自動(dòng)控制系統(tǒng)地發(fā)展歷史

1、PAGE1 / NUMPAGES7自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.自動(dòng)控制技術(shù)的早期發(fā)展以反饋控制為其主要研究?jī)?nèi)容的自動(dòng)控制理論的歷史，若從目前公認(rèn)的第一篇理論論文,J.C.Maxwell在1868年發(fā)表的“論調(diào)節(jié)器”算起，至今不過(guò)一百多年。然而控制思想與技術(shù)的存在至少已有數(shù)千年的歷史了。“控制”這一概念本身即反映了人們對(duì)征服自然與外在的渴望，控制理論與技術(shù)也自然而然地在人們認(rèn)識(shí)自然與改造自然的歷史中發(fā)展起來(lái)。具有反饋控制原理的控制裝置在古代就有了。這方面最有代表性的例子當(dāng)屬古代的計(jì)時(shí)器“水鐘”(在中國(guó)叫作“刻漏”，也叫“漏壺”)。據(jù)古代鍥形文字記載和從埃及古墓出土的實(shí)物可以看到，巴比倫和埃及在公元

2、前1500年以前便已有很長(zhǎng)的水鐘使用歷史了。約在公元前三世紀(jì)中葉，亞歷山大里亞城的斯提西比烏斯(Ctesibius)首先在受水壺中使用了浮子(phellossivetympanum)。按迪爾斯(Diels)本世紀(jì)初復(fù)原的樣品，注入的水是由圓錐形的浮子節(jié)制的。而這種節(jié)制方式即已含有負(fù)反饋的思想(盡管當(dāng)時(shí)并不明確)。1中國(guó)有著燦爛的古代文明。中國(guó)古代的科學(xué)家們對(duì)水鐘十分得重視，并進(jìn)行 了長(zhǎng)期的研究。據(jù)記載，約在公元前500年，中國(guó)的軍隊(duì)中即已用漏 壺作為計(jì)時(shí)的裝置。約在公元120年，著名的科學(xué)家X衡(78-139,東漢)又提出了用補(bǔ)償壺解決隨水頭降低計(jì)時(shí)不準(zhǔn)確問(wèn)題的巧妙方法。在他的“漏水轉(zhuǎn)渾天儀”

3、中，不僅有浮子，漏箭，還有虹吸管和至少一個(gè)補(bǔ)償壺。最有名的中國(guó)水鐘“銅壺滴漏”由銅匠杜子盛和洗運(yùn)行建造于公元1316年(元代延祐三年)，并一直連續(xù)使用到1900年。現(xiàn)保存在XX市博物館中，但仍能使用。23北宋時(shí)期，蘇頌等于1086年-1090年在XX建成“水運(yùn)儀象臺(tái)”。儀象臺(tái)上的渾儀附有窺管，能夠相當(dāng)準(zhǔn)確地跟蹤天體的運(yùn)行，“使它自動(dòng)地保持在窺管的視場(chǎng)中”。這種儀象臺(tái)的動(dòng)力裝置中就利用了“從定水位漏壺中流出的水，并由擒縱器(天關(guān)、天鎖)加以控制”。蘇頌把時(shí)鐘機(jī)械和觀測(cè)用渾儀結(jié)合起來(lái)，這比西方羅伯特.胡克早六個(gè)世紀(jì)。4公元235(三國(guó)時(shí)期)的馬均及公元477年(X宋時(shí)期)祖沖之等還曾制造過(guò)具有開(kāi)環(huán)

