自動(dòng)控制發(fā)展史

自動(dòng)控制發(fā)展史第1頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月從遠(yuǎn)古的漏壺和計(jì)時(shí)容器到公元前的水利樞紐工程；從中世紀(jì)的鐘擺、天文望遠(yuǎn)鏡到工業(yè)革命的蒸氣機(jī)、蒸汽機(jī)車和蒸汽輪船；從百年前的飛機(jī)、汽車和電話通訊到半個(gè)世紀(jì)前的電子放大器和模擬計(jì)算機(jī)；從二戰(zhàn)期間的雷達(dá)和火炮防空網(wǎng)到冷戰(zhàn)時(shí)代的衛(wèi)星、導(dǎo)彈和數(shù)字計(jì)算機(jī)；從六十年代的等月飛船到現(xiàn)代的航天飛機(jī)、宇宙和星球探測(cè)器，這些著名的人類科技發(fā)明直接催生和發(fā)展了自動(dòng)控制技術(shù)。源于實(shí)踐，服務(wù)于實(shí)踐，在實(shí)踐中升華。經(jīng)過(guò)千百年的提煉，尤其是近半個(gè)世紀(jì)工業(yè)實(shí)踐的普遍應(yīng)用，自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)成為人類科技文明的重要組成部分，在日常生活中不可或缺。隨著新型制造業(yè)的興起和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用將進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代。

第2頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）中國(guó)、埃及和巴比倫出現(xiàn)自動(dòng)計(jì)時(shí)漏壺（1400B.C.－1100B.C.）孫武著《孫子兵法》（600B.C.）（2）李冰主持修筑都江堰體現(xiàn)的系統(tǒng)觀念和實(shí)踐（300B.C.）（3）

亞歷山大的希羅發(fā)明開(kāi)閉廟門和分發(fā)圣水等自動(dòng)裝置（100年）（4）中國(guó)張衡發(fā)明水運(yùn)渾象，研制出自動(dòng)測(cè)量地震的候風(fēng)地動(dòng)儀（132年）（5）中國(guó)馬鈞研制出用齒輪傳動(dòng)的自動(dòng)指示方向的指南車（235年）（6）

中國(guó)定向駕駛舵（1180年）（人類首臺(tái)控制機(jī)構(gòu)）（7）中國(guó)明代宋應(yīng)星所著《天工開(kāi)物》記載有程序設(shè)計(jì)思想（CNC）的提花織機(jī)結(jié)構(gòu)圖（1637年）（8）英國(guó)J·Watt用離心式調(diào)速器控制蒸汽機(jī)的速度（1788年）1.

前期控制（EarlyControl）（1400B.C.－1900）第3頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（9）英國(guó)G·B·Airy（1801-1892）系統(tǒng)地研究了天文望遠(yuǎn)鏡的速度控制，并根據(jù)倒立擺離心力原理，發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。首次提出反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題研究，以及利用微分方程來(lái)研究反饋控制動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)C·Hugens（1629-1695）利用反饋控制原理發(fā)明了高性能的鐘擺和天文望遠(yuǎn)鏡（10）J·C·Maxwell（1831-1879），法國(guó)科學(xué)家，于1868年發(fā)表文章OnGovernors，成功解決了二階及三階系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨后，劍橋大學(xué)的E·J·Routh與瑞典的Hurwitz解決了多階系統(tǒng)的穩(wěn)定性判斷（11）俄國(guó)A·M·Lyapunov博士論文《論運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的一般問(wèn)題》（1892年）（12）英國(guó)J·M·Gray設(shè)計(jì)出第一艘全自動(dòng)蒸汽輪船東方號(hào)（GreatEastern）（1866年）（13）

由徐壽設(shè)計(jì)的中國(guó)第一艘蒸汽輪船“黃鶴號(hào)”（L20m，25T，10km/hr）在安慶內(nèi)軍械所下水（1866年）。次年，中國(guó)第一艘木質(zhì)明輪蒸汽艦船“恬古號(hào)”在江南造船廠下水操江號(hào)（60m×10m），392匹馬力，600T排水，備炮9門第4頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（1）

WrightBrothers于1903年12月17日完成了人類歷史上首次動(dòng)力飛行，開(kāi)創(chuàng)了航空業(yè)的新篇章（2）

美國(guó)福特（FordMotor）汽車公司組成最早的汽車裝配流水線（1913年）（3）

E·Sperry（1860-1930），創(chuàng)立Sperry公司。由他們?cè)O(shè)計(jì)和制造的陀螺儀和各種控制裝置被廣泛地應(yīng)用到二戰(zhàn)時(shí)期的美國(guó)軍艦、魚(yú)雷、火炮、雷達(dá)和飛機(jī)上。L·Sperry（1892-1923），在1914年的巴黎航展中，成功地演示了陀螺儀全自動(dòng)機(jī)身平衡與穩(wěn)定，為航空業(yè)的快速發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)（4）

