自動化是機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過程，在不需要人直接干預(yù)下，按預(yù)期的目標(biāo)、目的或某種程序，經(jīng)過邏輯推理、判斷，普遍地實(shí)行自動測量、操縱等信息處理和過程控制的統(tǒng)稱。自動化科學(xué)技術(shù)就是探索和研究實(shí)現(xiàn)這種自動化過程的理論、方法和技術(shù)手段的一門綜合性技術(shù)科學(xué)。通過對自動化學(xué)科的研究，使各種自動化技術(shù)工具可以在一定程度上代替人的部分體力勞動和腦力勞動，從而增強(qiáng)人類改造自然界的能力。

自動化作為一個現(xiàn)代技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域，在實(shí)現(xiàn)社會科學(xué)化中得到蓬勃的發(fā)展，自動化技術(shù)在社會各行各業(yè)中的推廣應(yīng)用，提高了產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量，降低了成本和能源消耗，改善了勞動條件，促進(jìn)了高新技術(shù)的發(fā)展，并使企業(yè)管理科學(xué)化和社會管理信息化。同時，在體現(xiàn)當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)律的機(jī)電一體化技術(shù)，和以電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)這兩個大的方面，自動化技術(shù)亦無可置疑地起著主力軍的作用?？梢哉f，自動化技術(shù)已滲透到人類生產(chǎn)和社會生活的許多領(lǐng)域，自動化程度的高低，已經(jīng)成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。

事實(shí)上，早在自動化技術(shù)科學(xué)形成之初，控制論的奠基人、美籍猶太學(xué)者維納(N.Wiener，1894～1964)等人就預(yù)見到自動化將給社會帶來一次新的工業(yè)革命。維納第一個把控制論引起的自動化同“第二次工業(yè)革命’’聯(lián)系起來，并提高到相當(dāng)?shù)母叨葋碚J(rèn)識。英國物理學(xué)家、科學(xué)史家貝爾納(J.D.Bernal，1901～1971)于1954年也曾說過：“我們有理由提到一次新的工業(yè)革命，因?yàn)槲覀円昧穗娮友b置所能提供的控制因素、判斷因素和精密因素，還有進(jìn)行工業(yè)操作的速度大大增加了。巨型的自動化生產(chǎn)線，甚至完全自動化的工廠都有了……”。他還認(rèn)為自動化的興起不僅是一次“新的工業(yè)革命”，而且“這場革命或許可以更公允地叫作第一次科學(xué)-技術(shù)革命”。

回顧自動化技術(shù)40多年的發(fā)展過程，就其理論基礎(chǔ)來說，大體經(jīng)歷了經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和大系統(tǒng)理論這三個階段。通常以1948年作為形成經(jīng)典控制理論的起點(diǎn)，到1957年已發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科，相繼產(chǎn)生了若干對分析實(shí)際控制系統(tǒng)卓有成效的方法，這一時期對系統(tǒng)采用的分析法，可以說主要是面向頻域的，即通常用傳遞函數(shù)來研究設(shè)計(jì)自動化系統(tǒng)，而主要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是系統(tǒng)的穩(wěn)定性。盡管這類分析方法直到70年代甚至現(xiàn)在還在被一些工程技術(shù)人員應(yīng)用于生產(chǎn)過程自動化等場合，但由于在3個或4個自由度以上相互作用的情況下，采用這種方法建立起來的控制系統(tǒng)，在確定其穩(wěn)定性方面受到了限制，因而束縛了控制技術(shù)的發(fā)展。

人們在困惑中尋找出路，力求擺脫這種束縛。控制工作者認(rèn)識上的一大飛躍，是改變過去那種只依據(jù)傳遞函數(shù)來考慮控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題的概念，而過渡到從這些函數(shù)的基礎(chǔ)——微分方程來考慮的基本構(gòu)想。這個過渡的最基本的概念之一是“狀態(tài)，，的概念，俄國力學(xué)家和數(shù)學(xué)家、穩(wěn)定性理論的創(chuàng)始人李雅普諾夫(1857～1918)等人，正是利用了狀態(tài)空間來研究系統(tǒng)的穩(wěn)定性，產(chǎn)生了用時域的一階微分方程對線性系統(tǒng)的描述，所得的結(jié)果與模擬計(jì)算和數(shù)字計(jì)算更一致。隨之，基于性能最優(yōu)化的一些準(zhǔn)則及其概念亦第十八章自動化技術(shù)科學(xué)的形成和發(fā)展為更多的控制工作者所理解，并在實(shí)際應(yīng)用中得到發(fā)展。在“狀態(tài)”、“最優(yōu)化”和“不確定性量化”等概念基礎(chǔ)上發(fā)展起來的控制技術(shù)，為1957年第一顆人造衛(wèi)星的發(fā)射及其后若干空間計(jì)劃的實(shí)施，提供了制導(dǎo)和信息傳輸?shù)仁侄危@些應(yīng)用對控制技術(shù)產(chǎn)生了持續(xù)推動，現(xiàn)代控制理論在這個過程中也就逐漸得以形成，從時間上來看，這一時期大體是從1957年到1965年。

從1965～1973年，現(xiàn)代控制理論在自動化技術(shù)中得到了更為廣泛的發(fā)展，并應(yīng)用于控制技術(shù)的一系列子學(xué)科，特別是應(yīng)用于航空航天方面，并因此相應(yīng)產(chǎn)生了一些新的控制系統(tǒng)。諸如自適應(yīng)和隨機(jī)控制，分布參數(shù)系統(tǒng)等等。

到70年代中期，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，需要控制工作者對許多工程的、經(jīng)濟(jì)的、社會的若干大規(guī)模的、復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行研究并實(shí)施控制。這些系統(tǒng)往往由于自身和外界的交互作用，而具有很強(qiáng)的不確定性，加之，由于一些系統(tǒng)實(shí)在太大，甚至涉及數(shù)以干計(jì)的可分狀態(tài)，因而結(jié)合大系統(tǒng)所具有的一些特性，需要進(jìn)行大系統(tǒng)分析和大系統(tǒng)綜合。這就刺激了現(xiàn)代控制理論不得不向前發(fā)展，逐漸形成了大系統(tǒng)理論的雛形，成為第三代控制理論的一個重要內(nèi)容。它著重研究大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案、總體設(shè)計(jì)中的“分解，，方法和協(xié)調(diào)等問題。如實(shí)現(xiàn)分級多層系統(tǒng)的控制問題，或以分散控制理論指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)分散控制。從而解決大系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)、最優(yōu)控制和最優(yōu)管理。因此也可以說，大系統(tǒng)理論是系統(tǒng)工程學(xué)發(fā)展的一個新階段。作為系統(tǒng)工程應(yīng)用的成功實(shí)例，美國阿波羅計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)，推進(jìn)了控制技術(shù)對當(dāng)代科學(xué)和工程實(shí)踐的影響。

自動化技術(shù)是緊緊伴隨著生產(chǎn)過程自動化、軍事裝備的控制以及航空、航天事業(yè)的需要而迅速發(fā)展起來的。僅從作為現(xiàn)代控制技術(shù)的一個分支——制導(dǎo)技術(shù)來看，40多年前，法西斯德國向倫敦發(fā)射了約2000枚射程300公里的V-2火箭(采用原始的機(jī)電式制導(dǎo)系統(tǒng)，制導(dǎo)精度很低)，只有1230枚落入市區(qū)，而其中也只有約600枚散落在目標(biāo)中心13公里的范圍之內(nèi)。今天的射程10000公里的洲際導(dǎo)彈彈頭落點(diǎn)圓公差偏差在30米以內(nèi)。今日自動化技術(shù)的迅速發(fā)展的確是值得稱道的。

一、自動化技術(shù)的形成

(一)自動裝置的雛形

自動化作為一個現(xiàn)代技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域，是從本世紀(jì)40年代中期開始形成的。其實(shí)，自動機(jī)械的歷史，可以追溯到古代。早在3000多年前，我國就發(fā)明了“銅壺滴漏”的自動裝置。大約在2000年前，發(fā)明了自動記錄行程的“記里鼓車”和自動指示方向的“指南車”。東漢張衡(78～139)利用銅壺滴漏裝置制成了水力天文儀，北宋蘇頌又在此基礎(chǔ)增加了一個相當(dāng)于自動調(diào)節(jié)器的天衡裝置，該裝置對銅壺滴漏中的受水壺作了改進(jìn)，使得36個均勻分布的受水壺所盛之水均保持一定重量，從而使天衡裝置內(nèi)的機(jī)構(gòu)盡可能保持恒定的轉(zhuǎn)速，以提高水力天文儀的精度。用今天自動化的觀點(diǎn)來看，銅壺滴漏裝置屬于自動檢測或參數(shù)恒定系統(tǒng);指南車是自動定向系統(tǒng);天衡裝置則是個自動調(diào)節(jié)器;而張蘅利用齒輪系、桿、凸輪傳動機(jī)構(gòu)，完成一系列的順序動作，來自動表示水力天文儀上的每個月的日期，則屬于程序控制的范疇。

