将人工智能引入到自动控制系统，形成智能控制系统。这是新一代的自动控制系统。它的特点是具有智能，能解决一些以往的自动控制解决得不好或者不能解决的控制问题。,它将人工智能中的专家系统、学习控制、模糊逻辑控制和具有多层感知器的神经网络等分别与

27、自动控制和系统工程的一些方法相结合，形成一些新的、具有独特性能的智能自动控制系统，如智能机器人。,2.综合自动化的应用1）计算机集成制造：以计算机控制为代表的工业过程控制和工业机器人，以计算机集成信息处理为代表的制造系统CIMS。,计算机集成制造系统（CIMS）是在柔性制造系统，计算机技术，信息技术，人工智能等科学技术的基础上，将工厂的生产和经营中所需的各种孤立的自动化系统有机的集成起来，以适用于多品种，中小批量的高效益，高柔性的智能生产系统。,2）可编程控制器（PLC）PLC可编程序控制器（Programmable Logic Controller）,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种

28、数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.,3）工控机,工控机：英文简称IPC，全称Industrial Personal Computer。工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机。工控机有以下特点：1：机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。2：机箱内有专用底版，底版上有PCI和ISA插槽。3：机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。,4）集散型控制系统(DCS),DCS集散系统:英文全称为dist

29、ribute control system。DCS可以解释为在模拟量回路控制较多的行业中广泛使用的，尽量将控制所造成的危险性分散,而将管理和显示功能集中的一种自动化高技术产品。DCS一般由五部份组成：1：控制器；2：I/O模块；3：操作站；4：通讯网络；5：图形及编程软件。,现代自动化工厂生产线（国产）,五、智能集成自动化时期（20世纪90年代至今）,1.智能控制：智能控制定义：（1）利用有关知识使被控过程或对象按一定要求达到预定目的。（2）GNSaridis的定义：通过驱动自主智能机实现其目标而无须操作人员参与的系统称为智能控制系统。智能机：能够在结构化或非结构化、熟悉或不熟悉的环境中自主地

30、或有人参与执行拟人任务的机器。,智能控制的特点（1）人工智能、传统控制理论、运筹学、计算机、信息技术多学科知识交叉和融合。（2）不依赖精确的数学模型。（3）模拟、延伸、扩展人的智能特性（4）适用于难以建模，对象和任务复杂的系统的控制。,五、智能集成自动化时期（续）,这个时期随着计算机的发展，智能控制也迅速发展。1992年成立了智能自动化国际联合会（IFIA,International Federation on Intelligent Automation),标志着智能控制研究已进入了科学前沿。对这门新学科今后的发展方向和道路，已达成以下共识：,(1)能自动识别和记忆信号（图像、语言字），会学

31、习，能推理，有自动决策能力的自动控制系统被称之为智能控制系统。(2)智能控制必须靠多学科联合才能取得新突破。(3)智能的提高，不能全靠子系统的堆积。(4)要做到智能自动化，把机器人的智商提高到智人水平，还需数十年，这是科学技术进步不可逾越的过程。,2.集成自动化,全集成自动化思想就是用一种系统完成原来由多种系统搭配起来才能完成的所有功能。应用这种解决方案，可以大大简化系统的结构，减少了大量接口部件，应用全集成自动化可以克服上位机和工业控制器之间，连续控制和逻辑控制之间，集中与分散之间界限。,Yesterday,Computer,Human-machine interface,Centraliz

32、ed,Process,PLC,Controlling,Distributed,Manufacturing,Logistics,昨日的工厂自动化,各种独立的，分离的技术,DCS,今天的解决方案:全集成自动化,Today,不再有系统的接口问题,统一在一个自动化环境中,全集成自动化系统的组成,Components,Components,全集成自动化 三方位的集成,系统集成的核心:,CORNERSTONE,将现场与管理层紧密地连接在一起,（1）简化了系统结构（2）减少了不同厂家产品之间的通讯和接口的硬件费用（3）统一的诊断和监控，减少事故和停机时间，提高生产效率（4)大大地减少了备件的品种和数量（5)

33、同一类型的组态编程工具和应用软件使工程变得简单。,全集成动化的好处,1.4 自动化学科、专业,1.4.1 科学、技术与工程 1.4.2 自动化专业的发展历程 1.4.3 学科与专业的含义与区分 1.4.4 中美电气类专业的差异,1.4.1 科学、技术与工程,科学(Science)：对各种事实和现象进行观察、分类、归纳、演绎、分析、推理、计算和实验，从而发现规律，并对各种定量规律予以验证和公式化的知识体系。,科学的任务：揭示事物发展的客观规律，探求真理，作为人们改造世界的指南。,科学家(Scientist):专门从事科学研究的专家。,1.4.1 科学、技术与工程,科学,自然科学,社会科学,研究物

