機(jī)械控制理論基礎(chǔ)課件第1章緒論歷史

1、第二部分 自動(dòng)控制理論簡(jiǎn)史什么是自動(dòng)控制理論？什么是工程控制論？什么是自動(dòng)控制原理？什么是經(jīng)典控制理論？什么是現(xiàn)代控制理論？自動(dòng)控制理論 自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。它的發(fā)展初期是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)調(diào)節(jié)原理，隨著生產(chǎn)和科學(xué)的進(jìn)步現(xiàn)已發(fā)展為一門獨(dú)立的學(xué)科控制論。 控制論包括工程控制論、生物控制論和經(jīng)濟(jì)控制論。 工程控制論主要研究自動(dòng)控制系統(tǒng)中的信息變換和傳送的一般理論及其在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。自動(dòng)控制原理僅僅是工程控制論的一個(gè)分支。它只研究控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的一般理論。 根據(jù)自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的不同階段，自動(dòng)控制原理相應(yīng)分為“經(jīng)典控制理論”和“現(xiàn)代控制理論”兩大部分。經(jīng)典控制理

2、論 經(jīng)典控制理論是指五十年代末期所形成的理論體系，它主要是研究單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題，其理論基礎(chǔ)是描述系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的傳遞函數(shù)。多年來(lái)，經(jīng)典控制理論在工程實(shí)踐中得到了成功的應(yīng)用?，F(xiàn)代控制理論 現(xiàn)代控制理論是六十年代初期，為適應(yīng)宇航技術(shù)發(fā)展的需要而出現(xiàn)的新理論?，F(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)的研究和電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用大大地推進(jìn)了它的發(fā)展，目前現(xiàn)代控制理論正向大系統(tǒng)理論和人工智能理論等方面深入發(fā)展。 現(xiàn)代控制理論主要是研究具有高性能、高精度的多輸入多輸出、變參數(shù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題，如最優(yōu)控制、最優(yōu)濾波、自適應(yīng)控制等。描述系統(tǒng)的方法是基于系統(tǒng)狀態(tài)這一內(nèi)部特征量的狀態(tài)空間法。第一階段: 經(jīng)典(自動(dòng))

3、控制理論 經(jīng)典控制理論即古典控制理論,也稱為自動(dòng)控制理論。它的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)過(guò)程：一 萌芽階段 如果要追朔自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展歷史,早在兩千年前中國(guó)就有了自動(dòng)控制技術(shù)的萌芽?？刂评碚摰漠a(chǎn)生和發(fā)展要分為以下幾個(gè)發(fā)展階段：1. 兩千年前我國(guó)發(fā)明的 指南車，就是一種開 環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系 統(tǒng)。指南車2. 公元10861089年 （北宋哲宗元祐初年）， 我國(guó)發(fā)明的水運(yùn)儀象臺(tái)， 就是一種閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系 統(tǒng)。水運(yùn)儀象臺(tái)二 起步階段 隨著科學(xué)技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，到十八世紀(jì)，自動(dòng)控制技術(shù)逐漸應(yīng)用到現(xiàn)代工業(yè)中。其中最卓越的代表是瓦特（J.Watt）發(fā)明的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器，加速了第一次工業(yè)革命的步伐。瓦特三 發(fā)

4、展階段1. 1868年麥克斯韋爾（J.C.Maxwell）解決了蒸汽機(jī)調(diào)速 系統(tǒng)中出現(xiàn)的劇烈振蕩的不穩(wěn)定問(wèn)題，提出了簡(jiǎn)單的穩(wěn) 定性代數(shù)判據(jù)。麥克斯韋爾（J.C.Maxwell） 以反饋控制為其主要研究?jī)?nèi)容的自動(dòng)控制理論的歷史，若從目前公認(rèn)的第一篇理論論文, J.C.Maxwell在1868年發(fā)表的“論調(diào)節(jié)器”算起，至今不過(guò)一百多年。1895年勞斯（Routh）與胡爾維茨（Hurwitz）把麥克斯韋爾的思想擴(kuò)展到高階微分方程描述的更復(fù)雜的系統(tǒng)中,各自提出了兩個(gè)著名的穩(wěn)定性判據(jù)勞斯判據(jù)和胡爾維茨判據(jù)?；旧蠞M足了二十世紀(jì)初期控制工程師的需要。 胡爾維茨（Hurwitz）3.由于第二次世界大戰(zhàn)需要控