美國(guó)N·Minorsky研制出用于船舶駕駛的伺服機(jī)構(gòu)，提出了PID控制方法（1922）（5）

美國(guó)MIT的V·Bush研制成第一臺(tái)大型模擬計(jì)算機(jī)（DifferentialAnalyzer）（1928）（6）

美國(guó)H·S·Black提出放大器性能的負(fù)反饋方法（NegativeFeedbackAmplifier）（1927）（7）

自動(dòng)控制的基礎(chǔ)為閉環(huán)控制。控制論的奠基人N·Wiener給出的定義為：Feedbackisamethodofcontrollingasystembyinsertingintoittheresultofitspastperformance。美8)國(guó)E·Sperry以及C·Mason研制出火炮控制器（1925），氣壓反饋控制器（1929）

2.

經(jīng)典控制前期（ThePre-classicalPeriod）（1900－1935）第5頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）

美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的H·Bode（1938）以及Nyquist（1940）提出頻率響應(yīng)法（2）

美國(guó)Taylor儀器公司的J·G·Ziegler和N·B·Nichols提出PID參數(shù)的最佳調(diào)整法（1942）（3）

美國(guó)MIT的N·Wiener研究隨機(jī)過(guò)程的預(yù)測(cè)（1942），提出Wiener濾波理論（1942），發(fā)表《控制論》（Cybernetics）一書(shū)（1948），標(biāo)志著控制論學(xué)科的誕生（4）

美國(guó)的H·Hazen發(fā)表關(guān)于伺服結(jié)構(gòu)理論（TheoryofServomechanism）(1934)，并在MIT建立伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室（ServomechanismLaboratory）（1939）（5）

英國(guó)A·M·Turine提出圖靈計(jì)算機(jī)的設(shè)想（1937）（6）

J·Von·Neuman（1903-1957）發(fā)明首臺(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)，創(chuàng)立GameTheory（7）

在貝爾實(shí)驗(yàn)室的Bode領(lǐng)導(dǎo)的火炮控制系統(tǒng)研究小組工作的C·Shannon提出繼電器邏輯自動(dòng)化理論（1938），隨后，發(fā)表專著《通信的數(shù)字理論》（TheMathematicalTheoryofCommunication），奠定了信息論的基礎(chǔ)（1948）3.

經(jīng)典控制（ClassicalControl）（1935－1950）第6頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（8）

李郁榮（Y·W·Lee，1904-1989），廣東人，麻省理工學(xué)院N·Wiener的首位博士生（1930年），曾任職于清華大學(xué)電機(jī)系（1931-1937），早期為N·Wiener理論的工程應(yīng)用與推廣作了大量的工作。1946年回到MIT電機(jī)系（1946-1969），與Shannon一起成為該系最著名的兩位學(xué)科帶頭人。其主要工作包括隨機(jī)通訊（StatisticalCommunicationTheory）和電路理論，培養(yǎng)了大批電子工程領(lǐng)域中的知名學(xué)者和工程師，被譽(yù)為MIT最偉大的教育家之一（9）

MITRadiationLaboratory在研究SCR-584雷達(dá)控制系統(tǒng)的過(guò)程中，創(chuàng)立了NicholsChartDesignMethod，R·S·Philips的工作OnNoiseinServomechanisms，以及Hurwicz（1947）的數(shù)字控制系統(tǒng)（SampledDataSystem（10）

美國(guó)W·Evans提出根軌跡法（RootLocusMethod）（1948），以單輸入線性系統(tǒng)為對(duì)象的經(jīng)典控制研究工作完成（11）

多本有關(guān)經(jīng)典控制的經(jīng)典名著相繼出版，包括Ed·S·Smith的AutomaticControlEngineering（1942），H·Bode的NetworkAnalysisandFeedbackAmplifier（1945），L·A·MacColl的FundamentalTheoryofServomechanisms(1945)，以及錢學(xué)森的《控制工程論》（EngineeringCybernetics）(1954)第7頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)

蘇聯(lián)L·S·Pontryagin發(fā)表最優(yōu)過(guò)程數(shù)學(xué)理論，提出極大值原理（MaximumPrinciple）（1956）(2)

美國(guó)R·Bellman在RANDCoporation數(shù)學(xué)部的支持下，發(fā)表著名的DynamicProgramming，建立最優(yōu)控制的基礎(chǔ)（1957）(3)

