自動(dòng)控制的發(fā)展歷程及現(xiàn)代技術(shù)ppt課件

1、自動(dòng)控制的開展歷程及現(xiàn)代技術(shù)主 要 內(nèi) 容1.自動(dòng)控制技術(shù)的開展歷程2.自動(dòng)控制的現(xiàn)代技術(shù)前期控制(Early Control)(1400B.C. 1900) 經(jīng)典控制前期(The Pre-classical Period)(19001935)經(jīng)典控制(Classical Control)(19351950)現(xiàn)代控制(Modern Control) (1950如今 )魯棒控制模糊控制專家系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制預(yù)測(cè)控制中國(guó)，埃及和巴比倫出現(xiàn)自動(dòng)計(jì)時(shí)漏壺(1400B.C. 1100B.C.)前 期 控 制自動(dòng)控制的開展歷程 秦昭王時(shí)，李冰主持修筑都江堰表達(dá)的系統(tǒng)觀念和實(shí)際(300B.C.) 前 期 控

2、制自動(dòng)控制的開展歷程 亞歷山大的希羅發(fā)明開閉廟門和分發(fā)圣水等自動(dòng)安裝(100年)前 期 控 制自動(dòng)控制的開展歷程 中國(guó)張衡發(fā)明水運(yùn)渾象，研制出自動(dòng)丈量地震的候風(fēng)地動(dòng)儀(132年) 前 期 控 制自動(dòng)控制的開展歷程 中國(guó)馬鈞研制出用齒輪傳動(dòng)的自動(dòng)指示方向的指南車(235年)前 期 控 制自動(dòng)控制的開展歷程 中國(guó)明代宋應(yīng)星所著記載有程序控制思想(CNC)的提花織機(jī)構(gòu)造圖(1637年)前 期 控 制自動(dòng)控制的開展歷程 英國(guó)J. Watt用離心式調(diào)速器控制蒸汽機(jī)的速度(1788年)前 期 控 制自動(dòng)控制的開展歷程 英國(guó)J. C. Maxwell發(fā)表“論調(diào)速器(On Governors)論文(1868年

3、) 英國(guó)E.J. Routh建立Routh判據(jù)(Routh-Hurwitz Stability Criteria)(1875年)俄國(guó)A.M. Lyapunov博士論文“論運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的普通問題 (1892年)前 期 控 制自動(dòng)控制的開展歷程 英國(guó)J. M. Gray設(shè)計(jì)出第一艘全自動(dòng)蒸汽輪船“東方號(hào)(Great Eastern)(1866年)前 期 控 制自動(dòng)控制的開展歷程 由徐壽設(shè)計(jì)的中國(guó)第一艘蒸汽輪船“黃鵠號(hào)(L20m, 25T, 10km/hr)在安慶內(nèi)軍械所下水(1866)。次年，中國(guó)第一艘木質(zhì)明輪蒸汽艦船“恬古號(hào)在江南造船廠下水前 期 控 制自動(dòng)控制的開展歷程美國(guó)福特(Ford Mot

4、or)汽車公司建成最早的汽車裝配流水線(1913) 經(jīng) 典 控 制 前 期自動(dòng)控制的開展歷程美國(guó)N. Minorsky研制出用于船舶駕駛的伺服構(gòu)造，提出PID控制方法(1922)美國(guó)MIT的Vannevar Bush研制成第一臺(tái)大型模擬計(jì)算機(jī)(Differential Analyzer)(1928) 經(jīng) 典 控 制 前 期自動(dòng)控制的開展歷程美國(guó)H.S. Black提出放大器性能的負(fù)反響方法(Negative Feedback Amplifier) (1927) 經(jīng) 典 控 制 前 期自動(dòng)控制的開展歷程自動(dòng)控制的根底為閉環(huán)控制?？刂普摰牡旎薔.Wiener給出的定義為：“Feedback is

5、 a method of controlling a system by inserting into it the result of its past performance 閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)造框圖： 經(jīng) 典 控 制 前 期自動(dòng)控制的開展歷程美國(guó)E. Sperry以及C. Mason研制出火炮控制器(1925)，氣壓反響控制器(1929) 經(jīng) 典 控 制 前 期自動(dòng)控制的開展歷程 美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的H. Bode(1938)，以及Nyquist(1940)提出頻率呼應(yīng)法 美國(guó)Taylor儀器公司的J. G. Ziegler和N. B. Nichols提出PID參數(shù)的最正確調(diào)整法(1942)

6、N.B. Nichols經(jīng) 典 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程美國(guó)MIT的N. Wiener研討隨機(jī)過程的預(yù)測(cè)(1942)，提出Wiener濾波實(shí)際(1942)，發(fā)表(Cybernetics)一書(1948)，標(biāo)志著控制論學(xué)科的誕生。 經(jīng) 典 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程美國(guó)的H. Hazen發(fā)表“關(guān)于伺服構(gòu)造實(shí)際(Theory of Servome-chanism) (1934)，并在MIT建立伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室(Servomechanism Laboratory) (1939) 經(jīng) 典 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程英國(guó)A. M. Turine提出圖靈計(jì)算機(jī)的想象(1937)在貝爾實(shí)驗(yàn)室Bode指點(diǎn)的火