18世紀(jì)中葉蒸汽機(jī)問世后，蒸汽機(jī)的控制問題成為其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。1784年英國瓦特(J.Watt，1736～1819)采用了能自動調(diào)節(jié)蒸汽機(jī)速度的離心式調(diào)速器，才使蒸汽機(jī)成為安全實(shí)用的動力裝置，得到了廣泛的應(yīng)用，1829年法國數(shù)學(xué)家蓬斯萊(J.Poncelet，1788～1838)制造了一種按擾動調(diào)節(jié)原理工作的蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。1874年俄國工程師契柯列夫提出并在實(shí)際上應(yīng)用了作為現(xiàn)代電機(jī)自動調(diào)節(jié)基礎(chǔ)的調(diào)整方法，開始應(yīng)用了按調(diào)節(jié)量偏差和按擾動進(jìn)行調(diào)節(jié)的原理。與此同時，麥克斯韋在離心式調(diào)速器應(yīng)用了幾十年的基礎(chǔ)上，總結(jié)出調(diào)速器的一些理論。由于對蒸汽機(jī)控制的實(shí)踐，1877年英國的勞斯(E.J.Routh，1831～1907)和德國的赫爾維茨(Hurwitz)提出了至今還在沿用的系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)。他們方法的優(yōu)點(diǎn)是，只需根據(jù)系統(tǒng)的特征方程式的系數(shù)，應(yīng)用代數(shù)方法就能判別自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而不必求出其特征根。人們依照判據(jù)，能夠大體定量地知道調(diào)節(jié)參數(shù)的變化，在什么條件下系統(tǒng)是穩(wěn)定的，為設(shè)計(jì)較為穩(wěn)定可靠的自動調(diào)節(jié)器提供了依據(jù)。這是當(dāng)時能事先判定調(diào)節(jié)器及自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要判據(jù)。

至此，自動裝置隨著生產(chǎn)的需要，初步積累了一些設(shè)計(jì)、應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，也逐步建立了一

些自動化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，孕育著控制技術(shù)的迅速發(fā)展。

(二)自動調(diào)節(jié)裝置的穩(wěn)定性

20世紀(jì)自動控制技術(shù)得到了飛速發(fā)展，并開始形成一個現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。通常，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的首要要求就是穩(wěn)定性，要求系統(tǒng)在各種不利因素的影響下能保持預(yù)定的工作狀態(tài)。繼勞斯和赫爾維茨提出了穩(wěn)定性判據(jù)之后，李雅普諾夫在力學(xué)中廣泛研究了運(yùn)動的穩(wěn)定性問題，所提出的理論和方法，指導(dǎo)了近半個世紀(jì)控制系統(tǒng)特別是非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究，至今未失其作用。李雅普諾夫1892年提出的穩(wěn)定性定義，不僅反映了客觀存在著的大量實(shí)際問題的共同特點(diǎn)，而且可以把一個定性問題轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€定量分析問題去研究，特別是對那些不可能用分析方法求解的非線性方程或線性變系數(shù)方程描述的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，有著重要意義。在上述理論與應(yīng)用的基礎(chǔ)上，1923年英國希維賽德(O.Heaviside，1850～1925)為了簡化控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，提出了算子法。瑞典的尼魁斯特(H.Nyquist，1889～1976)于1932年研制了電子管振蕩器，提出以傳遞函數(shù)為依據(jù)的穩(wěn)定性判別準(zhǔn)則。由于組成控制系統(tǒng)的各個部件的頻率特性的數(shù)據(jù)通?？捎脤?shí)驗(yàn)方法來確定，因而形成尼氏法的一大優(yōu)點(diǎn)。1938年，蘇聯(lián)的米哈依洛夫第一個應(yīng)用頻率法來研究調(diào)節(jié)器的穩(wěn)定性，提供了以應(yīng)用柯西幅角原理為基礎(chǔ)的線性自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的判據(jù)，把自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)環(huán)節(jié)按動態(tài)特性加以典型化作為進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。1948年，美國的伊文思(w.R.Evans)提出了一種找特征方程的根的簡單圖解方法，即所謂“根軌跡法”，這是一個研究特征方程的根與系統(tǒng)中某一參數(shù)關(guān)系的圖解方法，彌補(bǔ)了上述尼氏法不能確定系統(tǒng)可以穩(wěn)定到何種程度的缺點(diǎn)，特別適用于迅速獲知系統(tǒng)的響應(yīng)，并可使設(shè)計(jì)者能夠了解滿足系統(tǒng)性能指標(biāo)可以達(dá)到何種程度的近似結(jié)果。從而使根軌跡法和頻率響應(yīng)法一道，成為構(gòu)成經(jīng)典控制理論的兩大支柱。特別是70年代以后，隨著電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，建立了用計(jì)算機(jī)對根軌跡的輔助制圖的算法和程序，對直至90年代初的從事控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)人員，提供了一種簡捷而準(zhǔn)確的手段。1945年美國伯德(H.W.Bode，1905～)總結(jié)了負(fù)反饋放大器原理，出版了《網(wǎng)絡(luò)分析和反饋放大器設(shè)計(jì)》一書，利用對數(shù)1率特性，形成了尼魁斯特-伯德法。這種對數(shù)頻率響應(yīng)穩(wěn)定判據(jù)，由于頻率響應(yīng)的幅值對數(shù)圖和相角圖易于繪制，從而使這種穩(wěn)定性判據(jù)得到更廣泛的應(yīng)用。至此，解決自動調(diào)節(jié)裝置及系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題基本獲得解決。

(三)自動化學(xué)科初步形成

第二次世界大戰(zhàn)中，對火炮、雷達(dá)、戰(zhàn)斗機(jī)等設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的需要，促使更多的工程師、學(xué)者投入軍事工程的研究，在總結(jié)以往自動調(diào)節(jié)器、反饋放大器等控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐漸形成了調(diào)節(jié)原理、伺服系統(tǒng)理論，并以此為指導(dǎo)，生產(chǎn)了戰(zhàn)時所需的具有高精度、快速響應(yīng)的伺服機(jī)構(gòu)的武器裝備。戰(zhàn)后陸續(xù)公開了這些理論并推廣應(yīng)用于一般工業(yè)生產(chǎn)。如，由美國麻省理工學(xué)院物理學(xué)家詹姆斯(H.M.James，1908～)、工程帥尼克爾斯(N.B.Nichols)和數(shù)學(xué)家菲利浦(R.S.Philips)于1947年出版的《伺服機(jī)構(gòu)原理》一書，系統(tǒng)總結(jié)了戰(zhàn)時共同研究的成果，從而促進(jìn)了向民用工業(yè)的移植。在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的進(jìn)程中，除需要了解被控對象的特性外，往往也需要了解人在控制生產(chǎn)過程中的作用，以便有所借鑒，研制出具有相應(yīng)作用的自動檢測儀表、自動調(diào)節(jié)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而模仿或代替人的視覺、思維判斷以及手和腳的若干功能，以自動控制取代人工控制。此外，由于一些自動化系統(tǒng)還需要人參與操縱、調(diào)度、管理，對于這種人一機(jī)系統(tǒng)，既要研究人，又要研究機(jī)器，特別是要研究人和機(jī)器的信息交換和控制過程，而且要研究自動機(jī)器與生物機(jī)體之間存在著的共同規(guī)律，因而一門以數(shù)學(xué)為紐帶，把研究自動控制、通訊、計(jì)算技術(shù)等工程技術(shù)與生物科學(xué)中神經(jīng)系統(tǒng)的生理和病理等學(xué)科共同關(guān)心的共性問題，提煉出來而形成的邊緣學(xué)科——控制論誕生了。其標(biāo)志是1949年出版的維納的《控制論》(Cybernetics)，該書揭示了機(jī)器中的通信和控制機(jī)能與人的神經(jīng)、感覺機(jī)能的共同規(guī)律。與此同時，美國應(yīng)用數(shù)學(xué)家，當(dāng)時在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作的香農(nóng)(C.E.Shannon，1916～)發(fā)表了《通訊的數(shù)學(xué)理論》，宣告了信息論的誕生。這也主要是由于第二次世界大戰(zhàn)后，一部分?jǐn)?shù)學(xué)工作者和電子學(xué)工作者，總結(jié)了多年來通訊系統(tǒng)的豐富實(shí)踐和二次大戰(zhàn)中得到迅速發(fā)展的雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)踐，加以提高而創(chuàng)立的一門研究各種信息傳輸系統(tǒng)共同規(guī)律的學(xué)科，它的高度概括性和聯(lián)系多種學(xué)科的廣泛性，對自動控制理論的形成，起了有力的促進(jìn)作用。在上述成果和其他有關(guān)理論基礎(chǔ)上，經(jīng)典控制理論漸趨成熟，它大大促進(jìn)了自動化技術(shù)的發(fā)展，至此.逐漸形成了自動化學(xué)科。

