专家系统
公元2世纪，中国东汉的天文学家张衡 创制的一种天文表演仪器——漏水转浑天仪。 它是一种用漏水推动的水运浑象，和现在的 天球仪相似，可以用来实现天体运行的自动 仿真。
公元132年他又发明的一种观察地震的 自动检测仪器——候风地动仪，它的工作原 理涉及到检测地震信号的大小和方向。
（4）水运仪象台
初级自动化的出现与发展
一个自动化系统无论结构多么复杂都是由下面几部分组成： 第一，检测比较装置。 第二，控制器。 第三，执行机构。 第四，控制量。
自动化理论的形成
控制器——系统的大脑 传感器——系统的耳目 执行器——系统的手脚 受控对象——温柔的羔羊 稳定性——不可或缺 极点——控制系统的精灵
自动化理论的形成
自动化的前沿技术
1785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。瓦特的 蒸汽机的发明开创了近代自动调节装置应用的新 纪元 ！
初级自动化的出现与发展
1797年 亨利·莫兹莱 螺丝切削机床 ； 1807年 富尔顿 蒸汽轮船 ； 1812年 特列维雪克 科尔尼锅炉； 1844年 威廉·费阿柏恩 兰开夏锅炉 ；
模糊控制
自动化理论的形成
模糊控制是以模糊集合理论为基础的一种新兴
的控制手段，它是模糊系统理论和模糊技术与自动 控制技术相结合的产物。自从这门科学诞生以来， 它产生了许多探索性甚至是突破性的研究与应用成 果，同时，这一方法也逐步成为了人们思考问题的 重要方法论。
模糊控制作为智能领域中最具有实际意义的一
初级自动化的出现与发展
（2） 铜壶滴漏
初级自动化的出现与发展
铜壶滴漏即漏壶，中国 古代的自动计时装置，又称刻 漏或漏刻。漏壶的最早记载见 于《周记》。这种计时装置最 初只有两个壶，由壶上滴水到 下面的受水壶，液面使浮箭升 起以示刻度（时间）。
初级自动化的出现与发展
（3） 漏水转浑天仪与候风地动仪
模糊控制——其实我很清楚 最优控制---“没有更好只有最好” 自适应控制——以变制变 鲁棒控制——以静制动 线性控制理论纵横 非线性控制理论的发展 PID控制——简而优秀 预测控制——未卜先知 故障诊断——神医妙手 人工智能——智慧之巅 专家系统——身边的专家 推理控制——经验的作用 集散控制系统（DCS）
自动化在古代中国的出现与应用
早在公元前1400多年前，古代人类在长 期生产和生活中﹐为了减轻自己的劳动﹐逐 渐产生利用自然界动力代替人力畜力﹐以及 用自动装置代替人的部分繁难的脑力活动的 愿望﹐经过经过漫长岁月的探索﹐他们互不 相关地造出一些原始的自动装置。
（1）指南车
指南车，是中国古代用来 指示方向的一种装置。其原 理是，人力驱动时，依靠车 内的机械传动系统来传递转 向时两车轮的差动，从而保 障指向木人的手始终指向出 发时设置的方向，古人有云 "车虽回运而手常指南"。
北宋哲宗元祐三年，苏颂、韩公廉等人制成 的水力天文装置——水运仪象台 。它既能演示或 能观测天象，又能计时及报时。
水运仪象台被英国科
学家李约瑟等人认为可 能是欧洲中世纪天文钟 的直接祖先。
初级自动化的出现与发展
自动化在世界的其他地方的发展
中国古代人民在原始的自动装置的创造和发 明上作出了辉煌的成就，也为后来自动化的发展 奠定了基础。自动化的发展在世界的其他地方也 有很大的发展。
下面以模型算法控制为例子来说明预测控制的基本原理:
由于预测控制具有适应复杂生产过程控制的特点，所以预测控制 具有强大的生命力。可以预言，随着预测控制在理论和应用两方面 的不断发展和完善，它必将在工业生产过程中发挥出越来越大的作 用，展现出广阔的应用的前景
自动化理论的形成
故障诊断
现代的机械制造系统具有控制规模大、自动化程度高和柔性 化强的特点。由于制造系统的结构越来越复杂，价格越来越昂贵， 因此因为各种故障而导致的停机都是不可忍受的负担。故障诊断 系统就能够在这个情况下满足需要，也就是能够合理制定维修计 划，最大限度减少停机维修的时间，以及在故障发生之后能够迅 速做出反应。因此，故障诊断系统在现在得到了迅速的发展。
自动化理论的形成
什么是自动控制（自动化）?
