自动控制的发展

1 自动控制的发展 2 一 前言 自动控制是人类在认识世界和发明创新的过程中发展起来的一门重要的科学技术 依靠它 人类可以从笨重 重复性的劳动中解放出来 从事更富创造性的工作 自动化技术是当代发展迅速 应用广泛 最引人瞩目的高技术之一 是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术 李泽湘自动控制与人类进步 3 二 自动控制发展阶段 1 古典控制阶段 EarlyControl 1400B C 1705年 2 萌芽阶段 TheRudimentPeriod 1705年 1872年 3 经典控制 TheClassicalPeriod 1872年 1950年 4 现代控制 ModernControl 1950年至今 4 三 古典阶段 1400B C 1705年 代表作 水钟指南车水运仪象台提花织布机 代表人物 斯提比西乌斯马钧 祖冲之张衡宋应星 5 三 古典阶段 1400B C 1705年 水钟 别名 刻漏 也叫漏壶 6 三 古典阶段 1400B C 1705年 7 三 古典阶段 1400B C 1705年 指南车 又称司南车 是中国古代用来指示方向的一种机械装置 8 2010年电影 大兵小将 9 三 古典阶段 1400B C 1705年 指南车 利用差速齿轮原理 它与指南针利用地磁效应不同 它是利用齿轮传动系统 根据车轮的转动 由车上木人指示方向 不论车子转向何方 木人的手始终指向南方 车虽回运而手常指南 三国魏马钧 南北朝时期祖冲之 10 11 12 13 三 古典阶段 1400B C 1705年 水运仪象台 以水为动力 集浑仪 浑象 报时于一体的天文钟 准确跟踪天体运行 14 三 古典阶段 1400B C 1705年 东汉科学家张衡曾经在天体仪上安装了一套传动装置 漏水转浑天仪 利用相当稳定的漏刻的水推动铜球 均匀地绕金属轴转动 后来 唐朝的一行和梁令瓒 宋代的苏颂和韩公廉等人 把天体仪和自动报时装置结合起来 发展成为世界上最早的天文钟 水运仪象台 15 三 古典阶段 1400B C 1705年 1637年中国明代宋应星所著 天工开物 记载有程序控制思想 CNC 的提花织机结构图 16 四 萌芽阶段 1705年 1872年 代表作 水位自动调节器fly ballgovernorOnGovernors论调整器的一般原理 东方 号蒸汽船代表人物 波尔祖诺夫 JamesWattJamesClerkMaxwell 维什聂格拉斯基J M Gray 17 四 萌芽阶段 1705年 1872年 18世纪是蒸汽机快速发展的时期 蒸汽机成为机械工程最瞩目的成就 蒸汽机之父 托马斯 纽可门 约翰 考利 18 四 萌芽阶段 1705年 1872年 1765年 俄国工程师波尔祖诺夫发明了蒸汽机锅炉的水位自动调节器 这在俄国被认为是世界第一个自动调节器 19 四 萌芽阶段 1705年 1872年 1788年 英国JamesWatt用离心式调速器控制蒸汽机的速度 20 四 萌芽阶段 1705年 1872年 1868年 JamesClerkMaxwellOnGovernorsProceedingsoftheRoyalSocietyofLondonVol 16 pp 270 283 21 四 萌芽阶段 1705年 1872年 1872年 维什聂格拉斯基论调节器的一般原理法国科学院院报 22 四 萌芽阶段 1705年 1872年 1866年 英国J M Gray设计出第一艘全自动蒸汽轮船 东方 号 GreatEastern 23 五 经典控制 1872年 1950年 代表作 Routh Hurwitz判据数字控制系统Lyapunov定理伺服机构理论Nyquist 米哈伊洛夫判据火炮控制器Bode图气压反馈控制器根轨迹法汽车装配流水线负反馈放大器 控制论 PID控制方法 工程控制论 PID参数的最佳调整法 通信的数字理论 代表人物 Routh Hurwitz W Evans Lyapunov 钱学森 H S Black H Bode Nyquist N Wiener H Hazen C Shannon etc 24 五 经典控制 1872年 1950年 1877年 EdwardJohnRouth ATreatiseontheStabilityofMotion London U K Macmillan1895年 AdolfHurwitzOntheconditionsunderwhichanequationhasonlyrootswithnegativerealparts MathematischeAnnelen vol 46 273 284 25 五 经典控制 1872年 1950年 1892年 A M LyapunovTheGeneralProblemoftheStabilityofMotion 华丽的分割线 26 五 经典控制 1872年 1950年 1927年8月6日 美国H S Black提出改进放大器性能的负反馈方法 NegativeFeedbackAmplifier 贝尔实验室 27 五 经典控制 1872年 1950年 1932年 HarryNyquist RegenerationTheoryBellSystemTechnicalJournalVol 11 pp 126 147 1940年 HendrikWadeBode 贝尔实验室 华丽的分割线 28 五 经典控制 1872年 1950年 WalterR Evans1948年 GraphicalanalysisofcontrolsystemsVol 67 pp 547 551 1950年 ControlsystemsynthesisbyrootlocusmethodVol 69 pp 66 69 时域 频域 根轨迹经典控制理论中三分天下 29 五 经典控制 1872年 1950年 PID控制 用于船舶驾驶的伺服机构NicolasMinorskyDirectionalStabilityofAutomaticallySteeredBodiesJournalofAmericanSocietyNavalEngineers Vol 42 2 pp 280 309 