5、制系統(tǒng)具有準(zhǔn)確跟蹤與補(bǔ)償能力，1932年奈奎斯特（H.Nyquist）提出了頻域內(nèi)研究系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法，為具有高質(zhì)量的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和靜態(tài)準(zhǔn)確度的軍用控制系統(tǒng)提供了所需的分析工具。 奈奎斯特 Bell實(shí)驗(yàn)室的偉大貢獻(xiàn)：負(fù)反饋放大器及頻域理論的建立 在控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)理論建立之后，1928年1945年以美國(guó)AT&T公司Bell實(shí)驗(yàn)室(Bell Labs)的科學(xué)家們?yōu)楹诵?，又建立了控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的頻域方法。 Harold Black 1928年8月2日，Harold Black(1898-1983)，在前往Manhattan西街(West Street)的上班途中，在Hudson河的渡船Lack

6、awanna Ferry上靈光一閃，發(fā)明了在當(dāng)今控制理論中占核心地位的負(fù)反饋放大器。由于手頭沒(méi)有合適的紙張，他將其發(fā)明記在了一份紐約時(shí)報(bào)（The New York Times）上，這份早報(bào)已成為一件珍貴的文物診藏在AT&T的檔案館中。 Harold Black 當(dāng)時(shí)的Black年僅29歲，從Worcester Polytechnic Institute獲得電子工程學(xué)士，畢業(yè)剛六年，是西部電子公司工程部（這個(gè)部后來(lái)成為1925年成立的Bell Labs的核心）的工程師，正在從事電子管放大器的失真和不穩(wěn)定問(wèn)題的研究。Black首先提出了基于誤差補(bǔ)償?shù)那梆伔糯笃鳎诖嘶A(chǔ)上最終提出了負(fù)反饋放大器并對(duì)

7、其進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析。同年Black就其發(fā)明向?qū)＠痔岢隽碎L(zhǎng)達(dá)52頁(yè)126項(xiàng)的專利申請(qǐng)，但直到九年之后，當(dāng)Black和他在AT&T的同事們開發(fā)出實(shí)用的負(fù)反饋放大器和負(fù)反饋理論之后，Black才得到這項(xiàng)專利。 Harry Nyquist 反饋放大器的振蕩問(wèn)題給其實(shí)用化帶來(lái)了難以克服的麻煩。為此Harry Nyquist(1889-1976)和其他一些AT&T的通訊工程師介入了這一工作。Nyquist1917年在耶魯大學(xué)(Yale)獲物理學(xué)博士學(xué)位，有著極高的理論造詣。1932年Nyquist發(fā)表了包含著名的“乃奎斯特判據(jù)”(Nyquist criterion)的論文，并在1934年加入了Bell L

8、abs。Black關(guān)于負(fù)反饋放大器的論文發(fā)表在1934年，參考了Nyquist的論文和他的穩(wěn)定性判據(jù)。 Hendrik Bode(1905-1982） 這一時(shí)期，Bell實(shí)驗(yàn)室的另一位理論專家，Hendrik Bode(1905-1982)也和一些數(shù)學(xué)家開始對(duì)負(fù)反饋放大器的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行研究。Bode是一位應(yīng)用數(shù)學(xué)家，1926年在俄荷俄州立大學(xué)(Ohio State)獲碩士；1935年在哥倫比亞大學(xué)(Columbia University)獲物理學(xué)博士學(xué)位。1940年，Bode引入了半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，使頻率特性的繪制工作更加適用于工程設(shè)計(jì)。 H.Harris 1942年，H.Harris引入了傳遞函

9、數(shù)的概念。用方框圖、環(huán)節(jié)、輸入和輸出等信息傳輸?shù)母拍顏?lái)描述系統(tǒng)的性能和關(guān)系。這樣就把原來(lái)由研究反饋放大器穩(wěn)定性而建立起來(lái)的頻率法，更加抽象化了，因而也更有普遍意義，可以把對(duì)具體物理系統(tǒng)，如力學(xué)、電學(xué)、等的描述，統(tǒng)一用傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)等抽象的概念來(lái)研究。1925年英國(guó)電氣工程師O.亥維賽把拉普拉斯變換應(yīng)用到求解電網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題上，提出了運(yùn)算微積分。不久拉普拉斯變換就被應(yīng)用到分析自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)問(wèn)題上，并取得了顯著成效。傳遞函數(shù)就是在拉普拉斯變換的基礎(chǔ)上引入的。 至1945年，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的頻域方法，“波德圖”(Bode plots)方法，已基本建立了。 Bell實(shí)驗(yàn)室4.1948年伊萬(wàn)斯（W.R.Ev

