从电饭煲到核电站，从汽车到航天飞机，从蒸汽机到人工智能，自动化贯穿于科技与生活的各个层面。更重要的是，人工智能和机器人是自动化的延伸，正在根本性地改变经济、社会和就业前景。因此，关注自动化不仅是“有关人员”的事，也是千家万户的事。自控理论虽建立在数学基础之上，但自控概念实际上贯穿于生活的各个层面。真正的科学是可以用大白话说明白的。晨枫编著的《大话自动化(从蒸汽机到人工智能)》避开了抽象的数学公式，用深入浅出的语言引入各种自控理念，内容从基本的反馈、动态和回路控制开始，延伸到先进控制、最优化、控制系统IT，并涉及人工智能和自动化与社会、就业的话题。本书力求只需要高中文化程度就能阅读和理解，同时确保相关专业的本科生、研究生乃至从业人员依然会发现有足够的营养。此外，本书还结合大量工业实际经验，破解一些常见的迷思。

晨枫，出生于上海，现居加拿大。工学博士，从业化工自动化超过30年。在网上发表过《自动控制的故事》和大量有关工业自动化的文章。

前言
引子
上篇 自动控制的故事
走路要看路
反馈与动态
稳定性
开关控制
可爱的微积分
热水淋浴的学问
PID整定
关于稳定性
非常规PID
复杂结构PID
理论是彩色的
线性控制
最优控制
离散控制
模型与辨识
自适应控制
模型预估控制
中篇 计算机与控制
0和1的故事
从石器时代到机器时代
冯·诺依曼来了
DCS还是PLC
现场总线还是无线
控制软件
人机界面
控制室设计
走出自动化
仿真
RTO
人工智能
复杂规程的自动化
警报与异常管理
故障诊断和容错系统
数据融合
工业4.0
自动化与IT
下篇 自动化与我们
拥抱自动化
为什么要自动化
人的素质问题
要弄潮，不要被淹没
学好自动化
巨人的肩膀
理与工，分与合
皮之不存，毛将焉附
钢铁是怎样炼成的
干好自动化
自控的组织与管理
自控工程师的英雄本色
查故障，纠差错
自己动手还是外包
常用缩写

自动化是很有意思的事情，而且正在成为越来越有意
思的事情；自动化也不再是高高在上的东西，而是深入寻
常百姓家的东西。上下楼坐个电梯，上下班坐个地铁，甚
至电热壶烧水泡茶、电冰箱冰镇西瓜，都离不开自动化。
但自动化不是自己就能动，其实也是人在指挥着动，只是
人“关照”好了，就不用再手把手地指挥了，接下去就“
自己会动”了。不过人怎么“关照”，这有点讲究，否则
“自己会动”有可能变成“自己乱动”。
前些年，笔者写了一篇文章——《自动控制的故事》
，得到一些好评。本来也就到此为止了，但受到友人鼓励
，希望把《自动控制的故事》扩充、完善，包含进更广义
的自动化，并增加如何学好自动化和如何干好自动化的内
容，于是著成此书，希望对有志于自动化行业的莘莘学子
或者有兴趣的自动化从业工作者有点用处。在写作中，特
意避开数学理论，力图做到只要具有高中文化水平就能读
下去，但对于从事专业的人士也不乏味。差一点做到一个
数学公式也没有，但功亏一篑，还是有两三个示意性的公
式，只好请读者原谅了。
本书分为三篇：上篇“自动控制的故事”从反馈、动
态和稳定性开始，介绍传统自动控制（包括简单与复杂控
制回路），并延伸到现代控制理论（线性控制、最优控制
、模型与辨识、自适应控制、模型预估控制等）；中篇“
计算机与控制”着重介绍计算机时代自动控制的特点，以
及计算机为自动化世界带来的新的可能性和新的挑战，小
到自控网络特点和人机界面设计，大到互联化、信息化和
实时最优化，这是当前和可预见的将来非常活跃的领域；
下篇“自动化与我们”走出传统的自动化范畴，探讨自动
化、人工智能和机器人的时代里人与社会的问题，尤其是
为什么自动化程度越高，对人的要求越高，以及如何在自
动化、人工智能和机器人的大潮到来时，做弄潮儿，而不
是被潮水淹没，当然，人的问题还包括如何学好自动化、
干好自动化。
这是根据本人十年纸上谈兵加二十五年的工业实战经
验写就的，不乏一己之见，肯定有疏漏和谬误，并不打算
作为严谨的学术著作，只是作为科普加经验之谈。如能供
茶余饭后一笑，就不枉笔墨了。如能对读者有所启迪，则
幸莫大焉。如有错误之处，更是欢迎多加指正。
作者

人工智能和机器人是自动化的延伸，正在根本性地改变经济、社会和就业。自动化理论中大量的数学公式，让人觉得高深莫测、很难亲近，晨枫编著的《大话自动化(从蒸汽机到人工智能)》用生活中！有趣的案例、生动的漫画、诙谐的语言，彻底揭开自动化的神秘面纱。

