外文翻译译文-自动控制的历史

1自动控制的历史自动控制，特别是在反馈上的应用，已经成为了自动化发展的基础。它起源于液位控制、水钟和古代的气体力学/水力学。从17世纪起，就设计出了用于温度控制、工厂机械控制和蒸汽机调控的系统。在20世纪期间，人们就很清楚地认识到了反馈控制系统可能会出现不稳定的问题。20世纪末，英国的劳斯和瑞士的赫维茨独立推导出了稳定性判据。也是在20世纪末，人们看到了伺服系统的发展，开始是用于船舶操纵，后来应用于自动驾驶仪。飞机的发明增加了一个新的控制问题。20世纪20年代，米诺尔斯基的船舶控制理论分析阐明了三项控制的性质，在20世纪30年代也被用于过程控制。基于20世纪30年代伺服系统和通信工程的发展，以及高性能火炮控制系统需求的驱使，在二战之后，美国、英国以及其他地方，理论相干体被作为经典的控制被人们所知，跟控制论的思想相同。同时，基于庞加莱和李雅普诺夫的方法，苏联研制出一种动态建模的方法。随着信息逐渐的传播，由于冷战中导弹控制系统的需求和刺激，状态空间和现代控制技术在东西方得到迅速发展。在战争以后，对自动化的需求也极大的增加了，与此同时数字计算机的发展也使自动控制数字化成为可能。目录4.1古代和近代时期4.220世纪的稳定性分析4.3二战之前的船舶、飞机和工业控制4.4电子工业，信息反馈和数学分析4.5二战和经典控制：基础设施4.6第二次世界大战与经典控制：理论4.7现代控制理论的出现4.8数字计算机4.9自1945年来社会技术环境4.10结论和发展趋势4.11深入阅读234.1古代和近代时期反馈控制，可以说是起源于希腊和阿拉伯的浮阀调节器4.1，它们被希腊人和阿拉伯人用于控制像水钟、油灯和分酒机这样的设备，也用来控制水箱水位。由于起始时用希腊或阿拉伯语描述总是很模糊，而且缺少插图，所以这种系统的精确结构没有完全清楚。当时希腊最有名的是Ktsebios、Philon（公元前三世纪）和Heron（公元一世纪），他们活跃在地中海东部（亚历山大港、拜占庭）。水钟的传统被阿拉伯的作家如Al-Jazari(1203)和Ibnal-Sa-ati(1206)以在书本中描述的形式延续下来。公元九至十世纪，被认为是伪阿基米德的阿拉伯匿名作家给Heron和Philon的希腊文字做了一个特定参照，在当时产生了极大影响。公元九世纪，巴格达的三兄弟也建造了Heron的传统浮阀调节器。浮阀调节器似乎不会传播到中世纪的欧洲，尽管有一些翻译经典文本的作家存在。它似乎在工业革命间改造，在英国出现，例如在18世纪。欧洲第一个独立的反馈系统是CorneliusDrebbel（1572-1633）的温度调节器，Drebbel和法院的詹姆斯一世以及英国的查尔斯二世在布拉格度过了他大部分的职业生涯，Drebbel本人没有留下任何书面记录，但是一些当代的书籍摘要记下了他的发明。阀门控制炉道烟气的实质是酒精（或其他）温度计起操作作用，从而控制外壳温度。这个设备的螺丝改变了我们现在所说的设定点。如果说水平和温度调节是现代控制系统的两个先驱，那么一些为使用风力设计的装置便为更精细复杂的装置指明了方向。在18世纪开发出的磨坊扇尾既能使磨坊帆直接进风，还能自动改变迎角，从而避免在遇到大风的时候超速。另一种重要的装置是升降机。磨盘有随着旋转速度的增加而独立的倾向，从而损害面粉的质量。许多技术被开发用来感测速度，由此产生一个恢复力压迫磨盘使其合拢靠近。在这些装置中，最重要的就是ThomasMead的装置4.3，这个装置用离心摆来测速度，在一些应用上还可以提供反馈，因此指出了离心调速的方法。第一台蒸汽机是往复式动力机，被研制用来驱动水泵；JamesWatt的旋转式发动机在17世纪80年代早期就被卖出了，但是直到80年代末，离心调速器材被应用到机器上。