物联网控制基础绪论.ppt

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1、,物联网控制基础,课程目标,课程重点：1 物联网基础知识2 现场总线技术3 物联网控制理论与方法4 PID控制技术5 网络控制系统,课程目标,课程难点：1 物联网的关键技术2 CAN总线技术3 系统时域/频域分析法4 PID控制技术,课程安排,共18周，54个课时；15周理论课+3周实验课；考试70%+平时分30%；,1 绪 论,物联网控制基础 Internet of Thing,1 绪 论,1.1 物联网的应用领域1.2 物联网的基础知识1.3 物联网的建模探究1.4 物联网的控制理论基础,衣,未来，也许您只需坐在电脑前，就可以体验到真实的购物享受，不必再询问淘宝店主尺码是否合身，如果喜欢，

2、就试穿一下吧！,食,未来，也许您把蔬菜的标签在仪器前轻轻一刷，就可以了解它的产地，农药残留量和营养成分。,农产品溯源系统让您买着顺心，吃着放心!,住,未来，也许您只需一部手机，就可以遥控家中一切电器，坐在办公室，就可以打开空调，并且泡上一壶浓茶!,行,未来，开车不再是焦急的等待，而是自由的驰骋；不再会发生交通事故，安全驾驶将得以实现。,随着物联网的广泛应用，这些技术都将成为现实！,物联网发展现状,国外发展现状 日本:“物联日本”战略，希望能够实现从有线到无线、从网络到终端、包括认证、数据交换在内的无缝链接泛在网络环境，100%的国民可以使用高速或超高速网络。韩国:“智能韩国”战略，作为韩国的u

3、-IT839八大创新服务之一。最终能够让韩国民众能通过有线或无线的方式远程控制家电设备，并能在家享受高质量的双向与互动多媒体服务。,物联网发展现状,国内发展现状 2009年8月7日，温家宝总理在考察中国科学院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时，对该中心正在对继互联网、移动通信之后的全新技术领域传感网进行攻关，立志开辟“感知中国”(又称“智慧中国”)的创新之举，做出高度评价。“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”“在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展”尽快建立中国的传感信息中心，或者叫感知中国中心”。,物联网概念的提出,1999年,2005年,2008年,2009年,MI

4、T的Kevin Ashton第一次提出:把RFID技术与 传感器技术应用于日常物品中形成一个“物联网”,ITU报告:物联网是通过RFID和智能计算等技术实现全世界设备互连的网络,IBM提出:把传感器设备安装到各种物体中，并且普遍连接形成网络，即“物联网”，进而在此基础上形成“智慧地球”,欧洲物联网研究项目工作组制订物联网战略研究路线图，介绍传感网/RFID等前端技术和20年发展趋势,物联网概念的演进,物联网-AutoID 1999年 RFID标签存储着规范信息 通过无线通信自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别 通过互联网络实现信息交换和共享，实现 对物品的“透明”管理,物联网概念的演

5、进,物联网一ITU 2005年 定义 信息与通信技术的目标已经从任何时间、任何地点连接任何人，发展到连接任何物品的阶段，万物的连接就形成了物联网。除RFID技术外，传感器、智能、纳米等技术被广泛应用。举例 世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过互联网主动进行交换。,物联网概念的演进,物联网一IBM 2008年 定义 把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将它与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。在这个整合的网络当中，能力超级强大的中心计算机群，对网络中的人员、机器、设备和基础设施进行实时的管理和控制。目的

6、 人类可以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然的关系。,物联网概念的演进,物联网一欧盟 2009年 定义 将现有的互联的计算机网络扩展到互联的物品网络，便形成了物联网。它是动态的全球网络框架，基于标准通信协议，具有自组织能力。其中，物理和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟特性和智能接口，并与信息网络无缝联接。,物联网概念的演进,物联网一中国 2010年 定义 温总理在十一届全国人大三次会议上对物联网做出如下定：物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、

