自動控制原理--導(dǎo)論匯編

1、 控制：控制：通俗地說，通俗地說，控制控制就是就是使使被被 控對象控對象按照我們預(yù)定的方式工作按照我們預(yù)定的方式工作 被控對象:有什么共同的特點(diǎn)？ 導(dǎo)論導(dǎo)論-控制系統(tǒng)概要控制系統(tǒng)概要 被控對象:數(shù)學(xué)上怎么來描述？ 被控 對象 ,x ts tx tv tx ta t 位置 速度 加速度 , 2 2 dt txd tx dt tdx txtx 微分描述變化： 導(dǎo)論導(dǎo)論-控制系統(tǒng)概要控制系統(tǒng)概要 被控對象的基本描述：微分方程 被控被控 對象對象 , , , , ,0fy y yr r r 輸出y(t)輸入r(t) 導(dǎo)論導(dǎo)論-控制系統(tǒng)概要控制系統(tǒng)概要 求解微分方程，是整個(gè)控制理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) （1） （

2、2） （3） vtx atx 03 txt x 勻速運(yùn)動勻速運(yùn)動 勻加速運(yùn)動勻加速運(yùn)動 一般運(yùn)動一般運(yùn)動 導(dǎo)論導(dǎo)論-控制系統(tǒng)概要控制系統(tǒng)概要 導(dǎo)論導(dǎo)論-控制系統(tǒng)概要控制系統(tǒng)概要 變化的被控對象多種多樣，這導(dǎo)致 了控制理論的基礎(chǔ)性和應(yīng)用的廣泛性， 甚至出現(xiàn)了具有哲學(xué)意義的控制論。 例如： 錢老提倡的新三論（控制論、系統(tǒng) 論、信息論） 管理中體現(xiàn)的控制論原理，等等 結(jié)論：學(xué)習(xí)本課程益處多多! 導(dǎo)論導(dǎo)論-控制系統(tǒng)概要控制系統(tǒng)概要 但是！ 只有恰當(dāng)?shù)貙?shí)施了控制，才能得到 預(yù)期的響應(yīng)。這是控制系統(tǒng)的核心和難 點(diǎn)，也是本課程的主要內(nèi)容。 導(dǎo)論導(dǎo)論-控制系統(tǒng)基本概念控制系統(tǒng)基本概念 n被控對象（部件或系統(tǒng)）

3、：具有因果關(guān)系 的物理過程（或工程對象），是指要求實(shí) 現(xiàn)自動控制的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程，如 宇宙飛船，火炮操瞄裝置、飛機(jī)駕駛系統(tǒng) 以及工業(yè)生產(chǎn)的某種過程等。 n自動控制：沒有人直接參與的情況下，利 用控制裝置使被控對象的某一物理量（被 控量）自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。 導(dǎo)論導(dǎo)論-控制系統(tǒng)基本概念控制系統(tǒng)基本概念 n控制裝置：常被歸納成執(zhí)行機(jī)構(gòu)、觀測器 等。 n反饋：把輸出量送回到輸入端并與輸入信 號比較的過程。分為負(fù)反饋和正反饋 。 n控制系統(tǒng)：為了達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)（響應(yīng)） 而設(shè)計(jì)出來的系統(tǒng)，它由相互關(guān)聯(lián)的部件 組合而成，主要由控制裝置和被控對象組 成。 導(dǎo)論導(dǎo)論-開環(huán)控制與閉環(huán)控制開環(huán)控制與閉