10、ans）提出了復(fù)數(shù)域內(nèi)研究系統(tǒng)的根軌跡法。 根軌跡法和時(shí)域法，頻域法共同組成經(jīng)典控制理論的最核心部分。美國(guó)人W.R.Evans是根軌跡法的鼻祖。 他的兩篇論文： Graphical Analysisof Control System, AIEE Trans. Part II,67(1948),pp.547-551. Control System Synthesis by Root Locus Method, AIEE Trans. Part II,69(1950),pp.66-69 基本上建立起根軌跡法的完整理論。W.R.Evans Evans所從事的是飛機(jī)導(dǎo)航和控制，其中涉及許多動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)

11、定問(wèn)題，因此其已經(jīng)又回到70多年前Maxwell和Routh曾做過(guò)的特征方程的研究工作。但Evans用系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)特征方程的根變化軌跡來(lái)研究，開創(chuàng)了新的思維和研究方法。四 標(biāo)志階段 1.1947年控制論的奠基人美國(guó)數(shù)學(xué)家維納（N.Weiner）把控制論引起的自動(dòng)化同第二次產(chǎn)業(yè)革命聯(lián)系起來(lái)，并于1948年出版了控制論關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制與通訊的科學(xué)，書中論述了控制理論的一般方法，推廣了反饋的概念，為控制理論這門學(xué)科奠定了基礎(chǔ)?？刂普撝妇S納2.我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森將控制理論應(yīng)用于工程實(shí)踐，并與1954年出版了工程控制論。錢學(xué)森 從四十年代到五十年代末，經(jīng)典控制理論的發(fā)展與應(yīng)用使整個(gè)世界的科學(xué)

12、水平出現(xiàn)了巨大的飛躍，幾乎在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸及國(guó)防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域都廣泛采用了自動(dòng)化控制技術(shù)。（可以說(shuō)工業(yè)革命和戰(zhàn)爭(zhēng)促使了經(jīng)典控制理論的發(fā)展）。第二階段 現(xiàn)代控制理論 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不僅需要迅速地發(fā)展控制理論，而且也給現(xiàn)代控制理論的發(fā)展準(zhǔn)備了兩個(gè)重要的條件現(xiàn)代數(shù)學(xué)和數(shù)字計(jì)算機(jī)。 現(xiàn)代數(shù)學(xué)，例如泛函分析、現(xiàn)代代數(shù)等，為現(xiàn)代控制理論提供了多種多樣的分析工具；而數(shù)字計(jì)算機(jī)為現(xiàn)代控制理論發(fā)展提供了應(yīng)用的平臺(tái)。 在二十世紀(jì)五十年代末開始，隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，推動(dòng)了核能技術(shù)、空間技術(shù)的發(fā)展，從而推動(dòng)了對(duì)出現(xiàn)的多輸入多輸出系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)的研究。 1.五十年代后期，貝爾曼（Bellman）等人

13、提出了狀態(tài)分析法；在1957年提出了動(dòng)態(tài)規(guī)劃。2.1959年卡爾曼（Kalman）和布西創(chuàng)建了卡爾曼濾波理論；1960年在控制系統(tǒng)的研究中成功地應(yīng)用了狀態(tài)空間法，并提出了可控性和可觀測(cè)性的新概念?？柭?. 羅森布洛克（H.H.Rosenbrock）、歐文斯（D.H.Owens）和麥克法輪（G.J.MacFarlane）研究了使用于計(jì)算機(jī)輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的現(xiàn)代頻域法理論，將經(jīng)典控制理論傳遞函數(shù)的概念推廣到多變量系統(tǒng)，并探討了傳遞函數(shù)矩陣與狀態(tài)方程之間的等價(jià)轉(zhuǎn)換關(guān)系，為進(jìn)一步建立統(tǒng)一的線性系統(tǒng)理論奠定了基礎(chǔ)。3. 1961年龐特里亞金（俄國(guó)人）提出了極小（大）值原理。龐特里亞金 L.S.Pont

