第一章現(xiàn)代控制理論緒論

現(xiàn)代控制理論

ModernControlTheory楊秀麗電話短號:615869)QQ:516711699郵箱：xlyscau@163.com公郵：hnnydxzdh(密碼：hnnydx123)自動化教研室(工程學院南507)教材：

曲延濱、王新生主編，《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》，哈爾濱工業(yè)大學出版社，2005參考資料：劉豹、唐萬生主編，現(xiàn)代控制理論(第三版)，機械工業(yè)出版社，2006張嗣瀛、高立群，現(xiàn)代控制理論，清華大學出版社,2006俞立主編，《現(xiàn)代控制理論》，清華大學出版社，2007袁德成等主編《現(xiàn)代控制理論》，清華大學出版社，2007中國期刊網(wǎng)（自動化學報）《ModernControlSystemEngineering》，Ogata《控制系統(tǒng)CAD與仿真：MATLAB語言及應(yīng)用》，王海英主編

………………課時：32考核：綜合出勤、學習態(tài)度、課堂表現(xiàn)、期末閉卷考試等。缺作業(yè)達到三分之一及其以上，或隨機點名缺勤三次以上無考試資格?？荚嚪绞剑洪]卷（50%卷面成績，50%平時成績(出勤率，作業(yè)，測試)）第一章緒論引言1.1

控制理論的發(fā)展歷程1.2控制理論的分析比較1.3現(xiàn)代控制理論的特點1.4現(xiàn)代控制理論的基本內(nèi)容1.5現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用1.6本課程的主要內(nèi)容引言面對未知及不斷變化的世界，人類發(fā)明了無數(shù)理論和工具，控制論就是其中之一。控制論是一種思想、一種方法、一種工具、一門學科。人類在20世紀所取得的巨大技術(shù)成就，控制科學與技術(shù)的作用非常顯著。錢學森曾經(jīng)從生產(chǎn)力，特別是技術(shù)革命的進程分析了控制論的產(chǎn)生和發(fā)展。他強調(diào)：“我們可以毫不含糊地說，從科學理論的角度來看，20世紀上半葉的三大偉績是相對論、量子論和控制論，也許可以稱它們?yōu)槿椏茖W革命，是人類認識客觀世界的三大飛躍?！币砸噪S著社會的發(fā)展和科學的進步，控制的必要性體現(xiàn)在方方面面：飛機的自動駕駛系統(tǒng)、宇宙飛船系統(tǒng)和導彈制導系統(tǒng)；數(shù)控機床，工業(yè)過程中流量、壓力、溫度的控制；機器人控制、城市交通控制、網(wǎng)絡(luò)擁塞控制；生物系統(tǒng)、生物醫(yī)學系統(tǒng)、社會經(jīng)濟系統(tǒng)。1.1控制理論的發(fā)展歷程經(jīng)典控制理論

現(xiàn)代控制理論新發(fā)展——大系統(tǒng)理論智能控制1.1.1經(jīng)典控制理論自動控制思想及其實踐歷史悠久，可以追溯到久遠的古代：如公元前300年-200年在古希臘出現(xiàn)的水鐘；公元前14-11世紀中國、埃及和巴比倫的自動滴漏計時器；古羅馬簡單的水位調(diào)節(jié)裝置等。但，僅是自控系統(tǒng)的萌芽。兩千年前我國發(fā)明的

