1-1 自动化专业概述 自动控制原理课件

(6) 英国J. Watt基于机械式调节原理用离心式调速器实现 了蒸汽机的速度控制(1788年)
(7) 英国 G.B. Airy（1801-1892) 系统的研究了天文望远镜的速度控制，并根据倒立 摆离心力原理，发现了系统的不稳定性。首次提出反馈系统的稳定性问题研究，以 及利用微分方程来研究反馈控制动力学系统。
自动控制原理
The Principle of Automatic Control Theory
自动化学院
1、自动化与自动控制
自动化（Automation）——机器或装置在无 人干预情况下按指定的程序或指令自动地 进行操作或运行。广义上，自动化还包括 模拟或再现人的智能活动。
自动控制（Automatic Control）——是关于 受控系统的分析、设计和运行的理论和技 术。
(3) 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)，并成 功应用于美国军舰控制。
(4) 美国MIT的V. Bush研制成第一台大型模拟计算机 (Differential Analyzer)(1928)—— 美 国 现 代 工 程 之 父 ， 1964年获美国总统科学奖（National Medal of Science）。
(10) 美国W. Evans提出根轨迹法(Root Locus Method) (1948)，以单 输入线性系统为对象的经典控制研究工作完成。 (11) 多本有关经典控制的经典名著相继出版，包括Ed. S. Smith的 Automatic Control Engineering (1942)，H. Bode的Network Analysis and Feedback Amplifier(1945)，L.A. MacColl的Fundamental Theory of Servomechanisms (1945) ， 以 及 钱 学 森 的 《 工 程 控 制 论 》 (Engineering Cybernetics) (1954)
H. Hazen
(5) 英国A. M. Turine提出图灵计算机的设想。(1937)
(6) J. Von Neuman (1903-1957)发明首台数字计算机，创立 Game theory。
(7) 在贝尔实验室Bode领导的火炮控制系统研究小组工作的C. Shannon提出继电器逻辑自动化理论(1938)，随后，发表专著 《 通 信 的 数 字 理 论 》(The Mathematical Theory of Communication)，奠定了信息论的基础(1948)——信息论之父
C. E. Shannon
（8）李郁荣（Y.W. Lee, 1904-1989), 广东人，N. Wiener的首位博士生 (1930年)，曾任职于清华大学电机系（1931-1937），早期为Wiener理论的 工程应用与推广作了大量的工作。1946年回到MIT电机系（1946-1969）， 与Shannon一起成为该系最知名的两个学科带头人。主要工作包括随机通 讯（statistical communication theory）和电路理论，培养了大批电子工程 领域中的知名学者和工程师，被誉为MIT的最伟大的教育家之一。
荷 兰 科 学 家 C. Hugens (1629-1695) 利用反馈控制原理 发 J.C. Maxwell (1831- 1879), 法国科学家，于1868年发表 文章“On Governors（论调节器）, 成功解决了二阶及三 阶系统的稳定性。随后，剑桥大学的E.J.Routh与瑞典的 Hurwitz解决了多阶系统的稳定性判断。
(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H.Nyquist(1940)提出频率响应法
两者的区别：通常自动化主要应用于工业、 农业、国防、科学研究、交通运输、商业、 医疗、服务以及家庭等人造系统的控制问题； 而自动控制除了上述研究外，还研究社会、 经济、生物、环境等非人造系统的控制问题。
由于自动化与自动控制具有明显的工程特点， 一般将本学科称为控制科学与工程 （Control Science and Engineering）。
K.S. Pavlovitch(1906-1966), Russian spacecraft designer and header of the Vostok and Voskhod projects.
(6) 美国G. Devol研制出第一台工业机器人样机(1954)，1959年，被称 为机器人之父的J. Engelberger创立了第一家机器人公司，Unimation
N. Wiener, shown
here in 1954 with
Yuk Wing Lee (left)
and Amar G. Bose,
discussing
an
aspect of statistical
communication
theory
(4) 美国的H. Hazen发表“关于伺服结构理论”(Theory of Servome-chanism) (1934)，并在MIT建立伺服机构实验室 (Servomechanism Laboratory) (1939)
2、自动控制技术的发展与人类文明进步
I.早期控制(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.)
(1) 苏联L.S. Pontryagin发 表“最优过程数学理论”， 提出极大值原理
(Maximum Principle)(1956)
(2) 美 国 R. Bellman （ UCL ） 在 RAND Coporation数学部的支持 下 ， 发 表 著 名 Dynamic Programming，建立最优 控制的基础(1957)
(5) 美国H. S. Black发明了电子放大器负反馈方法(Negative Feedback Amplifier) ,为现代通讯技术奠定了基础。(1927) 1957年获IEEE Medal。——“毫不夸张地说，没有Black的发 明，就没有今天的长距离电话和电视网络”
H. S. Black （AT&T）贝尔实验室研究员
(8) 美籍匈牙利人R. E. Kalman（1930～）发表 “On the General Theory of Control Systems”等 论文，引入状态空间法分析系统，提出能控性， 能观测性，最佳调节器和kalman 滤波等概念， 奠定了现代控制理论的基础(1960)
L.S. Pontryagin
(3) 国际自动控制联合会(IFAC)成立(1957)，中国为发起国之一，第一 届学术会议于莫斯科召开(1960)
(4) 美国MIT的Servomechanism Laboratory研制出第一台数控机床(1952)
G.S. Brown（1907-1996）, H. Hazen的学生,数控机床之父。1939年， Brown为海军的4名学员开设了首门控制课，把自动控制引入到正规的 工程教育中。 “工程学生必须全面地接受深层次的科学训练…科学主 导工程（Science dominates engineering）”，“课堂教学与实验 教学必须紧密地结合起来”，是G. Brown教授最著名的两条教育理念。
IV 现代控制(Modern Control) (1950- )
二次世界大战中火炮，雷达，飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了 经典控制的发展。五十年代后兴起的现代控制起源于冷战时期的军备竞 赛，如导弹(发射，操纵，指导及跟踪)，卫星，航天器和星球大战，以 及计算机技术的出现(英国科学家A.J.G. MacFarlane)。
(5) 世界第一颗人造地球卫星(Sputnik)由苏联发射成功(1957)
1957. Laika. Sputnik 2
Sputnik 1 was the first artificial satellite launched into space
Oct. 4, 1957: Launch of the rocket carrying Sputnik, the first manmade satellite. Photos of the launch were not initially released. This photo is a still from a 1967 Soviet documentary film.
Inc ——PUMA
(7) 1968年，日本Kawasaki（川崎）公司从Unimation买进技术。目前， Yaskawa（安川）公司已成为世界最大机器人公司。机器人技术体现 了电子控制和驱动，传感器以及运动机构一体化的新思想。日本 Yaskawa公司的工程师把这叫做Mechatronics(机电一体化技术)(1972)
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)
(0)Wright Brothers 于1903年12月17完成了人类历史上首次动力飞行， 开创了航空业的新篇章。
(1) 美国福特(Ford Motor)汽车公司建 成最早的汽车装配流水线(1913)
Y.W. Lee
L.J. Chu(1913-1973)，毕业于 上海交大，MIT电机系教授， Radiation Lab 雷达研究最重 要的奠基者。