14、ryagin5. 20世紀(jì)70年代奧斯特隆姆（瑞典）和朗道（法國(guó)，L.D.Landau）在自適應(yīng)控制理論和應(yīng)用方面作出了貢獻(xiàn)。 與此同時(shí)，關(guān)于系統(tǒng)辨識(shí)、最優(yōu)控制、離散時(shí)間系統(tǒng)和自適應(yīng)控制的發(fā)展大大豐富了現(xiàn)代控制理論的內(nèi)容。 朗道L.D.Landau第三階段 魯棒控制理論階段 1. 由于現(xiàn)代數(shù)學(xué)的發(fā)展，結(jié)合著H2和H等范數(shù)而 出現(xiàn)了H2和H控制，還有逆系統(tǒng)控制等方法。2. 20世紀(jì)70年代末，控制理論向著“大系統(tǒng)理論”、 “智能控制理論”和“復(fù)雜系統(tǒng)理論”的方向發(fā)展。大系統(tǒng)理論：用控制和信息的觀點(diǎn)，研究各種大系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)方案、總體設(shè)計(jì)中的分解方法和協(xié)調(diào)等 問(wèn)題的技術(shù)基礎(chǔ)理論。復(fù)雜大系統(tǒng)控制智能控

15、制理論：研究與模擬人類智能活動(dòng)及其控制與信 息傳遞過(guò)程的規(guī)律，研制具有某些擬人 智能 的工程控制與信息處理系統(tǒng)的理論。洗衣機(jī)智能模糊控制機(jī)器人神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制復(fù)雜系統(tǒng)理論：把系統(tǒng)的研究拓廣到開放復(fù)雜巨系統(tǒng)的范 籌，以解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制為目標(biāo)。 回顧控制理論的發(fā)展歷程可以看出，它的發(fā)展過(guò)程反映了人類由機(jī)械化時(shí)代進(jìn)入電氣化時(shí)代，并走向自動(dòng)化、信息化、智能化時(shí)代。復(fù)雜航天器控制現(xiàn)代控制理論與經(jīng)典控制理論的差異 經(jīng)典控制理論 現(xiàn)代控制理論 研究對(duì)象單輸入單輸出系統(tǒng)(SISO)高階微分方程 多輸入多輸出系統(tǒng)(MIMO) :一階微分方程 研究方法傳遞函數(shù)法(外部描述) 狀態(tài)空間法(內(nèi)部描述) 研究工具拉普拉斯

16、變換 線性代數(shù)矩陣 分析方法頻域(復(fù)域),頻率響應(yīng)和根軌跡法 復(fù)域、實(shí)域，可控和可觀測(cè) 設(shè)計(jì)方法PID控制和校正網(wǎng)絡(luò) 狀態(tài)反饋和輸出反饋 其他 頻率法的物理意義直觀、實(shí)用，難于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制 易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和最優(yōu)控制 現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用 比起經(jīng)典控制理論, 現(xiàn)代控制理論考慮問(wèn)題更全面、更復(fù)雜,主要表現(xiàn)在考慮系統(tǒng)內(nèi)部之間的耦合,系統(tǒng)外部的干擾,但符合從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的規(guī)律?，F(xiàn)代控制理論已經(jīng)應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸及國(guó)防建設(shè)等各個(gè)領(lǐng)域。倒立擺穩(wěn)定控制單級(jí)倒立擺穩(wěn)定控制二級(jí)倒立擺穩(wěn)定控制導(dǎo)彈穩(wěn)定控制空空導(dǎo)彈穩(wěn)定控制地空導(dǎo)彈穩(wěn)定控制航天器控制月球車控制衛(wèi)星控制機(jī)器人控制空間機(jī)器人控制足球機(jī)器人控制第二部

17、分結(jié)束 指南車與司南、指南針等相比在指南的原理上截然不同。它的車箱里裝著非常巧妙而復(fù)雜的機(jī)械。是一種雙輪獨(dú)轅車。它的中央有一個(gè)大平輪，木頭人就豎立在上面。在大平輪兩旁，裝著很多小齒輪。如果車子向左轉(zhuǎn)，右邊的車輪就會(huì)帶動(dòng)小齒輪，小齒輪再帶動(dòng)大平輪，使大平輪相反地向右轉(zhuǎn)。如果車子向右轉(zhuǎn)，同樣地，大平輪則向左轉(zhuǎn)。因此，只要指南車開動(dòng)以前，先讓木頭人的右手指向南方，以后車子不論是向左轉(zhuǎn)還是向右轉(zhuǎn)，木頭人的右手就總是指向南方。指南車是利用齒輪的原理造成的。這種齒輪傳動(dòng)類似現(xiàn)代汽車用的差動(dòng)齒輪，相當(dāng)于汽車中差動(dòng)齒輪的逆向使用原理。這種指南車，可以說(shuō)是世界上最早的自動(dòng)化設(shè)備。 指南車 指南車是我國(guó)古代偉大的