无须人的直接参与，通过控制装 置，使机器、设备、生产过程等按照 预定的规律运行，完成要求的任务， 就叫自动控制（自动化）。
自动化原理
自动化理论的形成
下面我们以一个简单的例子，来说明自动化的原理。
自动化设备和机器的关键就在于反馈的存在，正是有了他的存 在，才使自动化成为可能。反馈就是自动化的奥妙所在。所以 自动控自原理也叫反馈控制原理。
自动化理论的形成
非线性控制理论
对非线性控制系统的研究，到上个世纪四十年代，已取得 一些明显的进展。主要的分析方法有：相平面法、李亚普诺夫法 和描述函数法等。这些方法都已经被广泛用来解决实际的非线性 系统问题。但是这些方法都有一定的局限性，都不能成为分析非 线性系统的通用方法。例如，用相平面法虽然能够获得系统的全 部特征，如稳定性、过渡过程等，但大于三阶的系统无法应用。 李亚普诺夫法则仅限于分析系统的绝对稳定性问题，而且要求非 线性元件的特性满足一定条件。虽然这些年来，国内外有不少学 者一直在这方面进行研究，也研究出一些新的方法，如频率域的 波波夫判据，广义圆判据，输入输出稳定性理论等。但总的来说， 非线性控制系统理论目前仍处于发展阶段，远非完善，很多问题 都还有待研究解决，领域十分宽。
非线性控制理论作为很有前途的控制理论，将成为二十一世 纪的控制理论的主旋律，将为我们人类社会提供更先进的控制系 统，使自动化水平有更大的飞越。
预测控制
自动化理论的形成
预测控制是近年来发展起来的一类新型的计算机控制算法。由 于它采用多步测试、滚动优化和反馈校正等控制策略，因而控制效 果好，适用于控制不易建立精确数字模型且比较复杂的工业生产过 程，所以它一出现就受到国内外工程界的重视，并已在石油、化工、 电力、冶金、机械等工业部门的控制系统得到了成功的应用。
公元1世纪，古埃及 和希腊的发明家创造出 教堂庙门自动开启、铜 祭司自动分发圣水、投 币式圣水箱等自动装置。
初级自动化的出现与发展
17世纪，随着生产的发展，在欧洲的一些国家 相继出现了多种自动装置，其中比较典型的有：
法国物理学家B.帕斯卡在公元1642年发明的加法器； 荷兰机械师C.惠更斯于公元1657年发明的钟表； 英国风
自适应控制
自动化理论的形成
在日常生活中，所谓自适应是指生物能改变自 己的习性以适应新的环境的一种特征。因此，直观 地讲，自适应控制器应当是这样一种控制器，它能 修正自己的特性以适应对象和扰动的动态特性的变 化。
自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定 性的系统，这里所谓的“不确定性”是指描述被控 对象及其环境的数学模型不是完全确定的，其中包 含一些未知因素和随机因素。
严格地说，一切实际的系统都是非线性的，真正的线 性系统在现实世界是不存在的。但是，很大一部分实际系 统，它们的某些主要关系特性，在一定的范围内，可以充 分精确地用线性系统来加以近似地代表。并且，实际系统 与理想化了的线性系统间的差别，对于所研究的问题而言 已经小到无关紧要的程度而可予以忽略不计。因此，从这 个意义上说，线性系统或者可线性化的系统又是大量存在 的，而这正是研究线性系统的实际背景。
人工智能的主要领域包括问题求解、语言处理、自动定理证 明、智能数据检索等领域。这些综合概念在自然语言处理、情报 检索、自动程序设计、数学证明都有重要应用。人工智能的第一 个大成就是发展了能够求解难题的下棋程序。
人工智能包含的领域非常广泛，问题的求解只是其中的一个 重要方面。其他的方面包括比如谓词演算、规则演绎系统、机器 人问题以及专家系统等一系列问题。人工智能作为一个复杂的边 缘学科，正在有着越来越广阔的前景，随着新的数学理论的完善 以及计算机新的硬件的出现，人工智能必将能够更好地模拟人的 思维。
鲁棒控制
自动化理论的形成
所谓“鲁棒性”，是指控制系统在一定（结构， 大小）的参数摄动下，维持某些性能的特性。 根据对性能的不同定义，可分为稳定鲁棒性和 性能鲁棒性。以闭环系统的鲁棒性作为目标设 计得到的固定控制器称为鲁棒控制器。
自动化理论的形成
线性控制理论
线性控制理论是系统与控制理论中最为成熟和最为基 础的一个组成分支，是现代控制理论的基石。系统与控制 理论的其他分支，都不同程度地受到线性控制理论的概念、 方法和结果的影响和推动。
自动化理论的形成
J.C. Maxwell (1831- 1879), 法国科学家，于1868年发表文 章“On Governors（论调节器）, 成功解决了二阶及三阶 系 统 的 稳 定 性 。 随 后 ， 剑 桥 大 学 的 E.J.Routh 与 瑞 典 的 Hurwitz解决了多阶系统的稳定性判断。
种控制方法，已经在工业控制领域，家用电器自动 化领域和其他很多行业中解决了传统控制方法无法 或者是难以解决的问题，取得了令人瞩目的成效。
自动化理论的形成
最优控制
最优控制问题研究的主要内容是：怎样选 择控制规律才能使控制系统的性能和品质在某种 意义下为最优，求解最优控制问题的方法。最优 控制已经在航天，航海，导弹，电力系统，控制 装置，生产设备和生产过程中得到了比较成功的 应用，而且在经济系统和社会系统中也得到了广 泛的应用。
• 1866年英国J. M. Gray设计出第一艘全自动蒸汽轮船 “东方”号(Great Eastern)
自动化理论的形成
自动化理论的早期发展
随着自动化装置和技术在工业革命中的 广泛应用，也暴露了许许多多的问题，许 多人就对自动调节系统的稳定性提出了质 疑。许多科学家开始对自动调节系统从理 论上加以研究，从而促进了对调节系统进 行分析和综合的研究工作。
自动化理论的形成
英国 G.B. Airy（1801-1892) 系统的研究 了天文望远镜的速度控制，并根据倒立摆离 心力原理，发现了系统的不稳定性。首次提 出反馈系统的稳定性问题研究，以及利用微 分方程来研究反馈控制动力学系统。