生物控制与中医学PPT课件.ppt
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1、1,5.8.4 生物控制与中医学,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。其中记载的经络学说实质上是世界上最早的古典生物控制理论。,根据经络学说的论述,从生物控制的观点看来,可以认为经络实质上是指人体整个生命活动的功能控制系统。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“元神府”,它通过督脉(总督全身的阳经)、任脉(总任全身的阴经)等,控制五脏六腑、四肢百骸,而五官七窍、体表穴位则为测量装置(传感器)与外界环境发生联
2、系。,生物控制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。,2,5.9 生态与环境控制,5.9.1 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类怎样适应和协调。,5.9.2 环境控制 将环境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、综合环境治理和环境系统管理。,3,5.10 社会经济控制,(1) 将社会经济系统(Socioeconomic
3、System)看成是一个具有反馈调节,特别是信息反馈的控制系统;,(2) 对社会经济系统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;,(3) 社会经济控制的主要任务是:给出最优的经济决策,通过最优的经济管理,实现预期的经济指标。,4,5.11 大系统控制与系统工程,大系统就是规模宏大、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,都是典型的大系统。,5.11.1 大
4、系统控制,在现代控制理论的基础上,形成了所谓的大系统理论。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案,即多级(递阶)控制、多层控制和多段控制。,5,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,第一级为局部控制级,它直接控制大系统的各局部过程或对象,构成小系统;第二级为递阶控制级,它对第一级各子系统进行协调控制;第三级为协调控制级,根据大系统的总目标,,金字塔式递阶控制结构,对第二级进行协调控制,完成大系统管理、
5、控制的总任务。,图5.16 三层递阶控制结构,6,(2) 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,多层控制方案的特点是按任务或功能分层。各层之间的关系具有“分工”性质,上下层之间也有隐含的“支配”与“被支配”的关系。,图5.17 多层控制结构,7,图5.18 多段控制结构,第一段,第二段,第n段,协调模块,被控对象或过程,全段任务,多段控制结构方案的特点是按被控过程时间分段, 根据被控过程先后时间顺序或“航程”,将全过程分为若干时段,每一时段形成一个小系统,如图5.18所示。这里的
6、协调模块按衔接条件进行,协调,把前时段终点边界条件与后时段初始边界条件衔接起来,完成 全过程的控制任务。,图5.18 多段控制结构,8,5.11.2 系统工程,系统工程是以系统(特别是大系统)为研究对象的一门跨学科的边缘科学。是应用现代数学和电子计算机等工具,对系统的构成要素、组织结构、信息交换和自动控制等进行分析、研究,从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目标,是为更加合理地研制和运用大系统而采取的各种组织管理技术的总称(如长江三峡施工组织管理系统) 。,系统工程涉及的领域非常广泛,除了各种工程领域,还涉及社会、经济、政治、军事、文化、教育等领域。其应用范围包括社会系统、军事系统、生产系统