7、炮控制系統(tǒng)研討小組任務(wù)的C. Shannon提出繼電器邏輯自動(dòng)化實(shí)際(1938)，隨后，發(fā)表專著(The Mathematical Theory of Communication)，奠定了信息論的根底(1948) 經(jīng) 典 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程MIT Radiation Laboratory在研討SCR-584雷達(dá)控制系統(tǒng)的過程中，創(chuàng)建了Nichols Chart Design Method，R. S. Philips的任務(wù)On Noise in Servomechanisms，以及Hurwicz (1947)的數(shù)字控制系統(tǒng)(Sampled Data System) 經(jīng) 典 控 制 自動(dòng)控

8、制的開展歷程美國(guó)W. Evans提出根軌跡法(Root Locus Method) (1948)，以單輸入線性系統(tǒng)為對(duì)象的經(jīng)典控制研討任務(wù)完成。 多本有關(guān)經(jīng)典控制的經(jīng)典名著相繼出版，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)，以及錢學(xué)森的(Engineering Cybernetics) (1954) 經(jīng) 典 控

9、制 自動(dòng)控制的開展歷程 蘇聯(lián)L.S. Pontryagin發(fā)表“最優(yōu)過程數(shù)學(xué)實(shí)際，提出極大值原理(Maximum Principle)(1956) 現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程美國(guó)R. Bellman在RAND Coporation數(shù)學(xué)部的支持下，發(fā)表著名的Dynamic Programming，建立最優(yōu)控制的根底(1957)國(guó)際自動(dòng)控制結(jié)合會(huì)(IFAC)成立(1957)，中國(guó)為發(fā)起國(guó)之一，第一屆學(xué)術(shù)會(huì)議于莫斯科召開(1960) 現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程美國(guó)MIT的Servomechanism Laboratory研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床(1952) 現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展

10、歷程世界第一顆人造地球衛(wèi)星(Sputnik)由蘇聯(lián)發(fā)射勝利(1957)現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程 美籍匈牙利人R. E. Kalman發(fā)表“On the General Theory of Control Systems等論文，引入形狀空間法分析系統(tǒng)，提出能控性，能觀測(cè)性，最正確調(diào)理器和kalman 濾波等概念，奠定了現(xiàn)代控制實(shí)際的根底(1960)現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程蘇聯(lián)東方-號(hào)飛船載著加加林進(jìn)入人造地球衛(wèi)星軌道，人類宇航時(shí)代開場(chǎng)了(1961) 宇宙哥倫布-加加林現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程1963年, 美國(guó)的Lofti Zadeh與C. Desoer發(fā)表Linea

11、r Systems - A State Space Approach。1965年，Zadeh提出模糊集合和模糊控制概念現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程美國(guó)的E.I. Jury 發(fā)表“數(shù)字控制系統(tǒng) (Sampled-Data Control System) ，建立了數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處置的根底(1958)現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程蘇聯(lián)發(fā)射“月球9號(hào)探測(cè)器，初次在月面軟著陸勝利(1966)，三年后(1969)，美國(guó)“阿波羅11號(hào)把宇航員N. A. Armstrong送上月球。 現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程瑞典Karl J. Astrom提出最小二乘辯識(shí)，處理了線性定常系統(tǒng)參數(shù)估計(jì)問

12、題和定階方法(1967)，六年后，提出了自啟調(diào)理器，建立自順應(yīng)控制的根底。Astrom于1993年獲得IEEE Medal of Honor。 現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程英國(guó)H.H Rosenbrock 發(fā)表State Space and Multivariable Theory(1970)。加拿大W.M Wonham 發(fā)表Linear Multivariable Control: A Geometric Approach(1974) 。 現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程美國(guó)的M. E. Merchant提出計(jì)算機(jī)集成制造的概念(1969) 現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程美國(guó)AR

13、PA計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)初步建成(1971) 現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程日本Fanuc公司研制出由加工中心和工業(yè)機(jī)器人組成的柔性制造單元(1976)現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程美國(guó)R. Brockett提出用微分幾何研討非線性控制系統(tǒng)(1976)，意大利A. Isidori出版(Nonlinear Control Systems) (1985)。 現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程加拿大G. Zames提出H 魯棒控制設(shè)計(jì)方法(1981年)現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程美國(guó)“哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)初次發(fā)射勝利(1981年) 現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程美國(guó)A. Bryson 和Y.C

14、 Ho 發(fā)表Applied Optimal Control(1969)。Y.C Ho 和X.R Cao等提出離散事件系統(tǒng)實(shí)際(1983) 現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程中國(guó)同意863高技術(shù)方案，包括自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)和智能機(jī)器人兩個(gè)主題(1986) 現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程IEEE Control Systems Award 獲得者 現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程第一臺(tái)火星探測(cè)器Sojourner在火星外表軟著陸(1996) 現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程 游覽者Voyager 一號(hào)，二號(hào)開場(chǎng)走出太陽(yáng)系， 對(duì)茫茫太空進(jìn)展探求 現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程

