自動控制技術發(fā)展史

日期：2020-02-16 16:55 瀏覽量:

從遠古傳說的漏壺計時，到公元前的防洪工程工程項目；從歐洲中世紀的鐘擺、天文望遠鏡，到科技革命的蒸汽發(fā)生器；從百年老前的飛機場、小車和電話，到八十多年前的電子器件放大儀、仿真模擬電子計算機；從二戰(zhàn)期內(nèi)的雷達探測、加農(nóng)炮防空網(wǎng)，到冷暴力時期的通訊衛(wèi)星、巡航導彈和大數(shù)字電子計算機；從六十年代的登陸月球宇宙飛船，到當代的航天飛機、宇宙空間和星體探測儀。這種知名的發(fā)明創(chuàng)造立即催產(chǎn)和發(fā)展趨勢了自動控制技術性。來源于實踐活動，服務項目于實踐活動，結合實際升化，歷經(jīng)數(shù)千年的提煉出，特別是在是近半世紀工業(yè)生產(chǎn)實踐活動的廣泛運用，自動控制技術性早已變成人們科技文明的關鍵構成部分，在生活中必不可少。

文中將自動控制技術性的歷史時間分為初期控制、經(jīng)典控制、當代控制三個環(huán)節(jié)，各自給你展現(xiàn)每個階段問世的杰出控制理論、控制方式、控制設備與控制學者。

1、初期控制

早古時候，勞動者就憑著生活實踐中累積的豐富多彩工作經(jīng)驗和對意見反饋的形象化了解，創(chuàng)造發(fā)明了很多著閃動控制理論聰慧火苗的作品。假如要追朔自動控制技術性的發(fā)展歷程，早就在二千年前人們就會有了自動控制技術性的萌芽期。

1）公元前1400至公元前1100年，我國、印度和巴比倫陸續(xù)出現(xiàn)了可全自動倒計時的漏壺。

2）公元前300年上下，李冰父子主持人修建的都江堰市水利水電工程集中體現(xiàn)了自動控制系統(tǒng)軟件的意識，是自動控制基本原理的典型性實踐活動。

3）100年上下，亞力山大的希羅創(chuàng)造發(fā)明了啟閉廟門和派發(fā)圣水的保護裝置。

4）132年，漢朝優(yōu)秀科學家張衡創(chuàng)造發(fā)明了船運渾象儀，研發(fā)出了自動測控系統(tǒng)地震災害的候風地動儀。

5）235年，漢代階段最負盛譽的機械設備科學家馬鈞研發(fā)出了用傳動齒輪的全自動標示方位的指南車。

6）1637年，明末生物學家宋應星著作的《天工開物》記述了有程序流程控制觀念的大提花紡織機構造。

7）1788年：第一次科技革命的關鍵角色、美國科學家JamesWatt創(chuàng)造發(fā)明了飛球控制器，用于控制蒸汽發(fā)生器的轉速比

8）1868年，美國科學家JamesClerkMaxwell(1831–1879)在ProceedingsofRoyalSociety,vol.16(1867–1868)上發(fā)布了知名畢業(yè)論文“OnGovernors”，根據(jù)對變速系統(tǒng)軟件線形常微分方程的創(chuàng)建和解析，表述了瓦特蒸汽機速率控制系統(tǒng)軟件中出現(xiàn)的強烈震蕩的不平穩(wěn)難題，明確提出了二階、三階系統(tǒng)軟件的可靠性解析幾何評判標準，開拓了用數(shù)學方法科學研究控制系統(tǒng)軟件的方式。

9）美國數(shù)學家EdwardJohnRouth(1831—1907)與法國數(shù)學家AdolfHurwitz(1859—1919)把Maxwell的觀念拓展到進階微分方程敘述的更繁雜的系統(tǒng)軟件中，各自在1877年和1895年分別明確提出了立即依據(jù)代數(shù)方程的指數(shù)辨別系統(tǒng)軟件可靠性的規(guī)則2個知名的可靠性評判標準—勞斯判據(jù)和胡爾維茨評判標準，即知名的Routh-Hurwitz可靠性評判標準。

10）1892年，俄羅斯數(shù)學家AleksandrMikhailovichLyapunov(1857—1918)進行了博士論文“論健身運動可靠性的一般難題”，明確提出了常微分方程健身運動可靠性理論，接著被導入了控制理論。