7、以及流通服务系统、人体对象系统等等。目前被人们广泛重视并取得有价值结果的应用领域有宏观经济系统工程、区域规划系统工程、环境生态系统工程、能源系统工程、水资源系统工程、运输系统工程、农业系统工程、工程项目管理系统工程、人口系统工程、军事系统工程等,如“西气东输”、“南水北调”、黄河水资源系统、国民经济宏观调控系统等。,9,6 控制和自动化的展望,自动化技术的发展水平是一个国家在高技术领域发展水平的重要标志之一,它涉及到工农业生产、国防建设、商业、家用电器、个人生活诸多方面。本章将对在几个特定的领域讨论自动化技术以及控制科学与工程学科未来的发展。,10,6.1 计算机集成制造系统 6.1.1 计算
8、机集成制造系统(CIMS)的产生和发展,在制造业中产生了利用计算机不仅实现单元生产柔性自动化, 并把制造过程(产品设计、生产计划与控制、生产过程等等)集成为一个统一系统的设想,同时企图对整个系统的运行加以优化。,11,图6.1 计算机集成制造系统的初始概念,效益包括: (1)降低生产成本; (2)提高生产效率; (3)提高生产的柔性; (4)增强产品对市场的适应性;,(5)提高产品质量;(6)减少生产准备时间和库存; (7)增加企业员工对企业的满足感;(8)增加用户满意度。,12,6.1.2 计算机集成制造系统所涉及的自动化技术,包括: 数控技术、计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CA
9、M)等、立体仓库与自动化物料运输系统、自动化装配与工业机器人、计算机辅助生产计划制定、计算机辅助生产作业调度、质量监测与故障诊断系统 、办公自动化与经营辅助决策 。,13,6.1.3 我国发展计算机集成制造系统技术的前景,为跟踪国外计算机集成制造系统这一先进技术,我国在1987年开始实施“863高技术计划”的CIMS主题,这一时期国外正强调计算机集成制造系统的核心是“集成系统体系结构”。我国在实施中不可避免地受其影响,经过10多年的努力实施,有成绩,也有教训。,以少量的科技投入,鼓励一批专业技术人员很快初步掌握了计算机集成制造系统及其单元技术,为我国发展该领域的高技术奠定了基础。高等院校的校科
10、技人员积极走向社会,与企业结合,大力在企业中推广计算机集成制造系统及有关单元技术。通过计算机集成制造系统计划示范项目的实施,推动了企业应用信息技术以提高了生产效率和经营管理水平。建立了计算机集成制造系统工程技术研究中心和一批实验网点与培训中心,为计算机集成制造系统技术的研究、试验、人员培训打下了良好的基础。,14,6.2 机器人应用于生产和社会生活的各方面,6.2.1 机器人发展概况,机器人作为人类20世纪最伟大的发明之一,在短短的40年内发生了日新月异的变化。机器人已经不仅成为先进制造业不可缺少的自动化装备,而且正以惊人的速度向海洋、航空、航天、军事、农业、服务、娱乐等各个领域渗透。,机器人
11、主要分为两大类:用于制造环境下的工业机器人(如焊接、装配、喷涂、搬运等机器人),和用于非制造环境下的特种机器人(如水下机器人、农业机器人、微操作机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等)。,15,智能移动机器人是机 器人研究领域中的一个重 要分支。机器人也正在向 个人机器人的方向发展。 特种机器人在海洋与农业、 服务与医疗、生物与基因 工程、航空与航天等领域 的应用显示出强大的生命 力,如安全微创的脑外科 辅助定位机器人、雕刻机 器人、导游机器人等都进 入实用化阶段。,图6.2 机器人正在清洗瓷砖壁面,16,6.2.3 迈向二十世纪的中国机器人,图6.3 焊接机器人,我国把智能机器人列为高
12、技术发展计划,主要是围绕特种机器人进行攻关。完成1000m水下无缆自治机器人的研制 ,并完成了无人驾驶振动式压路机、隧道凿岩机、大型喷浆机、机器人化装载机、自动摊铺机等机器人化工程机械。我国在研制出遥控移动机器人及爬壁机器人以后,又根据市场需求开发出排爆机器人、面壁,清洗机器人、医疗辅助机器人、机器人足球等。,17,6.2.2 机器人涉及的自动化技术,(1)变结构控制与学习控制 变结构滑动模控制一直是机器人控制研究的重点,因其直观上的合理性而得到特别的重视。自适应滑动模控制等新的方法对传统的方法做了重要的改进。,(2)机器视觉与机器智能 如何获取场景和目标的图像信息,并把其处理成机器能够理解的