15、以機(jī)器人為單元的無人化工廠 現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程控制與管理一體化 現(xiàn) 代 控 制 自動(dòng)控制的開展歷程魯棒性：是指控制系統(tǒng)在一定構(gòu)造，大小的參數(shù)攝動(dòng)下，維持某些性能的特性。現(xiàn)代魯棒控制：是一個(gè)著重控制算法可靠性研討的控制器設(shè)計(jì)方法。常用的設(shè)計(jì)方法有：INA方法，同時(shí)鎮(zhèn)定，完好性控制器設(shè)計(jì)，魯棒控制，魯棒PID控制以及魯棒極點(diǎn)配置，魯棒觀測(cè)器等。魯棒控制以靜制動(dòng)魯 棒 控 制 自動(dòng)控制的現(xiàn)代技術(shù)魯棒控制方法適用于：穩(wěn)定性和可靠性作為首要目的的運(yùn)用，同時(shí)過程的動(dòng)態(tài)特性知且不確定要素的變化范圍可以預(yù)估。魯棒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要由高級(jí)專家完成。一旦設(shè)計(jì)勝利，就不需太多的人工干涉。另一方面，假設(shè)

16、要晉級(jí)或作艱苦調(diào)整，系統(tǒng)就要重新設(shè)計(jì)。魯 棒 控 制 自動(dòng)控制的現(xiàn)代技術(shù)模糊控制其實(shí)我很清楚一種利用模糊集合的實(shí)際來建立系統(tǒng)模型，設(shè)計(jì)控制器的新型方法模糊控制：模糊控制的中心：利用模糊集合實(shí)際，把人的控制戰(zhàn)略的自然言語(yǔ)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以接受的算法言語(yǔ)所描畫的控制算法，這種方法不僅能實(shí)現(xiàn)控制，而且能模擬人的思想方式對(duì)一些無法構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的被控對(duì)象進(jìn)展有效的控制。模 糊 控 制 自動(dòng)控制的現(xiàn)代技術(shù)模 糊 控 制 自動(dòng)控制的現(xiàn)代技術(shù)模糊控制的開展階段： 經(jīng)典模糊控制 自順應(yīng)模糊控制 專家模糊控制 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)模糊控制其實(shí)現(xiàn)方式： 由最初在微型機(jī)單片機(jī)上用軟件方法實(shí)現(xiàn)開展到運(yùn)用模糊控制開發(fā)出模糊

17、計(jì)算機(jī)進(jìn)展直接控制。專 家 系 統(tǒng) 自動(dòng)控制的現(xiàn)代技術(shù)專家系統(tǒng)(Expert System):是一個(gè)基于知識(shí)的智能推理系統(tǒng)，它涉及到對(duì)知識(shí)獲取、知識(shí)庫(kù)、推理控制機(jī)制以及智能人機(jī)接口的研討，是集人工智能和領(lǐng)域知識(shí)于一體的系統(tǒng)。專家系統(tǒng)身邊的專家任務(wù)原理：專家系統(tǒng)運(yùn)用人工智能技術(shù)，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)人類專家提供的特殊領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)展推理，仿真人類專家作決議的過程來處理那些需求專家知識(shí)才干處理的復(fù)雜問題。專 家 系 統(tǒng) 自動(dòng)控制的現(xiàn)代技術(shù)專家系統(tǒng)的表達(dá)式： 知識(shí)+推理=系統(tǒng)專家系統(tǒng)的組成：知識(shí)庫(kù)推理機(jī)知識(shí)獲取部分解釋接口專 家 系 統(tǒng) 自動(dòng)控制的現(xiàn)代技術(shù)專家系統(tǒng)主要構(gòu)造：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 自動(dòng)控制的現(xiàn)代技術(shù)人工

18、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network,ANN):是模擬人類腦神經(jīng)活動(dòng)的一種人工智能技術(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模擬人的神經(jīng)元神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 自動(dòng)控制的現(xiàn)代技術(shù)在這種網(wǎng)絡(luò)中，學(xué)習(xí)過程由正向傳播和反向傳播組成，在正向傳播過程中，輸入信號(hào)從輸入層經(jīng)隱層單元逐層處置，并傳向輸入層，每一層神經(jīng)元的形狀只影響下一層神經(jīng)元的形狀。假設(shè)在輸入層不能得到期望的輸出，那么轉(zhuǎn)入反向傳播，將輸入信號(hào)的誤差沿原來的銜接通路前往，經(jīng)過修正各層神經(jīng)元的權(quán)值，使得誤差信號(hào)最小。 任務(wù)原理：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 自動(dòng)控制的現(xiàn)代技術(shù)常用的根本戰(zhàn)略：監(jiān)視控制 直接逆控制 神經(jīng)元自順應(yīng)控制 特征和性質(zhì)： 非線性平行分布處置硬件實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)和自順應(yīng)性數(shù)據(jù)交融多變量系統(tǒng) 預(yù) 測(cè) 控 制 自動(dòng)控制的現(xiàn)代技術(shù)預(yù)測(cè)控制未卜先知預(yù)測(cè)控制:是近年來開展起來的一類新