5-控制与自动化技术的应用范畴课件.ppt

1、5 控制与自动化技术的应用范畴控制与自动化技术的应用范畴5.2 机械制造自动化机械制造自动化 5.3 过程工业自动化过程工业自动化5.4 电力系统自动化电力系统自动化 5.5 飞行器控制飞行器控制 5.6 智能建筑智能建筑 5.7 智能交通系统智能交通系统 5.8 生物控制生物控制 5.9 生态与环境控制生态与环境控制5.10 社会经济控制社会经济控制5.11 大系统控制与系统工程大系统控制与系统工程5.1 引言引言 控制与自动化是不断发展的高、新科学技术，对人类生产、控制与自动化是不断发展的高、新科学技术，对人类生产、生活和科学研究有着非常重要的影响。控制与自动化技术发展生活和科学研究有着非

2、常重要的影响。控制与自动化技术发展至今，可以说是已从至今，可以说是已从“人类手脚的延伸人类手脚的延伸”扩展到扩展到“人类大脑的人类大脑的延伸延伸”。控制与自动化技术时时在为人类。控制与自动化技术时时在为人类“谋谋”福利，可谓无福利，可谓无所不在、无处没有。所不在、无处没有。 5.2 机械制造自动化机械制造自动化 机械制造是现代工业重要的组成部分，对国民经济建机械制造是现代工业重要的组成部分，对国民经济建设有非常巨大的影响。机械制造自动化技术从设有非常巨大的影响。机械制造自动化技术从20世纪世纪50年年代至今，经历了单机自动化、刚性生产线，数控机床、加代至今，经历了单机自动化、刚性生产线，数控机

3、床、加工中心和柔性生产线、柔性制造三个阶段，正向计算机集工中心和柔性生产线、柔性制造三个阶段，正向计算机集成制造成制造(CIM)发展发展。 5.2.1 数控技术和数控系统数控技术和数控系统 在产品加工中，大批量生产的零件并不很多。据统计，在产品加工中，大批量生产的零件并不很多。据统计，单件与小批量生产的零件约占机械加工总量的单件与小批量生产的零件约占机械加工总量的80%以上。以上。对这些多品种、加工批量小、零件形状复杂、精度要求高对这些多品种、加工批量小、零件形状复杂、精度要求高的零件的加工，采用专业化程度很高的自动机床和自动生的零件的加工，采用专业化程度很高的自动机床和自动生产线就显得很不合

4、适。因为在市场经济的大潮中，必须经产线就显得很不合适。因为在市场经济的大潮中，必须经常开发新产品，频繁地更新换代。常开发新产品，频繁地更新换代。 输 入 设 备程 序输 出 设 备计 算 机 数 字 控 制 装 置（ CNC装 置 ）可 编 程 逻 辑 控制 器 (PC)主 轴 控 制 单 元速 度 控 制 单 元主 轴 电 机机 床进 给 电 机位 置 检 测 器图图5.1 计算机数计算机数控系统结构图控系统结构图 数字控制（简称数控）数字控制（简称数控）灵活、通用、高精度、高效率的灵活、通用、高精度、高效率的“柔性柔性”自动化制造技术自动化制造技术 一种灵活、通用、高精度、高效率的一种灵活

5、、通用、高精度、高效率的“柔性柔性”自动化生产技自动化生产技术术数字控制（简称数控）技术在这种情况下应运而生。数字控制（简称数控）技术在这种情况下应运而生。 简单地说，简单地说，数控技术数控技术是一门以数字的形式实现控制的技术。是一门以数字的形式实现控制的技术。 计算机数字控制系统计算机数字控制系统是由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置、可是由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置、可编程序控制器编程序控制器(PC)、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成，如图、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成，如图5.l所示。所示。5.2.2 柔性制造系统柔性制造系统(FMS) 柔性制造系统柔性制造系统（简称

6、（简称FMS）是在计算机直接数控）是在计算机直接数控(DNC)基础上发展起来的一种高度自动化加工形式。它是由统一的基础上发展起来的一种高度自动化加工形式。它是由统一的控制系统和输送系统连接起来的一组加工设备，包括数控机控制系统和输送系统连接起来的一组加工设备，包括数控机床、材料和工具自动运输设备、产品零件自动传输设备、自床、材料和工具自动运输设备、产品零件自动传输设备、自动检测和试验设备等，不仅能进行自动化生产，而且还能动检测和试验设备等，不仅能进行自动化生产，而且还能在在定范围内完成不同工件的加工任务。定范围内完成不同工件的加工任务。 柔性制造系统柔性制造系统一般包括以下要素：一般包括以下要