继Watt的合作者MatthewBoulton的一次访问，他在伦敦访问AlbionMill时看到一台升降机在离心调速器的控制下运转（(Fig.4.2）。Boulton和Watt没4有尝试给他们的装置申请专利，（正如上面看到的那样，基本上被Mead申请了专利），他们曾尝试保守秘密但是失败了。这些秘密在1973年被人第一次复制，在后来十年里传播到英国4.4。4.220世纪的稳定性分析20世纪早期随着离心调速器的传播，一些主要问题变得越来越明显。第一，由于缺少整机控制，调速器不能去除偏移：用当时的术语来说就是不能够规范化，只能适度化。第二，它对负载变化的响应很缓慢。第三，（非线性的）摩擦力作用在机器上会导致振荡（极限循环）。人们为了克服这些困难做了很多尝试，例如，西门子计时器利用差动调转齿轮装置不仅有效地引进了整机控制，而且实现了机械放大。另外一个接近于这个设计的同步调节器（无偏移）则是基于巧妙的机械结构，但是经常遇到稳定性的问题。然而，在20世纪可以看到为蒸汽机和水轮机开发出的实用调节器在稳步前进发展，包括弹簧载荷的设计（更小但更快的运转）和继电器（间接作用）调速器4.6。20世纪末，各种尺寸和设计的调速器在有效监管一系列程序上得到应用，并为稳态设计生成了很多图文技术。一些工程师们关心反馈系统的分析动态。在与工程界并行发展的同时，一些杰出的英国科学家为了保持望远镜一直指向一颗绕着地球旋转的行星，开始对调速器感兴趣。皇家天文学家GeorgeBidellAiry正式对这样一个系统进行了动力学分析，在1840年4.7清楚地表明了这样的反馈系统倾向变得不稳定。1868年JamesClerkMaxwell调速器动力学进行了分析，通过电学实验表明，调速器中旋转的线圈速度必须保持恒定不变。1868年2月20日，他的经典论文在调速器领域得到了皇家协会的认可。Maxwell推导出一个三阶线性模型，以及就特征方程而言正确的条件系数。不能为高阶模型推导出一个解决方案，他表示希望这个问题能获得数学家们的关注。1875年，剑桥大学亚当斯奖在数学领域的主题被设为动力学稳定性的判据。主考官之一是Maxwell本人（1857年的亚当斯奖获得者），1875年的亚当斯奖（1877年授予）获得者为EdwardJamesRouth。Routh对动态稳定性感兴趣很多年，得出了五阶系统的解决方案。在发表的论文里4.9我们能看到Routh版本的著名的劳斯-赫尔维茨稳定性判据。5与此相关的是，欧洲大陆的独立工作在同一时间开展4.5，1876年，圣彼得堡的I.A.Vyshnegradskii的工作总结出现在法国的ComptesRendusdelAcademiedesSciences上，1877年在俄罗斯和德国出现完整的版本，1878/79年在法国出现。Vyshnegradskii（当时一般音译为Wischnegradski）将蒸汽机调速器的三阶微分方程模型转换为标准格式：3+x2+y+1=0，其中x和y作为Vyshnegradskii参数广为人知。然后他指出在x-y平面一个点上定义系统瞬态响应的本质。图4.3展示了Vyshnegradskii画的图解，在平面上添加了不同区域的典型极星座。1893年，来自苏黎世联邦理工的AurelBoreslavStodola，研究学习了高压水轮机的动力学，还运用了Vyshnegradskii的方法评估了三阶模型的稳定性。然而，一个更为现实的模型，是十七阶，Stodola向数学家同事AdolfHurwitz提出了一个普遍的问题，AdolfHurwitz很快提出了他的版本的劳斯-赫尔维茨判据。