运用自控媒介开展组织传播,是公关人员搞好内部公众关系、提高组织的凝聚力、调动全体员工工作积极性的重要手段,也是扩大组织社会影响、提高知名度和美誉度的重要方法。 运用自控媒介主要包括主办内部刊物、制作视听材料和制作宣传材料等。 一、主办内部刊物内部刊物主要指组织自控的各种媒介工具,如内部报刊、杂志、宣传画册、墙报、电子出版物、BBS等。内部刊物由组织自行编辑、制作、发行或发布,往往是针对特定公众编写,内容针对性强,主题突出,读者稳定,宣传效益好。(一)内部刊物的种类内部刊物可以分成对内刊物、对外刊物和混合型刊物三种。1.对内刊物对内刊物只对本组织员工和管理人员发行,其主要内容和目的是:介绍组织的经营状况和管理政策,促进内部沟通,防止和消除误会;介绍组织内部的先进人物,提倡良好风尚,激励员工学习;介绍组织发展的远景规划,鼓舞人心,增强组织的凝聚力。2.对外刊物对外刊物主要对政府官员、舆论领袖、顾客、供应商、经销商等外部公众发行,其主要内容和目的是:通过宣传组织的经营宗旨、管理理念,争取外部公众的理解和支持,在社会上树立组织的良好形象。3.混合型刊物混合型刊物的受众则既包括组织的内部公众也包括外部公众。出版内部刊物是一件技术性很强的工作,要求公关人员熟悉刊物的编辑、印刷、发行等一系列出版工作程序,并做好经费预算。(二)运用内部刊物的技巧采用内部刊物进行组织内部沟通时,需要掌握以下五种技巧:1.突出组织文化内部刊物一定要传播组织文化,倡导卓越的组织精神。因此,内部刊物的办刊方针需要紧紧围绕着组织文化建设的主线,利用丰富的内容、活泼的方式来潜移默化地影响每个员工,从而为组织文化建设贡献一份力量。2.构筑组织精神家园内部刊物应该是组织员工的心灵家园。内部刊物要深切地关怀员工的精神需求,营造出浓浓的家庭氛围,让员工在这里尽情地释放自己的喜怒哀乐。3.掌握热点问题内部刊物应掌握员工关注的热点问题。内部刊物要抓住热点问题,告诉员工是什么、为什么以及如何应对。4.激发员工斗志激发员工斗志是内部刊物的一个重要功能。内部刊物要及时通报组织的成果及远景,启发员工对组织现状的认识,激发员工必胜的斗志,鼓励员工为组织目标奋斗。5.建设学习型组织内部刊物应成为组织内部知识传播的一个重要途径。内部刊物应通过促进知识的传播与利用,为建设学习型组织作出贡献。二、制作视听材料在公关传播中,视听材料也是经常使用的自控媒介,具体形式包括:闭路电视、有线广播、电影、录像带、录音带、幻灯、灯箱图像等等。制作视听材料有一定的难度,有时需要聘请专业人士来制作。但公关人员应当具备一些初步的制作能力,把组织内部的周年纪念、奠基典礼、竣工仪式、展销会、公关活动等等场面拍摄下来,向组织内外的公众播放,达到促进沟通的效果。同时,这也是极为珍贵的历史资料,可以成为日后其它公关活动的素材。公关工作中,制作视听材料主要有两部分内容,一是图像和声音材料的制作和处理,二是为图像材料写作解说词并录音。(一)制作图像材料幻灯、电影、录像带、光盘等图像材料的制作,首先是选择和摄取各种图像。此外,制作有效的图像宣传材料,还要讲究精湛的摄像、摄影技术。(二)图像文字解说的制作成功的图像宣传材料,除了图像的选择、摄取,还必须配有生动、简练的文字解说。文字解说不能作为图像的直白描述,而应是图像的必要补充。它主要是对相关图像的背景材料的介绍和画外隐含内容的解释,以帮助公众更准确地解读信息,所以,图像的文字解说材料应该更为充实、丰富。另外,完美的图像宣传材料,也要注意文字解说材料的朗诵和配音制作,还要选取必要音乐以烘托气氛,增强感染效果。(三)录音材料录音材料的宣传效果有优点,也有缺点。相对于文字材料,它的受众范围要广,不识字或识字不多的人群也可以接受;它比文字材料携带的信息更丰富。一般沟通理论认为,人际沟通中,语言符号所包含的信息有限,大部分信息要靠副语言,如声音、语调、表情、身体动作等来表达。同时,信息接受者接受声音信号比接受文字信号更方便,所以,利用录音材料做公关宣传也越来越普遍。制作有效录音材料,文字稿件的写作是第一步。要根据具体宣传目标、主题、受众情况来选择体裁。如果是某项活动的现场录音,也要注意根据宣传主题对材料做取舍。其次,要做好文字材料的朗诵和录音工作。三、制作宣传材料在公关传播中,宣传材料是使用得最多的组织自控媒介工具之一。宣传材料可以是一本小册子,也可以是一张宣传彩页,还可以是一副招贴画,方式多种多样,公关部门可以灵活运用。(一)制作宣传材料的技巧1.明确用途制作宣传材料首先要明确用途。宣传材料的主要用途有三个方面:说服公众、向公众提供信息、教育公众。不同用途的宣传材料有不同的表现形式,不同的宣传材料用于不同的场合。2.确定主题宣传材料的主题必须清楚。不要企图在一个宣传材料里夹杂许多主题,这样受众就会困惑,从而不能达到宣传材料最初的目的。3.内容准确持久宣传材料的内容要准确真实,能够持久地影响受众。因为宣传材料一般是针对较小的特定群体,他们对组织的宣传材料的真实性要求较高。如果宣传材料的真实性有问题,他们就会对组织不信任,宣传材料反而起到了相反的作用。4.表现形式美观大方宣传材料一般要求美观大方,以吸引受众的阅读兴趣。制作宣传材料要选择合适的格式和纸张、巧妙地使用各种字体、明智地使用空白区域、创造性地运用色彩组合。