4、控制特點(diǎn)的指南車(chē)。并發(fā)明了齒輪及差動(dòng)齒輪機(jī)52729。另外，我國(guó)在公元前350年已經(jīng)用在結(jié)構(gòu)上與水輪相似的水臼來(lái)碾米;在公元前50年用水輪來(lái)引水灌溉;在公元前31年在鍛冶場(chǎng)里使用水動(dòng)風(fēng)箱等。大大地減輕了人們的勞動(dòng)29。十八世紀(jì)，隨著人們對(duì)動(dòng)力的需求，各種動(dòng)力裝置也成為人們研究的重點(diǎn)。1750年，安得魯.米克爾(1719-1811)為風(fēng)車(chē)引入了“扇尾”傳動(dòng)裝置，使風(fēng)車(chē)自動(dòng)地面向風(fēng)。隨后，威廉.丘比特對(duì)自動(dòng)開(kāi)合的百葉窗式翼板進(jìn)行改進(jìn)，使其能夠自動(dòng)地調(diào)整風(fēng)車(chē)的傳動(dòng)速度。這種可調(diào)整的調(diào)節(jié)器在1807年取的專利權(quán)。 18世紀(jì)的風(fēng)車(chē)中還成功地使用了離心調(diào)速器。托馬斯.米德(1787年)和斯蒂芬.胡泊(17

5、89年)獲得這種裝置的專利權(quán)。629和風(fēng)車(chē)技術(shù)并行，十八世紀(jì)也是蒸氣機(jī)取得突破發(fā)展的時(shí)期，并成為機(jī)械工程最矚目的成就。托馬斯.紐可門(mén)和約翰.卡利(又譯為考力)是史學(xué)界公認(rèn)的蒸氣機(jī)之父。到十八世紀(jì)中葉，已有好幾百臺(tái)紐可門(mén)式蒸氣機(jī)在英格蘭北部和中部地區(qū)、康沃爾和其他國(guó)家服務(wù)，但由于其工作效率太低，難以推廣。1765年俄國(guó)的波爾祖諾夫(.)發(fā)明了蒸汽機(jī)鍋爐的水位自動(dòng)調(diào)節(jié)器(這在俄國(guó)被認(rèn)為是世界上的第一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)器)2123。1760年-1800年，詹姆斯.瓦特對(duì)蒸氣機(jī)進(jìn)行了徹底得改造，終于使其得到廣泛的應(yīng)用。在瓦特的改良工作中，1788年，他給蒸氣機(jī)添加了一個(gè)“節(jié)流”控制器即節(jié)流閥，它由一個(gè)離心“調(diào)

6、節(jié)器”操縱，類似于磨房機(jī)工早已用來(lái)控制風(fēng)力面分機(jī)磨石松緊的裝置。“調(diào)節(jié)器”或“飛球調(diào)節(jié)器”用于調(diào)節(jié)蒸氣流，以便確保引擎工作時(shí)速度大致均勻。這是當(dāng)時(shí)反饋調(diào)節(jié)器最成功的應(yīng)用。7瓦特是一位實(shí)干家，他沒(méi)有對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行理論分析，后來(lái)J.C.Maxwell從微分方程角度討論了調(diào)節(jié)器系統(tǒng)可能產(chǎn)生的不穩(wěn)定現(xiàn)象，從而開(kāi)始了對(duì)反饋控制動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的理論研究。82.自動(dòng)控制基本理論(經(jīng)典部分)的發(fā)展簡(jiǎn)史2.1穩(wěn)定性理論的早期發(fā)展人們很早就開(kāi)始關(guān)注穩(wěn)定性的問(wèn)題。牛頓可能是第一個(gè)關(guān)注動(dòng)態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的人。1687年，牛頓在他的數(shù)學(xué)原理中對(duì)圍繞引力中心做圓周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行了研究。他假設(shè)引力與質(zhì)點(diǎn)到中心距離的q次方成正比。牛頓

7、發(fā)現(xiàn)，假設(shè)q-3,則在小的擾動(dòng)后，質(zhì)點(diǎn)仍將保留在原來(lái)的圓周軌道附近運(yùn)動(dòng)。而當(dāng)q-3時(shí)，質(zhì)點(diǎn)將會(huì)偏離初始的軌道，或者按螺旋狀的軌道離開(kāi)中心趨向無(wú)窮遠(yuǎn)，或者將落在引力中心上26。在牛頓引力理論建立之后，天文學(xué)家曾不斷努力以圖證明太陽(yáng)系的穩(wěn)定性。特別地，拉格朗日和拉普拉斯在這一問(wèn)題上做了相當(dāng)?shù)呐Α?773年，24歲的拉普拉斯“證明了行星到太陽(yáng)的距離在一些微小的周期變化之內(nèi)是不變的”。并因此成為法國(guó)科學(xué)院副院士28。雖然他們的論證今天看來(lái)并不嚴(yán)格，但他們的工作對(duì)后來(lái)李亞普諾夫的穩(wěn)定性理論有很大的影響26。直到十九世紀(jì)中期，穩(wěn)定性理論仍集中在對(duì)保守系統(tǒng)研究上。主要是天文學(xué)的問(wèn)題。在出現(xiàn)控制系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問(wèn)