7、素：(1) 标准的数控机床标准的数控机床或制造单元。（制造单元是指具有自动上下料功能或具有或制造单元。（制造单元是指具有自动上下料功能或具有多个工位的加工型及装配型的数控机床）；多个工位的加工型及装配型的数控机床）；(2) 在机床和装在机床和装卡工位之间运送零件和刀具的传送系统；卡工位之间运送零件和刀具的传送系统；(3) 发布指令，协发布指令，协调机床、工件和刀具传送装置的监控系统；调机床、工件和刀具传送装置的监控系统；(4) 中央刀具库中央刀具库及其管理系统；及其管理系统；(5) 自动化仓库及其管理系统。自动化仓库及其管理系统。 由统一的控制系统由统一的控制系统和输送系统连接起来的和输送系统

8、连接起来的一组加工设备，包括数一组加工设备，包括数控机床、材料和工具自控机床、材料和工具自动运输设备、产品零件动运输设备、产品零件自动传输设备、自动检自动传输设备、自动检测和试验设备等，不仅测和试验设备等，不仅能进行自动化生产，而能进行自动化生产，而且还能在且还能在定范围内完定范围内完成不同工件的加工任务。成不同工件的加工任务。 柔性制造系统由加工系统、物流系统、中央管理系统组成。柔性制造系统由加工系统、物流系统、中央管理系统组成。自动输送车中央管理和控制计算机物流控制装置夹具站自动 化仓 库工厂主计算机信息传输网库具CNC机床机器人附属工作站CNC机床机器人附属工作站制造单元刀图图5.2 5

9、.2 柔性制造系统结构图柔性制造系统结构图 5.2.3 计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS) 计算机集成制造系统计算机集成制造系统是是在自动化技术、计算机技术在自动化技术、计算机技术及制造技术的基础上，通过及制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工计算机及其软件，将制造工厂全部生产活动（设计、制厂全部生产活动（设计、制造及经营管理，包括市场调造及经营管理，包括市场调研、生产决策、生产计划、研、生产决策、生产计划、生产管理、产品开发、产品生产管理、产品开发、产品设计、加工制造以及销售经设计、加工制造以及销售经营等）与整个生产过程有关营等）与整个生产过程有关的物料流与信息流实现高

10、度的物料流与信息流实现高度统一的综合化管理，构成一统一的综合化管理，构成一个个优化的完整的生产系统优化的完整的生产系统。 经营决策管理系统计算机辅助设计与制造柔性制造单元与系统图图5.3 计算机集成制造系计算机集成制造系统组成框图统组成框图 5.3 过程工业自动化过程工业自动化 在连续型工业中，主要对系统的温度，压力、流量、在连续型工业中，主要对系统的温度，压力、流量、液位（料位）、成分和物性等六大参数进行控制的工业，液位（料位）、成分和物性等六大参数进行控制的工业，称之为称之为过程工业过程工业 。 过程工业过程工业包括电力、石油化工、化工、造纸、冶金、包括电力、石油化工、化工、造纸、冶金、制

11、药、轻工等国民经济中举足轻重的许多工业。制药、轻工等国民经济中举足轻重的许多工业。 5.3.1 过程工业自动化的研究内容及特点过程工业自动化的研究内容及特点 工业生产过程的自动控制称为工业生产过程的自动控制称为过程控制过程控制，它是过程工业，它是过程工业自动化的核心内容。自动化的核心内容。过程控制过程控制研究过程工业生产过程的描述、研究过程工业生产过程的描述、模拟、仿真、设计、控制和管理，旨在进一步改善工艺操作，模拟、仿真、设计、控制和管理，旨在进一步改善工艺操作，提高自动化水平，优化生产过程，加强生产管理，最终显著提高自动化水平，优化生产过程，加强生产管理，最终显著地增加经济效益。地增加经济

12、效益。 早期的早期的过程控制系统过程控制系统主要采用基地式仪表、气动单元主要采用基地式仪表、气动单元组合式仪表、电动单元组合式仪表等传统技术工具。组合式仪表、电动单元组合式仪表等传统技术工具。 但随着但随着微处理器微处理器和工业计算机技术的发展，目前广泛和工业计算机技术的发展，目前广泛采用可编程单回路、多回路调节器以及采用可编程单回路、多回路调节器以及分布式计算机控制分布式计算机控制系统系统 (Distributed Computer Control System，简称，简称DCS)。近年来迅速发展起来的近年来迅速发展起来的现场总线网络控制系统现场总线网络控制系统(FCS)，更，更是控制技术和

13、计算机技术高度结合的产物。是控制技术和计算机技术高度结合的产物。 5.3.2 基于计算机技术的过程控制系统基于计算机技术的过程控制系统生产过程数字计算机A/D转换D/A转换操作台扰动控制变量输出变量控制台控制台过程控制计算机控制单元控制单元多路采集器可编程逻辑控制器数据通道工程师/操作员控制台其他系统 图图5.5 分布式计算机分布式计算机控制系统控制系统图图5.4 直接数字控制直接数字控制系统系统图图5.6 计算机集成生产系统的结构模型计算机集成生产系统的结构模型 决策信息管理信息调度信息工况信息经营决策管理系统生产调度监控系统测量信息控制系统生产过程利润最大生产管理经营管理优化调度高等控制操