4、環(huán)控制 控制方式（結(jié)構(gòu)）粗略地可以分為 兩種： 開環(huán)控制和閉環(huán)控制 執(zhí) 行 被控 對象 預(yù)期輸出 實(shí)際輸出 圖1.開環(huán)控制系統(tǒng) （無反饋） 信號的單 向傳遞 圖1.3 電風(fēng)扇的控制 電機(jī) （執(zhí)行機(jī)構(gòu)） 風(fēng)扇葉片 （控制對象） 開關(guān)或程序 控制器 例例1 1：開環(huán)控制系統(tǒng) 控制電壓 導(dǎo)論導(dǎo)論-開環(huán)控制與閉環(huán)控制開環(huán)控制與閉環(huán)控制 導(dǎo)論導(dǎo)論-開環(huán)控制與閉環(huán)控制開環(huán)控制與閉環(huán)控制 控制目的：提高爐溫 受控對象（物理實(shí)體）：爐子 受控量（輸出物理量）：爐溫 控制裝置：開關(guān)K和電熱絲，對 受控量起控制作用。 例2：開環(huán)控制系統(tǒng) 導(dǎo)論導(dǎo)論-開環(huán)控制與閉環(huán)控制開環(huán)控制與閉環(huán)控制 圖1.5 閉環(huán)(反饋)控制結(jié)

5、構(gòu)框圖 信號雙 向傳遞 計(jì)算 比較 執(zhí) 行 被控 對象 測 量 干擾 預(yù)期輸出 響應(yīng)r(t) + 輸入變量 - 誤差 e(t) 控制量 u(t) 實(shí)際輸出y(t) 輸出變量 被測變量 測量值 反饋是控制的精髓反饋是控制的精髓 導(dǎo)論導(dǎo)論-開環(huán)控制與閉環(huán)控制開環(huán)控制與閉環(huán)控制 計(jì)算 比較 執(zhí) 行 被控 對象 測 量 測 量 干擾 給定 值 被控 量 圖1.6 自動控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)框圖 導(dǎo)論導(dǎo)論-開環(huán)控制與閉環(huán)控制開環(huán)控制與閉環(huán)控制 反饋是控制 的精髓。運(yùn)用 反饋的例子也 是比比皆是。 例3：調(diào)節(jié)容 器內(nèi)液面位置 的人工閉環(huán)控 制系統(tǒng)（非自 動） 圖1.7 液位控制示意圖 分析 決策 腦 執(zhí) 行

6、工作 對象 手 觀 察 觀 察 干擾或 激勵(lì) 眼 預(yù)期 目標(biāo) 實(shí)際 結(jié)果 眼 液體的流 入和流出 液位 圖1.8 液位控制人工職能圖 導(dǎo)論導(dǎo)論-開環(huán)控制與閉環(huán)控制開環(huán)控制與閉環(huán)控制 例4：汽車方向控制系統(tǒng) 圖1.9 汽車方向控制系統(tǒng) 圖1.10 汽車方向控制人工職能圖 駕車人 汽車 預(yù)期行 駛路線 實(shí)際行 駛路線 比較器 視覺測量 + - 偏差 方向盤 控制裝置(傳感器+控制器+執(zhí)行器 ) 測量元件：其職能是測量被控制的物理量; 給定元件：其職能是給出與期望的被控量相對應(yīng)的系統(tǒng)輸入 量（即參據(jù)量）。 比較元件：把測量元件檢測的被控量實(shí)際值與給定元件給出 的參據(jù)量進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差。

7、放大元件：將比較元件給出的偏差進(jìn)行放大，用來推動執(zhí)行 元件去控制被控對象。 執(zhí)行元件：直接推動被控對象，使其被控量發(fā)生變化。 校正元件：亦稱補(bǔ)償元件，它是結(jié)構(gòu)或參數(shù)便于調(diào)整的元件， 用串聯(lián)或反饋的方式連接在系統(tǒng)中，以改善系統(tǒng)性能。 輸入量 輸出量 串串 聯(lián)聯(lián) 補(bǔ)補(bǔ) 償償 元元 件件 放放 大大 元元 件件執(zhí)執(zhí) 行行 元元 件件被被 控控 對對 象象 反反 饋饋 補(bǔ)補(bǔ) 償償 元元 件件 圖圖 1 1 4 4反反 饋饋 控控 制制 系系 統(tǒng)統(tǒng) 基基 本本 組組 成成 測測 量量 元元 件件 局部反饋 主反饋 為改善系統(tǒng)性能 用用“”號代表比較元件，號代表比較元件，“”號代表兩者符號相反，號代表兩者