8、題后，科學(xué)家們開(kāi)始考慮非保守系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題。ClerkMaxwell是第一位利用特征方程的系數(shù)來(lái)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的人26。JamesClerkMaxwell是第一個(gè)對(duì)反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)分析并發(fā) 表論文的人8。在他1868年的論文“論調(diào)節(jié)器”(MaxwellJC.OnGovernors.Proc.RoyalSocietyofLondon,vol.16:270-283,1868)中，導(dǎo)出了調(diào)節(jié)器的微 分方程，并在平衡點(diǎn)附近進(jìn)行線性化處理，指出穩(wěn)定性取決于特征方程的根是否 具有負(fù)的實(shí)部。麥?zhǔn)显谡撐闹袑?duì)三階微分方程描述的Thomsonsgovernor, Jenkinsgovernor以及具

9、有五階微分方程的Maxwellsgovernor進(jìn)行了研究， 并給出了系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件。Maxwell的工作開(kāi)創(chuàng)了控制理論研究的先河。 910同一時(shí)期在俄國(guó)，1872年.維什聶格拉斯基(1831-1895)也對(duì)蒸汽機(jī)的穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行了研究。.維什聶格拉斯基的論文“論調(diào)整器的一般原理”1876年發(fā)表在法國(guó)科學(xué)院院報(bào)上。.維什聶格拉斯基同樣利用線性化方法簡(jiǎn)化問(wèn)題，用線性微分方程描述由調(diào)整對(duì)象和調(diào)整器組成的系統(tǒng)。這使問(wèn)題大大簡(jiǎn)化。1878年.維什聶格拉斯基還對(duì)非線性繼電器型調(diào)整器進(jìn)行了研究。.維什聶格拉斯基在蘇聯(lián)被視為自動(dòng)調(diào)整理論的奠基人。23Maxwell是一位天才的科學(xué)家，在許多方面都有極高的造

10、詣。他同時(shí)還是物理學(xué)中電磁理論的創(chuàng)立人(見(jiàn)其論文“Adynamicaltheoryoftheelectromagneticfield”，1864)。目前的研究表明，Maxwell事實(shí)上在1863年9月即已基本完成了其有關(guān)穩(wěn)定性方面的研究工作。10Maxwell在他的論文中還催促數(shù)學(xué)家們盡快地解決多項(xiàng)式的系數(shù)同多項(xiàng)式的根的關(guān)系的問(wèn)題。由于五次以上的多項(xiàng)式?jīng)]有直接的求根公式，這給判斷高階系統(tǒng)的穩(wěn)定性代來(lái)了困難。9約在1875年，Maxwell擔(dān)任了劍橋AdamsPrize的評(píng)獎(jiǎng)委員。這項(xiàng)兩年一次的獎(jiǎng)授予在該委員會(huì)所選科學(xué)主題方面竟?fàn)幍淖罴颜撐摹?877年的AdamsPrize的主題是“運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性

11、”。E.J.Routh在這項(xiàng)竟賽中以其跟據(jù)多項(xiàng)式的系數(shù)決定多項(xiàng)式在右半平面的根的數(shù)目的論文奪得桂冠(RouthEJ.ATreatiseontheStabilityofMotion.London,U.K.:Macmillan,1877)。Routh的這一成果現(xiàn)在被稱為勞斯判據(jù)。Routh工作的意義在于將當(dāng)時(shí)各種有關(guān)穩(wěn)定性的孤立的結(jié)論和非系統(tǒng)的結(jié)果統(tǒng)一起來(lái)，開(kāi)始建立有關(guān)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的系統(tǒng)理論。26EdwardJohnRouth1831年1月20日出生在加拿大的魁北克。他父親是一位在Waterloo服役的英國(guó)軍官。Routh11歲那年回到英國(guó)，在deMorgan指導(dǎo)下學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。在劍橋?qū)W習(xí)的畢業(yè)考試中，