14、作优化故障诊断复杂控制常规控制信 息控 制目 标决策层管理层调度层监控层控制层生产过程计算机生产过程计算机集成控制系统集成控制系统是是一种综合自动化系一种综合自动化系统。目的是要使企统。目的是要使企业用最短的周期、业用最短的周期、最低的成本、最优最低的成本、最优的质量，生产出适的质量，生产出适销对路的产品，以销对路的产品，以获取最大的经济效获取最大的经济效益，增强国内外市益，增强国内外市场的竞争能力。场的竞争能力。 其实质就是将过程控制、计划调度、经营管理和市场销售等信息进其实质就是将过程控制、计划调度、经营管理和市场销售等信息进行集成，并求得全局优化行集成，并求得全局优化 5.4 电力系统自

15、动化电力系统自动化 5.4.1 安全供电离不开自动化安全供电离不开自动化 5.4.2 经济运营需要开自动化经济运营需要开自动化 对于火力发电厂，不但要考虑每个电厂的煤耗量，更要对于火力发电厂，不但要考虑每个电厂的煤耗量，更要 考虑考虑电厂的煤耗微增率（即增加单位负荷所需的煤耗量）。此外，还要电厂的煤耗微增率（即增加单位负荷所需的煤耗量）。此外，还要考虑不同电厂在输电过程中的不同线路损耗。电力系统形成复杂的考虑不同电厂在输电过程中的不同线路损耗。电力系统形成复杂的联网时，需要依靠自动化和计算机来实现联网时，需要依靠自动化和计算机来实现最优经济运营最优经济运营。 对于单个的火力发电系统，为了保障发

16、电机的安全，需要采用对于单个的火力发电系统，为了保障发电机的安全，需要采用自动装置进行过电压保护、过电流保护、接地保护、功率反向保护自动装置进行过电压保护、过电流保护、接地保护、功率反向保护或差动保护。对汽温、汽压、真空度、水位、炉膛压力、燃烧情况或差动保护。对汽温、汽压、真空度、水位、炉膛压力、燃烧情况以及汽轮发电机的电流、电压、轴承温度等等参数需要进行检测和以及汽轮发电机的电流、电压、轴承温度等等参数需要进行检测和监控监控。 由不同规模、不同性质的电力系统形成由不同规模、不同性质的电力系统形成复杂的联网复杂的联网已经成为电已经成为电力系统发展的必然趋势。力系统发展的必然趋势。5.4.3 供

17、电质量的自动化要求供电质量的自动化要求 供电质量主要指供电质量主要指电压质量电压质量和和频率质量频率质量。我国电力系统的。我国电力系统的频率标准频率标准是是50hz，频率下降时，鼓风机出力减少，锅炉给水，频率下降时，鼓风机出力减少，锅炉给水泵打不上水，火力发电厂的锅炉将不能运行；油泵不能供应泵打不上水，火力发电厂的锅炉将不能运行；油泵不能供应轴承润滑油，汽轮发电机的轴瓦将被烧坏。频率变化对电子轴承润滑油，汽轮发电机的轴瓦将被烧坏。频率变化对电子设备的影响更大。设备的影响更大。 但频率变化是电力系统内但频率变化是电力系统内电力盈亏电力盈亏的标志。电力系统内的标志。电力系统内发电出力多于用电量时，

18、多余的电力转化为加速电机转速的发电出力多于用电量时，多余的电力转化为加速电机转速的动能，动能，频率将加快频率将加快；发电不足时，发电机付出动能来满足用；发电不足时，发电机付出动能来满足用电的需要，电的需要，频率将下降频率将下降。所以，电力系统运行中，需要。所以，电力系统运行中，需要自动自动调频装置调频装置来保持电力的正常盈亏平衡，根据实际情况及时自来保持电力的正常盈亏平衡，根据实际情况及时自动调节电力系统的出力或限制负荷。动调节电力系统的出力或限制负荷。 电压质量电压质量直接影响到用户的用电质量。电压直接影响到用户的用电质量。电压过高过高会损害会损害用电电器，或响应其寿命；电压过低则电灯不亮，

19、荧光灯不用电电器，或响应其寿命；电压过低则电灯不亮，荧光灯不能启动，甚至会由于转矩不够而烧坏电动机。能启动，甚至会由于转矩不够而烧坏电动机。 1965年年11月月9日下午日下午5点点16分分11秒，纽约一条线路的后备保秒，纽约一条线路的后备保护误动作把线路开关跳开，负荷转加给了其他四条线路，使它护误动作把线路开关跳开，负荷转加给了其他四条线路，使它们先后在们先后在2.72秒内断开。于是贝克水电站的发电机由于失去负荷秒内断开。于是贝克水电站的发电机由于失去负荷而加速，而加速，频率上升频率上升，电力向纽约州强送，使纽约州涌进了大量，电力向纽约州强送，使纽约州涌进了大量电力，在大约电力，在大约1.5

