自动化导论
自动化(Automation)是指机器设备、系统或过程(生产、管理过程),在没有人或较少人的直接参与下,按照人的要求,经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制,实现预期的目标。对自动化技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高工作效率。
自动化的概念起源于最早的自动控制,而最早的自动控制可以追溯到公元前,如我国的指南车。对自动化的大量需求始于工业革命时期:1978年瓦特改良蒸汽机,人类开始进入蒸汽机时代。它借助于离心调速装置而使其本身的转速保持稳定。这种离心调速装置就是世界上最早的自动化机器。20世纪40年代,美国机械工程师D.S哈德最早提出“自动化”一词,并用来描述发动机气缸的自动传送和加工的过程。在维纳等人的努力下,通过对通信技术、计算机、仿生学和自动调节各学科的整合,产生了控制论。20世纪60年代,随着工业生产过程日趋复杂,航空航天技术高速发展,自动控制理论和自动化技术水平得到大大提高。而进入21世纪,自动化技术进入了计算机自动设计的年代。
自动化作为一种行为,是通过自动控制系统实现的。系统是由相互作用、相互联系的若干个
组成部分结合而成的具有特定功能的整体。系统是一个广义的概念,它无处不在,无时不有。大到宇宙,小到一个原子都可以看成一个系统。系统可以是自然的,也可以是人造的。自动控制系统是指能够实现“自动化”任务的设备,它是工程领域的人造系统。自动控制系统通常由控制部分和控制对象组成。
一个典型的自动控制系统由以下不同功能的基本部分组成:
(1)被控对象 指控制系统所要控制的设备或过程,它的输出就是被控量,而被控量总是与自动控制系统的任务和目标紧密相连。
(2)给定环节 产生给定输入信号的环节。给定的输入信号通常与我们希望的被控量相关,它可以是一个定制,对应的控制系统就是恒值控制系统,希望控制系统的被控量稳定在一个固定值上;它也可以是一个变量,对应的控制系统是随动系统,希望被控量跟随给定输入信号变化。
(3)测量环节 随时将被控制量检测出来的装置。
(4)比较环节 其功能是将给定的输入信号(被控制量的希望值)与测量环节得到的被控制
箱实际值加以比较。在这里涉及到自动控制的一个关键概念——反馈。正是由于把被控制量反送至输入端,在比较环节中与被控制量的希望值进行比较,得到偏差信号,自动控制系统才能得出如何去实现操作来消除或减少这一偏差信号的决策。
(5)控制环节 它的功能是根据偏差信号,决策如何去操作被控对象,使被控量达到所希望的目标。这一环节是自动控制系统实现有效控制的核心。
(6)执行环节 安控制环节的控制决策,具体实施对控制对象的操作。
自动控制技术的理论基础是自动控制理论。它从三个方面对自动控制系统进行研究和阐述:
(1)系统的模型 系统物理形态的多样性要求研究具体系统时抛开它的物理属性,即用系统的模型作为对象来研究系统。把系统所处的状态分为运动状态和静止状态。
(2)系统的分析 给出了表示系统运动规律的数学模型,就需要研究自动控制系统的特性,系统特性的分析建立在系统数学模型的基础上,自动控制理论有一套定型或定量分析系统特性的方法。
(3)控制系统的综合 因为自动控制系统中的被控对象、测量环节等都是确定的,可变的只有控制环节,所以控制系统所应具有的结果组成只能落实到控制环节中实现。这就是控制器的设计问题,是自动控制系统设计的基础。
自动化涉及的范围及其广阔,几乎是无所不包。从深度来看,以工业生产为例,小到一个普通的设备——如电机,大到企业的整个加工、制造系统乃至整个生产过程,都可以是自动化的;从广度来看,涉及第二产业——工业自动化、第一产业——农业自动化、第三产业——服务自动化,涉及的系统由人造系统和自然系统,涉及的过程有生产过程、管理过程、决策过程等等。
我主要要谈的是办公自动化。随着经济基础的自动化,依靠手工办公,已经远远不能满足需要,办公自动化应运而生。办公自动化从单机开始,应用复印机、传真机等单项业务自动化设备代替手工抄文件等繁杂的事务。20世纪80年代开始,计算机及计算机网络的快速发展,是办公自动化真正得以实现。电子报表、、计算机排版系统、电子扫描仪等办公自动化软件和设备的开发使用,是文档处理、图像处理高度自动化;计算机文字识别系统、计算机声音处理系统等更进一步地提高了文档处理能力;计算机辅助设计是科技人员从繁杂而
简单的劳动中解脱出来,去从事富有创新性的劳动;资料管理系统,电子图书等是获取资料更加快捷、方便;计算机管理信息系统汇集各方面的数据信息,为领导做出决策提供重要的依据;…….办公自动化管理
当我们步入21世纪的时候,自动化技术又一次面临着严峻的挑战。当前,自动化所处的环境和以前有很大的不同,大型系统和网络的复杂程度已经远远超过了控制的传统范围。当然,自动化科学技术的各种新的应用机会也已明显出现。无所不在的分布式计算、通信和检测系统的出现已创造了这样的一种环境:一方面方便的获得信息,一方面快速处理这些信息。
展望未来,自动化领域的科学家们任务艰巨,因为需要更新的自动化科学与技术的研究成果来使这些想法得以实现。
参考资料:
戴先中,赵光宙 《自动化学科概论》
周献忠 《自动化导论(第二版)》
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