二、局部自動化

(一)單一過程的局部自動化(單機(jī)自動化)

早在19世紀(jì)前半葉，在機(jī)械加工上，車、磨、鉆、銑、刨、鍛等加工方法均已出現(xiàn)，生產(chǎn)機(jī)械化初步形成。到19世紀(jì)后期，開始出現(xiàn)了第一批自動車床，單機(jī)自動化也就開始萌芽。到了20世紀(jì)50年代初，由于批量生產(chǎn)的需要，以及經(jīng)典控制理論的指導(dǎo)，單一生產(chǎn)過程自動化、自動生產(chǎn)線等局部自動化也就應(yīng)運(yùn)而生，把人從單調(diào)的、繁重的和受機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)制約的手工操作以生產(chǎn)零部件的狀態(tài)中解放出來。50年代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，可以美國麻省理工學(xué)院研制出來的第一臺數(shù)控裝置的“加工中心”為代表，它是小批量和中批量生產(chǎn)自動化的關(guān)鍵，對當(dāng)時的飛機(jī)制造工業(yè)起到了很大的推動作用。

在工業(yè)生產(chǎn)過程中亦已廣泛應(yīng)用PID(比例、積分、微分)調(diào)節(jié)器，對被調(diào)量與給定值的偏差，分別或同時按照比例、積分、微分作用的調(diào)節(jié)規(guī)律來控制工業(yè)對象。當(dāng)時，大部分PID調(diào)節(jié)器是電動或機(jī)電式，也有一些是氣動或液壓式，因而在結(jié)構(gòu)上顯得相當(dāng)復(fù)雜，如通常的控制裝置一般分裝為兩個機(jī)柜，一個機(jī)柜裝各種PID調(diào)節(jié)器，另一個機(jī)柜則裝有許多繼電器和接觸器，實(shí)現(xiàn)控制中的起動、停止、聯(lián)鎖和保護(hù)等功能，這種調(diào)節(jié)裝置的控制速度和控制精度一般都不太高，可靠性也不很理想，但確起到了其歷史作用，直到90年代初在一些老的工廠老的設(shè)備中，仍然還可看到這種模擬式的調(diào)節(jié)器在起作用。到1958年才引入第一代電子控制系統(tǒng)，并用模擬電子計(jì)算機(jī)來研究和實(shí)現(xiàn)這種調(diào)節(jié)器的功能。在工業(yè)控制中也開始應(yīng)用由繼電器構(gòu)成的邏輯控制器，出現(xiàn)了程序控制。同時，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)器零件的計(jì)算、數(shù)控程序的設(shè)計(jì)亦得到發(fā)展，即現(xiàn)今通常所說的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD開始萌芽。這一時期由于數(shù)字控制和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，使機(jī)械制造業(yè)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化。

(二)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)與經(jīng)典控制理論

從40年代末到50年代，自動化的理論基礎(chǔ)是“經(jīng)典控制理論”，集中反映在自動調(diào)節(jié)原理方面。經(jīng)典控制理論的命名，是相對于“現(xiàn)代控制理論”而言的。它是以反饋為核心，把具有單一輸入和單一輸出的線性自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為主要研究對象，研究的主要內(nèi)容是自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性;所采用的數(shù)學(xué)模型則以傳遞函數(shù)描述，分析、綜合調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要方法是頻域法(即頻率響應(yīng)法);所能達(dá)到的目的，基本是實(shí)現(xiàn)局部自動化。這一理論的形成、發(fā)展與廣泛應(yīng)用的時間，大體在1948年到1957年。

對于控制對象是單輸入一單輸出的線性自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，按其控制作用的特點(diǎn)，大體有以下三種類型：其一是自動鎮(zhèn)定系統(tǒng)，其控制作用的目的是使控制對象保持恒定值，亦稱之為定值控制系統(tǒng)。其二為順序調(diào)節(jié)系統(tǒng)，或程序控制系統(tǒng)，控制作用的目的是使控制對象按給定的時間函數(shù)工作，如飛機(jī)的著陸期間滿足給定的高度變化規(guī)律，機(jī)床按一條已知輪廓的程序加工零件等。其三是伺服系統(tǒng)，或叫隨動系統(tǒng)，其控制作用的變化事先不能準(zhǔn)確地確定，而取決于系統(tǒng)之外進(jìn)行著的過程，如天文望遠(yuǎn)鏡的導(dǎo)星系統(tǒng)等。

那么，設(shè)計(jì)一個被控對象的線性自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，就需要促進(jìn)基礎(chǔ)理論和實(shí)現(xiàn)手段與方法的發(fā)展，了解理論和應(yīng)用之間存在著什么樣的依存關(guān)系，弄清這些問題，對了解經(jīng)典控制理論的發(fā)展過程會是有益的。

通常，從事自動化技術(shù)工作的人員，在得到給定任務(wù)的技術(shù)要求或性能指標(biāo)后，首先要了解給定控制對象的動態(tài)特性以及可能采用的元、部件的特性和設(shè)計(jì)參數(shù)，然后對系統(tǒng)進(jìn)行初步的分析或綜合。為此，就要建立起以傳遞函數(shù)表示的數(shù)學(xué)模型，這就將實(shí)際的物理對象抽象為數(shù)學(xué)問題，而不管該系統(tǒng)是機(jī)械的，電的，或是氣動、液壓的，甚至是上述的混合體。用系統(tǒng)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，或是在計(jì)算裝置上進(jìn)行模擬，或是將系統(tǒng)的線性微分方程，用拉氏變換法轉(zhuǎn)換成復(fù)變數(shù)的代數(shù)方程進(jìn)行計(jì)算，以求得數(shù)學(xué)解，并同時對各種信號和擾動作用下的響應(yīng)進(jìn)行測試或試算。由于設(shè)計(jì)系統(tǒng)時曾給予一定的假設(shè)條件或含有非第十八章自動化技術(shù)科學(xué)的形成和發(fā)展線性的因素，一般需經(jīng)過若干次的試探法的演算，才能獲得較為滿意的系統(tǒng)參數(shù)，然后再依此建立起實(shí)際的物理系統(tǒng)，并通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)其所能達(dá)到的技術(shù)要求或性能指標(biāo)，最后進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?、校正，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過程?？梢钥闯?，控制理論在與應(yīng)用的結(jié)合中，顯示了它作為主要研究系統(tǒng)狀態(tài)的運(yùn)動規(guī)律，以及改變這種運(yùn)動規(guī)律的方法和可能性的作用。

對于一些簡單的自動化系統(tǒng)，盡管在應(yīng)用自動調(diào)節(jié)技術(shù)的初期(50年代初)曾經(jīng)采用了一些開環(huán)控制以及簡易自動化裝置，由于其控制簡單，投資少，收效快，甚至到90年代初在一些要求不太高的場合還被采用。但是，這個時期的自動化，主要以引進(jìn)反饋概念為其特征，如圖18—1中虛線所示，形成閉環(huán)系統(tǒng)，即所謂反饋控制，該系統(tǒng)依據(jù)輸入的控制指令，通過控制器控制被控對象，然后將控制結(jié)果的信息再返回來饋送給控制器，經(jīng)過控制器與原給定值的比較(分析)，再對被控對象實(shí)施控制，如此反復(fù)循環(huán)，以達(dá)到或接近所要求的控制目的。這種反饋閉環(huán)控制可以克服被控制對象的特性變化和各種干擾因素所帶來的誤差，改善系統(tǒng)的品質(zhì)，縮短控制的過渡過程時間，提高靜態(tài)和動態(tài)精度等。驅(qū)動雷達(dá)天線跟蹤移動目標(biāo)的伺服系統(tǒng)就是一個典型的實(shí)例。在生產(chǎn)上，這種方式多用于連續(xù)生產(chǎn)過程的自動化。由于石油、化工、冶金等生產(chǎn)過程，其處理對象大都是流體或連續(xù)生產(chǎn)過程，工藝比較穩(wěn)定，傳輸、控制比較容易，因而在這些部門，生產(chǎn)過程的自動化進(jìn)展就較快。