12、他獲得第一名。并得到了“SeniorWrangler”的榮譽(yù)稱號(hào)。(ClerkMaxwell排在了第二位。盡管ClerkMaxwell當(dāng)時(shí)被稱為最聰明的人。)畢業(yè)后Routh開(kāi)始從事私人數(shù)學(xué)教師的工作。從1855年到1888年Routh教了600多名學(xué)生，其中有27位獲得“SEniorWrangler”稱號(hào)。建立了無(wú)可匹敵的業(yè)績(jī)。Routh于1907年6月7日去世，享年76歲。25Routh之后大約二十年，1895年，瑞士數(shù)學(xué)家A.Hurwitz在不了解Routh工作的情況下，獨(dú)立給出了跟據(jù)多項(xiàng)式的系數(shù)決定多項(xiàng)式的根是否都具有負(fù)實(shí)部的另一中方法(HurwitzA.Ontheconditions

13、underwhichanequationhasonlyrootswithnegativerealparts.MathematischeAnnelen,vol.46:273-284,1895)。Hurwitz的條件同Routh的條件在本質(zhì)上是一致的。9因此這一穩(wěn)定性判據(jù)現(xiàn)在也被稱為Routh-Hurwitz穩(wěn)定性判據(jù)1。1892年，俄羅斯偉大的數(shù)學(xué)力學(xué)家A.M.Lyapunov(1857.5.25-1918.11.3)發(fā)表了其具有深遠(yuǎn)歷史意義的博士論文“運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的一般問(wèn)題”(TheGeneralProblemoftheStabilityofMotion,1892)。在這一論文中，他提出了為當(dāng)今

14、學(xué)術(shù)界廣為應(yīng)用且影響巨大的李亞普諾夫方法，也即李亞普諾夫第二方法或李亞普諾夫直接方法。這一方法不僅可用于線性系統(tǒng)而且可用于非線性時(shí)變系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。已成為當(dāng)今自動(dòng)控制理論課程講授的主要內(nèi)容之一。1112Lyapunov在穩(wěn)定性方面的研究受到Routh和Poincare等工作的影響。12,14Lyapunov是一位天才的數(shù)學(xué)家。他是一位天文學(xué)家的兒子。曾從師于大數(shù)學(xué)家P.L.Chebyshev(車(chē)比曉夫)，和A.A.Markov(馬爾可夫)是同校同學(xué)(李比馬低兩級(jí))，并同他們始終保持著良好的關(guān)系。他們共同在概率論方面做出過(guò)杰出的成績(jī)。在概率論中我們可以看到關(guān)于矩的馬爾可夫不等式、車(chē)比曉夫不等式

15、和李亞普諾夫不等式。李還在相當(dāng)一般的條件下證明了中心極限定理。1113和他的碩士論文一樣，Lyapunov的博士論文被譯成法文并在AnnalesdelUniversitedeToulouse(1907)上發(fā)表，1949年P(guān)rincetonUniversityPress重印了法文版。1992年在Lyapunov博士論文發(fā)表100周年之際，INT.J.CONTROL以專集形式發(fā)表了Lyapunov論文的英譯版，以紀(jì)念他控制理論領(lǐng)域的卓越貢獻(xiàn)。11142.2負(fù)反饋放大器及頻域理論的建立15在控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)理論建立之后，1928年-1945年以美國(guó)AT&T公司Bell實(shí)驗(yàn)室(BellLabs)的

