控制工程崔萌 250920029工程硕士自动化的现状与发展所谓自动化（Au to ma ti on），是指机器或装置在无人干预的情况下按规 定的程序或指令自动的进行操作或运行。广义地讲，自动化还包括模拟或 再现人的智能活动。机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或 控制的过程。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运 输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁 重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而 且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改 造世界的能力。因此，自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重 要条件和显著标志。一.自动化技术的发展自动化技术的发展历史，大致可以划分为自动化技术形成、局部自动 化和综合自动化三个时期。1、自动化技术形成时期（18世纪末20世纪30年代）1788年英国机械师J.瓦特发明离心式调速器（又称飞球调速器），并把 它与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速的闭环自动控制系统 （见图 瓦特离心式调速器对蒸汽机转速的控制 ）。瓦特的这项发明开创了近代自 动调节装置应用的新纪元，对第一次工业革命及后来控制理论的发展有重 要影响。2、局部自动化时期（20世纪4050年代） 第二次世界大战时期形成的经典控制理论对战后发展局部自动化起了重要的促进作用。在第二次世界大战期间，德国的空军优势和英国的防御地 位，迫使美国、英国和西欧各国科学家集中精力解决了防空火力控制系统 和飞机自动导航系统等军事技术问题。在解决这些问题的过程中形成了经 典控制理论，设计出各种精密的自动调节装置，开创了系统和控制这一新的科学领域。3、综合自动化时期(20世纪50年代末起至今)20世纪50年代末空间技术迅速发展，迫切需要解决多变量系统的最优控 制问题。许多学者试图把经典控制理论推广到多变量系统的控制，都遭到 了失败。需要寻求新的理论和方法，于是诞生了现代控制理论。现代控制 理论的形成和发展为综合自动化奠定了理论基础。在这一时期，微电子技 术有了新的突破。1958年出现晶体管计算机， 1965 年出现集成电路计算机， 1971 年出现单片微处理机。微处理机的出现对控制技术产生了重大影响 ，控制工程师可以很方便地利用微处理机来实现各种复杂的控制，使综合 自动化成为现实。1957年9月12日国际自动控制联合会(IFAC)在巴黎召开成立大会。有18 个国家的代表团出席了这次大会。中国是发起国之一。会上通过了大会的章程和细则，选举美国自动控制专家H.切斯特纳为IFAC第一届主席。从1960年起每三年召开一次国际自动控制学术大会，并出版自动学、IFAC通讯等期刊,IFAC的成立标志着自动控制这一学科已经成熟，通 过国际合作来推动系统和控制领域的新发展。自动化技术的发展主要体现在以下两个方面：一、三论：系统论、信息论、控制论。二、两个主题和一个关键。主题：稳定和优化，关键：建立被控对象的控制。自动化学科的发展，主要体现在其理论越来越丰富，并且在用理论解决实际课题方面有一系列重大突破。理论的意义在于指导 实践。自动化正是因此而得到飞快的发展。三、自动化技术的应用自动化技术在机械加工、采矿冶炼、化学工业、电力系统、交通运输、农业生产、环境保护、医药卫生、军事技术、航空航天、科学研究、办公 服务等领域都得到了广泛的应用。例如：机械制造自动化、过程工业自动 化、电力系统自动化、飞行器控制、楼宇自动化与智能建筑在工业上,计算机集成制造系统 (CIMS: Computer IntegratedManufacturing system)使自动化无人工厂成为现实。自动化正在与其它学科相互交融，朝着更多的应用领域延伸，例如：经 济控制论的形成，直接推动了国民经济的发展；人口控制论的研究，为计划生育工作的决策起到指导作用，并造福与子 孙后代；环境系统工程已经成为世界性的大课题。人类为了生存与发展，必须采 取各种措施来改善环境，自动化理论与技术在这方面大有作为；在国际关系领域、军事领域以及社会治安综合治理等领域，均离不开自 动化学科的介入及其研究成果的应用。在交通管理领域也有其应用。例如：巴黎的交通安全守护神一文中描 写了这样一个事例：在巴黎的272 路公交汽车线路上，一辆5785 号公共汽 车内发生了一起盗窃案，司机立即发出了警报。这一信号被迅速传送到一 个名为 PC2000 的监控站，那里的工作人员在核实警报无误后，立即通过无 线电，命令距离最近的干预车辆驶向该车，以迅雷不及掩耳之势，有效地 制服了罪犯，保证了车辆和乘客的安全。还有著名的京九铁路客运系统也 有自动化的应用。如： 1.客运自动广播系统， 2.列车到发微机通告系统， 3.旅客引导系统，4.行包微机管理系统等等。在农牧业中也有许多先进的自动化设备和技术。如自动化农场 四、自动化的展望 自动化是新的技术革命的一个重要方面。自动化技术的研究、应用和 推广，对人类的生产、生活等方式将产生深远影响。生产过程自动化和办 公室自动化可极大地提高社会生产率和工作效率，节约能源和原材料消耗 ，保证产品质量，改善劳动条件，改进生产工艺和管理体制，加速社会的 产业结构的变革和社会信息化的进程。现代生产和科学技术的发展，对自动化技术提出越来越高的要求，同时也 为自动化技术的革新提供了必要条件。70 年代以来，自动化开始向复杂的 系统控制和高级的智能控制发展，并广泛地应用到国防、科学研究和经济 等各个领域，实现更大规模的自动化，例如大型企业的综合自动化系统、 全国铁路自动调度系统、国家电力网自动调度系统、空中交通管制系统、 城市交通控制系统、自动化指挥系统、国民经济管理系统等。自动化的应 用正从工程领域向非工程领域扩展，如医疗自动化、人口控制、经济管理 自动化等。自动化将在更大程度上模仿人的智能，机器人已在工业生产、 海洋开发和宇宙探测等领域得到应用，专家系统在医疗诊断、地质勘探等 方面取得显著效果。工厂自动化、办公自动化、家庭自动化和农业自动化 将成为新技术革命的重要内容，并得到迅速发展。