如前所述，用經(jīng)典控制理論對控制系統(tǒng)的分析和綜合的核心是采用頻域法，其中包含主要用于線性系統(tǒng)的對數(shù)頻率法、根軌跡法，以及用于非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)法等，研究的內(nèi)容主要是穩(wěn)定性和動態(tài)品質(zhì)問題。

所謂頻域法，是指用傳遞函數(shù)來研究設(shè)計(jì)自動化系統(tǒng)。傳遞函數(shù)概念的產(chǎn)生與電工學(xué)有密切關(guān)系，且在線性電路的分析上得到了廣泛的應(yīng)用。但在一個較長時期內(nèi)，在自動化技術(shù)領(lǐng)域中，常常把以多項(xiàng)式代數(shù)和拉氏變換為基礎(chǔ)的傳遞函數(shù)方法，作為控制理論的研究和實(shí)際自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中的一個主要方法。這一時期自動化系統(tǒng)的運(yùn)算等工作，一般通過模擬計(jì)算裝置來實(shí)現(xiàn)，由于模擬計(jì)算裝置在性能上有一定局限性，所以盡管在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時已盡量考慮得合理，依據(jù)運(yùn)算結(jié)果也確定了所需的參數(shù)，但實(shí)際調(diào)試系統(tǒng)時，往往也只能作為似的參考值，仍需靠富有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的人員在現(xiàn)場反復(fù)試湊。加上應(yīng)用調(diào)節(jié)原理進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通常/適用于對某些單輸入一單輸出的線性系統(tǒng)進(jìn)行分析，而對于多輸入一多輸出的系統(tǒng)，以及隨時間變化的時變系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)等，則顯得無能為力。勉力為然后再之，則必須加以若干假設(shè)條件的限制，這就不能不影響到控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效果，從而也就需要尋找能適應(yīng)這類控制對象的控制理論和設(shè)計(jì)手段。

進(jìn)入50年代以后，經(jīng)典控制理論有了許多新的發(fā)展。1951年蘇聯(lián)科學(xué)家齊普金提出了脈沖系統(tǒng)(一種離散時間系統(tǒng))的分析和設(shè)計(jì)方法。1952年美國哥倫比亞大學(xué)教授拉加齊尼(J.R.Ragazzini)領(lǐng)導(dǎo)的一個小組詳細(xì)研究了采樣系統(tǒng)(一種離散時間系統(tǒng))的分析和設(shè)計(jì)方法。與此同時，一些歷史上早已提出的問題又得到了新的研究。如1938年香農(nóng)等人提出的邏輯控制，1943年蘇聯(lián)沃茲涅先斯基提出的協(xié)調(diào)控制，1941年蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家柯爾莫戈羅夫和美國數(shù)學(xué)家維納分別獨(dú)立研究出來的最優(yōu)線性濾波器，1951年美籍中國科學(xué)家李耀滋(1914～)等人提出的自尋最優(yōu)控制，1952年美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾伊曼提出的冗余技術(shù)，以及1952年英國精神病醫(yī)生阿什比(w.R.Ashby)提出的自鎮(zhèn)定和自適應(yīng)等概念，逐漸滲入到控制理論的研究中來。高速飛行、核反應(yīng)堆、大電力網(wǎng)和大化工廠提出的新的控制問題，促使一些科學(xué)家對非線性系統(tǒng)、繼電系統(tǒng)、時滯系統(tǒng)、時變系統(tǒng)、分布參數(shù)系統(tǒng)和有隨機(jī)輸入的系統(tǒng)的控制問題進(jìn)行了深入的研究。經(jīng)典控制理論的方法基本上能滿足第二次世界大戰(zhàn)中軍事技術(shù)上的需要和戰(zhàn)后工業(yè)發(fā)展上的需要。但是到了50年代末就發(fā)現(xiàn)把經(jīng)典控制理論的方法推廣到多變量系統(tǒng)時會得出錯誤的結(jié)論。經(jīng)典控制理論的方法顯示出了一定的局限性。

(三)初步形成自動化技術(shù)工具的體系

在某種意義上講，實(shí)現(xiàn)自動化就是把人對生產(chǎn)過程的測量、控制作用，轉(zhuǎn)移到自動化儀表、裝置上去，因而研究、設(shè)計(jì)各種自動化儀表、裝置，就成為自動化技術(shù)科學(xué)的一個重要任務(wù)。尤其就現(xiàn)代的工業(yè)來說，生產(chǎn)裝置本身就是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，具有相互關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)，需要協(xié)調(diào)動作和控制。對于生產(chǎn)對象或過程特性的變量多、速度快、范圍大和不確定性增加等情況，依靠人的直接參加進(jìn)行控制幾乎是不可能的，而且有些生產(chǎn)本身是對人有危害的。因此，不廣泛采用自動化儀表裝置，要想使工業(yè)生產(chǎn)迅速發(fā)展，工藝過程強(qiáng)化，生產(chǎn)對象擴(kuò)大，確實(shí)是不可思議的。

最初的儀表大多屬于機(jī)械式的測量儀表，如離心式轉(zhuǎn)速表等，此時的自動化儀表一般只作為主機(jī)的附屬部件，結(jié)構(gòu)簡單，功能單一。后來發(fā)展到氣動式和電子式的單元組合式儀表，每個單元都具有一定的特定功能，可以按測量、控制要求進(jìn)行任意組合，如系列化的DDZ型電動單元組合儀表就是屬于這一類。從傳感器、變送器來說，60年代主要采用結(jié)構(gòu)型傳感器，大都通過機(jī)構(gòu)部分的位移或作用力，產(chǎn)生電阻、電感、電容、氣隙等的變化，從而檢測出被測信號，這是至今仍是應(yīng)用得較多的一類傳感器。從顯示技術(shù)來說，40年代到50年代，以模擬指示和記錄為主，進(jìn)行單參數(shù)顯示，儀表盤通常設(shè)在生產(chǎn)裝置處，由操作者巡回監(jiān)視。到了60年代，則以模擬指示和記錄、數(shù)字顯示和打印為主，顯示特征為多參數(shù)顯示和報(bào)警發(fā)訊數(shù)據(jù)及打印記錄。此時的儀表盤一般集中安裝，集中管理，并相應(yīng)配置模擬流程圖表盤。

這一時期主要是解決自動化儀表從無到有以及達(dá)到基本性能要求的問題，如自動化儀表在性能方面，主要解決測量范圍、精確度、線性度、分辨率、滯環(huán)和死區(qū)、重復(fù)性、再現(xiàn)性、穩(wěn)定性、靈敏度、時滯和響應(yīng)時間等問題，在形式與功能方面主要采用靜態(tài)和接觸的方式對熱工參量、電工參量和單參數(shù)的模擬量進(jìn)行測量，并可適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行數(shù)字測量。在控制方式上，從20世紀(jì)初的開關(guān)控制發(fā)展到比例控制，然后是積分控制，到40年代發(fā)展到微分控制，利用這一類簡單的反饋技術(shù)，形成為一整套自動化調(diào)節(jié)過程的通用控制方式，即通常以比例一積分一微分(PID)調(diào)節(jié)器為中心，按偏差調(diào)節(jié)。

三綜合自動化

到了20世紀(jì)60年代，大量的工程實(shí)踐，特別是空間技術(shù)等方面的實(shí)踐，提出了一些新的控制問題：如控制對象是距離很遠(yuǎn)的高速飛行體;控制對象的特性隨時間急劇變化，要求較嚴(yán)格的數(shù)學(xué)描述;控制通道是多路的;以及要求精度高、地面裝置大而復(fù)雜等。顯然，對待這樣的一些控制對象，必須發(fā)展新的控制理論和方法。

關(guān)于這方面的早期成就，我國科學(xué)家錢學(xué)森結(jié)合其從事火箭控制方面的工作，系統(tǒng)總結(jié)了當(dāng)時工程控制理論與技術(shù)方面的成果，指出工程控制領(lǐng)域中的重要課題及發(fā)展方向，使控制論的基本原理成功地應(yīng)用于工程技術(shù)領(lǐng)域，從而成為工程控制論的奠基者。50年代后期到60年代前期，在工程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，發(fā)展了多變量控制理論、最優(yōu)控制理論、自適應(yīng)控制理論，研究了自學(xué)習(xí)、自組織系統(tǒng)。在工程控制技術(shù)方面，促進(jìn)了電子計(jì)算機(jī)在國防及國民經(jīng)濟(jì)部門的廣泛采用，促使生產(chǎn)過程自動化向多機(jī)、機(jī)組自動化以及綜合自動化發(fā)展。