20、秒内，这些线路的过负载保护先后动作而断开，秒内，这些线路的过负载保护先后动作而断开，造成纽约市缺电大约造成纽约市缺电大约130万万kw，从而又使附近纽泽西州的电力向，从而又使附近纽泽西州的电力向纽约市涌进了纽约市涌进了100万万kw，以至，以至电压和频率电压和频率不能平衡。几分钟内，不能平衡。几分钟内，该区内该区内频率下降频率下降，电厂的风机和水泵出力降低，甚至停转，发，电厂的风机和水泵出力降低，甚至停转，发电机只得相继断开。由于润滑泵停运，区内三台大机组因轴承电机只得相继断开。由于润滑泵停运，区内三台大机组因轴承损坏损坏而停运，最终导致而停运，最终导致全市停电全市停电。高楼电梯、地铁、交通信

21、号。高楼电梯、地铁、交通信号灯以至路灯等都不工作，全市大乱。灯以至路灯等都不工作，全市大乱。断电时间长达断电时间长达13.5小时小时。 由此可知，先进、可靠的由此可知，先进、可靠的电力自动化系统电力自动化系统是多么重要和必是多么重要和必要！要！ 5.4.4 从一次停电事故看电力系统自动化从一次停电事故看电力系统自动化5.5 飞行器控制飞行器控制 5.5.1 导弹控制系统的功用导弹控制系统的功用 5.5.2 导航系统导航系统 5.5.3 制导系统制导系统 5.5.4 姿态控制系统姿态控制系统 5.5.5 飞行控制电子综合系统飞行控制电子综合系统 5.5.6 测试与发射控制系统测试与发射控制系统

22、现代现代飞行器飞行器有很多种类，例如有飞机、导弹、人造卫星、有很多种类，例如有飞机、导弹、人造卫星、直升机、运载火箭、宇宙飞船、航天飞机等。现代飞行器有直升机、运载火箭、宇宙飞船、航天飞机等。现代飞行器有很多种类，例如有飞机、导弹、人造卫星、直升机、运载火很多种类，例如有飞机、导弹、人造卫星、直升机、运载火箭、宇宙飞船、航天飞机等。不同种类的飞行器具有不同的箭、宇宙飞船、航天飞机等。不同种类的飞行器具有不同的用途，同一种飞行器也由于功能、性能不同而分为不同类型。用途，同一种飞行器也由于功能、性能不同而分为不同类型。飞行器飞行器控制的内容非常丰富控制的内容非常丰富 ： 5.5.1 导弹控制系统的

23、功用导弹控制系统的功用飞行器控制系统飞行控制系统测试发射控制系统导航系统制导系统姿态控制系统电子综合系统测试系统发射控制系统监视控制系统图图5.7 飞行器控制系统的构成飞行器控制系统的构成 导弹控制系统导弹控制系统的的主要任务是：控制导主要任务是：控制导弹有效载荷的投掷精弹有效载荷的投掷精度（命中精度）；对度（命中精度）；对飞行器实施姿态控制，飞行器实施姿态控制，保证在各种条件下的保证在各种条件下的飞行稳定性；在发射飞行稳定性；在发射前对飞行器进行可靠、前对飞行器进行可靠、准确的检测和操纵发准确的检测和操纵发射。射。控制系统控制系统的作用的作用就是消除或减小干扰就是消除或减小干扰和影响的后果，

24、控制和影响的后果，控制导弹准确、可靠地完导弹准确、可靠地完成飞行动作，最后飞成飞行动作，最后飞向目标。向目标。 5.5.2 导航系统导航系统 飞行器飞行器是六自由度运动体，包含角运动和线运动，一般是六自由度运动体，包含角运动和线运动，一般分别称为绕质心运动和质心运动。绕质心运动参数分别称为绕质心运动和质心运动。绕质心运动参数(如姿态如姿态角度、角速度角度、角速度)的测量主要利用惯性器件，质心运动参数的测量主要利用惯性器件，质心运动参数(如如位置、速度、加速度位置、速度、加速度)的测量有惯性测量方法和依靠外界参的测量有惯性测量方法和依靠外界参照信息的无线电测量、光学测量方法几类。照信息的无线电测

25、量、光学测量方法几类。 所谓所谓导航导航，是指利用敏感器件测量飞行器的运动参数，是指利用敏感器件测量飞行器的运动参数，并将测量的信息直接或经过变换、计算来表征飞行器在某种并将测量的信息直接或经过变换、计算来表征飞行器在某种坐标系的角度、速度和位置等状态量。而由测量、传递、变坐标系的角度、速度和位置等状态量。而由测量、传递、变换、计算几个环节组成并给出飞行器初始状态和飞行运动参换、计算几个环节组成并给出飞行器初始状态和飞行运动参数的系统则称为数的系统则称为导航系统导航系统。 5.5.3 制导系统制导系统图图5.8 追踪法示意图追踪法示意图 图图5.9 三点法示意图三点法示意图 图图5.10 比例