7、监控和管理的一种网络，它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。,物联网定义,在物理世界的实体中部署具有一定感知能力、计 算能力和执行能力的嵌入式芯片和软件，使之成 为智能物体 通过网络设施实现信息传输、协同、信息处理、态势判断和决策执行 实现物与物、物与人之间的互联，达到智能化识 别、管理、控制的目的,物联网定义,“物”的条件 相应信息接收器 数据传输通路 数据发送器 一定的存储功能 处理运算单元(CPU)操作系统 专门的应用程序 遵循物联网的通信协议 在世界网络中可被识别的唯一编号,物联网的特征,全面感知 利用射频识别、二维码、传感器等感知、捕获、测量技术随时随地对物体进行信息采集和获取。可靠传

8、送 将物体接入信息网络，并依托各种通信网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享。智能处理 利用各种智能计算技术，对海量的感知数据进行分析和处理，实现智能化的决策和控制。,物联网的体系框架,物联网体系结构,软件,应用子部分,支撑子部分,基于TCP/IP通信协议,硬件,网络传输层,感知控制层,传输子部分,感知子部分,基于GPRS、传感器通信协议,应用服务层,物联网的体系框架,物联网的体系框架,感知层是物联网全面感知的基础,物联网的体系框架,网络层是物联网无处不在的前提,物联网的体系框架,应用层是物联网智能处理的中枢,物联网的关键技术,RFID和EPC技术 传感控制技术 无线网络技术 组网技术 人工智

9、能技术,射频识别技术RFID,射频识别是无线电频率识别的简称，即通过无线电波进 行识别。RFID系统中，识别信息存放在电子数据载体中，电子 数据载体称为应答器。应答器中存放的识别信息由阅读器读出。阅读器不仅可以读出存放的信息，而且可以对其进行写 入，读写过程是通过双方之间的无线通信来实现的。,射频识别技术RFID,RFID的基本原理框图,射频识别技术RFID,射频识别的应用系统架构,1、最简单的应用系统只有单个阅读器，它一次对一个应答器进行操作，如公交汽车上的票务操作。2、较复杂的应用需要一个阅读器可同时对多个应答器进行操作，即要具有防碰撞(亦称防冲突)的能力。3、更复杂的应用系统要解决阅读器

10、的高层处理问题，包括多阅读器的网络连接。,RFID应答器,应答器的主要性能参数,工作频率 读/写能力 编码调制方式 数据传输速率 信息数据存储容量 工作距离 多应答器识读能力(亦称防碰撞或防冲突能力)安全性能(密钥、认证)等。,RFID应答器,控制器,控制器是应答器系统的核心部分，对于可读可写应答器，需要内部逻辑控制对读写的使能，读写的操作的支持，对于有密码的应答器，要求控制器能进行数字验证操作。,RFID的应答器的存储容量一般在几字节到几千字节之间，存储器存储的数据量一般为产品的序列号，如EPC编码。,存储器,RFID应答器,无源、半无源与有源应答器,无源应答器:不附有电池，从阅读器发出射频

11、能量中提取工作 所需的电能，称为被动式应答器。半无源应答器:内装有电池，起辅助作用，对维持数据的电路 供电或对应答器芯片工作所需的电压作辅助支持，用于传输 通信的射频能量源自阅读器，为半被动式应答器。有源应答器:工作电源完全由内部电池供给，同时内部电池能 量也部分地转换为应答器与阅读器通信所需的射频能量，这 种应答器会主动与阅读器进行信息传输，称为主动应答器。,RFID阅读器,功能,1、以射频方式向应答器传输能量；2、从应答器中读出数据或向应答器写入数据;3、完成对读取数据的信息处理并实现应用操作;4、若有需要，应能和高层处理交互信息。,组成,典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制

12、单元、振荡电路以及阅读器天线几部分。,RFID阅读器,RFID阅读器是以一定的频率、特定的通信协议完成对应答器中信息的读取，阅读器基本组成模块如图所示：,RFID阅读器,阅读器和应答器耦合的方式有多种，应用较为典型的是电感耦合，阅读器和应答器天线部分的电感线圈通过电磁场进行信息传输。,RFID天线,天线是一种以电磁波形式把前端射频信号功率接收或辐射出去的装置，是电路与空间的界面器件，用来实现导线波与自由空间波能量的转化。天线的目标是取得最大的能量传输效果。在RFID系统中，天线分为电子标签天线和读写器天线两大类，分别承担接收能量和发射能量的作用。在应答器中，天线和应答器芯片封装在一起。RFID