5.正确选择传送渠道宣传材料可以通过赠送、自取、邮寄等方式传送。不同的宣传材料,传送渠道也会不同。(二)宣传材料的写作当社会组织与公众交往时,如有一份精心制作的宣传材料赠送给对方,既可以节省自我介绍的时间,也可以使对方比较完整、准确地掌握组织的基本信息。以一本比较正规的大型宣传画册为例,它一般应包括如下内容:1.组织领导人致词组织领导人致词一般安排在整本宣传材料的首页,以便增加宣传材料的权威性。领导人形象是构成组织形象的一个重要组成部分,宣传材料上的致词也是宣传组织领导人并树立其形象的一个重要机会,因此,公关人员要与组织领导反复斟酌,尽量写出领导人的风采。致词文字不宜过长,以二三百字为宜,应力求平和真诚、亲切感人,同时配以照片,使领导人的形象立体化。2.组织的历史和概况这是组织宣传材料的主体部分,以介绍组织自身的各种情况为主,重点是组织的宗旨、方针、政策、目标、愿景等等,应当尽量做到内容简明扼要,信息量大。其作用是简要地回顾组织发展的历史,增加公众对组织的信赖感;客观地介绍组织所取得的成就,树立组织在公众心目中的形象。这部分内容应配上醒目的图表和照片以增强说服力,使历史叙述显得更加鲜活,使成果展示显得更加生动。3.特色产品和特色服务组织的宣传材料对本组织在市场上具有竞争力的产品,或引以为自豪的特色服务,应重点加以说明,以便引起公众的注意和兴趣。4.图片的选登组织的宣传材料必须设计得图文并茂,生动活泼。选登的图片要适应公众的心理需求和审美情趣,以达到良好的宣传效果。5.公众与组织的联络方法在宣传材料的末尾,一定要附上组织的地址、邮编、电话号码、传真、网址、联络人员等等,以方便公众与组织的联络。
Electric Automation 电气自动化ELECTRIC AUTOMATION DEVICE AND METHOD FOR ADJUSTING THE FUNCTIONS OF THE ELECTRIC AUTOMATION DEVICE The invention relates to an electric automation device comprising a control unit that is controlled by a computer. In order to create an automation device that can be set to predefined functions in a particularly flexible manner while requiring less testing, a computer hardware component (2) is provided with control software comprising a basic functional area which includes an operating system (3), a device driver (4), and communication modules (5) so as to form a basic automation device (1) while the basic automation device (1) is complemented with any application modules (7a, 7b, 7c, 8, 9) that can be connected to the basic functional area via a software interface (6) in order to obtain the automation device. The invention also relates to a method for producing or adjusting the functions of such an electric automation device. 电气自动化专业介绍一、专业概况 随着高新技术的发展和生产自动化程度的提高,我国国民经济发展,正在和继续需要大批技术应用型实用人才。电气自动化技术是现代制造技术中不可缺少的重要技术门类,也是一个国家科技实力乃至综合竞争力的综合反映,在工业发展中具有前导地位。电气自动化技术,集机、电、计算机、信息处理等多学科于一体,是多学科相互交叉、渗透、结系淖酆涎Э疲�诠�窬�媒ㄉ柚姓加兄匾�牡匚弧R虼耍�梢运档缙�远��际跏嵌ヌ炝⒌氐氖乱担�枪�窬�梅⒄购腿嗣裆�钏�教岣叩奈镏侍跫�� ?br> (一)、培养目标本专业培养德、智、体、美、劳全面发展,具有良好职业道德和综合业务素质,具备较强的创新意识和创业能力,掌握电气自动化技术、计算机控制技术的基础理论,能在生产、建设、管理、服务第一线从事常用电气自动化设备、常用电气设备、供配电系统和装置、计算机控制系统、PLC控制系统的安装、调试、运行和维护的实用型高技能专门人才。 (二)、培养要求及职业能力分析 1、培养要求:本专业主要学习电气自动化的专业技术知识,应具有较强的本专业技术应用能力。 2、职业能力分析 (1)具有良好的身体素质、职业道德和人文素质,较强的语言文字表达能力和一定的社会交往能力及继续学习能力。 (2)具有较强的用英语进行人际和人机交流能力,具有阅读和翻译本专业有关英文资料的能力。 (3)具有较强的在信息化社会中工作、学习、生活所必备的计算机应用能力;熟练使用电子电气CAD软件;掌握一门程序设计语言。 (4)具有分析和测试常见的电工电子线路,能设计一般电工电子应用线路,能熟练使用常规电工电子仪器、仪表,具有熟练的电工基本操作技能。 (5)熟悉常用低压电器的基本原理及使用;能熟练阅读电气控制线路的原理图与接线图;具有对常规电气设备、供配电设备等电气控制系统进行安装、调试、维护能力。 (6)具有正确选用、安装、调试、维护电力电子装置和典型交、直流调速系统的能力。 (7)具有熟练的可编程控制器应用能力。 (8)具有以嵌入式计算机数字控制技术为核心的新技术基本应用能力,对相应控制系统具有调试维护能力。 (9)具有对一般的机械零件图、产品装配图与机械、液压和气压传动系统回路的识读能力,了解常用机械设备的结构特点及工艺过程,了解常见的机械和电气的配合关系。 (10)了解企业管理的基本知识,具有一定的质量意识。 (三)、课程设置 课程设置共分五部分:公共必修课、专业必修课、专业限定选修课、专业选修课及公共选修课。 1、公共必修课包括:思想道德修养、法律基础、邓小平理论、马克思主义哲学、体育、英语、高等数学、计算机操作基础等。 2、专业必修课包括:电工基础、模拟电子技术、数字电子技术、电机及拖动基础、机械制图及公差、机械工程基础、嵌入式计算机原理及应用、C语言程序设计、自动检测与转换技术、现代电力电子技术、可编程序控制器应用、自动控制原理与系统、C语言、工厂电气控制技术、电子电气CAD、变配电技术、变频调速原理与应用、工业控制网络、DSP原理与应用及专业英语等。其中主干课程为:电工基础、模拟电子技术、数字电子技术、电机及拖动基础、嵌入式计算机原理及应用、自动检测与转换技术、现代电力电子技术、可编程序控制器应用、自动控制原理与系统等。 3、专业限选课包括:计算机控制技术、工业自动化仪表、控制电机、智能控制等。 4专业任选课包括:电工电子工艺、多媒体技术、楼宇自动化、计算机系统仿真、计算机维修、程序设计(VB)等。 5、公共选修课包括:包括两个能力模块:经济管理科学类和人文与社会科学类。 (四)、实践教学环节 1、专业主要实践教学包括:电工实验、模拟电子技术实验、数字电子技术实验、电机与电力拖动实验、可编程序控制器应用实验、嵌入式计算机原理实验、现代电力电子技术实验、电工基础课程设计、电子技术课程设计、嵌入式计算机原理课程设计、可编程序控制器应用课程设计、自控系统课程设计、综合系统实训、金工实习、电工电子实习、专业参观、综合生产实习、毕业设计等。 2、非专业实践教学包括:入学教育、军训、暑期社会实践、社团活动、体育活动、文艺活动等。 (五)、职业技能证书 本专业证书包含三个方面: 1、公共必修证书:PET、计算机一级证书。 2、专业必修证书:CAD初级、维修电工中级。 3、任选证书:CET四级证书、计算机三级证书(单片机方向)、CAD中级证书、维修电工高级证书、气液电控制技术。 (六)、本专业师资力量 学院拥有一支学术造诣高、教学经验丰富、实践能力强的师资队伍。电气自动化技术专业现有师资26人,其中副高职称以上有17人,“双师型”教师10人。能够满足公共基础课、专业基础课和专业课的理论及实践教学的需要。 二、职业前景 1、对口行业 电气自动化技术是传统而具有新内涵的专业,本专业培养拥护党的基本路线,德、智、体、美等全面发展,具备从事电气自动化技术所需要的理论知识和职业技术能力,主要在生产、建设、服务和管理等第一线工作的高级技术应用性专门人才。本专业的毕业生可就职于国防、航天、航空、航海、铁道、机械、轻工、化工、电子、电力、电信、钢铁、石油、矿山、煤炭、地质、勘测等广泛的工业、农业、科学研究领域,也可就职于现代物流及现代服务业。 2、就业前景 在上海市经济委员会的《上海制造业战略升级的行动纲要》中指出:加快推动制造业的战略升级是贯彻党的十六大精神,坚定地走新型工业化道路,实现向制造业强国转变的国家战略需要,也是上海建立新型产业体系,提高城市综合竞争力,坚持“四个中心”的客观要求。上海制造业战略升级的重点包括:高新技术产业重点发展电子信息和现代生物与现代医药制造业;交通运输设备制造业重点发展汽车、轨道交通、船舶、民用飞机;装备制造业重点发展大型成套设备、电站设备、新能源和新型环保设备制造业;原材料制造业重点发展石油化工和精细化工、精品钢材制造业;生产性服务业重点发展制造业物流、技术服务等产业;大力发展就业广、清洁型的都市型工业。根据电气自动化的内涵,上述产业无不包含电气自动化技术,同时也对电气自动化技术专业的人才提出了更高的要求。据上海市政府组织的《面向新世纪上海紧缺人才需求趋势与开发研究对策》的报告显示,复合型技术人才是紧缺的专业人才,而电气自动化技术专业是培养复合型技术人才的有效载体。可以预见在未来数年内,电气自动化专业毕业生就业前景良好。
