冶金自动化(自动化技术的形成方法)

在机械加工上，车、磨，钻、铣、刨、锻等加工方法均已出现，生产机械化初步形成。到十九世纪后期，开始出现了第一批自动车床，单机自动化也就开始萌芽。到了二十世纪五十年代初，由于批量生产的需要，以及经典控制理论的指导，单一生产过程自动化、自动生产线等局部自动化也就应运而生，把人从单调的、繁重的和受机器运转约制的手工操作以生产零部件的状态中解放出来。

五十年代数控技术的发展，可以美国麻省理工学院研制出来的第一台数控装置的“加工中心”为代表，它是小批量和中批量生产自动化的关键，对当时的飞机制造工业起到了很大的推动作用。到了五十年代末，用计算机进行机器零件的计算、数控程序的设计得到发展，亦就是通常所说的计算机辅助设计开始萌芽。这一时期由于数字控制和数据处理技术的发展，使机械制造业的结构发生了很大的变化。从四十年代末到五十年代，自动化的理论基础是“经典控制理论”，集中反映在自动调节原理方面。经典控制理论的命名，是相对于“现代控制理论”而言的。

它是以反馈为核心，把具有单一输人和单一输出的线性自动调节系统作为主要研究对象，研究的主要内容是自动调节系统的稳定性；所采用的数学模型则以传递函数描述，分析、综合调节系统的主要方法是频域法；所能达到的目的，基本是实现局部自动化。这一理论的形成、发展与广泛应用的时间，大体在1948年到1957年。对于控制对象是单输入-单输出的线性自动调节系统来说，按其控制作用的特点，大体有以下三种类型：即自动镇定系统，其控制作用的目的是使控制对象保持恒定值，亦称之为定值控制系统，其二为顺序调节系统，或程序控制系统，控制作用的目的是使控制对象按给定的时间函数工作，如飞机的着陆期间满足给定的高度变化规律，机床按一条已知轮廓的程序加工零件等。

其三是伺服系统，或叫随动系统，其控制作用的变化事先不能准确地确定，而取决于系统之外进行着的过程，如天文望远锁的导星系统等。那么，设计一个被控对象的线性自动调节系统的需要，如何促进了基础理论和实现手段与方法的发展，理论和应用之间存在着什么样的依存关系，弄清这些问题对了解经典控制理论的发展过程会是有益的。通常，从事自动化技术工作的人员，在得到给定任务的技术要求或性能指标后，首先要了解给定控制对象的动态特性以及可能采用的元、部件的特性和设计参数，然后对系统进行初步的分析或综合。

为此，就要建立起以传递函数表示的数学模型，这就将实际的物理对象抽象为数学问题，而不管该系统是机械的，电的，或是气动、液压的，甚至是上述的混合体。用系统的方法进行设计，或是在计算装置上进行模拟，或是将系统的线性微分方程，用拉氏变换法转换成复变数的代数方程进行计算，以求得数学解，并同时对各种信号和扰动作用下的响应进行测试或试算。由于设计系统时曾给予一定的假设条件或含有非线性的因素，一般需经过若干次的试探法的演算，才能获得较为满意的系统参数，然后再依此建立起实际的物理系统，并通过系统实验，检验其所能达到的技术要求或性能指标，最后进行适当的修改、校正，完成系统设计的全过程。

可以看出，控制理论在与应用的结合中，显示了它作为主要研究系统状态的运动规律，以及改变这种运动规律的方法和可能性的作用。对于一些简单的自动化系统，由于其控制简单，投资少，收效快，甚至到七十年代还有所采用，但是，这个时期的自动化，主要以引进反馈概念为其特征，这种反馈闭环控制可以克服被控制对象的特性变化和各种干扰因素所带来的误差，改善系统的品质，缩短控制的过渡过程时间，提高静态和动态精度等。驱动雷达天线眠踪移动目标的伺服系统就是一个典型的实例。

在生产上，这种方式多用于连续生产过程的自动化。由于石油、化工、冶金等生产过程，其处理对象大都是流体或连续生产过程，工艺比较稳定，传输、控制比较容易，因而在这些部门，生产过程的自动化进展就较快。如前所述，用经典控制理论对控制系统的分析和综合的核心是采用频域法，其中包含主要用于线性系统的对数频率法、根轨迹法，以及用于非线性系统的描述函数法等，研究的内容主要是稳定性和动态品质问题。所谓频域法，是指用传递函数来研究设计自动化系统。传递函数概念的产生与电工学有密切关系，且在线性电路的分析上得到了广泛的应用。

但在一个较长时期内，在自动化技术领域中，常常把以多项式代数和拉氏变换为基础的传递函数方法，作为控制理论的研究和实际自动化系统设计工作中的一个主要方法。这一时期自动化系统的运算等工作，一般通过模拟计算装置来实现，由于模拟计算装置在性能上有一定局限性，所以尽管在设计系统时已尽量考虑得合理，依据运算结果也确定了所需的参数，但实际调试系统时，往往也只能作为近似的参考值，仍需靠富有实践经验的人员在现场反复试凑。加之应用调节原理进行系统设计，通常只适于对某些单输入-单输出的线性系统进行分析，而对于多输入-多输出的系统，以及随时间变化的时变系统、非线性系统等