自动化科技概论(第1讲).ppt

029 (5)候风地动仪 中国张衡研制出自动测量地震的侯风地动仪（132年） 030 公元132年东汉张衡发明的一种观察地震的自动检测仪器。它的工作原理涉及到检测地震信号的大小和方向。 031 (7)水运仪象台 032 033 034 公元1088年，苏颂、韩公廉等人制成的水力天文装置，高约12m、宽约7m。 它既能演示或能观测天象，又能计时及报时。 水运仪象台利用铜壶滴漏的恒定水流作动力来推动枢轮恒速旋转。 枢轮又带动浑象和浑仪两个齿轮系。其中浑象是一种观测仪器，其主要用途是测定昏、旦和夜半中星以及天体的赤道坐标等。 035 仪象台装有自动机构，在每个时辰初、正和每刻相应地有木人摇铃、打钟和击鼓。 中国古代人民在原始的自动装置的创造和发明上作出 过辉煌的成就。 036 三、自动化科技发展简史 古代人类在长期的生产和生活中，为了减轻自己的劳动，逐渐利用自然界的动力(风力、水力等)代替人力、畜力，以及用自动装置代替人的部分繁难的脑力活动和对自然界动力的控制。 1、自动装置的出现和应用（18世纪以前） 037 （1）古代自动装置 公元前14至公元前11世纪，中国和巴比伦出现了自动计时装置——刻漏，为人类研制和使用自动装置之始。 公元1135年中国的燕肃在“莲华漏”中采用三级漏壶并浮子式阀门自动装置调节液位。 在中国的三国时期，使用了自动指示方向的指南车。 公元1世纪古埃及和希腊的发明家也创造了教堂庙门自动开启、铜祭司自动洒圣水、投币式圣水箱等自动装置。 038 中国天文学家张衡曾经发明了对天体运行情况自动仿真 的漏水转浑天仪和自动检测地震的候风地动仪。 公元1088年，中国苏颂等人把浑仪（天文观测仪器）、 浑象（天文表现仪器）和自动计时装置结合在一起建成了 水运仪象台。 041 17世纪以来，随着生产的发展，在欧洲的一些国家相继出现了多种自动装置，其中比较典型的有： 法国物理学家B．帕斯卡在公元1642年发明的加法器； 荷兰机械师C.惠更斯于公元1657年发明钟表； 英国机械师E．李在公元1745年发明带有风向控制的风磨； 俄国机械师H．波尔祖诺夫于公元1765年发明了蒸汽锅炉水位保持恒定用的浮子式阀门水位调节器。 (2)近代自动装置 042 中国明代宋应星所著《天工开物》记载有程序控制思想（CNC）的提花织机结构图（1637年） 043 公元1788年英国机械师J．瓦特发明离心式调速器，并把它与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速的闭环自动调速系统。这项发明对第一次工业革命和控制理论后来的发展有重要影响。 2、自动化技术形成时期（18世纪末至20世纪30年代） 044 045 (1)自动调节的广泛应用 由于第一次工业革命的需要，人们开始采用自动调节器或装置，使一些物理量保持在给定值附近。 公元1868年法国工程师J.法尔科发明反馈调节器，并把 它与蒸汽阀连接起来，操作蒸汽船的舵，他称之为伺服机构。 到了20世纪20—30年代，美国开始采用PID调节器 (比例—积分—微分调节器)。这是一种模拟式调节器,现在还在许多工厂中采用。 046 英国J.Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度（1788年） 047 英国J.M.Gray设计出第一艘全自动蒸汽轮船东方号（Great Eastern）（1866年） 048 由徐寿设计的中国第一艘蒸汽轮船“黄鹤号”在安庆军械所下水（1866年）次年，中国第一艘木质明轮蒸汽舰船“怡吉号”在江南造船厂下水。 049 (2)自动调节系统的稳定性问题 自动调节器和被控制对象(蒸汽机或船舵)组成自动调节系统。 050 当时人们发现蒸汽机转速会忽高忽低，即系统会发生振荡(不稳定)。 这迫使一些数学家从理论上来加以研究。公元1868年英国物理学家J.麦克斯韦尔用微分方程描述并总结了调节器的理论。 公元1876年俄国机械学家U．A．维什涅格拉茨基进一步总结了调节器理论，归结为只要研究描述自动调节系统的线性齐次微分方程的通解。 公元1877年英国数学家E.劳思、1895年德国数学家A．胡尔维茨提出代数稳定判据，沿用到现在。 公元1892年俄国数学家A．李雅普诺夫提出稳定性的严格数学定义并发表了专著。 051 英国E.J.Routh建立Routh判据（Routh-Hurwitz Stability Criteria）（1875年） 052 俄国A.W.Lyapunov博士论文论运动稳定性的一般问题（1892年） 053 进入20世纪以后，工业生产中广泛应用各种自动调节装置，促进了对调节系统的分析和综合的研究。通过在解决电子管放大器失真问题上的研究，1927年美国电气工程师H．布莱克引入的反馈慨念，使人们对自动调节系统中的反馈控制的结构有了更深刻的认识。 (3)反馈控制和频率法 054 在拉普