8、符號相反， “+”+”號代表兩者符號相同。信號沿箭頭方向從輸入端到號代表兩者符號相同。信號沿箭頭方向從輸入端到 達(dá)輸出端的傳輸通路稱前向通路；系統(tǒng)輸出量經(jīng)測量元件達(dá)輸出端的傳輸通路稱前向通路；系統(tǒng)輸出量經(jīng)測量元件 反饋到輸入端的傳輸通路稱反饋到輸入端的傳輸通路稱主反饋通路主反饋通路。前向通路與主反。前向通路與主反 饋通路共同構(gòu)成主回路。此外，還有饋通路共同構(gòu)成主回路。此外，還有局部反饋通路局部反饋通路以及由以及由 它構(gòu)成的內(nèi)回路。它構(gòu)成的內(nèi)回路。 + 導(dǎo)論導(dǎo)論-開環(huán)控制與閉環(huán)控制開環(huán)控制與閉環(huán)控制 1.11 20032003年初在上海建成的世界上第一條高速磁懸浮鐵路年初在上海建成的世界上第一條

9、高速磁懸浮鐵路 商業(yè)運(yùn)營線商業(yè)運(yùn)營線 液位控制系統(tǒng) 自動控制器通過比較實(shí)際液位與希望液位， 并通過調(diào)整氣動閥門的開度，對誤差進(jìn)行 修正，從而保持液位不變。試畫出相應(yīng)的 人工操縱液位控制系統(tǒng)方塊圖。 H H 注注入入 控控制制器器 （比比較較、放放大大） Q Q1 1浮浮子子 流流出出 Q Q2 2 （I I） 原原理理圖圖 氣氣動動閥閥門門 希望液位實(shí)實(shí) 際際 液液 位位 放放 大大 元元 件件氣氣 動動 閥閥 門門水水 箱箱 浮浮 子子 控制器 注入 （II） 控制系統(tǒng)方塊圖 控制器：比較、放大的作用 浮子：液面高度的反饋元件 Q2為系統(tǒng)的干擾量 氣動閥門：執(zhí)行機(jī)構(gòu) 被控對象：水箱 導(dǎo)論導(dǎo)論

10、-開環(huán)控制與閉環(huán)控制開環(huán)控制與閉環(huán)控制 反饋是現(xiàn)代控制的精髓，還例如： 火炮隨動系統(tǒng) 領(lǐng)導(dǎo)實(shí)施管理 央行調(diào)整利息 “沒有調(diào)查就沒有發(fā)言權(quán)” ，等等 都體現(xiàn)了反饋的理念！ 正反饋的例子正反饋的例子 例5：已知鈾235原子核在一個(gè)中子的撞擊下，可發(fā)生核裂變 反應(yīng)，放出大量的能量，同時(shí)釋放大約2.5個(gè)中子，放出的中子 有可能再與鈾235原子核發(fā)生核反應(yīng)，這就是所謂核裂變的鏈?zhǔn)椒?應(yīng)。 235 12 5Unn 核裂變廢料+能量+ . 導(dǎo)論導(dǎo)論-開環(huán)控制與閉環(huán)控制開環(huán)控制與閉環(huán)控制 U235 初始 中子數(shù) 中子數(shù) 2.5n + + 中子數(shù) n 能量 有效中子率 圖1.12 正反饋的實(shí)例 導(dǎo)論導(dǎo)論-開環(huán)控