指南車，就是一種開

環(huán)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。指南車公元1086－1089年

（北宋哲宗元祐初年），

我國發(fā)明的水運儀象臺，

就是一種閉環(huán)自動調(diào)節(jié)系

統(tǒng)。水運儀象臺1.1控制理論的發(fā)展歷程1788年，英國瓦特（J.Watt）利用負反饋原理設(shè)計的用來控制蒸汽機轉(zhuǎn)速的離心調(diào)速器，亦稱飛球調(diào)速器/控制器-----第一個自動控制系統(tǒng)，首次應(yīng)用于工業(yè)，拉開了控制理論發(fā)展的序幕。1868年，英國麥克斯韋（J.C.Maxwell）發(fā)表了《論調(diào)速器》，指出微分方程特征根的位置（在左半面或右半面）跟穩(wěn)定有關(guān)，開辟用數(shù)學方法研究控制系統(tǒng)中運動現(xiàn)象的途徑。瓦特瓦特詹姆斯·瓦特（JamesWatt，1736年1月19日-1819年8月19日）是英國著名的發(fā)明家，是工業(yè)革命時的重要人物。英國皇家學會會員和法蘭西科學院外籍院士。他對當時已出現(xiàn)的蒸汽機原始雛形作了一系列的重大改進，發(fā)明了單缸單動式和單缸雙動式蒸汽機，提高了蒸汽機的熱效率和運行可靠性，對當時社會生產(chǎn)力的發(fā)展作出了杰出貢獻。他改良了蒸汽機、發(fā)明了氣壓表、汽動錘。后人為了紀念他，將功率的單位稱為瓦特，常用符號“W”表示。瓦特是國際單位制中間的功率和輻射通量的計量單位，常用符號“W”表示。1.1.1

經(jīng)典控制理論1875年和1895年，英國勞斯Routh和德國赫爾維茨Hurwitz先后提出了判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)方法（Routh-Hurwitz穩(wěn)定判據(jù)），奠定了經(jīng)典控制論中時域法的基礎(chǔ)。1892年，俄國李雅普諾夫在《論運動穩(wěn)定性的一般問題》中建立了動力學系統(tǒng)的一般穩(wěn)定性理論。1932年，美國奈奎斯特Nyquist提出了根據(jù)頻率響應(yīng)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的準則，奠定了頻域法的基礎(chǔ)。奈奎斯特奈奎斯特（1889-1976），美國物理學家。1917年獲得耶魯大學哲學博士學位。曾在美國AT&T公司與貝爾實驗室任職。奈奎斯特為近代信息理論做出了突出貢獻。他總結(jié)的奈奎斯特采樣定理是信息論、特別是通訊與信號處理學科中的一個重要基本結(jié)論。由于第二次世界大戰(zhàn)需要控制系統(tǒng)具有準確跟蹤與補償能力，1932年奈奎斯特（H.Nyquist）提出了頻域內(nèi)研究系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法，為具有高質(zhì)量的動態(tài)品質(zhì)和靜態(tài)準確度的軍用控制系統(tǒng)提供了所需的分析工具。1945年，美國伯德Bode在《網(wǎng)絡(luò)分析和反饋放大器設(shè)計》中提出頻率響應(yīng)法－Bode圖。1948年，美國伊萬斯(W.E.Evans)提出了復數(shù)域內(nèi)研究系統(tǒng)的根軌跡法。1948年，美國維納（Wiener）在《控制論－關(guān)于在動物和機器中控制和通信的科學》中系統(tǒng)地論述了控制理論的一般原理和方法。－－標志控制學科正式誕生?？刂普揅ybernetics：研究動物（包括人類）和機器內(nèi)部控制和通信的一般規(guī)律的學科。1.1.1

經(jīng)典控制理論1954年，錢學森的《工程控制論》在美國出版。－－－奠定了工程控制論的基礎(chǔ)維納諾伯特·維納（NorbertWiener）（1894年11月26日—1964年3月18日），美國應(yīng)用數(shù)學家，控制論的創(chuàng)始人，在電子工程方面貢獻良多。他是隨機過程和噪聲過程的先驅(qū)，又提出了“控制論”的一詞。