北方自动控制技术研究所(North Automatic Control Technology Institute)50多年来,北方自动控制技术研究所发挥专业特长和技术优势,积极拓展国内国外两个市场,研究领域涉及自动控制、系统工程、计算机、综合电子信息工程、定位定向与导航、多传感信息处理与融合、多媒体信息传输与显示、计算机、人工智能与模式识别、仿真建模等,拥有“系统动态仿真实验室”等十多个现代化实验室,为提升科技自主创新能力奠定了技术基础。2007年迈入“山西省文明和谐单位标兵”行列。经过50多年的发展建设,北方自动控制技术研究所培育形成了“创新、拼搏、奉献”的精神和“务实、诚信、和谐”的理念,已经发展成为专业技术配套、人才结构合理、技术保障齐全的专业研究所。该所开发的矿用运输信、集、闭系统及煤矿机车监测报警器、系列机动车驾驶员理论考试计算机系统、智能桩考系统、数字温湿度智能监测控制系统、自动防眩目后视镜、称重监控管理系统等一系列产品,在全国广泛应用于电力、能源、安防、公安、交通、煤矿、企业信息化、自动测控等领域,得到广泛赞誉。 1.2007年获得国家兵器工业集团公司颁发的生产现场管理“达标单位”荣誉。2.2003年12月与国家人事部全国博士后管理委员会合作建立“博士后科研工作站”3.1999年获得山西省劳动竞赛委员会颁发的“山西省五一劳动奖状” 《火力与指挥控制》杂志为月刊,创刊于1976年,国际刊号:ISSN 1002-0640,国内刊号:CN 14-1138/TJ。由中华人民共和国信息产业部主管,中国国防工业火力与指挥控制研究会和中国兵器工业集团北方自动控制技术研究所主办,1986年开始向国内外公开发行。本刊主要栏目有:现代控制理论探讨与应用、系统分析、建模、评估方法的研究;新原理、新技术、新材料在系统实践中的应用;提高可靠性、维修性的方法与手段介绍;控制、解算、通讯、传感、伺服、稳定、计算机网络及软件等环节的实用技术。谌称是集学术性、知识性、信息性与实用性为一体的学术(专业)期刊。本刊所载文章覆盖了我国陆、海、空、航天火控指控的各个技术领域,其中许多文章对我国火控指控技术的发展和学术研究有重要的指导作用,其技术观点有许多在工程上付诸了实践。多年来,本刊连续被中国国防文献数据库、中国电子文献数据库、中国兵工文献数据库等国家级数据库收录,同时也是《中国电子科技文摘》、《中国导弹与航天文摘》、《全国报刊索引》等期刊的重要索引来源。本刊从1990年以来就被中国科技信息研究所列为科技论文统计用期刊,1992年起被列为全国武器工业类中文核心期刊,从1997年至今连续九年获省一级期刊且历年被评为部级优秀期刊。1999年分别被中国科学院文献情报中心、中国社会科学院文献信息中心、中国学术期刊(光盘版)等单位列为《中国学术期刊综合评价数据库》期刊、《中国科学引文数据库》期刊和《中国期刊网》全文收录期刊,2000年和2004年又被列为全国中文核心期刊,2005年被有关部门列为最具学术价值的500位期刊之一。 《电脑开发与应用》杂志由中国兵器工业部光电行业微电脑交流中心与北方自动控制技术研究所创刊于1985年。从1985年到1987年为试刊,1988年国家正式批准本刊国内刊号为:CN14-1133/TP。1988年获广告经营许可证。1989年归中国北方工业(集团)总公司计算机办公室主管。1989年北方自动控制技术研究所、计算所、信息中心、曙光仪器厂和海南省电子计算机公司签订了联合办刊协议书。1989年与太原市邮政局签订了邮发合同,改自办发行为邮局发行。1991年获准了国内外公开发行的批准,由全国发行转为全世界公开发行,并获国际标准连续刊号:ISSN 1003-5850。本刊自创办以来,办刊质量不断提高。1991年获得了1989~1990年度部级优秀期刊三等奖。1993年~1997年连续四届获得山西省一级期刊光荣称号。1994年和1996年连续两届获得第三届、第四届华北优秀期刊奖。1999年为适应发展和市场的需要,使信息更新,改季刊为月刊,并且向国标靠拢,改小16开为大16开版本。2001年以来又连续五届荣获山西省一级期刊的光荣称号。《电脑开发与应用》杂志创办近二十年来,发行十多个国家和地区,全国三十多个省市自治区全部覆盖。近几年,又被好多数据库和杂志收录,例如著名的中国核心期刊遴选数据库、中国学术期刊综合评价数据库及统计刊源期刊、中国期刊网、中国学术期刊(光盘版)、中国期刊全文数据库、万方数据库、中国电子科技文摘、中国电子科技文摘数据库等数十种刊物、数据库收录。
1基本概念
如图4-1所示框图说明了控制系统的基本概念,动作信号通过(经由)控制系统元件后,提供一个指示,此系统的目的就是将变量c控制于该指示内。一般来说,被控变量为系统的输出,而动作信号为系统的输入。举一个简单的例子,汽车的方向控制(Steering Control),两个前轮的方向可视为被控制变量,即输出;而其方向盘的位置可视为输入,即动作信号e。再如,若我们要控制汽车的速度,则加速器的压力总和为动作信号,而速度则视为被控变量。
图4-1基本控制系统框图
我们将需要控制的物理量称为系统的被控量或输出量。用来使系统具有预期性能或预期输出的激励信号定义为系统的控制量或输入量。而将那些使被控量偏离预期值的各种因素称为扰动量。自动控制过程就是设法消除扰动因素的影响,从而保持被控制量按预期要求变化的过程。
所以自动控制系统可以这样理解:任何一个系统,在没有人直接参与的情况下,通过控制装置使被控制对象或者过程自动按照预定的规律运行。