11、制與閉環(huán)控制開環(huán)控制與閉環(huán)控制 開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) v開環(huán)系統(tǒng)：開環(huán)系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，容易設(shè)計(jì)和 調(diào)整以及成本較低的優(yōu)點(diǎn)，對那些負(fù)載恒定， 擾動小，控制精度要求不高的實(shí)際系統(tǒng)，是有 效的控制方式。 v閉環(huán)系統(tǒng)：閉環(huán)系統(tǒng)：由于增加了檢測裝置和反饋環(huán)節(jié)， 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本有所增加；但它提高了系統(tǒng) 的控制精度和抗干擾能力；同時(shí)，負(fù)反饋會對 系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。（其它根本性的優(yōu) 點(diǎn)后面再講。） 導(dǎo)論導(dǎo)論-反饋控制系統(tǒng)的分類反饋控制系統(tǒng)的分類 按參考輸入形式分為：按參考輸入形式分為： 恒值（調(diào)節(jié)器）系統(tǒng)：恒值（調(diào)節(jié)器）系統(tǒng)：指參考輸入量保 持常值的系統(tǒng)。其任務(wù)是

12、消除或減少擾動信 號對系統(tǒng)輸出的影響，使被控量（即系統(tǒng)的 輸出量）保持在給定或希望的數(shù)值上。 隨動（伺服）系統(tǒng)：隨動（伺服）系統(tǒng)：指參考輸入量隨時(shí) 間任意變化的系統(tǒng)。其任務(wù)是要求輸出量以 一定的精度和速度跟蹤參考輸入量，跟蹤的 速度和精度是隨動系統(tǒng)的兩項(xiàng)主要性能指標(biāo)。 按照系統(tǒng)的元件特性分為按照系統(tǒng)的元件特性分為: 線性系統(tǒng)：線性系統(tǒng)：構(gòu)成系統(tǒng)的所有元件都是線性元 件的系統(tǒng)。其動態(tài)性能可用線性微分方程描述， 系統(tǒng)滿足齊次性和疊加原理。 非線性系統(tǒng)：非線性系統(tǒng)：構(gòu)成系統(tǒng)的元件中含有非線性 元件的系統(tǒng), 只能用非線性微分方程描述，不滿 足疊加原理。 可以進(jìn)行線性化處理的系統(tǒng)或元件特性又稱 為非本質(zhì)

13、非線性特性。反之，稱之為本質(zhì)非線性， 它只能用非線性理論分析研究。 導(dǎo)論導(dǎo)論-反饋控制系統(tǒng)的分類反饋控制系統(tǒng)的分類 按照系統(tǒng)內(nèi)信號的形式分為按照系統(tǒng)內(nèi)信號的形式分為 連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng): 系統(tǒng)內(nèi)各處的信號都是以連續(xù)的模擬 量傳遞的系統(tǒng)。 離散系統(tǒng)離散系統(tǒng): 系統(tǒng)內(nèi)某處或數(shù)處信號是以脈沖序列 或數(shù)碼形式傳遞的系統(tǒng)。其脈沖序列可由脈沖信號 發(fā)生器或振蕩器產(chǎn)生，也可用采樣開關(guān)將連續(xù)信號 變成脈沖序列，這類控制系統(tǒng)又稱為采樣控制系統(tǒng) 或脈沖控制系統(tǒng)。而用數(shù)字計(jì)算機(jī)或數(shù)字控制器控 制的系統(tǒng)又稱為數(shù)字控制系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 導(dǎo)論導(dǎo)論-反饋控制系統(tǒng)的分類反饋控制系統(tǒng)的分類 導(dǎo)論導(dǎo)論-控制系統(tǒng)性能的基本要求

14、控制系統(tǒng)性能的基本要求 穩(wěn)定性 系統(tǒng)在受到擾動作用后,自動返回原來 的平衡狀態(tài)的能力。如果系統(tǒng)受到擾動作用 （系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)外）后，能自動返回到原來 的平衡狀態(tài)，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。穩(wěn)定系統(tǒng) 的數(shù)學(xué)特征是其輸出量具有非發(fā)散性；反之， 系統(tǒng)是不穩(wěn)定系統(tǒng)。 穩(wěn)定性是保證系統(tǒng)能正常工作的必要條 件，衡量指標(biāo)有穩(wěn)定裕度等。 圖1.13 穩(wěn)定性示意圖 快速性：要求自動控制系統(tǒng)的過渡過程盡量短 暫，輸出盡快平穩(wěn)地跟蹤上輸入的變化。 通常用時(shí)域中給出的瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)來衡量快速 性，即單位階躍信號作用下，系統(tǒng)輸出的超調(diào)量 ， 上升時(shí)間 ，峰值時(shí)間 ，過渡過程時(shí)間（或調(diào)節(jié) 時(shí)間） 和振蕩次數(shù)N等指標(biāo)表示。 r T s