維納在其50年的科學生涯中，先后涉足哲學、數(shù)學、物理學和工程學，最后轉(zhuǎn)向生物學，在各個領(lǐng)域中都取得了豐碩成果，稱得上是恩格斯頌揚過的、本世紀多才多藝和學識淵博的科學巨人。在第二次世界大戰(zhàn)期間，為了解決防空火力控制和雷達噪聲濾波問題，維納綜合運用了他以前幾方面的工作，于1942年2月首先給出了從時間序列的過去數(shù)據(jù)推知未來的維納濾波公式，建立了在最少均方誤差準則下將時間序列外推進預測的維納濾波理論。維納的這項工作為設(shè)計自動防空控制炮火等方面的預測問題提供了理論依據(jù)，并為評價一個通訊和控制系統(tǒng)加工信息的效率和質(zhì)量從理論上開辟了一條途徑。它對自動化技術(shù)科學有重要的影響。維納在問題中引進統(tǒng)計因素并使用了自相關(guān)和互相關(guān)函數(shù)，事實證明這是極其重要的。維納濾波模型在50年代被推廣到僅在有限時間區(qū)間內(nèi)進行觀測的平穩(wěn)過程以及某些特殊的外平穩(wěn)過程，其應(yīng)用范圍也擴充到更多的領(lǐng)域，至今它仍是處理各種動態(tài)數(shù)據(jù)(如氣象、水文、地震勘探等)及預測未來的有力工具之一。維納對科學發(fā)展所作出的最大貢獻，是創(chuàng)立控制論。這是一門以數(shù)學為紐帶，把研究自動調(diào)節(jié)、通信工程、計算機和計算技術(shù)以及生物科學中的神經(jīng)生理學和病理學等學科共同關(guān)心的共性問題聯(lián)系起來而形成的邊緣學科。1947年10月，維納寫出劃時代的著作《控制論》，1948年出版后，立即風行世界。維納的深刻思想引起了人們的極大重視。它揭示了機器中的通信和控制機能與人的神經(jīng)、感覺機能的共同規(guī)律；為現(xiàn)代科學技術(shù)研究提供了嶄新的科學方法；它從多方面突破了傳統(tǒng)思想的束縛，有力地促進了現(xiàn)代科學思維方式和當代哲學觀念的一系列變革?，F(xiàn)在，控制論已有了許多重大發(fā)展，但維納用吉布斯統(tǒng)計力學處理某些數(shù)學模型的思想仍處于中心地位。他定義控制論為：“設(shè)有兩個狀態(tài)變量，其中一個是能由我們進行調(diào)節(jié)的，而另一個則不能控制。這時我們面臨的問題是如何根據(jù)那個不可控制變量從過去到現(xiàn)在的信息來適當?shù)卮_定可以調(diào)節(jié)的變量的最優(yōu)值，以實現(xiàn)對于我們最為合適、最有利的狀態(tài)?！?/p>

1956年，美國貝爾曼R.Bellman發(fā)表《動態(tài)規(guī)劃理論在控制過程中的應(yīng)用》，建立了最優(yōu)控制的理論基礎(chǔ)。1956/1958年，前蘇聯(lián)的龐德里亞金發(fā)表了《最優(yōu)過程的數(shù)學理論》，提出了極大值原理（MaximumPrinciple）。1960年，美籍匈牙利人卡爾曼R.E.Kalman發(fā)表了“OntheGeneralTheoryofControlSystems”，引入狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)，提出了能控性、能觀性、卡爾曼濾波等概念，奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)。1.1.2現(xiàn)代控制理論L.S.Pontryagin1957年成立了國際自動控制聯(lián)合會（IFAC：InternationalFederationofAutomaticControl）。60年代初，一套以狀態(tài)空間法、極大值原理、動態(tài)規(guī)劃、卡爾曼濾波為基礎(chǔ)的分析和設(shè)計控制系統(tǒng)的新的原理和方法已經(jīng)確立，標志著現(xiàn)代控制理論的形成。1.1.2現(xiàn)代控制理論

70年代中期，自動化的應(yīng)用開始面向大規(guī)模、復雜的系統(tǒng)，如大型電力系統(tǒng)、交通運輸系統(tǒng)、國民經(jīng)濟系統(tǒng)等，運用現(xiàn)代控制理論方法已不能取得應(yīng)有的成效，于是出現(xiàn)了：——大系統(tǒng)理論