这两个版本在1911年被EnricoBompiani证明是完全相同的。在20世纪初，第一代关于原动机调节的书籍出现在一些说欧洲语言的地方4.12,13，其中最有影响力的就是TollesRegelungderKraftmaschine，在1905至1922年期间经历了三个版本4.11。后来的版本包括赫尔维茨稳定性判据。4.3二战之前的船舶、飞机和工业控制第一艘结合反馈来操纵发动机的船舶出现在20世纪中叶。1873年JeanJosephLonFarcot出版了一本关于伺服电动机的书，书上不仅描述了各种设计在家族企业的发展，还叙述了位置式控制的一般原则。反馈控制在海上的另一个重要应用就是炮塔操作，液压技术也广泛地应用于传输系统。包括鱼雷，也同样使用越来越复杂的反馈系统进行深度控制。回转效应（图4.4）。在20世纪的头几十年，陀螺仪被越来越多的应用在船舶的稳定和自动驾驶上。ElmerSperry开拓了主动性减摇装置：陀螺罗盘和陀螺自动驾驶仪，在1907至1914年间申请了各种专利。Sperry的自动驾驶仪是一种复杂的装置，一个内环控制的电动机操纵舵机，而外环使用陀螺罗盘来感应前进方向。Sperry还设计了一个预感器6来复制一个经验丰富的舵手压舵的方式（以防止转向过度）；这个预感器实际上就是一种适配控制。Sperry和他的儿子Lawrence也在同一时期发明了飞行器自动稳定器，添加了复杂的三维控制。Bennett1914年在巴黎描述了一个广受好评的示范性系统4.17：在这个系统中Sperry使用四个陀螺仪安装形成一个稳定的参考平台；一列电气火车，机械和气动元件检测相对于平台的飞行器的位置，修正信号应用于飞行器控制表面。稳定剂同时作用于俯仰和横滚.该系统通常被调整到给一步干扰一个大约非周期的响应。微分作用的结合.是基于Sperry对系统行为的直觉理解，该系统同样适用于.调整增益使飞机速度相匹配。船舶和飞行器稳定性的技术显著进步发生在后来的二十几年，20世纪30年代中期一些航空公司开始使用Sperry自动驾驶仪来进行长途飞行。然而，除了在4.2以上讨论了稳定性分析以外，在当时并非广为人知，当时对这样的反馈控制系统没有理论的调查研究。最早的重大研究是由NicholasMinorsky进行的，在1922年出版4.19.Minorsky1885年出生在俄罗斯（他的俄语知识在很久以后被证明对西产生了重要的影响），在俄罗斯海军服役期间，他学习研究了船舶转向的问题，接着他在1918年移民到美国，他首次对船舶自动操作进行了理论分析，这项研究清楚地确定了控制措施应采用的方式：尽管Minorsky没有使用现代意义上的术语，但是他介绍了一个适当比例的组合，即导数和积分作用。然而Minorsky的作品并没有被广泛传播。尽管他给了闭环控制一个好的理论基础，他写下了一个英雄时代的发明，但是在当时的工程实践中，直觉和实践经验远远比理论分析重要。在20世纪的前几十年，在其他领域也有了重要的技术发展，虽然这依旧没有什么理论基础。电力工业带来了对电压和频率控制的需求；很多使用驱动辊的过程需要对速度进行精确控制，一些国家为了海军和防空射击枪支的精确性，在系统上做了大量的工作。在工业生产中，测量仪器和气动控制器发展得越来越成熟，MasonsStabilog(图4.5)在1933年发明的专利，包括了积分和比例动作，在20世纪30年代末期，三项控制器得到了应用，包括超前或微分控制。理论的发展是缓慢的，然而，直到电子和通讯在20世纪20年代和30年代取得进步之后，在二战期间才被翻译成控制领域。74.4电子工业，信息反馈和数学分析20世纪中期以来电报和电话的迅速蔓延人们促使对电子电路行为进行了大量的理论调查研究。