人类在掌握了简单的制造技术之后,就有了创造自动装置的想法,以便减轻或代替人类自身的劳动,这就是自动控制思想的最初来源。自动控制技术的发展过程大体经过了四个阶段:古代阶段、17—19世纪阶段、19世纪到“二战”阶段和“二战”以后阶段。这期间,经典控制理论、现代控制理论等从无到有地发展起来。
2自动控制技术的早期发展
在古代,大约公元前14世纪到公元前11世纪,世界上包括中国、埃及和巴比伦等文明古国由于生产发展对计量时间的需要,都出现了能够自动计时的漏壶。汉朝科学家张衡发明了浑天仪和地动仪,其模型外形图如图4-2所示,把自动控制思想应用到了天文观测仪器和地震观测仪器。三国时期出现了指南车,它是确定方位仪器中利用自动控制思想的成功示例。中国北宋时代(公元1086—1089年)苏颂和韩公廉制造的水运仪像台如图4-3所示,它是将用于天文观测的浑天仪和用于天文演示的浑象仪及自动计时装置结为一体的仪器。整个系统就是一个按负反馈原理构成的闭环非线性自动控制系统。
图4-2张衡地动仪模型外形图
图4-3水运仪像台
古埃及和古希腊都先后出现了半自动的简单机器,如教堂庙门自动开启装置、自动洒圣水的铜祭司、投币式圣水箱和在教堂门口自动鸣叫的青铜小鸟等自动装置,这些都是一些互不相关的原始自动装置,是一些个别的发明。17世纪以后,随着生产的发展和科学的进步,在欧洲出现了多种自动装置,其中包括:1642年法国物理学家帕斯卡发明了能自动进位的加法器;1657年荷兰机械师惠更斯发明了钟表;1745年英国机械师E.李发明了带有风向控制的风磨,这种风磨可以利用尾翼的调向作用使主翼对准风向;1765年俄国机械师波尔祖诺夫发明了浮子阀门式水位调节器,可以自动控制蒸汽锅炉的水位。这一时期,自动控制技术都是由于生产发展的需求而产生的。
1788年英国科学家瓦特(图4-4)发明了离心式节速器,也称作飞球调速器,如图4-5所示,用它来控制蒸汽机的蒸汽阀门,构成蒸汽机转速的闭环自动控制系统,从而实现了离心式节速器对蒸汽机转速的控制。瓦特的这项发明促进了近代自动调节装置的广泛应用,对由蒸汽机带来的第一次工业革命及以后的控制理论发展都有重要的影响。其他国家的发明还有:1854年俄国机械学家和电工学家康斯坦丁诺夫发明的电磁调速器;1868年法国工程师法尔科发明了反馈调节器,通过它来调节蒸汽阀,操纵蒸汽船的舵,这就是后来得到广泛应用的伺服机构。在1868年以前,自动化技术只是一些个别的发明和简单的应用,所以把它称作第一阶段。在1868年之后,逐渐开始了对自动控制系统的理论分析和大规模的广泛应用,所以把它称作第二阶段。
图4-4瓦特
图4-5瓦特离心式节速器对蒸汽机的控制示意图
1—蒸汽机;2—蒸汽阀;3—调速器;4—负荷
3自动控制理论的早期发展
各种简单的自动控制装置都可以改进生产技术,提高生产效率。虽然这种技术的发明在18世纪以前经历了漫长的历史过程,还没有理论分析和数学描述,但是它们对自动化技术的形成起到了先导作用,都是从实际经验中总结出来的。17—18世纪是自动化技术的逐渐形成时期,接下来是近代自动化技术的发展时期,数学描述和理论分析起到了至关重要的作用。人们最初遇到的是自动调节器的稳定性问题,由于瓦特发明的离心式调速器有时会造成系统的不稳定,使蒸汽机产生剧烈振荡;到19世纪又发现了船舶上自动操舵机的稳定性问题。这些问题引起了人们的广泛关注,一些数学家尝试用微分方程来描述和分析系统的稳定性问题。对自动控制系统最初的数学描述是英国物理学家麦克斯韦(图4-6),他在1868年发表了《论调速器》的文章,该文章总结了无静差调速器的理论。
1877年英国数学家劳斯(E.J.Routh)提出了著名的劳斯稳定判据,它是一种代数稳定判据,可以根据微分方程的系数来判定控制系统的稳定性。1895年德国数学家A.胡尔维茨(图4-7)提出著名的胡尔维茨稳定判据,它是另一种形式的代数稳定判据。劳斯—胡尔维茨稳定判据是能预先根据传递函数或微分方程判定调节器稳定性的重要判据。1892年俄国数学家李雅普诺夫发表了《论运动稳定性的一般问题》的专著,以数学语言形式给运动稳定性的概念下了严格的定义,给出了判别系统稳定的两种方法。
图4-6麦克斯韦
图4-7胡尔维茨
进入20世纪以后,由于工业革命的需要,人们开始采用自动控制装置,来解决工业生产中提出的控制问题。自动控制器的应用标志着自动化技术进入新的历史时期。在这一时期中,控制器都是一些跟踪给定值的装置,使一些物理量保持在给定值附近。工业生产中广泛应用各种自动控制装置,促进了对调节系统进行分析和综合的研究工作。到了20世纪20年代以后,美国开始采用比例、积分、微分调节器,简称PID调节器。PID调节器是一种模拟式调节器,现在还有许多工厂采用这种调节器。在20世纪最初的20年里,自动控制器中已广泛应用反馈控制的结构。从20世纪20年代开始,越来越多的人开始致力于从理论上研究反馈控制系统。
1925年英国电气工程师O.亥维赛把拉普拉斯变换应用到求解电网络的问题上,运用微积分,求得瞬态过程。1927年美国贝尔电话实验室在解决电子管放大器失真问题时,电气工程师H.S.布莱克从电信号的角度引入了反馈的概念。1932年美国电信工程师奈奎斯特(图4-8)提出了著名的奈奎斯特稳定判据,可以直接根据系统的传递函数画出奈奎斯特图,用来判定反馈系统的稳定性。1938年苏联电气工程师米哈伊洛夫应用频率法研究自动控制系统的稳定性,提出著名的米哈伊洛夫稳定判据。