13、特征或模式,是机器智能中非常困难的研究课题。,(3)智能控制与信息融合 室外智能移动机器人所涉及的关键技术包括移动机器人的控制体系结构、机器人视觉信息的实时处理、车体的定位系统、多传感器信息融合技术,以及路径规划技术与车体控制技术等。,18,6.3 高速列车和太空飞行器的智能控制,6.3.1 高速列车简介,采用交流传动技术,流线型头形、轻量化鼓形车体、动力学性能较好的小轮径动力车转向架等,架装了导流板,而控制系统采用MITRAC分布式微机控制装置等,使该车组技术性能进一步完善和提高。我国高速“子弹头”列车,时速达300多km/h。,磁悬浮高速列车已在上海运行,最高速每小时430km。,19,6
14、.3.2 人类太空飞行与国际空间站,国际空间站是一座有两个足球场大小的空间站,将成为人类历史上第一个完备的太空实验室。,我国于2000年成功发射了神舟二号飞船。飞船在太空飞行的几天中,进行了一系列的空间材料、空间天文和空间生物等实验。在这艘飞船上装有空间晶体生长炉、空间生物培养箱、宇宙天体高能辐射监测仪、大气密度探测器等实验设备,俨然一个太空实验室。,20,神舟四号飞船,这是最后一次无人的飞船,但为有人飞行作最后的准备。飞行108圈后于2003年1月5日返回地球 。,和已往的飞船一样,太空实验室进行空间材料试验、空间生命科学 、空间天文和空间生物以及空间环境、太空辐射探测等实验和考验了宇航员生
15、命保障系统 ,飞船内有带有各种传感器模拟宇航员(假人)。,我国于2002年底成功发射了神舟四号飞船。,21,6.4 虚拟现实技术,6.4.2 常用的虚拟现实系统 (1)飞行仿真系统 (2)作战仿真系统 (3)与虚拟生物对话 (4)用于遥控机器人的遥现技术,动态环境建模技术 、实时三维图形生成技术 、立体显示和传感器技术 、应用系统开发工具 、系统集成技术,6.4.3 虚拟现实涉及的自动化关键技术:,22,6.5 巡航导弹和预警飞机,6.5.1 巡航导弹及其测控系统 在翼式导弹和无人驾驶遥控飞机的基础上,利用红外成像技术、精密制导技术、隐形技术,配之以先进的电子集成电路、微型计算机等,研制出小巧
16、、机动灵活,、精度高、成本低的低空突防武器巡航导弹。巡航导弹在现代战争特别是局部战争中发挥着重要作用。,23,6.5.2 巡航导弹测控中的自动化技术,巡航导弹测量的传感器类型一般为普通光学、激光(红外)、声学、无线电波等。 由于激光雷达的波束角窄,角度测量精度高,所以只要单台便可进行高精度跟踪测量,利用一部雷达测得目标的距离、方位角和高低角来进行目标定位。 为了增强回波信号,要在巡航导弹上安装协作目标。,24,6.5.3 预警飞机概述,6.5.4 机载预警系统中的自动化技术 :,空中预警飞机是用于搜索、监视和跟踪空中和海上目标的作战支援飞机。其目的是达到快捷准确发现敌人目标、有效跟踪目标,并指
17、挥拦截或阻击敌人目标。,图6-9 美制E-3“望楼”空中预警飞机,有源相控阵雷达技术、阵列信号、空时二维信号处理技术、机载环境下光学探测及图像处理技术、多目标跟踪与多传感信息融合技术、敌我识别技术 、机载并行计算机技术、态势评估、威胁评估和战斗辅助决策指挥技术 、导航技术,25,6.6 数字地球与机敏传感网络,把整个地球“数字化”之后,装进计算机里面,借助它,人们无论走到哪里都可以按地理坐标了解地球上任何一处、任何方面的信息。,设想把有关地球海量的、多分辨的、3-维的、动态的数据按地理坐标集成起来,形成一个一体化的“数字地球”。,6.6.1 数字地球北京宣言,6.6.2 机敏传感网络,机敏传感
18、网络将为士兵提供实时图像、微观气象、移动目标、集成信息等有用信息,所采用的技术可能包括物理模型、动态数据库、无线通信和下一代互联网等。在未来的社会中,传感器将无处不在,到处充满了各种各样的传感器,包括军用的和商用的。,26,图6.11 机敏传感网络的概念,27,7 自动化类专业的教学安排,28,7.1 自动化类专业的教学安排,7.1.1 高等院校的教学任务,7.1.1.1 系统地向受教育者传授科学文化知识,7.1.1.2 有效地培养受教育者的综合能力,7.1.1.3 积极地帮助受教育者树立科学的世界观,7.1.1.4 大力开展体育与美学教育,7.1.2 高等院校的教学特点,7.1.2.1 教学
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