13、系统所用的天线类型主要有近场天线、远场天线、偶极子天线、微带贴片天线、线圈天线等。当前的RFID系统主要集中在LF、HF、UHF和微波频段。,RFID中间件,RFID中间件(RFID Middleware)，是用来加工和处理来自读写器的所有信息和事件流的软件，是连接读写器与企业应用的纽带。应用程序使用中间件提供的一组通用的应用程序接口(API)，即能连接到RFID读写器，读取RFID标签数据。,(a)中间件基本构成,RFID中间件,1、中间件独立并介于RFID读写器与后端应用程序之间，能够与多个RFID读写器以及多个后端应用程序连接，以减轻架构与维护的复杂性。2、中间件具有数据的搜索、过滤、整

14、合与传递等特性，以便将正确的信息传递到企业后端的应用系统。3、中间件采用程序逻辑及存储再转换的功能来提供顺序的信息流，具有数据流设计与管理的能力。,中间件特征,RFID应用领域,RFID应用领域广泛，且每种应用的实现，都会形成一个 庞大的市场，因此可以说射频识别是一个重要的新的经济 增长点。目前，RFID在票务系统(城市公交车、高速公路收费、门 票等)、收费卡、城市交通管理、安检门禁、物流、家政、食品安全追溯、药品、矿井生产安全、防盗、防伪、证件、集装箱识别、动物追踪、运动计时、生产自动化、商业供 应链等众多领域获得广泛重视和应用。,RFID的应用,电子代码技术EPC,电子产品代码(Elect

15、ronic Product Code)EPC最终目标是为每一个商品建立全球的、开放的编码 标准。EPC统一了对世界范围内的商品的编码的规则，并通过 应用于RFID系统中，联合网络技术而组成了EPC系统。EPC规定了用数字信息的形式存储于和具体的商品实物固 定在一起的RFID应答器中。,EPC编码协议,EPC编码由版本号、产品域名管理、产品分类部分和序列号四个字段组成。目前的EPC系统中应用的编码类型主要有三种:64位、96位和256位。,EPC编码协议,目前主要的三种EPC编码,EPC编码协议,EPC编码结构,EPC编码协议,型EPC-64编码,I型EPC-64编码提供的占有两个数字位的版本号

16、编码。,21位被分配给了具体的EPC域名管理编码，17位被用于标识产品具体的分类信息，最后的24位序列具体地标识了具体的产品的个体。,EPC编码协议,型EPC-64编码,当I型EPC-64无法满足需要时可以采用II型EPC-64来满足大量产品和对价格反应敏感的消费品生产者的要求。,型EPC-64编码采用34位的产品序列号，与13位对象分类区结合(允许多达8192库存单元)，远远超过了世界上最大的消费品生产商的生产能力。,EPC编码协议,型EPC-96编码,I型EPC-96的设计目的是成为一个公开的物品标识代码。它的应用类似于目前的统一产品代码，具体的字段含义如下：,EPC编码协议,EPC-25

17、6编码,EPC的64位编码和96位编码版本已经不足以长期使用。更长的EPC编码规则一直以来就广受 期待并酝酿已久。EPC的256位编码标准就走在这种情况下应运而生的。,EPC系统结构,系统组成,EPC系统由载体、读写器、产品管理中间件、网络、ONS服务器、PML服务器以及数据库组成。EPC系统结构图如右图所示：,EPC系统结构,ONS(Object Naming Service，对象名称解服务器)，它用 来把EPC转化成IP地址，用来定位相应的计算机和完成相 应的信息交互服务。,PML(Physical Markup Language，实体标识语言)服务器 中，存储用PML语言描述的实物信息，