是指規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復雜、變量眾多的信息與控制系統(tǒng)，如生產(chǎn)過程、交通運輸、生物工程、社會經(jīng)濟和空間技術(shù)等復雜系統(tǒng)。1.1.3現(xiàn)代控制理論的發(fā)展研究對象：著重解決生物系統(tǒng)、社會系統(tǒng)這樣一些眾多變量的大系統(tǒng)的綜合自動化問題。研究方法：時域法為主重點：大系統(tǒng)多級遞階控制核心裝置：網(wǎng)絡(luò)化的電子計算機近年來成為控制理論界研究的熱點，如魯棒控制、非線性控制、自適應(yīng)控制、預測控制等一直長盛不衰。從控制論的觀點看，人是最巧妙，最靈活的控制系統(tǒng)。

70年代始，人們開始嘗試解決模擬人腦功能，形成了新的學科，人工智能科學AI(ArtificialIntelligence)，應(yīng)用于控制系統(tǒng)后——智能控制（IntelligentControl）具有某些仿人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)，如智能機器人。信息技術(shù)以及計算機技術(shù)的發(fā)展為智能控制的發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)。主要內(nèi)容：

模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制專家控制、遺傳算法1.1.3現(xiàn)代控制理論的發(fā)展1.1.4控制理論發(fā)展趨勢企業(yè)：資源共享、因特網(wǎng)、信息集成信息技術(shù)+控制技術(shù)集成控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)計算機集成制造CIMS：（工廠自動化）

ComputerIntegratedManufacturingSystem應(yīng)用：生物控制、經(jīng)濟控制、社會控制等控制論：1948年美國數(shù)學家維納《控制論》1940——1950經(jīng)典控制理論單機自動化1960——1970現(xiàn)代控制理論機組自動化1970——1980大系統(tǒng)理論控制管理綜合1980——1990智能控制理論智能自動化1990——21c集成控制理論網(wǎng)絡(luò)控制自動化控制理論的發(fā)展歷程—小結(jié)

1.2.1經(jīng)典控制理論1、形成和發(fā)展①在20世紀30-40年代，初步形成。②在20世紀40年代形成體系。2、主要研究對象：單機自動化，SISO線性定常系統(tǒng)3、主要數(shù)學工具：常微分方程、拉氏變換4、主要研究方法：根軌跡法、頻域法和傳遞函數(shù)5、主要研究問題：控制系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性及其精度1.2控制理論的分析比較6、經(jīng)典控制理論的局限性：

①難以有效地應(yīng)用于時變系統(tǒng)、多變量系統(tǒng)②難以有效地應(yīng)用于非線性系統(tǒng)③難以描述系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)及其狀態(tài)變量，無法揭示系統(tǒng)更深刻的特性。1.2.1經(jīng)典控制理論1.2.2現(xiàn)代控制理論1、形成和發(fā)展①在20世紀50-60年代形成②上世紀60年代末至80年代迅速發(fā)展大系統(tǒng)智能系統(tǒng)2、主要研究對象：機組自動化，MIMO線性、非線性、定常與時變系統(tǒng)3、主要數(shù)學工具：一次微分方程組、矩陣論、線性代數(shù)4、主要研究方法：狀態(tài)空間法（時域方法）5、取得的成就?1957年前蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星；?1961年前蘇聯(lián)載人航天（東方一號，加加林）；?1962年美國制造出第一臺工業(yè)機器人；

?1966年前蘇聯(lián)首次月球軟著陸（月球9號）；?1969年美國阿波羅登月。1.2.2現(xiàn)代控制理論

研究對象是多變量系統(tǒng)；（經(jīng)典理論主要以單輸入單輸出系統(tǒng)為研究對象）

-----具有大得多的適用范圍。

②除輸入、輸出特性外，還著重研究系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)-“白箱子”（經(jīng)典理論只考慮系統(tǒng)的外部性能-“黑箱子”）

