页数：70页文件大小：16.10 MB来源： 计算机控制技术ppt课件
本课件为《计算机控制技术》课程的中国智能制造与自动化专业人才培养，围绕中国智能制造与自动化专业人才培养、核心原理与工程实现展开讲解，逐页呈现原理框图、接口电路与程序示例，并给出完整文字版，便于按章节检索与课后复习。
中国智能制造与自动化专业人才培养
智能制造的发展需求与自动化理论的发展过程
国家研发计划先进制造领域
国家研发计划信息领域
战略地位智能制造科技发展“十二五”专项规：划（中华人民共和国科学技术部2012年3月27日印发）建立智能制造基础理论与技术体系重点突破设计过程智能化、制造过程智能化和制造装备智能化中的基础理论与共性关键技术。发展目标智能制造中国2025—新的投资靶点
现代传感技术
以智能工厂为代表的流程制造试点
新一代信息技术
传统制造与智能制造
制造业发展趋势：智能化以数字化、柔性化及系统集成技术为核心大数据处理技术支撑通过工业化批量生产方式同样满足个性化需求•绿色化废弃物回收利用技术可再生循环技术节能减排到2018年重点行业大中型企业工业化信息化融合处于提升阶段的达到80%以上。
内生动力关键因素：能源效率在制造业，能源效率是一项最主要的竞争因素。通过将智能活动与智能设备相结合，并将生产过程各环节以柔性方式集成，实现全流程优化，以达到节能增效的目标。
自动化理论与技术物理：知识自动化自动化理论方法与技术演变
信息自动化：智能制造自动化理论方法与时俱进
传感器：变送器、执行机构、控制器⇒基础自动化实现了 飞球调速器变频泵恒压控水系统集中控制系统
控制理论与方法成功的应用于各领域系统控制：模型控制优化工业现场中央控制室电缆线电缆线System: Point-Point
现有的控制优化方法为集中式SISO系统/：MIMO系统稳态优化/动态控制控制系统为集中分散结构仪表⇒计算机⇒DCS⇒NCSPLC中控室动态优化目标约束稳态优化系统控制输入测量值控制器经济指标输出MPC
信息自动化
From H. Kirrmann’s：智能仪表、网络通讯技术⇒分层递阶控制DCS现场总线技术智能设备网络技术实现了信息
Partly From Qin’s
实际需求推动了理论的发展
智能交通网络物联网技术
Cyber-Physical：Systems (CPS)
嵌入式=计算+控制通信网络CPS通过计算：通信和控制（3C）的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务对比物联网CPS强调对物的实时控制与服务对比软件系统CPS强调信息处理与物理过程的协同对比嵌入式CPS将计算和通信能力嵌入到传统的物理系统之中Cyber-Physical Systems
Cyber-physical：, complex control systems.Networked control tools will play a pivotal role in managing these networks.Health NetworksSocial NetworksUtility NetworksTransportationNetworksFinancialNetworks…….EnvironmentMonitorsCyber-Physical Systems
Data userInformation：networkPower gridCyber-Physical Systems
Data：InformationDecisionCyber-Physical Systems
Hybrid Industrial：Control NetworksCyber-Physical Systems
Cyber-Physical：SystemsFramework
物理/信息系统紧密耦合计算/通信深度嵌入：到物理对象；通信受到来自物理对象的严格时空约束；计算需要支持不同的时空粒度异构网络互联异构网络并存，以满足多种应用QoS需求不同网络间资源限制及协议体系对多网协同调度提出挑战海量多源数据物理与信息的融合产生海量数据(Big Data)来自环境、测量、通信及物理过程的不确定性激增分布式感知/计算/控制嵌入式物理设备之间借助通信与计算功能产生多域耦合集中、单一的控制模式不再适用于CPS安全性要求安全问题贯穿信息与物理全过程，攻防关系更为复杂共性特征Cyber-Physical Systems
Cyber-Physical
架构设计感知：传输、控制一体化架构CPS结构设计与宏观性能协同CPS实时控制与优化运行CPS信息获取与智能处理建立边界约束ControlInformationSensingCyber-Physical Systems
CPS系统的复杂性：分散性、开放性决定物理世界的多个应用/任务需要信息空间分布式协同计算：多任务并行计算受到计算能力、计算功耗、存储、通信限制Cyber-Physical Systems协同计算
Cyber-Physical：Systems远程探测海底探测多UAV联合搜救从机械手主机械手有线/无线网络视觉反馈控制界面双向信息传输位置/速度/力/视觉/触觉等信息网络化遥操作机器人系统实际对象信息采集/传输/控制相互耦合瓶颈问题整体最优与局部资源限制控制与信息处理的联合设计与优化研究内容感知传输控制一体化设计