18、發(fā)明之一，也是世界上最早的控制論機(jī)械之一。用英國(guó)著名科學(xué)史專家李約瑟的話說(shuō)，中國(guó)古代的指南車“可以說(shuō)是人類歷史上邁向控制論機(jī)器的第一步”，是人類“第一架體內(nèi)穩(wěn)定機(jī)”。 整個(gè)水運(yùn)儀象臺(tái)高12米，寬7米，共分3層，相當(dāng)于一幢四層樓的建筑物。最上層的板屋內(nèi)放置著1臺(tái)渾儀， 屋的頂板可以自由開啟，平時(shí)關(guān)閉屋頂，以防雨淋，這已經(jīng)具有現(xiàn)代天文觀測(cè)室的雛型了；中層放置著一架渾象；下層又可分成五小層木閣，每小層木閣內(nèi)均安排了若干個(gè)木人，5層共有162個(gè)木人，它們各司其職：每到一定的時(shí)刻，就會(huì)有木人自行出來(lái)打鐘、擊鼓或敲打樂(lè)器、報(bào)告時(shí)刻、指示時(shí)辰等。在木閣的后面放置著精度很高的兩級(jí)漏刻和一套機(jī)械傳動(dòng)裝置，可以說(shuō)

19、這里是整個(gè)水運(yùn)儀象臺(tái)的“心臟”部分，用漏壺的水沖動(dòng)機(jī)輪，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置，渾儀、渾象和報(bào)時(shí)裝置便會(huì)按部就班地動(dòng)作起來(lái)。 這臺(tái)儀器的制造水平堪稱一絕，充分體現(xiàn)了我國(guó)古代人民的聰明才智和富于創(chuàng)造的精神。水運(yùn)儀象臺(tái) 水運(yùn)儀象臺(tái)是我國(guó)古代一種大型的天文儀器，由宋朝天文學(xué)家蘇頌等人創(chuàng)建。它是集觀測(cè)天象的渾儀、演示天象的渾象、計(jì)量時(shí)間的漏刻和報(bào)告時(shí)刻的機(jī)械裝置于一體的綜合性觀測(cè)儀器，實(shí)際上是一座小型的天文臺(tái)。 到此為止，瓦特完成了對(duì)蒸汽機(jī)的整套發(fā)明過(guò)程。經(jīng)過(guò)他的一系列重大的發(fā)明和改進(jìn)，使蒸汽機(jī)的效率提高到原來(lái)紐科門機(jī)的3倍多，而且配套齊全、性能優(yōu)良、切合實(shí)用。瓦特由此博得了第一部現(xiàn)代蒸汽機(jī)高效率瓦特蒸汽機(jī)的發(fā)

20、明者稱號(hào)。 瓦特JamesWatt （JamesWatt,17361819）英國(guó)發(fā)明家、工程師。1736年1月19日生于蘇格蘭的一個(gè)小鎮(zhèn)格里諾克。1753年他在家鐘表店學(xué)手藝。15歲學(xué)完了物理學(xué)原理并獲得了豐富的木工、金屬冶煉和加工等工藝技術(shù)。1753年他在一家鐘表店學(xué)手藝。 1753年又跟有名的機(jī)械師摩爾根當(dāng)學(xué)徒。經(jīng)過(guò)刻苦學(xué)習(xí)，努力實(shí)踐，他已能制造難度較高的象限儀、羅盤、經(jīng)緯儀等。1756年在格拉斯哥大學(xué)當(dāng)了儀器修理員。1765年發(fā)明了把冷凝過(guò)程從汽缸中分離出來(lái)的分離式冷凝器。冷凝器的發(fā)明在蒸汽機(jī)的發(fā)展中起了關(guān)鍵性的作用。1768年他制成了一臺(tái)單動(dòng)作蒸汽機(jī) 。1781年，他發(fā)明了行星式齒輪，