16、科學(xué)家們?yōu)楹诵?，又建立了控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的頻域方法。1928年8月2日，HaroldBlack(1898-1983)，在前往Manhattan西街(WestStreet)的上班途中，在Hudson河的渡船LackawannaFerry上靈光一閃，發(fā)明了在當(dāng)今控制理論中占核心地位的負(fù)反饋放大器。由于手頭沒(méi)有合適的紙X，他將其發(fā)明記在了一份紐約時(shí)報(bào)(TheNewYorkTimes)上，這份早報(bào)已成為一件珍貴的文物診藏在AT&T的檔案館中。當(dāng)時(shí)的Black年僅29歲，從WorcesterPolytechnicInstitute獲得電子工程學(xué)士畢業(yè)剛六年。是西部電子公司工程部(這個(gè)部后來(lái)成為1925

17、年成立的BellLabs的核心)的工程師，正在從事電子管放大器的失真和不穩(wěn)定問(wèn)題的研 究。Black首先提出了基于誤差補(bǔ)償?shù)那梆伔糯笃?，在此基礎(chǔ)上最終提出了負(fù)反饋放大器并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析。同年Black就其發(fā)明向?qū)＠痔岢隽碎L(zhǎng)達(dá)52 頁(yè)126項(xiàng)的專利申請(qǐng)，但只到九年之后，當(dāng)Black和他在AT&T的同事們開(kāi)發(fā)出 實(shí)用的負(fù)反饋放大器和負(fù)反饋理論之后，Black才得到這項(xiàng)專利。反饋放大器的振蕩問(wèn)題給其實(shí)用化帶來(lái)了難以克服的麻煩。為此HarryNyquist(1889-1976)和其他一些AT&T的通訊工程師介入了這一工作。Nyquist1917年在耶魯大學(xué)(Yale)獲物理學(xué)博士學(xué)位，有著極高的

18、理論造詣。1932年Nyquist發(fā)表了包含著名的“乃奎斯特判據(jù)”(Nyquistcriterion)的論 文，并在1934年加入了BellLabs。Black關(guān)于的負(fù)反饋放大器的論文發(fā)表在1934年，參考了Nyquist的論文和他的穩(wěn)定性判據(jù)。這一時(shí)期，Bell實(shí)驗(yàn)室的另一位理論專家，HendrikBode(1905-1982)也和一些數(shù)學(xué)家開(kāi)始對(duì)負(fù)反饋放大器的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行研究。Bode是一位應(yīng)用數(shù)學(xué)家，1926年在俄荷俄州立大學(xué)(OhioState)獲碩士;1935年在哥倫比亞大學(xué)(ColumbiaUniversity)獲物理學(xué)博士學(xué)位。1940年，Bode引入了半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，使頻率特性的

19、繪制工作更加適用于工程設(shè)計(jì)。1942年，H.Harris引入了傳遞函數(shù)的概念。用方框圖、環(huán)節(jié)、輸入和輸出等信息傳輸?shù)母拍顏?lái)描述系統(tǒng)的性能和關(guān)系。這樣就把原來(lái)由研究反饋放大器穩(wěn)定性而建立起來(lái)的頻率法，更加抽象化了，因而也更有普遍意義，可以把對(duì)具體物理系統(tǒng)，如力學(xué)、電學(xué)、等的描述，統(tǒng)一用傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)等摘 要概念來(lái)研究22。1925年英國(guó)電器工程師O.亥維賽把拉普拉斯變換應(yīng)用到求解電網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題上，提出了運(yùn)算微積。不久拉普拉斯變換就被應(yīng)用到分析自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)問(wèn)題上，并取得了顯著成效。傳遞函數(shù)就是在拉普拉斯變換的基礎(chǔ)上引入的。27至1945年，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的頻域方法，“波德圖”(Bodeplots)