18、如实物名称、种类、性质、生产日期、生产厂家信息、实物存放位置、实物的 使用说明等。,EPC条形码标签,条形码技术：是集编码、印刷、识别、数据采集和处理于一身的技术。条形码是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用来表达信息的图形标识符。一维条形码：一维条码是由一组宽度不同、反射率不同的平行相邻的线条和空白，按照一定的编码规则和技术标准组合而成，用来表示某种数据信息的符号。二维条形码：在EPC条形码的编码方式中在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码，称为二维条码，可直接显示英文、中文、数字、符号、图型。,RFID与条形码的区别,条形码,RFID,EPC,条形码是应用了不同宽度的黑

19、白条码反射光来编码，具体成本低廉，使用方便，缺点是编码容量不足。,RFID标签是存储了具体的EPC标准的产品编码信息的产品标签，它会因不同应用场合的具体要求而表现出不同的封装形式，击纽扣类、IC卡类以及条形码形式等等。,EPC是编码标准，规定了对具体不同商品产品唯一的编码格式，完成RFID产品信息编码。,RFID与条形码的区别,RFID与条形码比较,传感控制技术,传感器,感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器式测量装置，能完成检测任务；它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学 量、生物量等；它的输出量是某种物理量，这种量要

20、便于传输、转换、处 理、显示等，这种量可以是气、光、电物理量，但主要是 电信号；输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。,传感控制技术,传感控制技术,在物联网中，传感技术主要负责接收物品“讲话”的内容。从仿生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的“大 脑”，把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话，那么传 感器就是“感觉器官”。,传感控制技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处 理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器、信息处理和识别的规划设计、开发、建造、测试、应用及评价改进等活动。,传感控制技术,按照信息论的凸性定理，传感器的功能与品质决定了传感 系统获取自

21、然信息的信息量和信息质量，是高品质传感技 术系统的构造第一个关键。,信息处理包括信号的预处理、后置处理、特征提取与选择 等。,识别的主要任务是对经过处理的信息进行辨识与分类。它 利用被识别（或诊断）对象与特征信息间的关联关系模型 对输入的特征信息集进行辨识、比较、分类和判断。,无线网络技术,无线网络技术,可移动性:工作终端的移动，整个网络的移动；,低成本:不需无线介质，不需假设，不需维护；,特殊环境应用:移动办公，紧急救灾，跨越障碍，建 筑保护等。,无线网络技术是实现移动计算/普适计算的核心技术。,组网技术,在物联网中，组网技术起到“桥梁”的作用，其中应 用最多的是无线自组网技术，它能将分散的

22、节点在 一定的范围内自动组成一个网络，来增加各采集节 点获取信息的渠道。,组网技术,通过组网，各节点除了获取自身采集到的信息，还 能获取一定范围内的其他节点采集到的信息。在该 范围内节点采集到的信息可以统一处理、统一传送，也可经过节点之间的相互“联系”后，协商传送各自 的部分信息。,人工智能技术,物联网发展及应用难点,技术标准问题 数据安全问题 IP地址问题 物联网终端问题,物联网发展及应用难点,技术标准问题,数据安全问题,世界各国存在不同的标准，因此所形成的物联网也各不相同。无线电接入层面标准化问题；语义层面标准化问题；语义互通标准化问题。,数据的安全问题几乎涉及物联网体系的每一个层面，无线

23、安全、网络安全、中间件安全均与应用息息相关。因此，如何在每个环节严防死守，保障整个体系的数据安全成为物联网正常运行基础。,物联网发展及应用难点,IP地址问题,物联网终端问题,每个物品都需要在物联网中被寻址，因此，它们均需要唯一的物理地址，从而在物联网中需要更多的IP地址，IPv4资源即将耗尽，那就需要IPv6来支撑。,物联网终端除具有自身独立的功能外，还需要具备传感器和网络接入的能力。而行业的需要千差万别，如何满足终端产品的多样化要求，对运营商来说也是一大挑战。,物联网的应用领域,物联网技术可以应用于整个电力系统，从电厂、大坝、变电站、高压输电线路直至用户终端，全面打造智能化电力运行平台。其中