一最優(yōu)控制與現(xiàn)代控制理論

50年代末，60年代初，在大量工程實(shí)踐基礎(chǔ)上逐漸形成了第二代控制理論，或稱現(xiàn)代控制理論。一般認(rèn)為，它是由匈牙利出生的美國學(xué)者卡爾曼(R.E.Kalman，1930～)奠定的。他在控制論創(chuàng)始人維納工作的基礎(chǔ)上，引進(jìn)了數(shù)字計(jì)算方法中的“校正”概念，吸取了50年代“最優(yōu)化”的研究成果，于1960年國際自動控制聯(lián)合會第一屆大會上發(fā)表了《控制系統(tǒng)的一般理論》，以及相繼發(fā)表的《線性估計(jì)和辨識問題的新結(jié)果》，對于控制系統(tǒng)的屬性及其關(guān)聯(lián)作用，提供了更深入的認(rèn)識，奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)。

第一代控制理論的經(jīng)典控制理論主要是使用頻域法來研究單輸入一單輸出的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，第二代控制理論則發(fā)展到用狀態(tài)空間法或時域法解決多輸入一多輸出、最優(yōu)化及時變系統(tǒng)的分析和綜合等問題。第二代控制理論大體包括：多變量控制、系統(tǒng)辨識、最優(yōu)估計(jì)和最優(yōu)控制等主要內(nèi)容及自適應(yīng)控制等問題。盡管50年代即已提出“最優(yōu)化”的概念，并試圖對被控對象實(shí)施最優(yōu)控制，但由于理論上還不夠成熟和限于當(dāng)時的技術(shù)裝備水平，最優(yōu)控制并未能真正實(shí)現(xiàn)。直到1960年前后，“狀態(tài)空間”的概念和方法才得到發(fā)展并獲得許多重要的數(shù)學(xué)結(jié)果，如發(fā)展了極大值原理、動態(tài)規(guī)劃方法、矩量理論方法、函數(shù)空間方法等，并以不同形式給出了最優(yōu)控制所必須滿足的必要或充分條件，推出了最優(yōu)控制的許多定性性質(zhì)。這些理論、方法和在實(shí)際工程上的應(yīng)用，成為60年代自動控制領(lǐng)域熱門的課題。

對一個實(shí)際的控制對象，要實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，通常要依據(jù)控制系統(tǒng)的狀態(tài)或輸出情況進(jìn)行反饋，找到最優(yōu)的控制規(guī)律，對系統(tǒng)的某些性能指標(biāo)取極小(或極大)值，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制過程。例如，為了使航天飛機(jī)的有效載荷(即航天飛機(jī)扣除自身的支承結(jié)構(gòu)、通訊設(shè)備、能源設(shè)備及有關(guān)控制裝置等的重量以后的實(shí)際運(yùn)載量)達(dá)到極大，就必須按推進(jìn)劑消耗量最小的原則來選擇推力程序和使命設(shè)計(jì)，以便進(jìn)行其他部件的最優(yōu)設(shè)計(jì)，達(dá)到總體最優(yōu)化。最優(yōu)控制在導(dǎo)彈方面的應(yīng)用，其性能指標(biāo)通常可以是燃料消耗量最小、脫靶量最小、時間最短等。至于民用控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，往往以考慮經(jīng)濟(jì)效益為主，如原材料消耗最小、成本最低、實(shí)際利潤最大等。但是，要找到一個控制對象的最優(yōu)控制規(guī)律不是輕而易舉的，首先就得了解控制對象的特性，建立以數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的數(shù)學(xué)模型。但很多人工的或自然的復(fù)雜系統(tǒng)不可能或者不完全可能運(yùn)用傳統(tǒng)的力學(xué)、物理學(xué)等的基本規(guī)律給出其中現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述，而只能從“黑箱”觀點(diǎn)出發(fā)，用實(shí)驗(yàn)方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)和運(yùn)行數(shù)據(jù)，估算出控制對象的數(shù)學(xué)模型及其參數(shù)，然后才能對這類復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行定性定量的研究，這就是系統(tǒng)辨識所用的方法。系統(tǒng)辨識是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的工業(yè)控制的必要前提。一些控制系統(tǒng)雖經(jīng)控制工作者針對特定條件作了精心的設(shè)計(jì)，可是環(huán)境條件一旦發(fā)生變化，控制品質(zhì)可能會大大降低，甚至嚴(yán)重到完全不能工作，這就進(jìn)一步要求所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠隨著外界條件的變化，自動地調(diào)整自身結(jié)構(gòu)或參數(shù)，以保持該系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制品質(zhì)，到50年代出現(xiàn)一些極值控制系統(tǒng)，或叫自尋最優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)，以及條件反饋系統(tǒng)等。目前，系統(tǒng)辨識已經(jīng)發(fā)展成為現(xiàn)代控制理論中一個獨(dú)立而重要的分支，除已用于冶金、化工等工業(yè)生產(chǎn)外，亦已用于醫(yī)學(xué)以及飛行體氣動力學(xué)參數(shù)的辨識。通過系統(tǒng)辨識建立飛行物體與艦船運(yùn)動的簡化模型等項(xiàng)工作，已超出工業(yè)自動控制范圍，成為向多方面科學(xué)技術(shù)研究移植應(yīng)用的一個良好開端。在數(shù)學(xué)模型已經(jīng)建立的基礎(chǔ)上，利用統(tǒng)計(jì)方法對系統(tǒng)輸入和輸出數(shù)據(jù)的量測，對系統(tǒng)的未來“狀態(tài)”進(jìn)行估計(jì)這就是所謂最優(yōu)估計(jì)。如利用所謂“卡爾曼濾波”，有時能夠從帶有噪聲的量測數(shù)據(jù)，有效地實(shí)時估計(jì)出系統(tǒng)的狀態(tài)，為實(shí)施最優(yōu)控制提供必要的條件。

1960年前后，控制工作者發(fā)現(xiàn)傳遞函數(shù)法對于多變量系統(tǒng)往往只能反映系統(tǒng)的輸入-輸出之間的外部關(guān)系，而具有相同傳遞函數(shù)矩陣的若干系統(tǒng)可以有完全不同的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。這就要求要有不同的設(shè)計(jì)原則，從而提出了“結(jié)構(gòu)不確定原理”。卡爾曼等人在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了更深入的研究并建立了“可控性”和“可觀測性”的理論，這是我們對于控制系統(tǒng)認(rèn)識深化的一個標(biāo)志。如果某些系統(tǒng)的狀態(tài)變量或其組合，在一定條件下可以受控制變量的影響，則稱這類系統(tǒng)具有“可控性”，因而對該系統(tǒng)有可能實(shí)施最優(yōu)控制。為此，知道該系統(tǒng)在什么條件下是可控的，是十分重要的。反之，如果系統(tǒng)的狀態(tài)變量完全不受控制變量影響，也就談不上什么最優(yōu)控制了。同時，由于最優(yōu)控制需取得狀態(tài)的反饋信息，以便對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行最優(yōu)控制，就必須能從觀測值(一般指輸出量)中獲得關(guān)于系統(tǒng)狀態(tài)的信息，即“可觀測性”。否則，同樣不能實(shí)施最優(yōu)控制。

60年代中期，現(xiàn)代控制理論初步形成。之后的十幾年，最優(yōu)控制的問題受到很大重視。這主要是由于人們對高質(zhì)量控制的需求和在控制系統(tǒng)中更有效地使用計(jì)算機(jī)所導(dǎo)致的必然結(jié)果。人們常用第二代控制理論的這些手段進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，大大改善了系統(tǒng)的精度及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。除應(yīng)用于航空、航天、航海等部門外，在冶金、石油、化工、交通運(yùn)輸?shù)炔块T也得到廣泛應(yīng)用。

二、多機(jī)和機(jī)組自動化向綜合自動化過渡

從生產(chǎn)過程自動化的角度來看，60年代中期已經(jīng)從單參數(shù)自動調(diào)節(jié)(如溫度、壓力、流量等)或控制某一工藝參數(shù)的單機(jī)和局部自動化，發(fā)展到多參數(shù)最優(yōu)控制，實(shí)現(xiàn)了多機(jī)和機(jī)組自動化，并開始向綜合自動化過渡。