34、质世界,研究精神世界,基础科学,技术科学,(数理化、天文学、生物学等),(电工电子、固体力学、流体力学、机械学等),自动化学科属于技术科学。,1.4.1 科学、技术与工程,技术(Technology)：人类根据生产实践经验和自然科学原理改变或控制其环境的手段和活动，是人类活动的一个专门领域。,技术的任务：利用和改造世界，以其生产的产品为人类服务。,技术家(Technologist):专门从事技术工作的 专家。如工程师、农艺师、医师等。,1.4.1 科学、技术与工程,技术,工程技术,农业技术,医疗技术,(机械、电气、能源、动力、化工、土木、计算机等),(种植、畜牧、造林、园艺等),自动化学科属于

35、工程技术。,(中医、西医、临床等),1.4.1 科学、技术与工程,工程(Engineering)：应用科学知识使自然资源最好地为人类服务的一项活动。,工程也指具体的科研或建设项目，如三峡工程、发电厂工程等。,工程师(Engineer):专门从事工程活动的 专家，也是一种技术家。,工程不等同于技术，还受到政治、经济、法律、美学等非技术方面的影响。技术存在于工程之中。,1.4.1 科学、技术与工程,科学家的任务是如何认识，因而可选择自己感兴趣的研究课题。,工程师的任务是如何实现，必须解决面临的实际问题。,工程问题受到多方面因素的制约，工程师须在多种可能方案中作出选择，谋求最可靠、最经济的解决方法。

36、,1.4.2 自动化专业的发展历程,自从1950年在上海交通大学为电机系本科生和研究生开设“伺服机构原理”课程以后，1953年在高等院校电机（力）系开始逐步设置了“工业企业电气化”专业（自动化专业的前身）。,1.4.2 自动化专业的发展历程,该专业的课程设置中有“自动调节理论”课程，即现在的“自动控制理论”课程。当时类似课程在电类其他专业的教学计划中也都设置了，如在“发电”专业的教学计划中设置有“电力系统自动化”课程以及“电力系统远动学”（即远距离测量和控制学）。,1.4.2 自动化专业的发展历程,20世纪80年代以来，为适应我国的国民经济建设和科学技术发展的需要，进一步拓宽专业口径，高等学校

37、的自动化系将原有的多个自动化类专业（如自动控制、生产过程自动化、工业电气自动化、检测技术与自动化仪表）合并为“工业自动化”专业和“自动控制”专业。1998年，为适应国家经济建设对宽口径高等教育人才培养的需要，进一步合并为一个自动化专业。,1.学科与专业的区别,与“学科”不同，“专业（Specialty）”的意思却很单一，仅用于科学与工程教育分类。汉语解释：“专业”是“高等学校的一个系里或中等专业学校里的学业门类（如这个系有三个专业）”。表明其含义比学科要窄。英语解释：“Specialty”是“A special pursuit,occupation,aptitude,or skill”，一般在

38、英语国家中，往往只用 Discipline来对科学与工程教育分类。,理学类,工学类,研究生层面（硕士博士）,物理学类,数学类,机械类,土建类,。,。,电气信息类,电气工程及其自动化,自动化,电机与电器,电力系统及其自动化,高电压与绝缘技术,电力电子与电力传动,电工理论与新技术,控制理论与控制工程,检测技术与自动化装置,模式识别与智能系统,系统工程,导航制导与控制,本科生层面（学士学位）,2、学科、专业划分,由上图可以看出，对大学生（本科层面）来说，大学的专业应该分理学、工学等（拿到的学位证书分别是理学学士和工学学士），再细分为各个专业；但同样的专业对研究生（研究生层面来说，就理解为学科，如控制

39、科学与工程学科，电气工程学科）。,2、学科、专业划分,按我国的习惯，电气工程及其自动化、自动化专业特指大学教育（包括本科生和专科生两个层次），是高等教育的基础层次。划归高等工程教育，也就是俗称的工科。电气工程是一个学科，这个学科在本科阶段称为电气工程及其自动化。控制科学与工程是一个学科，这个学科在本科阶段称为自动化。,2、学科、专业划分,对研究生学位来说，自动化学科正式名称为“控制科学与工程”学科，属工科门类下的一级学科，下分五个二级学科，分别是控制理论与控制工程、检测技术与自动化装置、模式识别与智能系统、系统工程、导航制导与控制。自动化学科是一门多学科交叉的高技术学科，是当代高科技技术的集中