24、包括对电力系统运行状态进行实时监控和自动故障处理、监测电网的整体健康水平、触发可能导致电网故障的预警机制并判断是否需要即刻检查或采取相应的措施、分析电网的系统故障以及电压降低、电能质量差、过载等不良系统状态，生成自适应的控制方案等。,智能电网,物联网的应用领域,智能快递是指在物联网广泛应用的基础上，利用先进的信息采集、信息处理、信息流通和信息管理技术，在需要寄递的信件和包裹上嵌入电子标签、条形码等能够存储物品信息的标识，通过无线网络的方式将相关信息及时发送到后台信息处理系统中，各子信息系统可互联形成一个庞大的网络，从而达到对物品快速收寄、分发、运输、投递以及实施跟踪、监控等智能化管理的目的，并

25、最终依照承诺时限递送到收件人或指定地点获得签收的新型寄递服务。,智能物流,物联网的应用领域,物联网的诞生将商务延伸到所有物品上，真正地实现了突破空间和时间束缚的金融构想，使商务活动的参与主体可以在任何时间、任何地点实时获取和采集商业信息，摆脱了单一的设备和网络环境束缚，使得“移动支付”、“移动购物”、“手机钱包”、“手机银行”、“电子机票”等方便快捷的应用形式层出不穷。,金融与服务业,物联网的应用领域,把物联网应用到农业生产，根据用户的需求，实时监控环境温度、湿度信号以及光照、土壤温度、二氧化碳浓度、叶面湿度、露点温度、虫害情况等环境参数，在生畜体内植入传感芯片跟踪放牧情况，并采用无线信号收发

26、模块传输数据，开关或调节指定设备，降低人力成本、量化农副业产品生长环境、打造食品溯源体系，实现农产品生长环境的可持续发展，为实施农牧业综合生态信息自动监测以及农牧业智能化管理提供科学依据。,智能农业,物联网的应用领域,智能医疗是通过打造健康档案区域医疗信息平台，利用最先进的物联网技术，实现患者与医务人员、医疗机构、医疗设备之间的互动，逐步达到信息化。将物联网技术应用于医疗健康领域，可以解决医疗资源紧张、医疗费用昂贵、老龄化压力增大等各种社会问题。,智能医疗,物联网的应用领域,以感知和智能为代表的新兴技术使得未来信息产业的发展由以人类信息为主导的互联网，向物与物互联以信息为主导的物联网转型。面向

27、工业与自动化领域的物联网技术是以泛在网络为基础、以泛在感知为核心、以泛在服务为目的、以泛在智能拓展和提升为目标的综合性一体化信息处理技术，它是物联网的关键组成部分。物联网大大的加快了工业化的进程，显著的提高了人类的物质生活水平，并且在推进我国的工业和制造业的产业结构调整、促进工业企业节能降耗、提高产品品质、提高企业经济效益等方面发挥了巨大的推动作用。,工业与自动化控制,物联网的应用领域,在国防科研、军工企业及武器平台等各个环节中设置标签读取装置信息，并通过无线和有线网络将其联接起来，那么每个国防要素及作战单元甚至整个国家军事力量都将处于全信息和全数字化状态。大到卫星、导弹、飞机、舰船、坦克、火

28、炮等军事装备，小到单兵作战器械，从通信技侦系统到后勤保障系统，从军事科学试验到军事装备工程，其应用遍及战争准备、战争实施的每一个环节。,国防军事,1.3 物联网的建模探究,物联网基本原理,物联网是在能量的支持下实现物质与信息联合运动的物质形态，是研究信息流、物质流和能量流彼此作用、相互转换的方法和技术。,能量是物质与信息联合运动的支持者。物联网在建立物物联系网络的过程中消耗能量，感知物流和信息流的同时也将感知能量流，如图所示，可以认为物联网空间沟通了物质空间、信息空间和能量空间，并在这三个空间中相互转换。,物联网的科学问题,我国物联网在交通、电力、医疗等领域已经有了较为成功的应用，但依然面临着