2、經(jīng)典控制

從20新世紀初剛開始，經(jīng)典控制理論使高新科技水準出現(xiàn)了極大的飛越，工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)牧業(yè)、交通出行及國防安全的各行各業(yè)都普遍選用了自動化控制。二戰(zhàn)期內(nèi)，意見反饋控制被普遍用以飛機場自動駕駛系統(tǒng)、加農(nóng)炮手機定位系統(tǒng)、雷達天線控制系統(tǒng)軟件及其別的軍工用系統(tǒng)軟件。這種系統(tǒng)軟件的多元性和對迅速追蹤、精準控制的性能追求完美，迫切要求擴展現(xiàn)有的控制技術性。另外，還推動了對離散系統(tǒng)系統(tǒng)軟件、采樣系統(tǒng)及其任意控制系統(tǒng)軟件的科學研究。能夠說科技革命和戰(zhàn)事促進了經(jīng)典控制理論的發(fā)展趨勢。

1）1913年，美國福特汽車公司完工了全世界最開始的小車裝配流水線。

2）1922年，俄裔美國生物學家NicholasMinorsky(1885-1970)研發(fā)出了用以美國軍隊船只安全駕駛的伺服電機構造，初次明確提出了經(jīng)典的PID控制方式。

3）1927年，美國Bell試驗室的技術工程師HaroldStephenBlack(1898—1983)明確提出了性能的負的反饋放大儀(NegativeFeedbackAmplifier)，初次明確提出了負的反饋控制這一關鍵觀念。

4）1930年，信息化時代的教父3、美國MIT的生物學家VannevarBush(1890—1974)研發(fā)出了全世界第一臺大中型仿真模擬電子計算機（DifferentialAnalyzer）。他是二戰(zhàn)時期美國最杰出的生物學家和技術工程師之一。

5）1932年，美國國籍德國科學家HarryNyquist(1889–1976)明確提出了在頻域內(nèi)科學研究系統(tǒng)軟件特點的相頻特性法，創(chuàng)建了以單位階躍響應為基本的可靠性評判標準，為具備高品質的動態(tài)性質量和靜態(tài)數(shù)據(jù)精確度的軍工用控制系統(tǒng)軟件出示了需要的解析專用工具。

6）1938年，美國生物學家HendrikWadeBode(1905–1982)將相頻特性法開展了系統(tǒng)軟件科學研究，產(chǎn)生了經(jīng)典控制理論的頻域分析方法。

7）1938年，美國數(shù)學家、機電工程師ClaudeElwoodShannon(1916—2001)明確提出了汽車繼電器邏輯性自動化技術理論，1948年發(fā)布了知名的畢業(yè)論文《通信的數(shù)學原理》，確立了信息論的基本。

8）1942年，美國技術工程師JohnG.Ziegler(1909—1997)、NathanielB.Nichols(1914–1997)明確提出了知名的Ziegler–NicholsMethod，是一種啟發(fā)式的PID主要參數(shù)最好回歸分析法，目前為止仍然是工業(yè)領域調節(jié)PID主要參數(shù)的主流產(chǎn)品方式。

9）1942年，控制論創(chuàng)立者、美國運用數(shù)學家NorbertWiener（1894—1964）明確提出了Wiener濾波器理論。1947年，Wiener專家教授進行了里程碑式的經(jīng)典著作《控制論》(Cybernetics)，意味著控制論課程的問世。此書得出了控制論的界定：Feedbackisamethodofcontrollingasystembyinsertingintoittheresultofitspastperformance。簡易地說：控制論就是說科學研究小動物（包含人們）、全自動設備和生物體的控制和通信的理論。

10）1944年，美國國籍意大利數(shù)學家JohnvonNeumann(1903—1957)開創(chuàng)了博弈論，并且于1946年創(chuàng)造發(fā)明了全球第一臺大數(shù)字電子計算機。他是20新世紀最關鍵的數(shù)學家之一，在當代電子計算機、博弈論、核彈和化學武器等眾多行業(yè)內(nèi)均有優(yōu)秀成就，是最杰出的科學研究通才之一，被后代稱之為“計算機之父”和“博弈論鼻祖”。