40、体现与应用。,1.科学与技术完全分开的分类法 按照国家的有关学科分类的标准，自动化科学与自动化技术分开划分。,2、学科、专业划分,表1-1“学科分类与代码”的国家标准自动化学科部分,2.科学与技术一体化的分类法,根据研究对象的不同来划分下属内容或各子学科，在各子学科内部，科学与技术不再分离。国务院学位委员会对于硕士与博士生学位培养的学科分类就是按这一思想进行。,2、学科、专业划分,表1-2 国家研究生培养的“学科分类与代码”自动化学科部分,广西大学2013年广西区内录取统计表,1.4.3 中美电气类专业的差异,以美、英为代表的教育体制，长期以来一直走的是“通才教育”、宽口径专业的改革之路。随着

41、工业化的完成，到20世纪初，已形成比较系统并基本上沿用至今的工科教育体系“行业性的专业”设置。而我国先是学习苏联的专才教育，细分专业，后又学习美英的“通才”教育经验，逐渐淡化专业。,1.4.3 中美电气类专业的差异,值得一提的是美国大学并没有自动化专业，只有电气工程（Electrical Engineering 简称EE）。电气工程学科在机构名称上有的学校称电气工程系，有的称为电气工程与信息科学系，有的称为电气工程与计算机科学系等等。斯坦福大学教授指出：今天的电气工程涵盖了几乎所有与电子、光子有关的工程行为。本领域知识宽度的巨大增长，要求我们重新检查甚至重新构造电气工程的学科方向、课程设置及其

42、内容，以便使电气工程学科能有效地回应学生的需求、社会的需求、科技的进步和动态的科研环境。,美国大学的电气工程包括了以电子和光子为基础 的几乎所有工程领域，如此宽广的学术内容体现于电气工程系的课程设置，学生培养方向和科研课题之中，这无疑会培养学生在电气工程领域打 下宽广而深厚的理论基础。,1.4.3 中美电气类专业的差异,1.4.3 中美电气类专业的差异,美、英等国的电气电子系（也就是我们通常说的EE系）对应着（也可以说是基本包含了）我国目前的电气系（或电机系）、电子系、通信系（或信息系）、自动化系，甚至还包括了计算机系；相应地，美英等国的电气电子学科对应着（也可以说是基本包含了）我国目前的电气

43、信息类的大部分专业。包含电气工程及其自动化、电子科学与技术、电子信息工程、通信工程、自动化等。,自动化学术团体-IFAC,IFAC，全称International Federation of Automatic Control，国际自动控制联合会。网址是：http:/www.ifac-control.org/,1957年9月成立于巴黎，自动控制领域国际性、非政府、非赢利、非政治性的组织，每个国家只能有一个代表组织。中国自动化学会是IFAC创始会员国之一。,自动化学术团体-IEEE,IEEE，Institute of Electrical and Electronics Engineers美国电

44、气和电子工程师协会，网址是：http:/www.ieee.org/成立于1963年，是一个国际性的电子技术与信息科学工程师的协会，是美国规模最大的专业学会，拥有来自175个国家的40万会员(到2011年)。在太空、计算机、电信、生物医学、电力及消费性电子产品等领域中都是主要的权威。在电气及电子工程、计算机及控制技术领域中，IEEE 发表的文献占了全球将近30%。IEEE每年也会主办或协办三百多项技术会议。,自动化学术团体-CAA,中国自动化学会，Chinese Association of Automation，简称CAA，是中国自动化科学技术工作者组成的全国性学术团体。网址：http:/,成

45、立于1961年，挂靠中科院自动化所，现有29个省级学会，24个专业委员会，7个工作委员会，会员数量近3万人，基本覆盖了我国自动化科学技术领域的各个层面。,自动化学术期刊-IFAC主办,Automatic,Control Engineering Practice,Annual Reviews in Control,Engineering Applications of Artificial Intelligence,Journal of Process Control,自动化学术期刊-IEEE主办,IEEE Control System Magazine,IEEE Control System

46、Technology,IEEE Transactions on Automatic Control,IEEE Transactions on Circuits,and Systems,IEEE Transactions on Systems,Man,and Cybernetics,自动化学术期刊-其它,Systems&Control Letters,International Journal of Control,Asian Journal of Control,European Journal of Control,IET Control Theory&Applications,自动化学术期刊-国内核心期刊,自动化学报,控制与决策,中国电机工程学报,模式识别与人工智能,信息与控制,控制理论与应用,自动化学术期刊-国内核心期刊,电子学报,计算机学报,系统仿真学报,机器人,系统工程学报,软件学报,自动化学术会议,IFAC Congress 每三年举行一次,American Control Conference,IEEE 举办或协办的国际学术会议,中国控制会议CCC,中国控制与决策会议CCDC,中国过程控制会议CPCC,