26、导引法示意图比例导引法示意图 制导系统制导系统的主要功能是利用导航系统提供的飞行器运动参的主要功能是利用导航系统提供的飞行器运动参数，对质心运动进行控制，使飞行器从某一飞行状态达到期望数，对质心运动进行控制，使飞行器从某一飞行状态达到期望的终端条件，保证飞行器以的终端条件，保证飞行器以足够的精度命中目标。足够的精度命中目标。 5.6 智能建筑智能建筑 5.6.1 智能建筑的概念及构成智能建筑的概念及构成 智能建筑智能建筑，又称为智能大厦，是把现代建筑技术和信，又称为智能大厦，是把现代建筑技术和信息技术有机地结合起来，设计和建造安全、舒适、高效、息技术有机地结合起来，设计和建造安全、舒适、高效、

27、节能、方便灵活的现代化建筑。节能、方便灵活的现代化建筑。 智能建筑智能建筑通过综合布线系统与各种信息终端来通过综合布线系统与各种信息终端来“感知感知”建筑物内各个空间的信息，经过计算机处理作出相应对策，建筑物内各个空间的信息，经过计算机处理作出相应对策，使建筑物具有某种使建筑物具有某种“智能智能”。建筑物的使用者和管理者可。建筑物的使用者和管理者可以对大楼的供热、供水、空调、电气、电梯、照明、音乐、以对大楼的供热、供水、空调、电气、电梯、照明、音乐、防火、防盗、电话、传真、闭路电视防火、防盗、电话、传真、闭路电视 (或卫星电视或卫星电视 )、计算、计算机通信、购物、保健等设施实现按需控制，对建

28、筑物的关机通信、购物、保健等设施实现按需控制，对建筑物的关键部位或特殊部位进行监控并提供与互联网的有效连接。键部位或特殊部位进行监控并提供与互联网的有效连接。智能建筑智能建筑包含三大基本要素，即包含三大基本要素，即楼宇自动化楼宇自动化，简称，简称BA)系统、系统、通信自动化通信自动化，简称，简称CA)系统和办公自动化，简称系统和办公自动化，简称OA)系统，系统，三者是有机结合在一起，成为三者是有机结合在一起，成为智能建筑智能建筑“3A”结构。结构。图5.11 3A智能建筑的构成三大基本要素：三大基本要素：楼宇自动化系统、通信自动化系统和办公自楼宇自动化系统、通信自动化系统和办公自动化系统。动化

29、系统。5.6.2 楼宇自动化系统楼宇自动化系统 对大楼供电、照明、报警、消防、电梯、空调等设备监对大楼供电、照明、报警、消防、电梯、空调等设备监控和管理，对设备运行参数进行实时控制与监视、或节能控和管理，对设备运行参数进行实时控制与监视、或节能控制、非正常运行状态报警。并通过与办公自动化及通信控制、非正常运行状态报警。并通过与办公自动化及通信自动化系统的综合设计，支持面向用户的服务功能，提高自动化系统的综合设计，支持面向用户的服务功能，提高大楼的舒适性、安全性、节能性，降低费用，实现高度的大楼的舒适性、安全性、节能性，降低费用，实现高度的集成化管理集成化管理。显 示报 警报 表 生 成设 备

30、管 理费 用 计 算中 央 计 算 机控 制 器控 制 器 传统的楼宇传统的楼宇自动化系统自动化系统采用的是采用的是集集中监视、集中监视、集中控制中控制的方的方式。式。图图5.13 集中式楼集中式楼宇自动化系统的宇自动化系统的结构结构 系统数据库系统数据库大楼主干通信网大楼主干通信网楼宇控制局域网楼宇控制局域网监控中心监控中心操作站操作站操作站操作站控制器控制器监控管理计算机系统监控管理计算机系统控制器控制器 由于并行的分布式计算机网络技术以及集散型监控系由于并行的分布式计算机网络技术以及集散型监控系统的发展，统的发展，分布式楼宇自动化系统分布式楼宇自动化系统成为目前楼宇自动化系成为目前楼宇自

31、动化系统广为采用的一种结构。统广为采用的一种结构。 系统各现场控制器通过通信的方式与监控管理计算机系统各现场控制器通过通信的方式与监控管理计算机连接在一起，各控制器独立地完成系统分配给自己的任务，连接在一起，各控制器独立地完成系统分配给自己的任务，如数据采集、计算、处理、检测、控制等。如数据采集、计算、处理、检测、控制等。 图图5.14 分布式分布式楼宇自动化系统楼宇自动化系统 5.6.3 通信自动化系统通信自动化系统 通信自动化系统通信自动化系统是大厦智能化的是大厦智能化的“中枢神经中枢神经”。它由各种。它由各种通信设备、通信线路以及相关计算机软件组成。它主要包括通信设备、通信线路以及相关计