第四次工业革命European
虚拟空间
智能制造的内涵价值链的横向集成网络化制造：系统的纵向集成端对端工程数字化集成基于信息互联互通和大数据的知识学习与预测，实现产品全生命周期（设计开发、产品规划、生产制造、销售服务）的优化跨企业的协同与优化需求变化：订单、原材料、用户、环境（网络安全）数字化建模与仿真个性化需求群智生产模式企业内部集成需求变化下的系统优化与重构
Industrial Cyber-：Physical System(iCPS)
拟解决的关键科学问题
I.工业信息智能感知与多层域泛在互联
如何对海量高维异构跨域工业数据进行统一表
III.人机物系统协同调控与智能优化整合
IV.工业信息物理系统可信增强与安全防护
iCPS研究面临的主要挑战综合认知难关键：运行信息和重要过程参数难以获取，造成过程信息不完备甚至检测机理失效。如何实时综合认知信息/物质/能量流及其相互作用机制？过程状态与全流程综合生产目标关系复杂，难以全面刻画非稳态、强非线性等本质特征。工业生产中多变量、强耦合、非线性、大时滞、欠调节、间歇式/连续式控制并存。非正常工况在早期极难被检测和诊断、工业系统的日益开放性等导致系统安全风险增加。如何揭示多尺度耦合关联，建立工业系统多时空全景表达？如何解决复杂约束下的协同调控问题，以实现高效综合优化？如何突破约束，实现全面、系统的安全性检测与防护？融合表达难协同调控难安全防护难Industrial Cyber-Physical System
进一步研究的科学问题
信息层面强关联性
子系统控制器关联结构自组织
开放结构自组织控制优化算法
流程工业知识自动化设备与设备网络自动化：设备软硬件分离，开放、标准化接口，即插即用（自联网、自更新、自感知、计算与执行）硬软件捆绑，封闭专用，难以更新知识自动化设备软件定义机器云服务系统设备网络自动化：自调节、自组织（根据实时需求对流程工业结构和物理控制系统拓扑进行在线配置和组合，包括针对模型，数据，通信和计算算法的所有相关要求。流程工业控制的智能网络
协调流程工业系统可用性与安全性的纵深防护：理论安全性vs可用性？工控系统纵深防御实践CPS安全防护框架流程工业CPS系统多层次防护体系：工业流程CPS混合系统安全建模理论：工业流程系统信息漏洞和典型攻击分析：联合网络流与系统状态知识的安全检测：基于系统语义知识的自动化弹性控制流程工业控制系统的安全性
智能制造对人才培养的启发：2.•分布式控制结构（传统集中式——分布式）
DCS：PLC,传感器、变送器(至上而下的系统结构)Form H. Kirrmann’s PPT (ABB) 科学技术的发展⇒规模越来越大，流程越来越复杂
现场总线：智能仪表、网络通讯技术⇒控制结构和模式转变集中式控制分布式控制无线传感网络现场总线技术分布式控制系统智能设备网络技术系统横向交换信息底层单元可独立控制
现场总线：网络通讯技术发展⇒控制结构和模式转变计算量灵活性容错性可靠性全局性能集中式控制分布式控制控制理论控制方法？上海石化分布式控制系统System: Unit-Unit
分布式大系统
对人才培养带来的启发系统结构:从理论上建：立学生对工程大系统的认识；补充分布式系统理论介绍性的教学课程。
对人才培养带来的启发控制模式:加强对分布：式系统结构特点的分析介绍；开展分布式控制理论方法的指导教学。
智能制造对人才培养的启发：2.•网络化控制环境（下一代网络通信环境）
下一代通信网络——NGN(Next：Generation Network)特点是具有高的：：普遍性：可靠性：灵活性：移动性：内容丰富性网络通信环境
网络通信环境：对于分布式网络体系结构提升了网络控制系统传输信息的种类，效率及可靠性
网络通信环境：网络传输的信息越来越丰富单纯的控制系统实时数据控制算法检测数据中间数据系统模型预估数据云计算数据对网络化控制系统的理论发展提出新的要求
对人才培养带来的启发培养控制领域尖端人才：注重电子、计算机、网络技术、通信等专业的基础教学，夯实学生基本功；加强网络化信息系统课程教学，可通过讲座、论坛等形式普及网络前沿技术；在下一代新的网络传输模式下，探索分布式控制系统的控制方法。
扎实基础注重专业基础增设相关课程培养尖端：人才•对人才培养带来的启发加强电子、计算机、网络技术、通信等专业课程增加开设网络化发展相关讲座、课程培养高素质、高技能、适应时代发展的人才
智能制造对人才培养的启发：2.•智能制造的信息安全（智能工厂）
以智能工厂为代表的流程制造试点
智能工厂智能制造决策支持数字化应用分析数：字化生产管理数字化生产控制数字化设备运维数字化过程质量数字化
信息化和工业化的深度融合互联网技术云计算：物联网大数据工业控制系统的安全问题更为突出信息安全
―系统性能下降：影响系统可用性―关键控制数据被篡改或丧失―失去控制―环境灾难―人员伤亡―公司声誉受损―危及公共生活及国家安全―破坏基础设施―严重的经济损失等•与传统的IT信息安全不同，工业基础设施中关键ICS系统的安全事件会导致信息安全
对人才培养带来的启发
智能制造：总结分布式控制结构智能制造的信息安全网络化控制环境人才培养方案的调整方向
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