29、可信技术缺乏的“硬”问题,物联网的科学问题,1、大规模异质网元的数据交换问题,物联网借助互联网、通信网等主流平台实现子网连接和网络融合，进而提供信息共享和协同服务；,在局部紧耦合区域内，物联网表现出很强的动态自治需求，局部区域的各种网元为了执行特定的网络任务，动态地自我组织，实现互联、互通、互操作，综合利用局部自治域内的信息来提高网络服务的效率。,物联网的首要难题：如何解决物联网大规模性、多元异构性、系统动态性与高效数据交换之间的矛盾。,物联网的科学问题,2、不确定信息的有效整合与交互适配问题,物联网通过智能化设备对物理世界进行全面的感知，所感知的信息具有显著的不确定性，这种不确定性需要确定的

30、表达方式，并且信息需要通过重组、清洗、融合等网内要求才能整合为可用的信息服务。其中，网元之间的信息融合要根据网络任务的信息，随时随地进行网元之间的信息交互，实现信息高效共享。,如何对感知信息进行标识、整合与利用，解决网元在信息交互过程中存在的信息表达、效能平衡和权限保护等适配问题。,物联网的科学问题,3、动态系统环境中服务自适应问题,在动态的物联网环境中，需要有针对性地处理交互对象 实体的不确定性、与环境交互的随机性，以及满足变化 的运行平台约束等问题。并研究新型的软件开发理论体 系和支撑技术，使物联网软件系统具有更强的环境感知 能力和动态调配能力，以此提升物联网服务的环境适配 性。,同时还需

31、要建立能够提供灵活时变服务的物联网软件结 构，使物联网软件具备自主性和演化性，实现用户需求 域、信息空间域和物理空间域三者的协同，灵活的适应 不断变化的环境。,物联网的建模,物联网,复杂非线性多变量系统,即包含虚拟的网络，也包含真实的物理世界,即有连续变量，也有离散变量,即有线性问题，也有非线性问题,即蕴含对称性，也蕴含非对称性,物联网的建模,物联网空间中存在信息流、物质流和能量流三种流体，它们彼此间可以相互转换、相互制约。如何表述它们三者的关系从而实现物联网的控制功能就集中体现为对物体的四个确定原则，即定性、定质、定位、定量。对“四定”进行描述和分析需要建立一个统一的纯数学特征空间，并在此空

32、间中对信息流、物质流和能量流三种流体进行统一的分析和优化。,物联网的建模,M2M、P2P环境下的控制问题，这里双滑模控制模型可能是一种有效的控制方法；,对物联网大网络进行管理、控制和优化的问题；,提升物联网控制安全性的问题。,3 物联网的控制理论基础,控制理论,控制理论是研究如何对工程对象或系统施加控制 信号使其达到预期目标的一门技术学科。,所谓控制(control)，是指为了改善系统的性能 或达到某个特定的目的，对系统输出信号进行采 集和加工，并将由此产生的控制信号施加到系统 中的过程。,3 物联网的控制理论基础,系统分为可控系统和不可控系统两大类，可控系 统是指可以进行人工控制、干预的系统

33、，后者指 无法进行人工控制、干预的系统。,一般讨论的系统为可控系统，它由控制部分和被 控对象组成。,控制理论,3 物联网的控制理论基础,控制系统的控制部分一般由传感器(Sensor)、控制器(Controller)和执行器(Actuator)组成。,图1 控制系统的简单结构图,3 物联网的控制理论基础,伺服控制：控制系统的输出称为系统响应，如果 控制的目的是使得系统响应跟随某个设定的输入 信号变化，则称其为伺服控制。,调节（Regulation）：如果要求系统输出信号保 持在某个设定的固定值附近，则称其为调节控制,简称为调节。,3 物联网的控制理论基础,经典控制理论和现代控制理论比较,物联网与

34、“三论”,三论，即系统论、信息论和控制论。,二十世纪四十年代末，随着科技的发展，各个科学 研究领域的分支日益细化，但与此同时，各学科之 间相互渗透的现象越来越明显。适应这一趋势，系 统论、控制论、信息论这三门边缘学科几乎同时产 生。它们的出现对科学技术和思维的发展起到了巨 大的推动作用，为现代多门新学科的出现奠定了坚 实的基础。,“三论”系统论,系统有相互作用的元素的综合体。要素系统中的原子系统即系统的基本组成部分。结构是系统内部各要素之间相互联系和相互作用的方式。它表现为各要素在时间和空间上的组合形式。功能是系统在与外部环境相互联系和相互作用过程中所 具有的行为、能力和功效。是系统对外的表现