图4-8奈奎斯特
随着自动控制理论的发展,程序控制、逻辑控制和自动机的思想得到了发展。1833年英国数学家C.巴贝奇在设计分析自动机时首先提出程序控制的概念,他尝试采用法国发明家J.M.雅卡尔设计的编织地毯花样用的穿孔卡方法实现分析机的程序控制。1936年英国数学家图灵研制了著名的图灵机,成为现代数字电子计算机的雏形。他用图灵机定义可计算函数类,并建立了算法理论和自动机理论。1938年美国电气工程师香农和日本数学家中岛,以及1941年苏联科学家舍斯塔科夫,分别独立地建立了逻辑自动机理论,用仅有两种工作状态的继电器组成了逻辑自动机,实现了逻辑控制。此外,香农还建立了信息论。
4经典控制理论的形成
自动控制技术的发展历史是一部人类以自己的聪明才智延伸和扩展器官功能的历史。自动化是现代科学技术和现代工业的结晶,它的发展充分体现了科学技术的综合应用。自动控制技术是随着社会的需要而发展起来的,尤其是随着生产设备和军事设备的控制,以及航空航天工业的需要而发展起来的。第二次世界大战时期形成的经典控制理论对战后发展自动控制技术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。
第二次世界大战期间,反馈控制方法被广泛用于设计研制飞机自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达天线控制系统以及其他军用系统(图4-9)。这些系统的复杂性和对快速跟踪、精确控制的高性能追求,迫切要求拓展已有的控制技术,导致了许多新的见解和方法的产生,同时还促进了对非线性系统、采样系统以及随机控制系统的研究。
1945年美国数学家维纳(图4-10)把反馈的概念推广到一切控制系统,1948年维纳发表《控制论》一书,为控制论奠定了基础。同年,美国电信工程师香农发表《通信的数学理论》,为信息论奠定了基础。维纳和香农从控制和信息这两个侧面来研究系统的运动,维纳还从信息的观点来研究反馈控制的本质。从此人们对反馈和信息有了较深刻的理解。1954年中国系统科学家钱学森全面地总结了经典控制理论,并进一步把它提高到更高的理论高度上,在美国出版《工程控制论》一书。工程控制论的目的是研究控制论这门学科中能够直接用在工程上设计受控系统的那些部分。工程控制论使人们有可能具备更广阔的眼界,用更系统的方法来观察有关的问题,因而往往可以得到解决旧问题的更有效的新方法,还可能揭示新的以前没有看到过的前景。
图4-9第二次世界大战时期的雷达
图4-10维纳
这一新的学科当时在美国称为伺服机构理论,在苏联称为自动调整理论,主要是解决单变量的控制问题。当时在分析和设计反馈伺服系统时广泛采用传递函数和频率响应的概念。最常用的方法是奈奎斯特法(1932)、波德法(1945)和埃文斯法(1948)。埃文斯法又称根轨迹法,是美国电信工程师W.R.Ewans于1948年提出来的,在20世纪30—40年代为适应单变量调节和随动系统的设计而发展起来的频率法奠定了经典控制理论的基础,后来频率法成为分析和设计线性自动控制系统的主要方法。这种方法不仅能定性地判明设计方向,而且它本身就是近似计算的简便工具。因此,对于在很大程度上仍然需要依靠经验和尝试的控制系统的工程设计问题来说,这种方法是特别有效和特别受欢迎的。
经典控制理论这个名称是1960年在第一届全美联合自动控制会议上提出来的。在这次会议上把系统与控制领域中研究单变量控制问题的学科称为经典控制理论;把系统与控制领域中研究多变量控制问题的学科称为现代控制理论。
1952年,首台数控机床诞生,数控机床技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征。数控机床如图4-11所示。
20世纪40年代中期发明的电子数字计算机开创了数字程序控制的新纪元,虽然当时还局限于自动计算方面,但为60—70年代自动化技术的飞速发展奠定了基础。
1961年,世界上首台工业机器人(图4-12)诞生,这对工业生产线的自动化产生了巨大的推动作用。
图4-11数控机床
图4-12工业机器人
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年国际自动控制联合会(IFAC)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。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。
5现代控制理论和技术的形成和发展
20世纪50年代以后,经典控制理论有了许多新的发展。各种新的理论和方法,逐渐渗入控制理论的研究中来。但是到了50年代末就发现把经典控制理论的方法推广到多变量系统时会得出错误的结论,经典控制理论的方法有其局限性,为了解决和克服遇到的问题,现代控制理论应运而生。
1)系统辨识﹑建模与仿真