15、 T p T 準(zhǔn)確性：當(dāng)過渡過程結(jié)束后，要求輸 出量最終應(yīng)準(zhǔn)確地達(dá)到希望值，否則將產(chǎn) 生穩(wěn)態(tài)誤差。 準(zhǔn)確性指標(biāo)有穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)， 指穩(wěn)定系統(tǒng)在完成過渡過程后的穩(wěn)態(tài)輸出偏離 希望值的程度。 圖1.14 穩(wěn)定系統(tǒng)的典型單位階躍響應(yīng)曲線 瞬態(tài)過程瞬態(tài)過程穩(wěn)態(tài)過程穩(wěn)態(tài)過程 快快準(zhǔn)準(zhǔn) 調(diào)節(jié)時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間 課程及教學(xué)安排簡介課程及教學(xué)安排簡介-目標(biāo)目標(biāo) 知道控制的概念，易！知道控制的概念，易！ 實(shí)施實(shí)施恰當(dāng)?shù)淖詣忧‘?dāng)?shù)淖詣涌刂疲y！控制，難！ 復(fù)雜對象的控制，非不欲也，乃無能也！ 因此，本課程采用有限目標(biāo)、解剖麻雀的策略。 收縮對象經(jīng)典控制！ 課程目標(biāo)： 以簡單的線性時(shí)不變系統(tǒng)為對象，學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的

16、分 析、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，切身體會實(shí)施控制的全過程，牢固建立 反饋控制的理念，培養(yǎng)實(shí)施控制的能力。 課程及教學(xué)安排課程及教學(xué)安排-目標(biāo)目標(biāo) 經(jīng)典控制理論的基本特點(diǎn) （1）主要用于線性定常系統(tǒng)的研究，即用于常系數(shù) 線性微分方程描述的系統(tǒng)的分析與綜合； （2）只用于單輸入，單輸出的反饋控制系統(tǒng)； （3）主要討論系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系，而忽視 系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)，是一種對系統(tǒng)的外部描述方法。 應(yīng)該指出的是，反饋控制是一種最基本最重要的控 制方式。從某種意義上講，經(jīng)典控制理論是伴隨著反饋控 制技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展而逐漸完善和成熟起來的。 實(shí)施控制的全過程： 設(shè)計(jì)差異，反復(fù)改進(jìn)。 描述 對象 分析 對象 設(shè)計(jì) 控制

17、 修改設(shè)計(jì) 圖1.15實(shí)施控制的全過程 系統(tǒng) 測評 課程及教學(xué)安排課程及教學(xué)安排-目標(biāo)目標(biāo) 若性能滿足規(guī)范要求，則設(shè)計(jì)工作結(jié)束 建立控制目標(biāo) 步驟1 確定控制變量 步驟2 給定各變量的控制要求 （設(shè)計(jì)目標(biāo)） 步驟3 確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu) 步驟4 建立對象執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳感器模型步驟5 建立控制模型選擇待調(diào)參數(shù) 步驟6 優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)性能 步驟7 若性能不 能滿足要 求，則重 新確定系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)和 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 圖1.16 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程 課程及教學(xué)安排課程及教學(xué)安排-目標(biāo)目標(biāo) 課程及教學(xué)安排課程及教學(xué)安排-講授時(shí)間安排講授時(shí)間安排 第一章 自動控制導(dǎo)論（2） 第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（8）