11）1948年，美國生物學家WalterRichardEvans(1920—1999)開創(chuàng)了根軌跡統(tǒng)計分析方法RootLocusMethod，為數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)特性隨系統(tǒng)軟件主要參數(shù)轉變的周期性出示了強有力專用工具，被廣泛運用于意見反饋控制系統(tǒng)軟件的解析、設計方案中。創(chuàng)建在Nyquist相頻特性法和Evans根軌跡法基本上的理論，稱之為經(jīng)典控制理論，為工程項目專業(yè)技術人員出示了一個設計方案意見反饋控制系統(tǒng)軟件的合理專用工具。

12）在我國著名物理學家錢學森工程院院士將控制理論運用于工程項目實踐活動，并且于1954年出版發(fā)行了知名的《工程項目控制論》。

13）接著，多本經(jīng)典控制理論名篇陸續(xù)出版發(fā)行，包含Smith的AutomaticControlEngineering，Bode的NetworkAnalysisandFeedbackAmplifier，MacColl的FundamentalTheoryofServomechanisms及其錢學森的《工程項目控制論》。

3、當代控制

20新世紀50時代中后期，科技進步的發(fā)展趨勢，非常是空間技術的發(fā)展趨勢，迫切要求處理更繁雜的多自變量系統(tǒng)軟件、離散系統(tǒng)系統(tǒng)軟件的最優(yōu)化控制難題(比如火箭彈和航宇器的導行、追蹤和降落全過程中的高精密、低耗控制，抵達總體目標的控制時間最少等)。實踐活動的要求促進了控制理論的發(fā)展，電子信息技術的發(fā)展趨勢也從測算方式上為控制理論的發(fā)展趨勢出示了標準。合適敘述航天飛機的健身運動規(guī)律性，又有利于電子計算機求出的情況室內(nèi)空間實體模型變成關鍵的實體模型方式。因而，60時代造成的當代控制理論要以狀態(tài)變量定義為基本，運用當代數(shù)學方法和電子計算機來解析、綜合性繁雜控制系統(tǒng)軟件的新理論，適用多鍵入、多輸出、時變的、離散系統(tǒng)系統(tǒng)軟件。

1）1956年，知名的俄國數(shù)學家LevSemyonovichPontryagin(1908—1988)發(fā)布了“最優(yōu)化全過程數(shù)學課理論”，并且于1961年證實并發(fā)布了知名的極大值基本原理。極大值基本原理和動態(tài)規(guī)劃為處理最優(yōu)化控制難題出示了理論專用工具。

2）1957年，知名的美國數(shù)學家RichardErnestBellman(1920—1984)在蘭德公司RANDCooperation數(shù)學課部的適用下，明確提出了離開多環(huán)節(jié)管理決策的最優(yōu)性基本原理，開創(chuàng)了動態(tài)規(guī)劃方式，發(fā)布了知名的DynamicProgramming，創(chuàng)建了最優(yōu)化控制的理論基本。1979年，Bellman得到了IEEE榮譽勛章（IEEEMedalofHonor），得獎原因為：forcontributionstodecisionprocessesandcontrolsystemtheory,particularlythecreationandapplicationofdynamicprogramming。

3）1957年，國際性自動控制委員會(InternationalFederationofAutomaticControl，IFAC)宣布創(chuàng)立，我國為發(fā)起國之一，第一屆學術會于1960年在巴黎舉辦。在我國著名物理學家錢學森工程院院士為IFAC第一屆實行聯(lián)合會（ExecutiveCouncil）委員會。

4）1957年，俄國在拜科努爾航天基地取得成功發(fā)送了全世界第一顆人造地球衛(wèi)星Sputnik。該惡性事件意味著人們航空航天時期的到來，也立即造成了美國、俄國的航天工程比賽。

5）1954年，美國科學家GeorgeCharlesDevol,Jr.(1912—2011)研發(fā)出了第一臺工業(yè)機械手樣品；一年后，被稱作工業(yè)機械手鼻祖的美國科學家JosephFrederickEngelberger(1925—2015)開創(chuàng)了全世界第一家機器人廠家Unimation。