从1888年起的若干年内，OliverHeaviside在他运营的微积分领域发表了论文4.20，然而尽管他的技术对电机网络的瞬态反应产生了有效作用，但却由于缺乏严谨性而被当代的数学家猛烈抨击，最后被公立机构投了反对票。直到20世纪20年代，Bromwich和Carson等人取得了Heaviside的运算微积分和傅里叶方法之间的联系，从而证明了Heaviside技术的正确有效性4.21。20世纪30年代人类特别是美国和德国看到了研究电路和滤波器设计的重要性，HarryNyquist和KarlKpfmller是最早考虑电报信号的最大传输速率问题以及通讯行业中信息的概念的两个人，他们都对电路反馈整体稳定性问题进行了研究分析4.22。1928年Kpfmller用反馈分析了自动增益控制电路的动力学。他很赞赏动态反馈系统，但是他的积分方程方法结果仅有一个近似值和设计图，而不是一个严格的稳定性判据。在美国大约同一时期，HaroldBlack为横穿大陆的电话机设计了反馈放大器（图4.6）。1927年8月，在哈得逊河渡口一个著名的主显节，他意识到负面的反馈可以减少因降低成本而造成的失真。Black向他贝尔实验室的同事HarryNyquist传达了这样一个反馈回路稳定性的问题，HarryNyquist在1932年发表了著名的频域包围准则4.23。Nyquist证明，运用柯西定理，稳定性的关键是开环频率响应轨迹是否环绕复平面（Nyquist的原始公约）上的点1+i0。这种方法的优点之一就是没有任何分析结果证明开环频率响应是必须的：一组测量点可以在不需要数学模型的情况下绘制。另一个优点是，不像劳斯-赫尔维茨判据，瞬态响应的评估可以直接从Nyquist曲线中依据增益和相位容限中进行（这就是如何关闭轨迹方法的关键点）。Black在1934年的论文发表中报告了他对负反馈放大器发展的贡献，以及在频域的闭环分析中成为标准4.24。在贝尔实验室里第三个对电子系统反馈分析起关键作用的人是HendrikBode，HendrikBode在20世纪30年代从事均衡器研究工作，并且他证明了衰减和相移在任何一个可实现的电路都有关联4.25。通讯工程建立快速截止和慢速相移的梦想确实只是个梦想。Bode引进了增益和相位裕度的概念，重新划分了现在传统的奈奎斯特图形式的临界点1+i0。他还介绍了著名的绘制双对数坐标8的直线近似线性系统的频率响应曲线。Bode在二战后立即出版了一本经典的著作提出了他的方法4.26。如果通信工程师的工作是典型控制的一个主要前兆，那么另一个前兆就是在20世纪30年代高性能伺服系统的发展。随着模拟仿真器越来越多的使用，对伺服系统的需求越来越普遍，例如用于电力工业的网络分析仪和用于广泛问题的微分分析仪。20世纪30年代早期，六积分微分分析仪均在美国和英国的不同地方操作。一个主要的创新中心就是麻省理工学院，一个VannevarBush,NorbertWiener和HaroldHazen都贡献了设计的地方。1934年Hazen总结了早几年伺服系统理论的发展4.27。他采用了归一化曲线，还使用了时间常数和阻尼因子等参数来表征伺服响应，但他没有给出任何稳定性分析：尽管他似乎意识到了Nyquists的工作，但他（像几乎所有他的同时代的人）似乎没有意识到反馈伺服系统和反馈放大器之间的密切联系。20世纪30年代，美国的产品逐渐在其他地方闻名。这从战前的苏联、德国和法国有足够的证据证明，例如，Nyquist的成果如果没有广泛的传播就不能为大家所知。1940年，例如，Leonhard出版了一本关于自动化控制的书，书上介绍了逆Nyquist图4.28，并且在同一年，许多西方国家提出和讨论自动化期间，莫斯科举行了一次会议4.29。