32、算机软件组成。它主要包括传送话音、数据和图像的基本通信网络；实现楼层间传送话音、数据和图像的基本通信网络；实现楼层间(内内)各各种终端、微机、工作站之间通信的种终端、微机、工作站之间通信的楼层局域网楼层局域网；沟通楼群或；沟通楼群或楼内计算机与楼内各个局域网间通信联系的楼群或楼内楼内计算机与楼内各个局域网间通信联系的楼群或楼内高速高速主干网主干网以及与以及与公共信息资源公共信息资源(如如Internet)相通的相通的远程数据通信远程数据通信网网。用户设备部门子网楼层局域网高速主干网中央主机图图5.15 智能智能建筑建筑的通的通信网信网络结络结构构 5.6.4 办公自动化系统办公自动化系统 办公

33、自动化系统办公自动化系统具有文字处理、资料管理、行政管理、具有文字处理、资料管理、行政管理、图像或图形处理、声音处理、网络通信等多种功能，可以对图像或图形处理、声音处理、网络通信等多种功能，可以对智能大厦内的数据网络控制中心提供动态信息资源分配、故智能大厦内的数据网络控制中心提供动态信息资源分配、故障诊断及恢复、信息处理及网络性能等进行监控。障诊断及恢复、信息处理及网络性能等进行监控。 5.6.5 综合布线系统综合布线系统 建筑与建筑群建筑与建筑群综合布线系统综合布线系统主要是针对计算机和通信设主要是针对计算机和通信设备的布线系统而设计的，它能满足各类计算机和通信设备传备的布线系统而设计的，它

34、能满足各类计算机和通信设备传输信号的不同要求。输信号的不同要求。 智能大楼智能大楼布线系统布线系统是一种灵活性很高的建筑布线网络，是一种灵活性很高的建筑布线网络，它能连接话音、图像和数据以及各种用于楼宇控制与管理的它能连接话音、图像和数据以及各种用于楼宇控制与管理的装置。智能大楼布线系统是一种工程化的、专门设计的完整装置。智能大楼布线系统是一种工程化的、专门设计的完整系统系统 。图图5.12 楼宇自动化系统的构成楼宇自动化系统的构成楼宇自动化系统设备监控系统火警消防系统公共安全系统电力供应及照明系统火警报警系统防盗报警系统供热系统空调及通风系统卫星接收及有线电视系统多媒体音像系统智能卡系统停车

35、场管理系统给排水系统消防灭火及喷淋系统消防联动系统出入口控制系统闭路电视监控系统保安巡更管理系统电梯运行监控系统周边防卫系统应急广播系统应急照明系统应急呼叫系统 5.7 智能交通系统智能交通系统 5.7.1 智能交通系统的概念智能交通系统的概念 智能交通系统智能交通系统可以广泛应用于包括高速公路、城市可以广泛应用于包括高速公路、城市道路、桥梁等设施的庞大的运输网络，也可应用于数量道路、桥梁等设施的庞大的运输网络，也可应用于数量日益增多的各种车辆日益增多的各种车辆 (1) 提高公路交通的安全性提高公路交通的安全性 (2) 降低能源消耗，减少汽车运输对环境的影响降低能源消耗，减少汽车运输对环境的影

36、响 (3) 提高公路网络的通行能力提高公路网络的通行能力 (4) 提高汽车运输生产率和经济效益提高汽车运输生产率和经济效益5.7.2 智能交通系统的主要内容智能交通系统的主要内容 1. 出行与运输管理系统出行与运输管理系统 2. 出行需求管理系统出行需求管理系统 3. 公共交通运营系统公共交通运营系统 4. 商用车辆运营系统商用车辆运营系统 5. 电子收费系统电子收费系统 6. 应急管理系统应急管理系统 7. 先进的车辆控制和安全系统先进的车辆控制和安全系统5.7.2.1 5.7.2.1 出行与运输管理系统出行与运输管理系统 该系统有该系统有6个子系统个子系统：（1）在途驾驶员信息系统；）在途

37、驾驶员信息系统；（2）线路引导系统；）线路引导系统；（3）出行人员服务系统；）出行人员服务系统；（4）交通控制系统；）交通控制系统；（5）突发事件管理系统；）突发事件管理系统；（6）排放测试与污染防护系统。）排放测试与污染防护系统。5.7.2.2 5.7.2.2 出行需求管理系统出行需求管理系统 该系统包括该系统包括3个子系统个子系统：（1）出发前的出行信息系统；）出发前的出行信息系统；（2）合乘配载和预约系统；）合乘配载和预约系统；（3）需求管理与运营系统。）需求管理与运营系统。 该系统有该系统有4个子系统个子系统：（1）公共运输管理系统；）公共运输管理系统；（2）途中换乘信息系统；）途中换