35、。,系统的基本概念,“三论”系统论,要素不变时，结构决定功能。如种类无数的有机物几乎都主要是碳、氢、氧、氮组成。常常是组成结构不同。又如电子元件不同的组合可以形成各种家电。(反过来，结构相同，要素不同，功能不同)结构、要素都不同则可以有相同的功能。如人脑系统和计算机系统在部分功能上相似。利用这一原则，可以设计各种仿真系统。同一结构可能有多种功能。如一副中药可能有多种疗效。,系统的结构和功能,“三论”系统论,系统分类,按系统的规模分:小型系统、中型系统、大型系统和巨型系统。,按学科领域分:自然系统、社会系统和思维系统。,按状态划分:有静态系统和动态系统。还有平衡系统、非平衡系统、近平衡系统、远平

36、衡系统等等。,另外:实体系统和抽象(概念)系统;宏观系统、微观系统。,“三论”系统论,系统论是研究系统的一般模式、结构和规律的一门学 科，主要研究各种系统的共同特征，用数学方法定量 地描述其功能，寻求确立适用于一切系统的原理、原 则和数学模型等具有逻辑和数学性质的基本理论问题。,系统论,系统论的任务从根本上说有两个方面：一是对系统规 律的认识；二是在认识规律的基础上研究如何控制系 统。,“三论”信息论,信息论是研究信息的产生、获取、变换、传输、存储、处理识别及利用的学科。,含义,信息论的任务在于解决通信上的两个基本问题，即提 高传送消息的效能和保证传送消息的完整。,“三论”信息论,1948年，

37、美国应用数学家申农博士发表了通信的数学理论论文。这篇著名论文的发表，奠定了现代信息论的基础，宣告了信息论的诞生。申农第一次在理论上阐明了通讯的基本问题，认为一般通信过程包括五个基本部分:,信息论的发展,“三论”控制论,人们研究和认识系统的目的之一，就在于有效地控制 和管理系统。控制论则为人们对系统的管理和控制提供了一般方法 论的指导，它是数学、自动控制、电子技术、数理逻 辑、生物科学等学科和技术相互渗透而形成的综合性 科学。,基本概念,“三论”控制论,第一，给出一种新的研究方法，使对复杂系统的研究成为可能。确定系统。根据所研究对象的机理、研究的目的、约束条件及假设条件，把研究对象作为受控系统来

38、处 理。收集有关数据，并进行必要的加工处理，以作为研 究的基础。,控制论在科学上的两点重要贡献,“三论”控制论,建立控制模型。数学模型的建立一般是从研究对象的 机理出发采用统计数据的处理方法。基于模型的系统分析。根据系统模型研究在控制作用 下系统的运动规律。将控制模型、研究结果与实际情况进行比较，做出模 型精度分析。,“三论”控制论,第二，控制论给出一套统一的描述系统的概念，因而可以建立各门学科之间的准确关系。通过它们所具有的共同语言，把一门学科上的发现和成果用到另一门学科上去，使它们相互促进。,控制论在科学上的两点重要贡献,“三论”控制论,控制论不等于控制理论或自动控制原理。,控制论是研究动物、机械、自然和社会等系统中控制、反馈和通信之共同规律的学科。,控制理论是在控制论出现之前将控制、反馈和通信应用 到工程和物理系统中，形成的一整套对于自动控制系统 分析与设计的数学理论和方法，一般认为工程控制论就 是控制理论。,物联网与自动控制,自动化作为一种行为和状态，它是通过自动控制系统得以实现的。从物联网本质（信息、能力与物质）的角度出发，自动化技术的作用是以信息为媒介促进能量和物质的有效利用，从而为现代社会发展提供物质的保证，因此，自动化技术是信息与能量、物质之间的桥梁。,物联网的基本知识 物联网的关键技术 物联网发展和应用的难点 物联网的控制理论基础,第一章 绪论 总 结,