同样在俄罗斯，对非线性动力学开展了大量的工作，在世纪更替的时候利用Poincar和Lyapunov的方法进行开发4.30。然而这些方法在二战结束之前并没有在俄罗斯之外为人所知。4.5二战和经典控制：基础设施虽然在前面部分介绍了主要进展部分，但在二战期间，一门关于反馈控制的学科开始出现，使用一系列设计和分析技术来实现高性能系统，特别是那些防空武器的控制。特别的是，在二战期间可以看到一些来自电子学科和电子工程、机械工程、数学领域的工程师们聚在一起，并且随后实现了一个共同的框架可以应用到所有各种元素的控制系统，达到了预期的试验4.18,31。20世纪30年代末期，消防控制问题是军事研究和发展的一个主要问题。虽然不是一个新的问题，但是空战的重要性意味着防空武器控制有了新的重要意义。在手动控制下，飞行器能被雷达探测到，飞行范围可以测量，飞行器的位置可以通过9外壳来计算和预测，枪支能瞄准和射击。一个经典的系统可能涉及14个运营商。显然，自动化的方法是高度可取的，实现这一目标需要进行伺服机构的动态驱动枪瞄准、控制器的设计和跟踪飞行器统计可能采取避险行动等一系列详细的研究。在美国，政府、产业和学术界的合作非常密切，并且三个研究实验室至关重要。麻省理工学院的伺服系统实验室汇集了Brown,Hall,Forrester和其他项目人，,为高性能的伺服系统的控制回路设计开发频域方法。尤其是与Sperry维持密切联系，一个在制导系统有良好记录的公司，正如上面所说。同时，麻省理工学院的辐射实验室最出名的，或许是其在雷达和远距离航海上的工作成果，James,Nichols和Phillips这样的研究人员曾为自动追踪雷达AA枪支管制技术设计的进一步发展而工作。第三个火控发展的重要机构就是贝尔实验室，在贝尔实验室像Bode,Shannon和Weaver这样伟大的人物，跟麻省理工学院的Wiener和Bigelow进行着合作，他们攻克了很多未得到解决的问题，包括平滑理论和枪瞄准预测。在战争结束时期，大多数被称为经典控制的技术在这些实验室里被阐述，20世纪40年代末一系列论文和教科书中出现了这些新学科，呈现给更广泛的工程社区4.32。美国政府对控制系统发展的支持被很好的记录下来4.18,31。1940年建立了国防研究委员会（NDRC），并且在次年与科学研究和发展办公室（O.R）合并。在VannevarBush的带领下，新机构解决了防空措施问题，因此伺服问题成为了主要优先问题。国防研究委员会的防卫部分专门用于检测、控制和仪器，是反馈控制发展的最重要部分。随着O.R的建立，NDRC整编为师，第7师，火控，在HaroldHazen的全面指导下，所覆盖可细分为：基于地面的防空火力控制；机载火力控制系统；伺服系统和数据传输；光测距仪；消防分析以及海军的雷达火控。谈到英国，由于二战的爆发，各种军事研究站在有雷达和炮铺存在的地方高度活跃，也有政府机构和工业企业之间关系密切，如大都会-维克斯，英国汤姆森-休斯顿等等。然而，可以肯定的说，它的整体的协调不能像美国那样奏效。在英国，一个被称为Servo-Panel的机构对反馈控制系统中理论发展的转播和其他的研究有重大贡献。原本在1942年非正式地确立了所罗门的倡议的结果（马尔文一个特殊雷达小组的组长），作为一个学术团体在1942年5月至1945年8月进行每月一次的例会。战争会议的结束包含了美国的贡献。在二战之前及二战期间，德国在军事和民事应用上的控制系统发展非常成功（例如鱼雷和飞行控制）。1938-1941年是导弹制导系统发展特别重要的时期，1936年初期，测试和开发中心在波罗的海沿海岸的佩内明德成立，制导和控制的工作能10看到工业行业、政府和高校的参与。