现代控制理论中最优控制器的设计﹑观察器的设计和零极点配置等都是在已知系统的动态方程或状态方程的前提下进行的。这些系统综合方法往往选择一种使用方便的描述形式,而不考虑如何获得这些数学模型。在实际应用中系统的模型往往是未知的。对于复杂系统用已知的物理规律来建立模型常常遇到难以克服的困难。于是根据系统的输入输出数据来建立数学模型的方法便发展起来,逐步形成了系统辨识的理论和方法。
在分析﹑综合和设计自动控制系统的过程中除了应用理论进行计算以外,常常要对系统的特性进行试验研究。显然,在系统未建立前是不可能对系统进行试验的。对于已有的系统,如果系统十分复杂,在实际系统上进行试验,不论出于经济还是安全的考虑,都是不能允许的,有时甚至是不可能的。为此,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,通常把这种试验过程称为系统仿真。现在系统辨识﹑建模和仿真已成为系统和控制领域中十分活跃的重要学科。
2)自适应控制和自校正调节器
50年代初为了设计飞机的自动导航系统,使其能在较宽的速度和高度范围内飞行,开始重视自适应控制的研究。60年代控制理论的发展加深了对自适应过程的理解。自适应控制可用随机递推过程来描述。到了70年代由于微电子学有了新的突破,可用简单而经济的方法来实现自适应控制。目前对于参数自适应控制已研究出三种方法,即增益调整法﹑模型参考法和自校正调节器。
3)遥测﹑遥控和遥感
19世纪末已出现了远距离测量和控制的尝试。20世纪20年代遥测和遥控开始达到实用阶段,用于铁路上信号和道岔的控制。1930年发送了世界上第一个无线电高空探测仪,用以测量大气层的气象数据。这是第一台比较完善的无线电遥测设备。到了40年代,大电力系统,石油﹑天然气管道输送系统和城市公用事业系统都需要通过遥测﹑遥信﹑遥控﹑遥调来对地理上分散的对象进行集中监控,促进了遥测遥控系统的发展。苏联和东欧各国把这类系统称为远动系统。
遥测就是对被测对象的某些参数进行远距离测量,一般是由传感器测出被测对象的某些参数并转变成电信号,然后应用多路通信和数据传输技术,将这些电信号传送到远处的遥测终端,进行处理﹑显示及记录。遥信则是对远距离被测对象的工作极限状态(是否工作或工作是否正常)进行测量。遥控就是对被控对象进行远距离控制。遥控技术综合应用自动控制技术和通信技术,来实现远距离控制,并对远距离被控对象进行监测。其中对远距离被控对象的工作状态的调整称为遥调。对按一定导引规律运动的被控对象进行远距离控制则称为制导,即控制和导引,在航天﹑航空和航海上有广泛的应用。
60年代以后遥感技术得到了迅速的发展。遥感就是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来的电磁波,利用这些数据来获得关于目标物的信息。以飞机为主要运载工具的航空遥感发展到以地球卫星和航天飞机为主要运载工具的航天遥感以后,使人们能从宇宙空间的高度上大范围地周期性地快速地观测地球上的各种现象及其变化,从而使人类对地球资源的探测和对地球上一些自然现象的研究进入了一个新的阶段,现已应用在农业﹑林业﹑地质﹑地理﹑海洋﹑水文﹑气象﹑环境保护和军事侦察等领域。
4)综合自动化
50年代末到60年代初,开始出现电子数字计算机控制的自动化工厂,60年代末在制造工业中出现了许多自动化生产线(图4-13),工业生产开始由局部自动化向综合自动化方向发展。70年代以来微电子技术﹑计算机技术和机器人技术的重大突破,促进了综合自动化的迅速发展。过程控制方面,1975年开始出现集散型控制系统,使过程自动化达到很高的水平。制造工业方面,在采用成组技术﹑数控机床﹑加工中心和群控的基础上发展起来的柔性制造系统(FMS)及计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)系统成为工厂自动化的基础。70年代开发出来的一批工业机器人﹑感应式无人搬运台车﹑自动化仓库和无人叉车成为综合自动化的强有力的工具。柔性制造系统是从60年代开始研制的,1972年美国第一套柔性制造系统正式投入生产。70年代末到80年代初柔性制造系统得到迅速的发展,普遍采用搬运机器人和装配机器人。1982年10月在英国的普赖顿召开第一届柔性制造系统国际会议。
图4-13自动化生产线
5)大系统理论的诞生
系统和控制理论的应用从60年代中期开始逐渐从工业方面渗透到农业﹑商业和服务行业,以及生物医学﹑环境保护和社会经济各个方面。由于现代社会科学技术的高度发展出现了许多需要综合治理的大系统,现代控制理论又无法解决这样复杂的问题,系统和控制理论急待有新的突破。在计算机技术方面,60年代初开始发展数据库技术,1970年提出关系数据库,到80年代数据库技术已经达到相当的水平。60年代末计算机技术和通信技术相结合产生了数据通信。1969年美国国防部高级研究局的阿帕网(ARPA)的第一期工程投入使用取得成功,开创了计算机网络的新纪元。数据库技术和计算机网络为80年代实现管理自动化创造了良好的条件。管理自动化的一个核心问题是办公室自动化,这是从70年代开始发展起来的一门综合性技术,到80年代已初步成熟。办公室自动化为管理自动化奠定了良好的基础。