60年代由于光、電、熱和輻射線等物理效應(yīng)在工業(yè)上的應(yīng)用逐步形成了非電量的電測法和自動記錄儀表，研制出由檢測到記錄的自動測量系統(tǒng)，已可以應(yīng)用各種獨(dú)立的元件來設(shè)計(jì)一個特定測量功能的裝置，可以實(shí)現(xiàn)按系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行選配組裝，以提供成套的裝置。在測量方法上，到70年代已可進(jìn)行二維的圖形測量和實(shí)現(xiàn)三維的物體識別。由于集成電路的出現(xiàn)，可以更好地研制與生產(chǎn)可編程序控制器、小型工業(yè)控制用專用計(jì)算機(jī)、光筆與字符顯示終端和自動繪圖機(jī)等計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造，研制和生產(chǎn)了簡易型和重復(fù)型工業(yè)機(jī)器人。為了實(shí)現(xiàn)綜合自動化，要求自動化元器件、控制設(shè)備等的性能進(jìn)一步提高，因而提出了提高可靠性、經(jīng)濟(jì)性和使用壽命等的要求。如自動化儀表應(yīng)滿足使用環(huán)境的要求，以及能承受測量對象的條件變化而引起對穩(wěn)定性的影響，還需具有靈巧性、擴(kuò)充性、互換性、經(jīng)濟(jì)性和降低儀表故障率等。在傳感器和變送器方面，70年代已可利用某些材料的物理性質(zhì)變化，發(fā)展了可實(shí)現(xiàn)參數(shù)測量的傳感器，如熱敏、光敏、磁敏、壓敏、氣敏、濕敏、輻射轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換等類型傳感器。到80年代初，已逐漸發(fā)展出配有微處理器的智能型傳感器，配在機(jī)器人上，使之具有“五官”的功能。顯示技術(shù)已可進(jìn)行字符圖形顯示、大屏幕顯示以及進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能式CRT顯示終端。顯示特征分為全部參數(shù)集中顯示和趨勢顯示，操作者可通過鍵盤實(shí)施人一機(jī)直接對話等。在控制器方面，已由模擬式PID調(diào)節(jié)器發(fā)展到直接數(shù)字控制儀，以及以數(shù)字計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字式控制裝置。60年代末開始出現(xiàn)的可編程序控制器(PLC)，由于集計(jì)算機(jī)和工業(yè)過程控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)于一身，具有很強(qiáng)的生產(chǎn)現(xiàn)場適應(yīng)能力。又由于采用了淺顯易懂的繼電器邏輯語言為軟件編程的基礎(chǔ)，因而在80年代應(yīng)用十分廣泛，每年約以30%的增長速度發(fā)展。進(jìn)入90年代已趨于將中央處理單元(CPU)和輸入/輸出單元(I/O)作成一體形結(jié)構(gòu)，全體作成平板薄形，以追求低價(jià)和便于安裝于受控機(jī)器的內(nèi)部。由于PLC的廣泛適用性，一些國家PLC的產(chǎn)值達(dá)到全部工業(yè)控制用產(chǎn)品銷售額的1/10，甚至將發(fā)展應(yīng)用PLC作為國策之一，與工業(yè)機(jī)器人一起成為國家的戰(zhàn)略性產(chǎn)品。特別是由于微處理器和高集成度的半導(dǎo)體存貯器的出現(xiàn)，綜合自動化的控制任務(wù)，不再是只由一臺高效能的計(jì)算機(jī)處理，而是將控制任務(wù)分散開來，分配到數(shù)臺微處理器上，再將它們聯(lián)接起來，形成一個多處理機(jī)系統(tǒng)型的綜合控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有通用性和靈活性，可以適應(yīng)各種不同自動化水平的要求，也可以經(jīng)濟(jì)地構(gòu)成大、小規(guī)模不等的系統(tǒng)。

1975年底方始推出的分布式控制系統(tǒng)(DCS)或稱集散控制系統(tǒng)，到80年代得到了迅猛發(fā)展，并成為90年代工業(yè)過程控制的主流和發(fā)展方向。其特點(diǎn)是“過程控制分散，信息管理集中”，表現(xiàn)了遞階控制的思想，整個系統(tǒng)由基本控制回路和上位控制管理計(jì)算機(jī)兩級構(gòu)成，并可向更上一級計(jì)算機(jī)通信。由于采用了分布式結(jié)構(gòu)形式和冗余技術(shù)，提高了系統(tǒng)長期運(yùn)行能力和可靠性。

90年代正在發(fā)展中的工業(yè)過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)稱之為網(wǎng)絡(luò)控制，其特點(diǎn)是將最下位的現(xiàn)場傳感器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器和可編程序控制器、過程控制站、管理操作站均納入系統(tǒng)，且引入MAP(美國制造商自動化協(xié)議，國際通用的工廠自動化協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)之一)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場總線概念，形成一個全分布式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)綜合自動化。

電子計(jì)算機(jī)是實(shí)現(xiàn)綜合自動化的關(guān)鍵設(shè)備。它具有進(jìn)行最普遍意義的信息自動化處理的能力，同時由于工業(yè)控制機(jī)和微型機(jī)性能價(jià)格比的提高和高達(dá)數(shù)千小時的無故障時間，為控制理論與應(yīng)用的結(jié)合提供了優(yōu)越的條件，并擴(kuò)大了自動控制的應(yīng)用范圍。首先，由于數(shù)字計(jì)算機(jī)有著計(jì)算精確的特點(diǎn)，有利于和數(shù)字化傳感器和數(shù)字化執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)合，使工業(yè)生產(chǎn)過程的精密控制成為可能;其次，由于數(shù)字計(jì)算機(jī)具有很強(qiáng)的計(jì)算能力，可以實(shí)現(xiàn)依據(jù)生產(chǎn)過程運(yùn)行狀況的改變而自動改變控制參數(shù)，并能計(jì)算出生產(chǎn)過程的發(fā)展趨勢，從而預(yù)先確定要調(diào)整的操作條件，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制;第三，更由于使用計(jì)算機(jī)不僅能對生產(chǎn)過程進(jìn)行最優(yōu)控制，而且可以對敏感器件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和包括計(jì)算機(jī)本身在內(nèi)的全部生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)督控制，使得實(shí)現(xiàn)整個企業(yè)和企業(yè)體系生產(chǎn)過程的綜合自動化具有可能性和現(xiàn)實(shí)性。到了80年代，計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)有了飛速發(fā)展。進(jìn)入90年代，多媒體技術(shù)成為計(jì)算機(jī)和自動化領(lǐng)域的熱點(diǎn)，1992年多媒體技術(shù)已達(dá)到商品化、實(shí)用化階段，銷售額已達(dá)50億美元。其最主要的特點(diǎn)之一是集成化，是計(jì)算機(jī)、控制、通訊、網(wǎng)絡(luò)和軟件等多種技術(shù)的綜合，有機(jī)地組合數(shù)值、文字、聲音、圖形、圖像等信息載體與使用計(jì)算機(jī)的人進(jìn)W勻歡曰?，綋Q恍畔?，为实施紦溷机控制、更好地实蠐簇制系统中的信息磱z?、揣f懟⒋?、控制、管理等手段提供翑\行У募際躉　?梢運(yùn)擔(dān)撲慊囊?，使走h(yuǎn)際醯姆⒄鉤魷至艘桓齜稍盡?SPAN lang=EN-US>

現(xiàn)代化的大工業(yè)生產(chǎn)，系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，單純靠儀表、巡回檢測和反饋控制等局部自動化已不能適應(yīng)需要，也就逐漸創(chuàng)建了如圖所示的由組織管理與過程控制相結(jié)合的多級計(jì)算機(jī)控制的大規(guī)模自動化系統(tǒng)，從而逐步走上了綜合自動化的發(fā)展道路。1975年前后，已經(jīng)研制出新型綜合控制系統(tǒng)裝置，這個裝置將通用計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制機(jī)、微處理機(jī)、通訊技術(shù)與常規(guī)儀表等綜合成一套通用性大、操作集中，顯示醒目和具有多種功能的最佳控制系統(tǒng);以及采用包括快速數(shù)據(jù)通道、操作顯示和過程控制等具有成套硬件和軟件的組合式標(biāo)準(zhǔn)組件。根據(jù)冶金、電力、化工、輕工等部門的需要，可以組成從簡到繁，可逐步擴(kuò)充功能的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