----所考慮的問題更為全面和深刻。1.3現(xiàn)代控制理論的特點③分析方法以時域法為主，兼用頻域法；（經(jīng)典理論主要采用頻域法）

-----能充分利用這兩種方法，而時域法對動態(tài)描述要更為直觀。

④使用更多的數(shù)學工具。除經(jīng)典理論中使用的拉氏變換外，還大量使用線性代數(shù)、矩陣理論和微分方程理論等。

-----能探討更一般更復雜的問題。1.3現(xiàn)代控制理論的特點科學在發(fā)展，控制論也在不斷發(fā)展。實際上，一般講的現(xiàn)代控制理論指的是五六十年代所產(chǎn)生的一些控制理論。1.線性系統(tǒng)理論—現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)主要研究線性系統(tǒng)在輸入作用下狀態(tài)運動的規(guī)律，建立和揭示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和性能之間的關(guān)系。主要包括：線性系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式---數(shù)學模型能控性和能觀性—核心內(nèi)容狀態(tài)反饋和狀態(tài)觀測器設(shè)計—理論應(yīng)用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論---穩(wěn)定性分析1.4現(xiàn)代控制理論的基本內(nèi)容2.最優(yōu)控制（OptimalControl

）在給定約束條件和性能指標下，尋找使系統(tǒng)性能指標最佳的控制規(guī)律。主要方法：變分法、極大值原理、動態(tài)規(guī)劃等極大值原理最優(yōu)控制的核心即：使系統(tǒng)的性能指標達到最優(yōu)（最小或最大）某一性能指標最優(yōu)，如時間最短或燃料消耗最小等。1.4現(xiàn)代控制理論的基本內(nèi)容3.自適應(yīng)控制（AdaptiveControl

）在控制系統(tǒng)中，控制器能自動適應(yīng)內(nèi)外部參數(shù)、外部環(huán)境變化，自動調(diào)整控制作用，使系統(tǒng)達到一定意義下的最優(yōu)。a.模型參考自適應(yīng)控制

（ModelReferenceAdaptiveControl)b.自校正自適應(yīng)控制（Self-TurningAdaptiveControl)1.4現(xiàn)代控制理論的基本內(nèi)容4.建模及系統(tǒng)辨識（SystemIdentification

）建立系統(tǒng)動態(tài)模型的方法：根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出的試驗數(shù)據(jù)，確定一個與被研究系統(tǒng)本質(zhì)特征等價的模型，并確定其模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。（若只需確定參數(shù)，即結(jié)構(gòu)已知，則稱為參數(shù)估計ParameterEstimation

。）5.

最優(yōu)濾波理論（最優(yōu)估計）當系統(tǒng)中存在隨機干擾和環(huán)境噪聲時，其不確定性須應(yīng)用概率和統(tǒng)計方法進行處理。即：已知系統(tǒng)數(shù)學模型，通過輸入輸出數(shù)據(jù)的測量，利用統(tǒng)計方法獲得有用信號的最優(yōu)估計。Kalman濾波器1.4現(xiàn)代控制理論的基本內(nèi)容1.5現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用比起經(jīng)典控制理論,現(xiàn)代控制理論考慮問題更全面、更復雜,主要表現(xiàn)在考慮系統(tǒng)內(nèi)部之間的耦合,系統(tǒng)外部的干擾,但符合從簡單到復雜的規(guī)律?，F(xiàn)代控制理論已經(jīng)應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸及國防建設(shè)等各個領(lǐng)域。1.5現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用倒立擺穩(wěn)定控制單級倒立擺穩(wěn)定控制二級倒立擺穩(wěn)定控制1.5現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用導彈穩(wěn)定控制空空導彈穩(wěn)定控制地空導彈穩(wěn)定控制1.5現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用航天器控制月球車控制衛(wèi)星控制1.5現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用機器人控制空間機器人控制足球機器人控制經(jīng)典控制理論:

數(shù)學模型：線性定常高階微分方程和傳遞函數(shù);

分析方法：時域法(低階1～3階)

根軌跡法頻域法

適應(yīng)領(lǐng)域：單輸入－單輸出（SISO）線性定常系統(tǒng)

缺點：只能反映輸入－輸出間的外部特性，難以揭示系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)?，F(xiàn)代控制理論：

數(shù)學模型：以一階微分方程組或差分方程組表示的動態(tài)方程

分析方法：精準的時域分析法

適應(yīng)領(lǐng)域：（1）多輸入－多輸出系統(tǒng)（MIMO、SISO、MISO、SIMO）（2）非線性系統(tǒng)（3）時變系統(tǒng)