然而，在德国的控制领域似乎没有出现过重大的国家研发协调。高性能伺服系统没有任何发展，因为这些都在美国和英国。当我们跳出德国的军事形势来看待问题，我们会发现一个异乎寻常的关于控制甚至控制论的意识。1939年，VereinDeutscherIngenieure，两大德国工程师协会之一，在控制工程上成立了一个专家委员会。早在1940年10月，该机构的主席HermanSchmidt发表了谈话，该谈话内容涵盖了控制工程及其与经济、社会和文化之间的关系4.33。值得一提的是，该委员会在战争时期依旧召开会议，并且在1944年发行了主要涉及控制概念和术语的报告，还考虑了许多新兴学科的基本问题。苏联在战前对控制表达了很浓厚的兴趣，主要是为了苏联的五年计划经济背景下的工业应用。苏维埃社会主义共和国联盟的建设几乎没有受到西方国家的注意除了几个孤立的历史学科账目。值得注意的是，KommissiyaTelemekhanikiiAvtomatiki（KTA）在1934年成立，并且InstitutAvtomatikiiTelemekhaniki（IAT）在1939年成立（均在苏联科学院的主持下，苏联科学院是通过网络控制的科学研究机构）。KTA在20世纪30年代中期与许多控制设备的制造商对应，从西方期刊中翻译了大量的文章。IAT在初期被损毁，然而，经过Shchipanov事件，即一个典型的苏联人抨击了一个伪科学的研究者，这使得在相当一段时间内技术工作受损4.34。在20世纪30年代至40年代，俄罗斯的其他主要涉及到控制理论的研究中心（如果不是为了实际应用）是高尔基大学（现在名NizhniiNovgorod），在这里，亚历山大安德罗诺夫和同事们在20世纪30年代建立了非线性动力学研究中心4.35。安德罗诺夫在20世纪40年代期间与莫斯科经常接触，并且提出了新兴的控制理论，包括在高尔基大学的非线性研究，和在美国和英国的开发。然而，苏联对于控制工程似乎没有一个协调的战时工作，并且莫斯科的IAT在资本主义受到威胁时是散乱的。然而，在莫斯科似乎有一个新兴的控制领域，下诺夫哥罗德、列宁格勒、俄罗斯的工人们都极为了解西方的公开文献。4.6第二次世界大战与经典控制：理论伺服系统的设计技术在20世纪30年代的美国已经得到了发展。在1940年，GordonS.Brown和他的同事在麻省理工学院对闭环系统的暂态响应进行了细致的研究，引入了系统运算符1/(1+openloop)作为Heaviside微分算子P的函数。在1940年末国家发改委和麻省理工之间正在为一系列的伺服项目而草拟合同。其中一个最11重要的贡献者是AlbertHall，在他的博士论文里发展了经典的频率响应方法，并在1943年以机密文件的形式发表，然后在战争过后被公开。Hall推导得出单位反馈伺服系统的频率响应为KG(iw)/1+KG(iw),应用Nyquist准则，介绍了一种新的绘制系统响应图的方法，他称之为M-圆，后来Nichols曲线也是受M-圆的启发。正如Bennett描述的那样：Hall曾尝试设计出一个稳定的自然频率高的阻尼高的伺服系统。.他需要一种整定的方法，从传递函数轨迹图上看，K的值应该是期望的振幅比。作为一种寻找K值的辅助手段，他把极坐标图和恒定的振幅曲线重叠在一起。那些曲线呈现出圆形.通过在透明纸的响应轨迹绘制，或者使用一张印有M-圆的透明纸覆盖上去，就不需要再去绘制M-圆曲线了。因放射实验室而出名的麻省理工学院，当时他们正在研究自动追踪雷达系统。其中一个重要的创新就是引入了尼克勒斯图，与Hall的M-圆类似，但是使用尼克勒斯图能更加方便地测量到振幅比的分贝值，把圆型变成了完全不一样的几何形态。