21、將蒸汽機(jī)活塞的往運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 1782年他發(fā)明了大動(dòng)力的“雙動(dòng)作蒸汽機(jī)”并獲得專利。 1784年他發(fā)明了平行運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，解決了雙動(dòng)作蒸汽機(jī)的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。1788年他發(fā)明了離心式調(diào)速器和節(jié)氣閥，用來(lái)自動(dòng)控制蒸汽機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。1790年發(fā)明了蒸汽機(jī)配套用壓力計(jì)。 為貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的工程師，在熱噪聲(Johnson-Nyquist noise)和反饋放大器穩(wěn)定性方面做出了很大的貢獻(xiàn)。他早期的理論性工作：關(guān)于確定傳輸信息的需滿足的帶寬要求，在貝爾系統(tǒng)技術(shù)期刊上發(fā)表了影響電報(bào)速度傳輸速度的因素文章，為后來(lái)香農(nóng)的信息論奠定了基礎(chǔ)。 1927年，奈奎斯特確定了如果對(duì)某一帶寬的有限時(shí)間連續(xù)信號(hào)（模擬信號(hào)）

22、進(jìn)行抽樣，且在抽樣率達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，根據(jù)這些抽樣值可以在接收端準(zhǔn)確地恢復(fù)原信號(hào)。為不使原波形產(chǎn)生“半波損失”，采樣率至少應(yīng)為信號(hào)最高頻率的兩倍，這就是著名的奈奎斯特采樣定理。奈奎斯特1928年發(fā)表了電報(bào)傳輸理論的一定論題。 1954年，他從貝爾實(shí)驗(yàn)室退休。奈奎斯特 奈奎斯特，美國(guó)物理學(xué)家，1889年出生在瑞典。1976年在德克薩斯逝世。奈奎斯特對(duì)信息論做出了重大的貢獻(xiàn)。奈奎斯特1907年移民到美國(guó)并于1912年進(jìn)入北達(dá)克塔大學(xué)學(xué)習(xí)。1917年在耶魯大學(xué)獲得物理學(xué)博士學(xué)位。1917年1934年在AT&T公司工作，后轉(zhuǎn)入貝爾電話實(shí)驗(yàn)室工作。 物理、電學(xué)了。他19歲時(shí)取得了哈佛大學(xué)數(shù)學(xué)和哲學(xué)兩個(gè)博士

23、學(xué)位，后來(lái)又到德國(guó)、英國(guó)學(xué)習(xí)，拜著名哲學(xué)家羅素、數(shù)學(xué)家希爾伯特為師，進(jìn)一步深造。 維納已是一個(gè)很有名的數(shù)學(xué)家了，但他對(duì)其他學(xué)科也很有興趣。在第二次世界大戰(zhàn)末期，有兩個(gè)大問(wèn)題特別引起了他的興趣，一個(gè)是電子計(jì)算機(jī)，另一個(gè)是火炮命中率問(wèn)題。 維納和一位年輕工程師合作，從駕駛汽車這種簡(jiǎn)單的動(dòng)作中發(fā)現(xiàn)，人是采用了一種叫“反饋”的控制方法，使汽車按要求行駛。維納又請(qǐng)來(lái)了神經(jīng)專家進(jìn)行共同研究，發(fā)現(xiàn)機(jī)器和人的控制機(jī)能有相似之處。后來(lái)，維納又和許多有名科學(xué)家進(jìn)行討論，聽取對(duì)方的批評(píng)意見，甚至是“攻擊”意見，終于于1948年把自己的研究成果發(fā)表了出來(lái)，叫控制論。維納 維納生于哥倫比亞市一個(gè)猶太人家里。維納4歲開始

24、讀書。9歲時(shí)讀中學(xué)，12歲進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)他的數(shù)學(xué)知識(shí)已超過(guò)大學(xué)一年級(jí)學(xué)生的水平，所以轉(zhuǎn)而熱衷于研究化學(xué)、信息時(shí)代之父控制論之父維納：控制學(xué)科的鼻祖1894年11月26日維納出生在美國(guó)密蘇里州哥倫比亞市的一個(gè)猶太人的家庭中。他的父親是哈佛大學(xué)的語(yǔ)言教授。維納自幼聰慧，1906年（12歲）便進(jìn)入塔夫茲學(xué)院（Tufts University)學(xué)習(xí)，1909年（15歲）時(shí)獲數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位。1913年（19歲）以關(guān)于數(shù)理邏輯的論文獲哈佛大學(xué)博士學(xué)位。 維納：控制學(xué)科的鼻祖1933年任美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士（39歲）， 1948年發(fā)表了劃時(shí)代的著作控制論。 控制論的基本含義是：現(xiàn)代的自動(dòng)機(jī)器和人 都是由感覺(jué)裝置(