国际自动控制联合会(IFAC)于1976年在意大利的乌第纳召开了第一届大系统学术会议,于1980年在法国的图鲁兹召开第二届大系统学术会议。美国电气与电子工程师学会(IEEE)于1982年10月在美国弗吉尼亚州弗吉尼亚海滩举行了一次国际大系统专题讨论会。1980年在荷兰正式出版国际性期刊《大系统──理论与应用》。这些活动标志着大系统理论的诞生。
6)人工智能和模式识别
用机器来模拟人的智能,虽然是人类很早以前就有的愿望,但其实现还是从有了电子计算机以后才开始的。1936年,图灵提出了用机器进行逻辑推理的想法。50年代以来,人工智能的研究是基于充分发挥计算机的用途而展开的。
早期的人工智能研究是从探索人的解题策略开始,即从智力难题﹑弈棋﹑难度不大的定理证明入手,总结人类解决问题时的心理活动规律,然后用计算机模拟,让计算机表现出某种智能。1948年美国数学家维纳在《控制论》一书的附注中首先提出制造弈棋机的问题。1954年美国国际商业机器公司(IBM)的工程师塞缪尔应用启发式程序编成跳棋程序,存储在电子数字计算机内,制成能积累下棋经验的弈棋机。1959年该弈棋机击败了它的设计者。1956年赫伯特·西蒙和艾伦·纽厄尔等研制了一个称为逻辑理论家的程序,用电子数字计算机证明了怀特海和罗素的名著《数学原理》第二章52条定理中的33条定理。1956年M.L.明斯基、J.麦卡锡、纽厄尔、西蒙等10位科学家发起在达特茅斯大学召开人工智能学术讨论会,标志人工智能这一学科正式诞生。1960年人工智能的4位奠基人,即美国斯坦福大学的麦卡锡、麻省理工学院的明斯基、卡内基梅隆大学的纽厄尔和西蒙组成了第一个人工智能研究小组,有力地推动了人工智能的发展。从1967年开始出版不定期刊物《机器智能》,共出版了9集。从1970年开始出版期刊《人工智能》。从1969年开始每两年举行一次人工智能国际会议(IJCAI)。这些活动进一步促进了人工智能的发展。70年代以来微电子技术和微处理机的迅速发展,使人工智能和计算机技术结合起来。一方面在设计高级计算机时广泛应用人工智能的成果,另一方面又利用超级微处理机实现人工智能,大大地加速了人工智能的研究和应用。人工智能的基础是知识获取﹑表示技术和推理技术,常用的人工智能语言则是LISP语言和PROLOG语言,人工智能的研究领域涉及自然语言理解﹑自然语言生成﹑机器视觉﹑机器定理证明﹑自动程序设计﹑专家系统和智能机器人等方面。人工智能已发展成为系统和控制研究的前沿领域。
1977年E.A.费根鲍姆在第五届国际人工智能会议上提出了知识工程问题。知识工程是人工智能的一个分支,它的中心课题就是构造专家系统。1973—1975年费根鲍姆领导斯坦福大学的一个研究小组研制成功一个用于诊治血液传染病和脑膜炎的医疗专家系统MYCIN,能学习专家医生的知识,模仿医生的思维和诊断推理,给出可靠的诊治建议。1978年费根鲍姆等人研制成功水平很高的化学专家系统DENDRAL。1982年美国学者W.R.纳尔逊研制成功诊断和处理核反应堆事故的专家系统REACTOR。中国也已经研制成功中医专家系统和蚕育种专家系统。现在专家系统已应用在医学﹑机器故障诊断﹑飞行器设计﹑地质勘探﹑分子结构和信号处理等方面。
为了扩大计算机的应用,使计算机能直接接受和处理各种自然的模式信息,即语言﹑文字﹑图像﹑景物等,模式识别研究受到人们的重视。1956年,塞尔弗里奇等人研制出第一个字符识别程序,随后出现了字符识别系统和图像识别系统,并形成了以统计法和结构法为核心的模式识别理论,语音识别和自然语言理解的研究也取得了较大进展,为人和计算机的直接通信提供了新的接口。
60年代末到70年代初美国麻省理工学院﹑美国斯坦福大学和英国爱丁堡大学对机器人学进行了许多理论研究,注意到把人工智能的所有技术综合在一起,研制出智能机器人,如麻省理工学院和斯坦福大学的手眼装置﹑日立公司有视觉和触觉的机器人等。由于机器人在提高生产率,把人从危险﹑恶劣等工作条件下替换出来,扩大人类的活动范围等方面显示出极大的优越性,所以受到人们的重视。机器人技术发展很快,并得到越来越广泛的应用,并在工业生产﹑核电站设备检查﹑维修﹑海洋调查﹑水下石油开采﹑宇宙探测等方面大显身手,正在研究中的军用机器人也具有较大的潜在应用价值。关于机器人的设计﹑制造和应用的技术形成了机器人学。
总结人工智能研究的经验和教训,人们认识到,让机器求解问题必须使机器具有人类专家解决问题的那些知识,人工智能的实质应是如何把人的知识转移给机器的问题。1977年,费根鲍姆首倡专家系统和知识工程,于是以知识的获取﹑表示和运用为核心的知识工程发展起来。自70年代以来,人工智能学者已研制出用于医疗诊断﹑地质勘探﹑化学数据解释和结构解释﹑口语和图像理解﹑金融决策﹑军事指挥﹑大规模集成电路设计等各种专家系统。智能计算机﹑新型传感器﹑大规模集成电路的发展为高级自动化提供了新的控制方法和工具。
50年代以来,在探讨生物及人类的感觉和思维机制,并用机器进行模拟方面,取得一些进展,如自组织系统﹑神经元模型﹑神经元网络脑模型等,对自动化技术的发展有所启迪。同一时期发展起来的一般系统论﹑耗散结构理论﹑协同学和超循环理论等对自动化技术的发展提供了新理论和新方法。
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