優(yōu)越性：（1）能描述系統(tǒng)內(nèi)部的運行狀態(tài)

（2）便于考慮初始條件（與傳遞函數(shù)比較）（3）適用于多變量、非線性、時變等復雜大型控制系統(tǒng)（4）便于計算機分析與計算

（5）便于性能的最優(yōu)化設(shè)計與控制

內(nèi)容：線性系統(tǒng)理論、最優(yōu)控制、最優(yōu)估計、系統(tǒng)辨識、自適應(yīng)控制近似分析經(jīng)典與現(xiàn)代控制理論--小結(jié)線性控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述狀態(tài)空間基本概念；動態(tài)方程模型的建立；狀態(tài)方程的線性變換。線性控制系統(tǒng)的運動分析狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣及其性質(zhì)；狀態(tài)方程的求解。線性系統(tǒng)的能控性與能觀測性能控性和能觀性概念；能控性和能觀性判據(jù)等?？刂葡到y(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析李雅普諾夫意義下的穩(wěn)定性定義和判斷方法。

線性定?？刂葡到y(tǒng)的綜合設(shè)計 狀態(tài)反饋與閉環(huán)極點配置；輸出反饋與極點配置；狀態(tài)觀測器設(shè)計。1.6本課程的主要內(nèi)容指南車與司南、指南針等相比在指南的原理上截然不同。它的車箱里裝著非常巧妙而復雜的機械。是一種雙輪獨轅車。它的中央有一個大平輪，木頭人就豎立在上面。在大平輪兩旁，裝著很多小齒輪。如果車子向左轉(zhuǎn)，右邊的車輪就會帶動小齒輪，小齒輪再帶動大平輪，使大平輪相反地向右轉(zhuǎn)。如果車子向右轉(zhuǎn)，同樣地，大平輪則向左轉(zhuǎn)。因此，只要指南車開動以前，先讓木頭人的右手指向南方，以后車子不論是向左轉(zhuǎn)還是向右轉(zhuǎn)，木頭人的右手就總是指向南方。指南車是利用齒輪的原理造成的。這種齒輪傳動類似現(xiàn)代汽車用的差動齒輪，相當于汽車中差動齒輪的逆向使用原理。這種指南車，可以說是世界上最早的自動化設(shè)備。

指南車指南車是我國古代偉大的發(fā)明之一，也是世界上最早的控制論機械之一。用英國著名科學史專家李約瑟的話說，中國古代的指南車“可以說是人類歷史上邁向控制論機器的第一步”，是人類“第一架體內(nèi)穩(wěn)定機”。

整個水運儀象臺高12米，寬7米，共分3層，相當于一幢四層樓的建筑物。最上層的板屋內(nèi)放置著1臺渾儀，屋的頂板可以自由開啟，平時關(guān)閉屋頂，以防雨淋，這已經(jīng)具有現(xiàn)代天文觀測室的雛型了；中層放置著一架渾象；下層又可分成五小層木閣，每小層木閣內(nèi)均安排了若干個木人，5層共有162個木人，它們各司其職：每到一定的時刻，就會有木人自行出來打鐘、擊鼓或敲打樂器、報告時刻、指示時辰等。在木閣的后面放置著精度很高的兩級漏刻和一套機械傳動裝置，可以說這里是整個水運儀象臺的“心臟”部分，用漏壺的水沖動機輪，驅(qū)動傳動裝置，渾儀、渾象和報時裝置便會按部就班地動作起來。