英国科学家当时正在探究防控武器的抗干扰和预知技术，包括在麻省理工学院的Wiener和Bigelow以及在贝尔实验室的伯德和香农。这项工作涉及到相关飞行器运动统计学的应用。尽管Wiener的猜想在20世纪40年代初的尝试和应用没有获得成功，但是被证明对以后的发展有着至关重要的作用。当时在英国，正规技术并不是很先进。在20世纪30年代，虽然ArnoldTustin还在MetropolitanVickers这个地方从事着枪械控制方面的工作，但是当时的工程师们并不欣赏动力学。虽然他们还在使用谐波响应曲线，但是他们也会不自觉地使用奈奎斯特准则，直到20世纪40年代。在英国也有其他关键的科学研究者，如Whitely，他早在1942年就使用了逆幅相曲线，并一直推广他关于各种私服系统的设计标准。在德国，WinfriedOppelt,HansSartorius和RudolfOldenbourg也加入了关于闭环设计的研究。在战争时期，许多国家独立地发展着基本的采样数据控制。总的来说都是Z变换只是名称不同罢了。与此同时Tustin在英国研究着时间序列模型的双线性变换，然而Oldenbourg和Sartoriusye使用差分方程来模拟这样的系统。12自1944年，由于战争的关系，设计技术的研究成果可以轻而易举的获得，其中不单单是美国和英国，也有德国和苏联。在这10年里，或许Evans的根轨迹法是加入经典控制理论的最后一个元素了。4.7现代控制理论的出现现代或者状态空间方法控制理论基本上来自Poincar和Lyapunov在19世纪末的工作。正如之前提到的那样，俄罗斯人按着他们的路线继续着他们的研究，特别是在20世纪20年代到20世纪30年代这一段时间里在莫斯科和伐尔基(现在NizhniiNovgorod)。上世纪30年代的俄罗斯的文献慢慢传播到西方，但它只是在战后时期，特别是一页一页地翻译苏联的主要期刊介绍，在美国和其他地方的研究人员开始熟悉苏联文献。但是相平面法已经被西方控制工程师所继承。第一次出现是在LeroyMacColl早期的教科书中。冷战需要控制工程以航空航天弹道目标控制为中心。详细和准确的数学模型，无论线性的还是非线性的都需要被获得，并且经典频率响应和根轨迹正在越来越多地被一些测量和性能最优设计方法所代替，比如如减少轨迹或燃料的消耗。高阶模型表示为一组一组的状态变量的一阶方程。比起经典的单输入单输出系统建模的微分方程状态变量允许一个更复杂的表示的动态行为。在一般情况下，我们使用矩阵的形式，其中x是状态变量，u是输入y是输出。x=Ax+Bu,y=Cx,自动控制理论在20世纪40年代到20世纪50年代的发展，极大地得到了工程专业机构的变化和一系列的国际会议的帮助。在美国，机械工程师学会和美国电机工程学会都对其结构做出了一系列的调整，以适应于日益增加的伺服系统和反馈控制的重要性。在英国也有类似的变化发生在英国的专业结构，尤其是电气工程师学会，同时也包含测量与控制研究所和机械和化学工程。关于这个课题的第一会议出现在伦敦和纽约在20世纪40年代后期，但第一个真正的国际会议在1951年于英国的克兰菲尔德。紧跟着就发生了许多事件，其中最有影响力的是1956年9月海德堡13事件，由德国两大工程体的联合控制委员会主办，VDE和VDI。国际自动控制联合会的成立，在1957年的第一次会议上，1960年在莫斯科。对卡尔曼的一般理论的控制系统来说莫斯科会议也许是最有意义的一次会议，确定了多变量反馈控制和多变量反馈过滤，和最优控制的最初的发展。