6）1958年，美國國籍伊朗控制理論學者EliahuIbrahamJury發(fā)布了知名的畢業(yè)論文“Sampled-DataControlSystem”，1964年明確提出了Z轉換方式，創(chuàng)建了大數(shù)字控制及數(shù)字圖像處理的理論基本。

7）1960年，美國國籍意大利數(shù)學家Rudolf(Rudi)EmilKálmán(1930—2016)發(fā)布了“OntheGeneralTheoryofControlSystems”等代表性畢業(yè)論文，導入了情況室內(nèi)空間法分析系統(tǒng)軟件，明確提出能控性、能觀察性、最好控制器和kalman濾波器等定義，確立了當代控制理論的基本。2009年，美國總理BarackObama向Kálmán授予了國家科學研究紀念章。

8）1961年，俄國修真１號宇宙飛船載著全世界第一名宇航員Gagarin(1934—1968)進到了人造地球衛(wèi)星路軌，打開了人們航宇時期。

9）1963年，美國知名數(shù)學家、加州大學伯克利分校專家教授LotfiAliaskerZadeh與CharlesA.Desoer協(xié)作發(fā)布了知名的畢業(yè)論文“LinearSystemTheory:TheStateSpaceApproach”。1965年，Zadeh專家教授明確提出了模糊不清集合的概念，創(chuàng)建了模糊不清控制理論。

10）1966年，俄國取得成功發(fā)送了“月球表面9號”探測儀，保持了探測儀初次在月球表面取得成功著陸；1969年，“阿波羅11號”取得成功地把美國航天員NeilAldenArmstrong(1930—2012)送到了月球表面，保持了人們初次登陸月球，邁開了“人們的一大步”。

11）1967年，德國隆德大學專家教授KarlJohanAstrom明確提出了最小二乘辯識，處理了線形定常系統(tǒng)軟件參數(shù)估計難題和定階方式，明確提出了自啟控制器，創(chuàng)建了響應式控制的理論基本，在響應式控制理論和運用層面做出了巨大貢獻。Astrom于1993年得到了IEEE榮譽勛章。得獎原因：Forfundamentalcontributionstotheoryandapplicationsofadaptivecontroltechnology。

12）20新世紀60時代，英國曼徹斯特大學專家教授HowardHarryRosenbrock(1920—2010)和謝菲爾德學校專家教授DavidH.Owens科學研究了運用于輔助設計控制控制系統(tǒng)設計的當代頻域法理論，將經(jīng)典控制理論傳送函數(shù)的概念營銷推廣到多自變量系統(tǒng)軟件，討論了傳遞函數(shù)引流矩陣與狀態(tài)方程中間的等額的變換關聯(lián)，為創(chuàng)建統(tǒng)一的線性系統(tǒng)理論確立了基本。1970年，Rosenbrock專家教授發(fā)布了經(jīng)典經(jīng)典著作《StateSpaceandMultivariableTheory》。1982年，他得到了第一屆IEEEControlSystemsAward，得獎原因：Forcontributionstomultivariablecontroltheoryanddesignmethods。

13）1969年，當代最優(yōu)化控制理論鼻祖、斯坦福學校專家教授ArthurEarlBryson,Jr.與美籍華裔生物學家、美國哈佛大學專家教授何毓琦（Yu-Chi;Ho）協(xié)作發(fā)布了經(jīng)典經(jīng)典著作《Appliedoptimalcontrol:optimization,estimationandcontrol》。1984年，他得到了第2屆IEEEControlSystemsAward，得獎原因：Forpioneeringcontributionstooptimalcontrolandestimationandtheirapplications。

14）1971年，美國外交部計算機網(wǎng)基本完工。

15）1974年，多倫多大學專家教授WalterMurrayWonham發(fā)布了經(jīng)典經(jīng)典著作《LinearMultivariableControl:AGeometricApproach》，并且于1987年得到了IEEEControlSystemsAward，得獎原因：Forpioneeringcontributionstothetheoryofstochasticsystems,linearmultivariablecontrol,anddiscreteeventsystems。

16）1976年，美國控制理論學者、美國哈佛大學專家教授RogerWareBrockett明確提出用微分幾何科學研究離散系統(tǒng)控制系統(tǒng)軟件。并且于1991年得到了IEEEContro。

本文關鍵詞：自動控制系統(tǒng)
出自：www.shplm.cn/qiongzhong/view-16.html

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