這臺儀器的制造水平堪稱一絕，充分體現(xiàn)了我國古代人民的聰明才智和富于創(chuàng)造的精神。水運儀象臺水運儀象臺是我國古代一種大型的天文儀器，由宋朝天文學家蘇頌等人創(chuàng)建。它是集觀測天象的渾儀、演示天象的渾象、計量時間的漏刻和報告時刻的機械裝置于一體的綜合性觀測儀器，實際上是一座小型的天文臺。到此為止，瓦特完成了對蒸汽機的整套發(fā)明過程。經(jīng)過他的一系列重大的發(fā)明和改進，使蒸汽機的效率提高到原來紐科門機的3倍多，而且配套齊全、性能優(yōu)良、切合實用。瓦特由此博得了第一部現(xiàn)代蒸汽機——高效率瓦特蒸汽機的發(fā)明者稱號。瓦特JamesWatt（JamesWatt,1736～1819）英國發(fā)明家、工程師。1736年1月19日生于蘇格蘭的一個小鎮(zhèn)格里諾克。1753年他在家鐘表店學手藝。15歲學完了《物理學原理》并獲得了豐富的木工、金屬冶煉和加工等工藝技術(shù)。1753年他在一家鐘表店學手藝。1753年又跟有名的機械師摩爾根當學徒。經(jīng)過刻苦學習，努力實踐，他已能制造難度較高的象限儀、羅盤、經(jīng)緯儀等。1756年在格拉斯哥大學當了儀器修理員。1765年發(fā)明了把冷凝過程從汽缸中分離出來的分離式冷凝器。冷凝器的發(fā)明在蒸汽機的發(fā)展中起了關(guān)鍵性的作用。1768年他制成了一臺單動作蒸汽機。1781年，他發(fā)明了行星式齒輪，將蒸汽機活塞的往運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動1782年他發(fā)明了大動力的“雙動作蒸汽機”并獲得專利1784年他發(fā)明了平行運動連桿機構(gòu)，解決了雙動作蒸汽機的結(jié)構(gòu)問題。1788年他發(fā)明了離心式調(diào)速器和節(jié)氣閥，用來自動控制蒸汽機的運轉(zhuǎn)速度。1790年發(fā)明了蒸汽機配套用壓力計。

為貝爾電話實驗室的工程師，在熱噪聲(Johnson-Nyquistnoise)和反饋放大器穩(wěn)定性方面做出了很大的貢獻他早期的理論性工作關(guān)于確定傳輸信息的需滿足的帶寬要求，在《貝爾系統(tǒng)技術(shù)》期刊上發(fā)表了《影響電報速度傳輸速度的因素》文章，為后來香農(nóng)的信息論奠定了基礎(chǔ)。

1927年，奈奎斯特確定了如果對某一帶寬的有限時間連續(xù)信號（模擬信號）進行抽樣，且在抽樣率達到一定數(shù)值時，根據(jù)這些抽樣值可以在接收端準確地恢復原信號。為不使原波形產(chǎn)生“半波損失”，采樣率至少應(yīng)為信號最高頻率的兩倍，這就是著名的奈奎斯特采樣定理。奈奎斯特1928年發(fā)表了《電報傳輸理論的一定論題》。

1954年，他從貝爾實驗室退休。奈奎斯特奈奎斯特，美國物理學家，1889年出生在瑞典。1976年在德克薩斯逝世。奈奎斯特對信息論做出了重大的貢獻。奈奎斯特1907年移民到美國并于1912年進入北達克塔大學學習。1917年在耶魯大學獲得物理學博士學位。1917年～1934年在AT&T公司工作，后轉(zhuǎn)入貝爾電話實驗室工作。

物理、電學了。他18歲時取得了哈佛大學數(shù)學和哲學兩個博士學位，后來又到德國、英國學習，拜著名哲學家羅素、數(shù)學家希爾伯特為師，進一步深造。

維納已是一個很有名的數(shù)學家了，但他對其他學科也很有興趣。在第二次世界大戰(zhàn)末期，有兩個大問題特別引起了他的興趣，一個是電子計算機，另一個是火炮命中率問題。維納和一位年輕工程師合作，從駕駛汽車這種簡單的動作中發(fā)現(xiàn)，人是采用了一種叫“反饋”的控制方法，使汽車按要求行駛。維納又請來了神經(jīng)專家進行共同研究，發(fā)現(xiàn)機器和人的控制機能有相似之處。后來，維納又和許多有名科學家進行討論，聽取對方的批評意見，甚至是“攻擊”意見，終于于1948年把自己的研究成果發(fā)表了出來，叫《控制論》。維納維納生于哥倫比亞市一個猶太人家里。維納4歲開始讀書。9歲時讀中學，11歲進人大學學習．他的數(shù)學