18、第三章 時(shí)間響應(yīng)分析（6） 第四章 控制系統(tǒng)的時(shí)域穩(wěn)定性（4） 第五章 根軌跡法（6） 第六章 頻率響應(yīng)分析（6） 第七章 控制系統(tǒng)的頻率域穩(wěn)定性 （4） 第八章 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（5時(shí)域+9） 第九章 非線性控制系統(tǒng)（6） 實(shí)驗(yàn) Matlab輔導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)、測驗(yàn)等（7+13） 課程及教學(xué)安排課程及教學(xué)安排-學(xué)習(xí)建議學(xué)習(xí)建議 廣泛閱讀參考書，深刻理解理論體系 、吳麒主編 “自動控制原理”，清華大學(xué)出版社。 、胡壽松主編 “自動控制原理”，國防工業(yè)出版社。 、.Ogata. “Modern Control Engineering”, 科學(xué)出版社 影印版。 或緒方勝彥著，盧伯英譯，“現(xiàn)代控制工程”，科

19、學(xué) 出版社。 、樓順天等，“基于Matlab的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)控制 系統(tǒng)”，西安電子科技大學(xué)出版社 課程及教學(xué)安排課程及教學(xué)安排-學(xué)習(xí)建議學(xué)習(xí)建議 利用網(wǎng)絡(luò)資源 、軍網(wǎng)機(jī)電工程與自動化學(xué)院主頁推薦站點(diǎn)： “自動控制原理”網(wǎng)上教學(xué)。 、學(xué)研論壇自動控制。 、各個(gè)大學(xué)重點(diǎn)課程建設(shè)教學(xué)資料。 課程及教學(xué)安排課程及教學(xué)安排學(xué)習(xí)建議學(xué)習(xí)建議 完成大量練習(xí)，積極討論問題； 學(xué)完每章要善于總結(jié)知識點(diǎn)，演繹歸納并重； 重視實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)（Mtalab實(shí)現(xiàn)）。 課程及教學(xué)安排課程及教學(xué)安排-考核方式考核方式 作業(yè)（10%） +實(shí)驗(yàn)（20%） +閉卷考試（70%） 課程及教學(xué)安排課程及教學(xué)安排-后續(xù)課程展望后續(xù)課程展望

20、復(fù)雜對象的控制，非不欲也，乃無能也！ 僅在工程控制領(lǐng)域，今后還有： 數(shù)字控制手段更新 自適應(yīng)控制時(shí)變對象 非線性控制非線性對象 智能控制環(huán)境適應(yīng) 等等 課程及教學(xué)安排課程及教學(xué)安排-后續(xù)課程展望后續(xù)課程展望 信號與系統(tǒng) 自動控 制原理 數(shù)字信 號處理 檢測與傳感器技術(shù) 現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ) 計(jì)算機(jī)（數(shù)字） 控制技術(shù) 自適應(yīng)控制 非線性控制 作用：橋 梁，專業(yè) 基礎(chǔ)課 智能控制 1788 1788 年前后，年前后，J.J.瓦特瓦特的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器。的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器。 自動控制簡史漫談與啟示自動控制簡史漫談與啟示 自動控制簡史漫談與啟示自動控制簡史漫談與啟示 科學(xué)技術(shù)發(fā)明的 基礎(chǔ)，是前人知 識（風(fēng)

21、力磨坊） 的積累與運(yùn)用。 圖1.17 離心調(diào)速器 進(jìn)汽閥 門，連 桿機(jī)構(gòu) 設(shè)定轉(zhuǎn) 速Vd 實(shí)際轉(zhuǎn)速 比較器 Metal sphere 轉(zhuǎn)速測量 蒸汽室 + - 蒸汽機(jī) 飛球調(diào) 節(jié)閥 自動控制簡史漫談與啟示自動控制簡史漫談與啟示 圖1.18 離心調(diào)速器框圖 （自動自動） 自動控制簡史漫談與啟示自動控制簡史漫談與啟示 早期的載波電話失真嚴(yán)重，解決放 大器的非線性累積和無序振蕩，成為電 話遠(yuǎn)程傳輸?shù)年P(guān)鍵。1927年8月，貝爾實(shí) 驗(yàn)室的布萊克在輪渡上的靈光一現(xiàn)，催 生了最實(shí)用的負(fù)反饋控制裝置。 負(fù)反饋信號放大器獲得了極好的線 性度。自激振蕩問題的解決，極大地促 進(jìn)了電話的廣泛應(yīng)用。 自動控制簡史漫談與