20、方法，已基本建立了。在這同一時(shí)期，蘇聯(lián)科學(xué)家也在控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻域分析方面取得了進(jìn)展。1938年和1939年，全蘇電工研究所的米哈依洛夫以柯西幅角原理為基礎(chǔ)，發(fā)表論文給出了閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻域判別法。21-23米哈依洛夫還提出了把自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)環(huán)節(jié)按動(dòng)態(tài)特性加以典型化來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的問(wèn)題。米哈依洛夫有關(guān)穩(wěn)定性頻域判據(jù)的論文雖然正式發(fā)表較晚。但他的研究成果在1936年由蘇聯(lián)列寧共產(chǎn)主義青年團(tuán)中央召開(kāi)的青年學(xué)者科學(xué)家工作成果競(jìng)賽會(huì)上曾榮膺獎(jiǎng)金。23米哈依洛夫的方法現(xiàn)被稱為“米哈依洛夫穩(wěn)定判據(jù)”。22-23有些學(xué)者又將“乃奎斯特判據(jù)”稱為“乃奎斯特-米哈依洛夫判據(jù)”23-24客觀地講，在頻域穩(wěn)定

21、性判別研究中，乃奎斯特不僅在時(shí)間上領(lǐng)先，其工作也更完備。現(xiàn)在我們所使用的也主要是乃奎斯特的開(kāi)環(huán)穩(wěn)定判據(jù)。除了偏差負(fù)反饋控制，擾動(dòng)控制是另一種重要控制策略。第一個(gè)試圖制造一個(gè)不反映被調(diào)量偏差，而反應(yīng)擾動(dòng)作用的調(diào)節(jié)器的人是龐賽來(lái)()。他在1829年曾提出一種有關(guān)蒸汽機(jī)軸轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)器的線路，利用的就是擾動(dòng)控制的原理?？墒怯捎诋?dāng)時(shí)蒸汽機(jī)本身不穩(wěn)定，他的建議遭到了失敗。采用擾動(dòng)調(diào)節(jié)原理且在實(shí)際上能夠工作的第一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)器是1869年由契可列夫所發(fā)明的弧光燈光度調(diào)節(jié)器。這種調(diào)節(jié)器同龐賽來(lái)(.)應(yīng)用純擾動(dòng)的調(diào)節(jié)不同，它實(shí)際上建立了閉環(huán)，所以調(diào)節(jié)器在這里也影響系統(tǒng)的穩(wěn)定(純擾動(dòng)補(bǔ)償控制不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性)21

22、。2.3根軌跡法的建立在經(jīng)典控制理論中，根軌跡法占有十分重要的地位。它同時(shí)域法，頻域法可 稱是三分天下。美國(guó)電信工程師W.R.Evans在這里包打天下，他的兩篇論文“GraphicalAnalysisofControlSystem,AIEETrans.PartII,67(1948),pp.547-551.”和“ControlSystemSynthesisbyRootLocusMethod,AIEETrans.PartII,69(1950),pp.66-69”即已基本上建立起根軌跡法的完整理論。18,19，27Evans所從事的是飛機(jī)導(dǎo)航和控制，其中涉及許多動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定問(wèn)題，因此其已經(jīng)又回到7

23、0多年前Maxwell和Routh曾做過(guò)的特征方程的研究工作。但 Evans用系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)特征方程的根變化軌跡來(lái)研究，開(kāi)創(chuàng)了新的思維和研究方法。Evans方法一提出即受到人們的廣泛重視，1954年，錢(qián)學(xué)森即在他的名著“工程控制論”中專用兩節(jié)介紹這一方法，并將其成為Evans方法。8,192.4脈沖控制理論的建立與發(fā)展隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的誕生和發(fā)展，脈沖控制理論也迅速發(fā)展起來(lái)。在這方面首先作出重要貢獻(xiàn)的是乃奎斯特和香農(nóng)(Shannon)。乃氏首先證明把正弦信號(hào)從它的采樣值復(fù)現(xiàn)出來(lái)，每周期至少必須進(jìn)行兩次采樣。香農(nóng)于1949年完全解決了這個(gè)問(wèn)題。香農(nóng)由此被成為信息論的創(chuàng)始人。線性脈沖控制理論以線性差