這個系統(tǒng)實(shí)際上是80年代得到迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的一個雛形。CIMS是管理工程、控制工程、計(jì)算機(jī)工程、電子工程和機(jī)械工程等多學(xué)科的交叉、多種技術(shù)的集成和滲透形成的，是實(shí)現(xiàn)綜合自動化的基本模式，也是21世紀(jì)的“未來產(chǎn)業(yè)基本模式”。CIMS在1991年世界范圍內(nèi)的銷售額就已達(dá)700億美元。CIMS從用戶訂貨單開始，輸入產(chǎn)品需要的有關(guān)信息，從產(chǎn)品初始構(gòu)思、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、管理、經(jīng)營均有機(jī)聯(lián)系的一個高技術(shù)綜合生產(chǎn)控制系統(tǒng)。它將工廠控制系統(tǒng)與企業(yè)行政事務(wù)管理信息集成在一起，在企業(yè)內(nèi)部完成自動化作業(yè)的全過程。它采用層次式的控制結(jié)構(gòu)，將管理信息系統(tǒng)(MIS)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)等功能集于一身，采用MAP作為通訊網(wǎng)絡(luò)并與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)相連。因此，CIMS的發(fā)展已使綜合自動化成為現(xiàn)實(shí)。

圖：計(jì)算機(jī)四級管理系統(tǒng)框圖

三、遙測遙控向遙技術(shù)發(fā)展

遙測遙控系統(tǒng)是利用遙測技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測量、控制和監(jiān)視的系統(tǒng)，是自動化技術(shù)科學(xué)的一個重要分支，它是在自動控制、傳感技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷完善和發(fā)展起來的。凡是距離遙遠(yuǎn)、對象分散或難以接近的系統(tǒng)，均可采用遙測遙控實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控和管理，這已在無人駕駛飛機(jī)、人造衛(wèi)星、導(dǎo)彈、空中交通管制、鐵路調(diào)度、核工業(yè)、電力系統(tǒng)、地震預(yù)報(bào)臺網(wǎng)、輸油和輸氣管線等軍事和國民經(jīng)濟(jì)部門得到廣泛應(yīng)用。

最早的遙測遙控系統(tǒng)只是測控距離較近的機(jī)械式或液壓、氣動式。19世紀(jì)出現(xiàn)使用電的有線遙測遙控系統(tǒng)，20世紀(jì)初出現(xiàn)無線遙測遙控系統(tǒng)。在20世紀(jì)20年代末，遙控飛行器的往返飛行距離已達(dá)1000公里。這項(xiàng)技術(shù)在第二次世界大戰(zhàn)中得到迅速發(fā)展，40年代初先后研制成功飛機(jī)和火箭用的調(diào)頻/調(diào)幅遙測系統(tǒng)，以及脈幅調(diào)制和脈寬調(diào)制等遙測系統(tǒng)。50年代又發(fā)展了脈碼調(diào)制，標(biāo)志著遙測遙控系統(tǒng)從模擬式發(fā)展到數(shù)字式?，F(xiàn)今的遙測遙控系統(tǒng)的最大傳輸距離已達(dá)幾億公里，能傳輸兆比特級的數(shù)字圖象信息，并出現(xiàn)了可編程序、自適應(yīng)和分集式遙測遙控系統(tǒng)。航天遙控系統(tǒng)已發(fā)展成一個利用微波波段的載波作為遙控、遙測、測距和測速的共同載波，稱為S波段統(tǒng)一載波測控系統(tǒng)，使系統(tǒng)設(shè)備大為簡化。

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入80年代，遙技術(shù)的概念應(yīng)運(yùn)而生。遙技術(shù)實(shí)際是一種用戶技術(shù)，是指地面人員利用自控、遙控操作和機(jī)器人技術(shù)來控制空間實(shí)驗(yàn)的技術(shù)。例如在歐洲空間局(ESA)的哥倫布空間計(jì)劃中，由于用戶所需的各類實(shí)驗(yàn)將在宇宙空間的空間站上完成，且長期處于無人介入的狀態(tài)，依靠遙技術(shù)可以不需宇航員參與，而直接在地面對空間實(shí)驗(yàn)進(jìn)行遙控操作，也就使受生理?xiàng)l件限制的宇航員從那些要求在太空中駐留時間長和工作強(qiáng)度大的任務(wù)中解放出來，這解決了許多專業(yè)人員和科學(xué)家由于身體條件限制無法進(jìn)入空間實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行現(xiàn)場工作的問題。為了對遙技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性論證，歐洲空間技術(shù)中心(ESTEC)組織了人員對流體、材料和生命科學(xué)的三大實(shí)驗(yàn)提出技術(shù)要求，研制并建立了遙技術(shù)測試臺(TTB)和技術(shù)保障、接口技術(shù)、仿真遙控操作實(shí)驗(yàn)，并對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析、評估。90年代初，第一臺TTB在ESTEC安裝完畢并開始了實(shí)驗(yàn)研究，標(biāo)志著遙技術(shù)這一門新學(xué)科開始步入成熟階段?？梢哉f，從遙測遙控發(fā)展到今日的遙技術(shù)，是未來空間技術(shù)的發(fā)展趨勢，標(biāo)志著人類對太空的認(rèn)識已經(jīng)從探索研究階段到90年代中期將開始進(jìn)入開發(fā)利用的時代。

四、向廣度發(fā)展，實(shí)現(xiàn)大系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)的控制

(一)大系統(tǒng)

70年代以來，隨著科學(xué)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，現(xiàn)代的工業(yè)、電力、交通、生物、生態(tài)以及軍事指揮等大規(guī)模的生產(chǎn)和管理系統(tǒng)愈來愈多，日益復(fù)雜。例如大型鋼鐵企業(yè)的控制和管理系統(tǒng);全國或地區(qū)性的商品供銷量的實(shí)時監(jiān)督和分類調(diào)度;貨幣的發(fā)放和回籠，儲蓄業(yè)務(wù)的存取自動化管理等銀行業(yè)務(wù)管理;包括人事檔案管理自動化和職工每日出勤記錄，以及總出勤率的自動化統(tǒng)計(jì)分析等的大企業(yè)和部門的人事自動化管理;生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境污染的分析、管理和控制;人口的發(fā)展計(jì)劃和控制，人口長期預(yù)報(bào);工業(yè)區(qū)和大城市郊區(qū)的公路網(wǎng)上的交通信號管制，乘客密度的實(shí)時分析和車輛調(diào)度等等?，F(xiàn)今對于那些能夠在大范圍內(nèi)采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，分析情況，從而進(jìn)行指揮管理和控制的系統(tǒng)，往往統(tǒng)稱為大系統(tǒng)。對于這樣一些大規(guī)模的復(fù)雜的系統(tǒng)評價(jià)、設(shè)計(jì)、控制與管理，只能求助于運(yùn)用系統(tǒng)工程學(xué)的方法，對其實(shí)施系統(tǒng)控制。如通過分別解決大系統(tǒng)中各自獨(dú)立而又相互制約的子系統(tǒng)的最優(yōu)化問題，來達(dá)到全系統(tǒng)的整體最優(yōu)化目的。

大系統(tǒng)是系統(tǒng)工程學(xué)發(fā)展的一個新階段，大系統(tǒng)的理論和實(shí)踐，主要是研究解決系統(tǒng)工程中關(guān)于事物發(fā)展過程的定量描述、模擬、預(yù)測和控制的那一部分問題。因此可以說，系統(tǒng)工程也是自動化技術(shù)科學(xué)工作者的重要研究內(nèi)容之一，系統(tǒng)工程研究的問題概括起來不外是兩個方面：一個是工程技術(shù)系統(tǒng)，二是社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。各類系統(tǒng)工程的共同理論基礎(chǔ)是運(yùn)籌學(xué)，目的是實(shí)現(xiàn)各類系統(tǒng)的組織和管理技術(shù)。作為從事自動化技術(shù)的人員，則是要研究系統(tǒng)各個構(gòu)成部分，如何進(jìn)行組織，以便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定和有目的的行動。由于系統(tǒng)工程在實(shí)現(xiàn)一個國家現(xiàn)代化中處于十分重要的地位，加強(qiáng)這方面研究工作的開展，必然能在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上和社會上見諸效益。