38、乘信息系统；（3）满足个人需求的非定线公共交通系统；）满足个人需求的非定线公共交通系统；（4）出行安全系统。）出行安全系统。5.7.2.3 5.7.2.3 公共交通运营系统公共交通运营系统5.7.2.4 5.7.2.4 商用车辆运营系统商用车辆运营系统 该系统有该系统有6个子系统个子系统：（1）商用车辆电子通关系统；）商用车辆电子通关系统；（2）自动化路侧安全检测系统；）自动化路侧安全检测系统；（3）商用车辆管理程序系统；）商用车辆管理程序系统；（4）车载安全监控系统；）车载安全监控系统；（5）商用车辆交通信息系统；）商用车辆交通信息系统；（6）危险品应急反应系统。）危险品应急反应系统。5.7

39、.2.5 5.7.2.5 电子收费系统电子收费系统 该系统通过电子卡或电子标签由计算机实现自动收费。该系统通过电子卡或电子标签由计算机实现自动收费。5.7.2.6 5.7.2.6 应急管理系统应急管理系统 该系统有该系统有2 2个子系统个子系统：（1 1）紧急告警与人员安全系统；）紧急告警与人员安全系统；（2 2）应急车辆管理系统。）应急车辆管理系统。 5.7.2.7 5.7.2.7 先进的车辆控制和安全系统先进的车辆控制和安全系统 该系统包括该系统包括7个子系统个子系统：（1）纵向避撞系统；）纵向避撞系统；（2）侧向避撞系统；）侧向避撞系统；（3）交叉口避撞系统；）交叉口避撞系统；（4）视觉

40、强化避撞系统；）视觉强化避撞系统；（5）事故前乘员安全保护系统；）事故前乘员安全保护系统；（6）危险预警系统；）危险预警系统；（7）自动公路系统。）自动公路系统。 5.8 生物控制生物控制5.8.1 生物控制的研究内容及特点生物控制的研究内容及特点 具体研究方向有生物控制系统（血压控制系统、呼吸控具体研究方向有生物控制系统（血压控制系统、呼吸控制系统、体温控制系统、神经控制系统、内分泌控制系统和制系统、体温控制系统、神经控制系统、内分泌控制系统和肌肉起动控制系统等）、遗传及其控制、神经控制、生物行肌肉起动控制系统等）、遗传及其控制、神经控制、生物行为控制、仿生学等等。为控制、仿生学等等。5.8

41、.2 神经控制神经控制已在已在 4.6.3 神经控制系统神经控制系统 节中加以介绍节中加以介绍5.8.3 仿生技术仿生技术 仿生技术仿生技术研究的内容有五个方面：研究的内容有五个方面： (1) 信息仿生信息仿生 包括感官仿生，细胞内和细胞间通信、动包括感官仿生，细胞内和细胞间通信、动物间通信仿生，以及智能仿生等方面。物间通信仿生，以及智能仿生等方面。 (2) 控制仿生控制仿生 包括体内稳态调控、肢体运动控制、动物包括体内稳态调控、肢体运动控制、动物的定向导航、生态系统的涨落等。的定向导航、生态系统的涨落等。 (3) 力学仿生力学仿生 是关于动物飞行、运动动力学的研究。是关于动物飞行、运动动力学

42、的研究。 (4) 化学仿生化学仿生 研究生物体内一些特殊的化学过程，以便研究生物体内一些特殊的化学过程，以便使这些过程也能在工业中实现。使这些过程也能在工业中实现。 (5) 医学仿生医学仿生 研究用人工仿制品代替人的有机体的某研究用人工仿制品代替人的有机体的某一部分。一部分。 5.8.4 生物控制与中医学生物控制与中医学 就是用人造装置对有生命物质进行模拟。仿生就是就是用人造装置对有生命物质进行模拟。仿生就是用人造装置对有生命物质进行模拟。用人造装置对有生命物质进行模拟。5.8.4 生物控制与中医学生物控制与中医学 中医学中医学是我国人民经过几千年实践总结出来的一门关于是我国人民经过几千年实践

43、总结出来的一门关于人的科学，它和生物控制研究方法的共同点是注重整体性和人的科学，它和生物控制研究方法的共同点是注重整体性和系统性。其中记载的系统性。其中记载的经络学说经络学说实质上是世界上最早的古典实质上是世界上最早的古典生生物控制物控制理论。理论。 根据经络学说的论述，从生物控制的观点看来，可以认根据经络学说的论述，从生物控制的观点看来，可以认为为经络经络实质上是指人体整个生命活动的实质上是指人体整个生命活动的功能控制系统功能控制系统。因为。因为它是一个功能控制系统，而不是个别的器官、组织，所以不它是一个功能控制系统，而不是个别的器官、组织，所以不能找到特定的实体结构。这个功能控制系统是一个

44、以脑为控能找到特定的实体结构。这个功能控制系统是一个以脑为控制中心的多级闭环控制系统，在经络学说中，称脑为制中心的多级闭环控制系统，在经络学说中，称脑为“元神元神府府”，它通过督脉，它通过督脉(总督全身的阳经总督全身的阳经)、任脉、任脉(总任全身的阴经总任全身的阴经)等，控制五脏六腑、四肢百骸，而五官七窍、体表穴位则为等，控制五脏六腑、四肢百骸，而五官七窍、体表穴位则为测量装置测量装置(传感器传感器)与外界环境发生联系。与外界环境发生联系。 生物控制生物控制理论及技术也可以使中医学的科学性得到准确理论及技术也可以使中医学的科学性得到准确的说明和鉴定，使中医理论真正建立在科学基础上。的说明和鉴定