24、分方程為基礎(chǔ)，線性差分方程理論在三、四十年代中已逐步發(fā)展起來(lái)。隨著拉氏變換在微分方程中的應(yīng)用，在差分方程中也開(kāi)始加以應(yīng)用。利用連續(xù)系統(tǒng)拉氏變換同離散系統(tǒng)拉氏變換的對(duì)應(yīng)關(guān)系，奧爾登伯格(R.C.Oldenbourg)和薩托里厄斯(H.Sartorious)于1944年，X普金(Tsypkin)于1948年分別提出了脈沖系統(tǒng)的穩(wěn)定判據(jù)，即線性差分方程的所有特征根應(yīng)位于單位圓內(nèi)。由于離散拉氏變換式是超越函數(shù)，又提出了用保角變換將Z平面的單位圓內(nèi)部轉(zhuǎn)換到新的平面的左半面的方法，這樣即可以使用Routh-Hurwitz判據(jù)，又可將連續(xù)系統(tǒng)分析的頻域方法引入離散系統(tǒng)分析。求得離散型頻率特性后，乃氏穩(wěn)定判據(jù)

25、和其他一切研究線性系統(tǒng)的頻率法都可應(yīng)用，但由于Bode圖的應(yīng)用大受限制，頻率法在離散系統(tǒng)研究中也受到限制。(庫(kù)津(1961)曾試圖用Bode圖來(lái)表示離散型頻率特性，但過(guò)于繁復(fù)而無(wú)法應(yīng)用。)在變換理論的研究方面，霍爾維茲(W.Hurewicz)于1947年邁出了第一步，他首先引進(jìn)了一個(gè)變換用于對(duì)離散序列的處理。在此基礎(chǔ)上，X普金于1949年，拉格茲尼和扎德(J.R.Ragazzini和L.A.Zadeh)于1952年分別提出了和定義了Z變換方法，大大簡(jiǎn)化了運(yùn)算步驟，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展起脈沖控制系統(tǒng)理論。由于Z變換只能反應(yīng)脈沖系統(tǒng)在采樣點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，X普金、巴克爾(R.H.Barker)和朱利(E.

26、I.Jury)又分別于1950年、1951年和1956年提出了廣義Z變換或修正Z變換(modifiedZ-transform)的方法。對(duì)同一問(wèn)題，林威爾(W.K.Linvill)也于1951年用描述函數(shù)的方法進(jìn)行了有效的研究，不過(guò)這一方法目前已較少使用?；仡櫭}沖控制理論的發(fā)展，盡管俄國(guó)的X普金及英國(guó)的巴克爾等都做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，但建立脈沖理論的許多工作都是由美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的拉格茲尼和他的博士生們完成的。他們包括朱里(離散系統(tǒng)穩(wěn)定的朱里判具，能觀測(cè)性與能達(dá)性，分析與設(shè)計(jì)工具等)，卡爾曼(離散狀態(tài)方法，能控性與能觀性等。是自控界第二位獲IEEEModelofHonor者(1974)，扎德(Z

27、變換定義等。是自控界第五位獲IEEEModelofHonor者(1995)。五十年代末，脈沖系統(tǒng)的Z變換法已臻成熟，好幾本教科書(shū)同時(shí)出版。16,172.5歷史上的三本重要著作27在控制理論發(fā)展的歷史上有三部著作特別值得一提，即目前被作為信息論開(kāi)端的香農(nóng)(ClaudeElwoodShannon,1916-)的論文：通訊的數(shù)學(xué)理論(AMathematicalTheoryofCommunication)1948年發(fā)表在貝爾系統(tǒng)技術(shù)雜志第27卷。這篇論文同其1949年發(fā)表的論文噪聲中的通訊(CommunicationinPresenceofNoise.Proc.IRE,37,10-21)奠定了信息論的基礎(chǔ)?？刂普搫?chuàng)立者維納(NorbertWienner,1894-1964)的經(jīng)典論著：控制論，或關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)(CyberneticsorControlandCommunicationintheannimalandthemachines.1948)錢(qián)學(xué)森(TsienHS,1991-)的著作工程控制論(EngineeringCybernetics.1954)這三部著作對(duì)人類社會(huì)有著巨大的影響，產(chǎn)生了新型的綜合性基礎(chǔ)理論：控制論，信息論和工程控制論。在中國(guó)，1954年出版了由X豹編寫(xiě)的第一本自動(dòng)控制原理專著(XX：中國(guó)科學(xué)圖書(shū)儀器公司.1954)。