自动控制的发展历史.ppt

* 东华大学信息科学与技术学院 自动控制技术与人类进步Automatic Control Human Civilization 前言 自动控制是人类在认识世界和发明创新的过程中发展起来的一门重要的科学技术。依靠它，人类可以从笨重，重复性的劳动中解放出来，从事更富创造性的工作。自动化技术是当代发展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一，是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术。自动化也即现代化。 自动化（Automation） 定义 采用能自动启闭、调节、检查、加工和控制的机器、设备进行各种作业，以代替人工直接操作的措施。是机械化的更高阶段。 部分采用自动装置，部分由人工操作的，称“半自动化”。 在一台独立设备上实现自动化的，称“单机自动化”。 整个生产过程从进料、加工、传送、检查，以至完成产品，能自动按人们预定的程序和要求进行，而启动、调整、停车以及排除故障等仍由人工操作的，称“综合自动化”。 如调整、停车、故障排除及其后的重新启动等操作也都能自动实现的，则称“全盘自动化”。 自动控制（Automatic Control ） 定义 实现自动化的主要手段。目的是在没有人的直接参与下使生产或其他过程或过程中某些物理量按照一定的工作程序或指定规律进行。 分连续控制和断续（离散）控制两种。 电子计算机的利用促进了自动控制的发展，对技术工具的调整，控制程序的组织和改变都可实现自动化。 自动控制也包括对远处对象的控制，例如对火箭和人造卫星的遥远控制。 I.前期控制(Early Control)(1400B.C. - 1900) (0) 中国，埃及和巴比伦出现自动计时漏壶(1400B.C. ~1100B.C.)。孙武著《孙子兵法》(600B.C.) (1) 秦昭王时，李冰主持修筑都江堰体现的系统观念和实践(300B.C.) 西汉漏壶 (3) 中国张衡发明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动仪(132年) (2) 亚历山大的希罗发明开闭庙门和分发圣水等自动装置(100年) (4) 中国马钧研制出用齿轮传动的自动指示方向的指南车(235年) (5) 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) (6) 英国J. Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年) (7) 英国J. C. Maxwell发表“论调速器”(On Governors)论文(1868年) (8) 英国E.J. Routh建立Routh判据(Routh-Hurwitz Stability Criteria)(1875年) (9) 俄国A.M. Lyapunov博士论文“论运动稳定性的一般问题” (1892年) (10) 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) (11)由徐寿设计的中国第一艘蒸汽轮船“黄鹄”号(L20m, 25T, 10km/hr)在安庆内军械所下水(1866)。次年，中国第一艘木质明轮蒸汽舰船“恬古”号在江南造船厂下水。 操江号(62mx10m), 392匹马力，600T排水，备炮9门 II.经典控制前期(The Pre-classical Period)(1900-1935) (1) 美国福特(Ford Motor)汽车公司建成最早的汽车装配流水线(1913) (2) 美国N. Minorsky研制出用于船舶驾驶的伺服结构，提出PID控制方法(1922) (3) 美国MIT的Vannevar Bush研制成第一台大型模拟计算机(Differential Analyzer)(1928) V. Bush (4) 美国H.S. Black提出放大器性能的负反馈方法(Negative Feedback Amplifier) (1927) H. S. Black (5) 自动控制的基础为闭环控制。控制论的奠基人N.Wiener 给出的定义为： “Feedback is a method of controlling a system by inserting into it the result of its past performance” 闭环控制系统的结构框图： (6) 美国E. Sperry以及C. Mason研制出火炮控制器(1925)，气压反馈控制器(1929) III. 经典控制(Classical Control)(1935-1950) (1) 美国贝尔实验室的H. Bode(1938)，以及Nyquist(1940)提出频率响应法 (2) 美国Taylor仪器公司的J. G. Ziegler和N. B. Nichols提出PID参数的最佳调