反馈与动态
反馈是一个过程：
1）设定目标：以小朋友走路的例子来说，就是规定好前进的路线。
2）测量状态：小朋友的眼睛看着路，就是在测量自己的前进方向。
3）将测量到的状态和设定的目标比较：把眼睛看到的前进方向和心里想的前进方向做比较，判断前进方向是否正确；如果不正确，确定相差有多少。
4）调整行动：在心里根据实际前进方向和设定目标的偏差，决定调整的量。
5）实际执行：也就是实际挪动脚步，重回正确的前进方向。
在整个走路的过程中，这个反馈过程周而复始、不断进行，这样，小朋友就不会走得东倒西歪了。但是，这里有一个问题：如果所有的事情都是在瞬时同时发生的，那这个反馈过程就无法工作了。要使反馈工作，一定要有一个过渡、渐变的过程，要有一定的反应时间。还好，世上之事都有这样一个过程，这就为反馈赢得了所需要的时间。这就是动态的概念。
俗话说，心急吃不了热豆腐。这是说，滚热的豆腐不等凉下来就急着吃，那是要烫嘴的。但要是耐心等一会儿，豆腐就凉下来了。到底需要等多久，取决于豆腐的块儿有多大，豆腐有多热，还有就是房间里有多通风、多凉快。豆腐凉下来是一个逐渐降温的过程，这就是动态过程（Dynamic Process）。这里面有两个东西很关键：一个是降温的过程有多快；另一个是最终的温度可以降到多少。这就是时间常数和增益。要是知道了这两个参数，知道一开始豆腐有多烫，同时又知道自己舌头的耐受温度，理论上就可以计算出热豆腐需要凉多久才能吃了不烫嘴。
时间常数有长有短。电网波动是分分秒秒的事情，要是有个三长两短，瞬息之间停电就可以波及很大一片地区；但全球暖化却是一两百年甚至更长远的事情。船小好掉头也是一样的道理。“泰坦尼克”号看到冰山已经来不及避让了，但要是小快艇，可能一扭身就让过去了。
增益有大有小：点一堆篝火在理论上增加了全球暖化，但实际上对全球暖化的作用微乎其微，这就是微小增益的情况；但是，一堆篝火对烧开一壶水的作用却很大，这时的增益很大。增益也可正可负：一把火加上去，温度是上升的，这就是正增益；一桶冷水浇下去，温度是下降的，这就是负增益。
通常，动态系统的响应是一路上升或者一路下降的，但复杂系统可以在上升或者下降的过程中还晃荡几下。比如说，给一个弹簧秤吊上一只鸡，最后肯定是把弹簧拉下去。但弹簧不是老老实实地直接被拉下去，而是上下来回弹几下，最后才稳定在较低的位置。这里，上下反弹的幅度和频率与弹簧的“松”或者“紧”有关，或者说与弹簧的阻尼因子有关，阻尼因子其实是时间常数的特殊表现。
更加复杂一点的动态过程还可以曲里拐弯绕两下，才最后上升到顶点或者下降到底点。比如说，烧水时水开了往水壶里加水后，水壶里的水位在开始的时候可能出现暂时的反向响应。一般说来，往水壶里加水，水位应该是上升的。但水壶里的水是热的，还可能因为沸腾泡沫造成水位虚高而漫出来。另一方面，新加的水是冷的，刚加入时，反而“压”住热水，尤其是压掉了泡沫，造成水位下降的表象。但水壶里的水毕竟是比先前多了，继续加水的话，最终是会缓过来的，水位会重新开始上升。这就是典型的暂态反向响应的例子，最初的响应方向与最终的响应方向是反的。煮饺子时也一样，煮开了，加点冷水把沸水“压”下去，在短时间里，锅里的水位不是上升，而是下降了。加水不是使水更容易漫出来吗？加太多了当然还是会漫出来，但加得刚好把沸水“压”住，还是可以不使其漫出来的。这就是巧妙利用沸水水位反向响应的例子。
还有一种逆天的响应是非对称响应。比如说，烧一壶水，猛开煤气，水温很快上升；但关掉煤气，水温要靠自然散热才能降下来，水温变化就要慢得多。另一种特别逆天的响应会随过程条件而改变响应的方向，也就是说，根据系统状态的不同，正的增益可能变成负的增益，或者反过来。比如说，用引自山洞里的恒温泉水在室外玻璃暖房的水池里养殖珍贵鱼，水池一头注水、一头出水，所以水位保持不变。注入的泉水温度是固定的，但玻璃暖房里的温度随季节而变：冬天泉水温度高于池水温度，注水导致池内升温；夏天泉水温度低于池水温度，注水则导致池内降温。这样，用泉水控制池水温度就有趣了，池水温度太高的话，冬天要减少新加泉水的流量，但夏天则要增加新加泉水的流量。春秋换季的时候，池水温度可能反复与泉水温度错肩而过，控制增益就要随之反向，否则该加泉水的时候反而减少，该减少的时候反而增加，池水温度就要失控，珍贵鱼就要死掉了。实际中，这样的过程很罕见，即使对于泉水养鱼这样的问题，我们更可能通过夏天通风和冬天取暖来保持室温，间接使得池水恒温，而不是浪费稀缺的泉水资源。但真要是碰上了这样可以增益反向的过程，就要异常小心了。
动态系统不光出现在自然过程中，也出现在社会和人文过程中。经济危机时政府出手救市，这就是一个典型的动态过程。有的措施