45、，使中医理论真正建立在科学基础上。 5.9 生态与环境控制生态与环境控制5.9.1 生态控制生态控制 生态控制生态控制的基本任务之一是用系统和信息观点和方法分的基本任务之一是用系统和信息观点和方法分析、设计、规划和控制人工生态系统、资源的合理利用和再析、设计、规划和控制人工生态系统、资源的合理利用和再循环、环境的综合治理和优化以及在新的生态平衡格局下人循环、环境的综合治理和优化以及在新的生态平衡格局下人类怎样适应和协调。类怎样适应和协调。 5.9.2 环境控制环境控制 将将环境环境当作受控的开放系统，研究、实施有效的控制行当作受控的开放系统，研究、实施有效的控制行为，使人们的生存环境质量维持在

46、一个良好的水平。环境控为，使人们的生存环境质量维持在一个良好的水平。环境控制中的控制行为主要有三个方面：局部污染处理、综合环境制中的控制行为主要有三个方面：局部污染处理、综合环境治理和环境系统管理。治理和环境系统管理。5.10 社会经济控制社会经济控制(1 1) 将将社会经济系统社会经济系统（Socioeconomic System）看）看成是一个具有反馈调节，特别是信息反馈的控制成是一个具有反馈调节，特别是信息反馈的控制系统；系统；（2） 对对社会经济系统社会经济系统进行定量的描述与处理，以进行定量的描述与处理，以求达到最优控制，作出有效、合理的经济决策求达到最优控制，作出有效、合理的经济决

47、策;(3) 社会经济控制社会经济控制的主要任务是：给出最优的的主要任务是：给出最优的经济决策，通过最优的经济管理，实现预期的经济决策，通过最优的经济管理，实现预期的经济指标。经济指标。5.11 大系统控制与系统工程大系统控制与系统工程 大系统大系统就是规模宏大、结构复杂的系统。例如，现代大就是规模宏大、结构复杂的系统。例如，现代大型企业的多级计算机管理和控制系统（如大型钢铁联合企型企业的多级计算机管理和控制系统（如大型钢铁联合企业），大型工程项目的计划协调与组织管理系统全国性或地业），大型工程项目的计划协调与组织管理系统全国性或地区性的供电网络的调度、管理和优化运行系统，社会经济系区性的供电网

48、络的调度、管理和优化运行系统，社会经济系统，大都市的交通管理与控制系统，环境生态系统以及航天统，大都市的交通管理与控制系统，环境生态系统以及航天运载火箭、洲际导弹等，都是典型的运载火箭、洲际导弹等，都是典型的大系统大系统。 5.11.1 5.11.1 大系统控制大系统控制 在现代控制理论的基础上，形成了所谓的在现代控制理论的基础上，形成了所谓的大系统理论大系统理论。主要研究内容有大系统建模、分析与综合等方面，包括研究主要研究内容有大系统建模、分析与综合等方面，包括研究系统结构、模型简化、控制方案、系统稳定性以及最优化等。系统结构、模型简化、控制方案、系统稳定性以及最优化等。主要有三种控制结构方

49、案，即主要有三种控制结构方案，即多级多级（递阶）控制、（递阶）控制、多层多层控制控制和和多段多段控制。控制。 第一层第二层协调控制递阶控制递阶控制局部控制局部控制局部控制局部控制被控对象或过程总任务第三层 (1) 多级（递阶）控制多级（递阶）控制 第一级第一级为局部控制级，它直接控制大系统的各局部过为局部控制级，它直接控制大系统的各局部过程或对象，构成小系统；程或对象，构成小系统；第二级第二级为递阶控制级，它对第一为递阶控制级，它对第一级各子系统进行协调控制；级各子系统进行协调控制；第三级第三级为协调控制级，根据大为协调控制级，根据大系统的总目标，系统的总目标，金字塔式金字塔式递阶控制结构递阶

50、控制结构对第二级进对第二级进行协调控制，行协调控制，完成大系统完成大系统管理、控制管理、控制的总任务。的总任务。图图5.16 三层三层递阶控制结递阶控制结构构 (2) 多层控制多层控制自组织层自适应层最优化层直接控制层测量显示被控对象或过程总目标第四层第三层第二层第一层慢扰动较慢扰动较快扰动快扰动 多层控制多层控制方方案的特点是按任案的特点是按任务或功能分层。务或功能分层。各层之间的关系各层之间的关系具有具有“分工分工”性性质，上下层之间质，上下层之间也有隐含的也有隐含的“支支配配”与与“被支配被支配”的关系。的关系。 图图5.17 多层控制结构多层控制结构 图图5.18 5.18 多段控制结