國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)（IFAC）成立（1957），中國(guó)為發(fā)起國(guó)之一，第一屆學(xué)術(shù)會(huì)議與莫斯科召開(kāi)（1960）(4)

美國(guó)MIT的ServomechanismLaboratory研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床（1952）(5)

繼MITCNCProject之后，NC技術(shù)迅速進(jìn)入商品化時(shí)代。1957年，Giddings&Lewis把NC裝置裝在SkinMiller上，制成NC工作母機(jī)。1958年，Kearney&Trecker開(kāi)發(fā)了NC加工中心。同一年，日本富士通和牧野FRAICE公司開(kāi)發(fā)成功NC銑床(6)

世界第一顆人造地球衛(wèi)星（Sputnik）由蘇聯(lián)發(fā)射成功（1957）“二次世界大戰(zhàn)中，火炮、雷達(dá)、飛機(jī)以及通訊系統(tǒng)的控制研究直接推動(dòng)了經(jīng)典控制的發(fā)展。五十年代后興起的現(xiàn)代控制起源于冷戰(zhàn)時(shí)期的軍備競(jìng)賽，如導(dǎo)彈（發(fā)射、操縱、指導(dǎo)及跟蹤）、衛(wèi)星、航天器和星球大戰(zhàn)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)”－英國(guó)科學(xué)家（A·J·G·Macfarlane）4.

現(xiàn)代控制（ModernControl）（1950－）第8頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(7)

美國(guó)G·Devol研制出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)（1954），兩年后，被稱為機(jī)器人之父的J·Engelberger創(chuàng)立了第一家機(jī)器人公司Unimation(8)

1968年，日本Kawasaki公司從Unimation買進(jìn)技術(shù)。目前，Yaskawa公司已成為世界最大機(jī)器人公司。機(jī)器人技術(shù)體現(xiàn)了電子控制和驅(qū)動(dòng)、傳感器以及運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一體化的新思想。日本安川（Yaskawa）公司的工程師把這叫做Mechatronics（機(jī)電一體化技術(shù)）（1972）(9)

美籍匈牙利人R·E·Kalman發(fā)表OntheGeneralTheoryofControlSystems等論文，引入狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)，提出能控性、最佳調(diào)節(jié)器和Kalman濾波等概念，奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)（1960）(10)

蘇聯(lián)東方－1號(hào)飛船載著加加林進(jìn)入人造地球衛(wèi)星軌道，人類宇航時(shí)代開(kāi)始了（1961）(11)

1963年，美國(guó)的L·Zadeh與C·Desoer發(fā)表LinearSystems－AStateSpaceApproach。1956年，L·Zadeh提出模糊集合，模糊控制概念(12)

美國(guó)的E·I·Jury發(fā)表數(shù)字控制系統(tǒng)（Sampled－DataControlSystem），建立了數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的基礎(chǔ)（1958）(13)

蘇聯(lián)發(fā)射月球9號(hào)探測(cè)器，首次在月面軟著落成功（1966）；三年后（1969），美國(guó)阿波羅11號(hào)把宇航員N·A·Armstrong送上月球。第9頁(yè)，課件共11頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(14)

瑞典KarlJ·Astrom提出最小二乘辯識(shí)，解決了線性定常系統(tǒng)參數(shù)估計(jì)問(wèn)題和定階方法（1967）；六年后，提出了自啟調(diào)節(jié)器，建立自適應(yīng)控制的基礎(chǔ)。Astrom于1933年獲得IEEEMedalofHonor(15)

英國(guó)H·H·Rosenbrock發(fā)表StateSpaceandMultivariableTheory（1970）；加拿大W·M·Wonham發(fā)表LinearMultivariableControl:AGeometricApproach（1974）(16)

美國(guó)的M·E·Merchant提出計(jì)算機(jī)集成制造的概念（1969）(17)

美國(guó)ARPA計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)初步建成（1971）(18)

日本Fanuc公司研制出由加工中心和工業(yè)機(jī)器人組成的柔性制造單元（1976）(19)

美國(guó)R·Brockett提出用微分幾何研究非線性控制系統(tǒng)（1976），意大利A·Lsidori出版（NonlinearControlSystems）（1985）(20)

加拿大G·Zames提出H∞魯棒控制設(shè)計(jì)方法（1981）(21)

美國(guó)哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)首次發(fā)射成功（1981）(22)

美國(guó)A·Bryson和Y·CHo發(fā)表AppliedOptimalControl（1969）。Y·CHo和X·R·Cao等提出離散事件系統(tǒng)理論（1983）第10頁(yè)，課件共11頁(yè)