22、啟示自動控制簡史漫談與啟示 靈感來自于長期的思考。 自動控制簡史漫談與啟示自動控制簡史漫談與啟示 早期的防空火炮控制，一般需要 3 個(gè)人來實(shí)施伺服控制， （一個(gè)方位角， 一個(gè)高低角，還有一個(gè)引信），與現(xiàn)在 的自動化高炮不可同日而語。 1940年，同樣來自貝爾實(shí)驗(yàn)室的年 輕的工程師帕金森用反饋控制方法，解 決了這個(gè)問題。 自動控制簡史漫談與啟示自動控制簡史漫談與啟示 當(dāng)時(shí)，他是一個(gè)低職 位的工程師，讓他承擔(dān)的 任務(wù)是繞電位計(jì)，就在 1940年春天的一個(gè)晚上， 他做了一個(gè)夢。他夢到既 然用電位計(jì)可以控制電壓 記錄筆，那么，它也應(yīng)該 可以控制火炮的發(fā)射。他 的這個(gè)夢，同樣促進(jìn)了自 動控制技術(shù)的發(fā)展。

23、 教育的目的應(yīng)該使每個(gè)人都充滿 夢想！ 圖1.19 火炮隨動控制 自動控制簡史漫談與啟示自動控制簡史漫談與啟示 瓦特離心調(diào)速器在調(diào)速過程中存在 不穩(wěn)定現(xiàn)象（“設(shè)備變得發(fā)狂！”）， 當(dāng)時(shí)并沒有理論指導(dǎo)，所有的努力都集 中在改進(jìn)調(diào)速器本身（重量、彈簧、摩 擦）。 麥克斯維爾把調(diào)節(jié)器跟調(diào)節(jié)對象合 在一起，看作一個(gè)系統(tǒng)，用微分方程來 進(jìn)行研究，指出微分方程的特征根在左 半面或右半面，決定著系統(tǒng)穩(wěn)定與否。 僅有實(shí)踐是不夠的！ 自動控制簡史漫談與啟示自動控制簡史漫談與啟示 1877年，麥克斯維爾的學(xué)生勞斯提出了勞斯 代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)，并獲得了亞當(dāng)獎(jiǎng)。 1895年，胡爾維茨也提出了本質(zhì)上與勞斯判 據(jù)一致的代數(shù)

24、穩(wěn)定性判據(jù)，并在穩(wěn)定性理論的指 導(dǎo)下，為瑞士達(dá)沃斯電廠的一個(gè)蒸汽機(jī)設(shè)計(jì)了一 個(gè)調(diào)速系統(tǒng)。胡爾維茨被認(rèn)為是真正運(yùn)用控制理 論，來指導(dǎo)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的第一人。 只有有了理論的指導(dǎo)，才能從自然王國走向 必然王國。 自動控制簡史漫談與啟示自動控制簡史漫談與啟示 到了二十世紀(jì)40年代，尼可爾斯深 入研究了PID（Proportion, Integral, Differential）調(diào)節(jié)問題。 他在MIT僅有的一臺模擬機(jī)（又叫微 分分析儀）上做了大量的仿真實(shí)驗(yàn)，最 后列出來了PID的整定表。控制工程中， 有一項(xiàng)工作歷經(jīng)60多年至今還在使用， 就正是尼可爾斯編排的這個(gè)PID整定表。 這一時(shí)期的主要代表人物還有 伯德（H.W.Bode 1905）： 1945年提 出了簡便而實(shí)用的伯德圖法。 伊文思（W.R.Evans）： 1948年提出了 直觀而又形