大系統(tǒng)通常具有下面三個特點(diǎn)：信息的采集和處理量大面廣;系統(tǒng)的多級結(jié)構(gòu)模型;集中與分散的控制方式。如從地理上看，需要從各地區(qū)或各部門去采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過對大量數(shù)據(jù)的處理加工，再由控制中心進(jìn)行分析并作出決定，最后再反饋到這些部門或地區(qū)去執(zhí)行?；蛘唠m不具備上述地理分布上的特征，但由于設(shè)備多，任務(wù)過程復(fù)雜，具有多級控制結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，也可作為其特征之一。因?yàn)樵诤芏嗲闆r下，復(fù)雜的大系統(tǒng)可以分解為較小的相互作用的子系統(tǒng)進(jìn)行分析，然后再重新組合為大系統(tǒng)。這些分解方法產(chǎn)生了子系統(tǒng)的分級模型，對分級結(jié)構(gòu)中的每一層需經(jīng)該層的性能測度，實(shí)現(xiàn)每層的控制最優(yōu)化，最后再力圖實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的綜合最優(yōu)化。因此，要實(shí)施對這類大系統(tǒng)的分析，就要對已有的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“模型化”，也就是要根據(jù)需要與可能，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，用以描述系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性、性能指標(biāo)、運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式等;或建立系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型，繪制出表示系統(tǒng)信息流或物質(zhì)流、時間順序、邏輯關(guān)系等相互聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)圖(由支路、節(jié)點(diǎn)等組成)和計(jì)劃評審圖等;如果有條件，還須進(jìn)一步建立系統(tǒng)的物理模型，用以對大系統(tǒng)進(jìn)行仿真，模仿實(shí)際系統(tǒng)的物理過程、運(yùn)動狀態(tài)、生理或心理的活動等等。對于尚待籌建的大系統(tǒng)，則通常要根據(jù)大系統(tǒng)的總?cè)蝿?wù)、總目標(biāo)，選擇設(shè)計(jì)方案，確定控制規(guī)律，制定管理辦法，這就要實(shí)施對大系統(tǒng)的綜合。綜合的目的，就是要對大系統(tǒng)進(jìn)行決策、規(guī)劃、設(shè)計(jì)，對大系統(tǒng)的籌建過程與實(shí)際運(yùn)行，進(jìn)行科學(xué)的計(jì)劃協(xié)調(diào)與組織管理。有這樣一個實(shí)例，一個復(fù)雜的戰(zhàn)略防御系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)單位，它包括幾臺大型計(jì)算機(jī)聯(lián)合控制預(yù)警雷達(dá)，精密相控陣?yán)走_(dá)，并承擔(dān)導(dǎo)彈的發(fā)射和引導(dǎo)以及模擬訓(xùn)練等任務(wù)。在這個復(fù)雜系統(tǒng)中，它實(shí)時控制六個子系統(tǒng)，具有735 000條軟件指令，還包含有580 000條軟件指令的六個支援子系統(tǒng)，以及含軟件指令830 000條的六個方面的調(diào)試維護(hù)系統(tǒng)，這樣一個大系統(tǒng)，它的控制、支援和維護(hù)使用都用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了自動化。也只有在計(jì)算技術(shù)發(fā)展到今天，才有可能實(shí)施對大系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時的、不間斷的、自動化的監(jiān)視和控制?，F(xiàn)代自動化技術(shù)科學(xué)的一些內(nèi)容，如動態(tài)規(guī)劃，評價(jià)問題，決策問題，對策問題等已引起了自動化工作者的關(guān)注，一些著名學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)亦紛紛轉(zhuǎn)向該問題的研究。1965年美國學(xué)者切斯納特(H.Chesnut)以系統(tǒng)模型化、最優(yōu)化、信息處理等為核心，歸納成系統(tǒng)工程學(xué)的方法，并擔(dān)任了國際自動控制聯(lián)合會中新成立的系統(tǒng)工程學(xué)技術(shù)委員會的主席，正式把生產(chǎn)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)問題作為活動內(nèi)容之一。以后每隔一、二年召開一次有關(guān)問題的討論會。著重從控制與信息的觀點(diǎn)，研究各種大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案、總體設(shè)計(jì)中的“分解”方法和協(xié)調(diào)等問題。大系統(tǒng)理論

五、向深度發(fā)展，實(shí)現(xiàn)智能控制

智能控制，是研究與模擬人類智能活動及其控制與信息傳遞過程的規(guī)律，研制具有某些仿人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)的一個新興分支學(xué)科。它在控制論、信息論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、實(shí)驗(yàn)心理學(xué)、仿生學(xué)等有關(guān)學(xué)科互相滲透的基礎(chǔ)上，匯集各有關(guān)方面的研究成果進(jìn)行綜合性研究，成為自動化技術(shù)科學(xué)向縱深發(fā)展的標(biāo)志之一。

智能控制的思想最早是由華裔美國模式識別與機(jī)器智能專家傅京孫(K.S.Fu，1930～1985)于1965年提出的，直至1985年建立實(shí)用智能控制系統(tǒng)的條件才逐漸成熟，并在美國首次召開了智能控制學(xué)術(shù)討論會，1987年再次在美國召開了智能控制首屆國際學(xué)術(shù)會議，標(biāo)志著智能控制作為一個新的學(xué)科分支得到承認(rèn)，較重要的智能控制系統(tǒng)之一是分級遞階智能控制系統(tǒng)，是在學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將人工智能與適應(yīng)控制系統(tǒng)和自組織系統(tǒng)結(jié)合而形成的，用以在一定程度上解決復(fù)雜離散事件的控制設(shè)計(jì)問題，以及應(yīng)用于工業(yè)、航天、核處理和醫(yī)學(xué)等方面的自主控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題。

專家控制系統(tǒng)是智能控制的另一重要方面，它能模仿某一方面的專家和熟練操作人員的控制技能和經(jīng)驗(yàn)。它具有專家控制系統(tǒng)和專家式控制器兩種形式，一般兼有理解、預(yù)測、診斷、計(jì)劃制定、監(jiān)控等多種功能。表明了工程控制技術(shù)與知識工程的結(jié)合，意味著系統(tǒng)科學(xué)與思維科學(xué)的相互滲透。

進(jìn)入90年代，屬于智能控制范疇的模糊控制技術(shù)得到了較快發(fā)展，它是一種采用由模糊數(shù)學(xué)語言描述的控制規(guī)則來操縱系統(tǒng)工作的控制方法。其特點(diǎn)是不需要考慮控制對象的數(shù)學(xué)模型和復(fù)雜情況，只需要依據(jù)由操作人員經(jīng)驗(yàn)所制訂的控制規(guī)則即可構(gòu)成。這就使模糊控制如同專家系統(tǒng)一樣具有重大而深遠(yuǎn)的意義，這是由于眾多的實(shí)踐證明，許多復(fù)雜控制過程難以用數(shù)學(xué)方法建立定量計(jì)算模型，而必須用知識工程技術(shù)建立定性分析模型，有時還需要建立定性分析與定量計(jì)算相結(jié)合的理論模型。通過模糊控制方法而設(shè)計(jì)出由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的模糊控制器，所依據(jù)的控制規(guī)則通常不是精確定量的，其模糊關(guān)系的運(yùn)算法則、各模糊集的隸屬度函數(shù)，以及從輸出量模糊集到實(shí)際的控制量的轉(zhuǎn)換方法等，均有相當(dāng)大的任意性，這種控制器的性能和穩(wěn)定性，往往難以從理論上作出確定的估計(jì)，只能依據(jù)實(shí)際效果評價(jià)其優(yōu)劣。值得欣慰的是，近幾年來國內(nèi)外已開發(fā)出數(shù)以百計(jì)的應(yīng)用方面的模糊控制器，并在多種領(lǐng)域得到成功的應(yīng)用，可以說正是方興未艾。另一類由專家控制器和模糊控制器互相滲透而發(fā)展起來的專家模糊控制器，亦是智能控制中一種研究得十分活躍的專家控制器，只是在名稱上略有區(qū)別。

智能機(jī)器人是智能控制的綜合研究對象、工具與成果，人工智能與模式識別的研究，是為實(shí)現(xiàn)智能控制提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)手段的重要前提。實(shí)現(xiàn)智能控制是人工智能與模式識別研究的最終目的的一個重要方面。智能機(jī)器人作為一個典型的智能控制系統(tǒng)，也必然要引用人工智能與模式識別的研究成果并作為它們理論與實(shí)踐結(jié)合的主要對象之一。

智能機(jī)器人的研究，實(shí)際上就是研制具有仿人智能的自動機(jī)器，這是人們長期以來的愿望，直到60年代后期，具有極簡單智能的機(jī)器人雛形方才問世。60年代后期發(fā)展起來的“智能機(jī)器人”，亦多限于在“積木世界”中活動，它僅僅具有識別簡單的三維物體的形狀，進(jìn)行積木分類、堆放的智能，或少量具有視覺、觸覺。如日立中心研究所研制成的“手一眼”裝置與帶觸覺手的智能機(jī)器人，它有兩只眼，一只眼用于看圖紙，另一只眼與機(jī)械手進(jìn)行裝配作業(yè)，依靠兩只眼的協(xié)調(diào)配合，完成按圖紙裝配的工作。日立公司研制的具有視覺與觸覺的機(jī)器人，用來制造水泥桿，并可將螺釘擰到水泥桿的模具上去。當(dāng)機(jī)器人走近螺釘和其他凸臺時，作為“眼”的電視攝像機(jī)搜索目標(biāo)，識別其形狀與位置，再由帶