25、器官)、動(dòng)作裝置(器官)、 傳遞信息的系統(tǒng)(神經(jīng)系統(tǒng))所組成的一種系統(tǒng)。自動(dòng)機(jī)器和人都是在接收、處理、傳遞和存貯信息，并利用信息去完成動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)與外界的聯(lián)系。在系統(tǒng)工作中，反饋控制給定控制信號(hào)使動(dòng)作裝置(器官)動(dòng)作。動(dòng)作結(jié)果由感覺(jué)裝置(器官)檢測(cè)出來(lái)，并反饋回去與給定信號(hào)相比較。如果比較有偏差，偏差信號(hào)會(huì)繼續(xù)控制動(dòng)作裝置(器官)動(dòng)作，直到偏差信號(hào)消失為止。維納：控制學(xué)科的鼻祖更簡(jiǎn)單地說(shuō)：控制論指的是感覺(jué)和機(jī)器方面的控制和通訊?？刂普摼褪茄芯縿?dòng)物 （包括人類）、自動(dòng)機(jī)器和有機(jī)體的控制和通訊的理論。 維納曾在1935年受邀在清華大學(xué)擔(dān)任數(shù)學(xué)系和電機(jī)系教授，他將在清華任客座教授的1935年作為創(chuàng)立控

26、制論的起點(diǎn)，正是在清華與李郁榮合作研制濾波器時(shí)，開始了對(duì)控制論的研究，實(shí)現(xiàn)了從純數(shù)學(xué)領(lǐng)域向機(jī)電工程和技術(shù)科學(xué)的轉(zhuǎn)變。 1955年回國(guó)。1955年至1964年任中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所所長(zhǎng)、研究員，國(guó)防部第五研究院院長(zhǎng)。1965年至1970年任第七機(jī)械工業(yè)部副部長(zhǎng)。1970年至1982年任國(guó)防科工委科學(xué)技術(shù)委員會(huì)副主任，中國(guó)科協(xié)副主席。還歷任中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)第一、二屆理事長(zhǎng)，中國(guó)宇航學(xué)會(huì)、中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)、中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)名譽(yù)會(huì)長(zhǎng)，中科院主席團(tuán)執(zhí)行主任、數(shù)學(xué)物理學(xué)部委員。1986年至1991年5月任中國(guó)科協(xié)第三屆全委會(huì)主席。1991年5月在中國(guó)科協(xié)第四次全國(guó)代表大會(huì)上當(dāng)選為科協(xié)名譽(yù)主席。1992年4月被聘

27、為中科院學(xué)部主席團(tuán)名譽(yù)主席。1994年6月當(dāng)選為中國(guó)工程院院士。 錢學(xué)森 錢學(xué)森，1911年12月11日生，浙江杭州人，1959年8月加入中國(guó)共產(chǎn)黨，博士學(xué)位。 1929年至1934年在交通大學(xué)機(jī)械工程系學(xué)習(xí)。1935年至1939年在美國(guó)麻省理工學(xué)院航空工程系學(xué)習(xí)，獲碩士學(xué)位。1936年至1939年在美國(guó)加州理工學(xué)院航空與數(shù)學(xué)系學(xué)習(xí)，獲博士學(xué)位。1939年至1943年任美國(guó)加州理工學(xué)院航空系研究員。1943年至1945年任美國(guó)加州理工學(xué)院航空系助理教授（其間：1940年至1945年為四川成都航空研究所通信研究員）。1945年至1946年任美國(guó)加州理工學(xué)院航空系副教授。1946年至1949年任美國(guó)麻省理工學(xué)院航空系副教授、空氣動(dòng)力學(xué)教授。1949年至1955年任美國(guó)加州理工學(xué)院噴氣推進(jìn)中心主任、教授。 1957年于哥倫比亞大學(xué)獲得博士學(xué)位。在現(xiàn)代控制理論中的卡爾曼濾波器，正是源于他的博士論文和1960年發(fā)表的論文A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems（線性濾波與預(yù)測(cè)問(wèn)題的新方法）?？柭?卡爾曼全名Rudolf Em