在20世纪50年代末60年代初，可以看到许多关于动态规划和最优控制的出版物，对自动控制理论更全面的讨论将会出现在第9第11和第10章。4.8数字计算机20世纪50年代，数字计算机的引入给自动控制带来了巨大的改变。控制工程早已和计算设备联系在一起。正如上面说的一样，伺服系统发展的驱动力就是模拟计算的应用。但是数字计算机的引入带来的最大的变化中，确定频率响应或者根轨迹的模糊设计方法，扮演着这一个不可替代角色。也有一些关于数字计算机第一次应用于过程控制的一些争论，但是可以确定的是TexacoPortArthur(Texas)精炼厂在1959年引入了数字计算机，在之后的一年，Monsanto氨工厂在Luling(Louisiana)也引入了数字计算机，这是最早的两个。期初的系统是监督系统，在这个系统里独立的闭环被传统的电、气、液控制器控制，但是被计算机监控和优化。更专业的过程控制计算机出现在20世纪60年代后半期，同时提供了直接数字控制(DDC)和监督控制。在DDC里，计算机本身执行离散的控制算法，比如三项控制或其他算法。这样的计算机在当时是相当昂贵的，同时也需要忍受编程方面的问题，在20世纪70年代早期，很快就被一些更加便宜的迷你计算机所替代，尤其是迪吉多公司PDP系类。但是，在很多的地区，微处理器取得了最好的效果。基于微处理器的数字控制器很快就发展起来，因其小巧、可靠、包含许多可供选择的控制算法、与监督计算机能够很好的通信、相对来说易于通过一个操作接口来使用编程和诊断工具。微处理器也更容易成为设备的一部分，比如说可以放在机器人的手臂，提供一些专门的位置控制。14可编程逻辑控制器(PLC)在自动控制发展史中经常被忽略。PLC用于替代独立的继电器而被专门开发出来的，在各种各样的工业环境中用于顺序(和结合)逻辑控制。早期的连接板设备出现在20世纪60年代，但是第一款PLC可能是莫迪康公司用于通用马达为了替换机电的继电器而研制的一款产品。现代的PLC提供了许多的控制选项，包括了传统的闭环控制算法如PID，同时也包含了逻辑函数。尽管计算机在工业应用的地位越来越高，PLC应用得还是挺广泛，这归功于它的稳定性和被人们所熟悉。数字计算机使那些更加高级的控制技术成为了可能。在适应控制中，算法更具环境而变化。适应控制有着悠久的历史：所谓增益调度，比如，当控制器的增益随着一些测量参数的变化，在数字计算机之前被使用得很好。(典型的例子就是飞行控制，高度影响着飞行器的动力，因此在设置增益的时候需要把高度加入考虑的范围)。然而数字适应控制提供了更多的可能性：1.相关系统参数的识别。2.关于控制算法所需要修改的决策。3.执行变化。最优和鲁棒技术也得到了发展，在20世纪60年代可能最出名的是线性二次高斯(LQG)和H近似。没有数字计算机技术，旨在优化系统的干扰(根据一些衡量行为)，在于此同时在模型上抵抗误差，可能只是数学上的好奇。现代计算机控制的一个非常不同的方法是把系统行为和控制器算法从纯粹的数学模型分离出来。例如，在模糊控制中，控制行为是基于模糊的一组规则表达的变量。例如：IFthespeedis“high”ANDthedistancetofinalstopis“short”15THENapplybrakes“firmly”.模糊变量high，short，firmly能够被计算机转换成为有效的控制命令。相关的技术包括学习型控制和基于知识的控制。前者控制系统会更具自身环境学习，使用的是人工智能(AI)，响应的修改自身的行为。后者使用了一系列的AI技术来推算解决方法并提供近似的控制动作。4.9自1945年来社会技术环境这是一个简短的关于自动控制的调查，集中讲述了技术上的发展或者从某些角度上来看也是公共机构的发展。尽管有许多的详尽的在