1922 30 五 经典控制 1872年 1950年 1942年 J G ZieglerandN B NicholsOptimumsettingsforautomaticcontrollersTrans ASME Vol 64 pp 759 768 31 五 经典控制 1872年 1950年 1913年 美国福特 FordMotor 汽车公司建成最早的汽车装配流水线 32 五 经典控制 1872年 1950年 1925年 美国E Sperry以及C Mason研制出火炮控制器 气压反馈控制器 33 五 经典控制 1872年 1950年 1934年 HaroldHazen Theoryofservo mechanismsJournaloftheFranklinInstitute vol 218 3 并于1939年在MIT建立伺服机构实验室 ServomechanismLaboratory 34 五 经典控制 1872年 1950年 1948年 NorbertWiener完成了专著 CyberneticsorControlandCommunicationintheAnimalandtheMachine TheMITPress Cambridge Mass WileyandSons NewYork 1948 控制论 对信息传递和控制的研究 尤涉及人及动物大脑与机器及电子装置的差异 35 控制论 对信息传递和控制的研究 尤涉及人及动物大脑与机器及电子装置的差异 包括 时间序列 信息和通信 反馈和振荡 计算机和神经系统 控制论和精神病理学 学习和自生殖机 脑电波与自行组织系统 Cybernetics 36 五 经典控制 1872年 1950年 1948年 在贝尔实验室工作的C Shannon发表专著 TheMathematicalTheoryofCommunication 37 五 经典控制 1872年 1950年 1954年 我国科学家钱学森完成了专著 工程控制论 EngineeringCybernetics 38 六 现代控制 1950年至今 代表作 极大值原理机器人动态规划法导弹现代控制理论卫星非线性控制理论航天器模糊控制理论数字控制系统鲁棒控制理论数控机床自适应控制理论代表人物 L S Pontryagin R Bellman R E Kalman K S Pavlovitch J Engelberger L Zadeh G Zames K J Astrom H H Rosenbrock W M Wonham R Brockett A Isidori etc 39 六 现代控制 1950年至今 1956年 苏联科学家L S Pontryagin发表 最优过程数学理论 提出极大值原理 MaximumPrinciple 40 六 现代控制 1950年至今 1957年 美国RichardBellman发表著名的DynamicProgramming 建立最优控制的基础 同年 国际自动控制联合会 IFAC 成立 RichardBellman 1920 1984 41 六 现代控制 1950年至今 R E KalmanOnthegeneraltheoryofcontrolsystemsResearchInstituteforAdvancedStudy Baltimore MD USA IRETransactionsonAutomaticControl PublicationDate Dec 1959Volume 4 Issue 3Onpage s 110 110 42 六 现代控制 1950年至今 LotfiAskarZadeh InformationandControl1965 FuzzySets 8 3 338 3531968 FuzzyAlgorithms 12 2 94 102 43 六 现代控制 1950年至今 1967年 瑞典学者KarlJohan str m提出最小二乘辩识 解决了线性定常系统参数估计问题和定阶方法 六年后 提出了自适应调节器 建立自适应控制的基础 44 六 现代控制 1950年至今 1976年 RogerW BrockettVolterraseriesandgeometriccontroltheoryAutomatica pp 167 176 1989年 AlbertoIsidoriNonlinearcontrolsystems AnIntroduction NewYork Springer Verlag 45 六 现代控制 1950年至今 1981年 GeorgeZamesFeedbackandOptimalSensitivity ModelReferenceTransformations MultiplicativeSemi norms andApproximateInversesIEEETransactionsonAutomaticControl 1981 pp 301 320 46 六 现代控制 1950年至今 1952年 美国MIT的ServomechanismLaboratory研制出第一台数控机床 47 六 现代控制 1950年至今 机器人技术 UnimateandJosephEngelberger 48 六 现代控制 1950年至今 导弹技术 49 六 现代控制 1950年至今 导弹技术 50 六 现代控制 1950年至今 1957年10月4日 前苏联成功发射人类历史上第一颗人造地球卫星 SputnikI 人造地球卫星 51 六 现代控制 1950年至今 1961年4月12日 前苏联成功完成了人类历史上第一次载人宇宙飞行YuryAlekseyevichGagarin 载人航天 一 宇宙飞船 52 六 现代控制 1950年至今 1969年7月16日上午 巨大的 土星5号 火箭载着 阿波罗11号 飞船从美国肯尼迪发射场点火升空 开始了人类首次登月的太空飞行 尼尔 阿姆斯特朗 埃德温 奥尔德林 迈克尔 科林斯 载人航天 二 人类登月 53 六 现代控制 1950年至今 1981年4月12日7时 哥伦比亚号从卡纳维拉尔角起飞 2003年2月01日9时 哥伦比亚号航天飞机坠毁 载人航天 三 航天飞机 54 六 现代控制 1950年至今