自動(dòng)化專業(yè)概論課件 2

第二章自動(dòng)化的概念

和發(fā)展簡史

2.1控制和自動(dòng)化的概念現(xiàn)代社會(huì)和現(xiàn)代生活離不開對(duì)一些物理量的控制，包括實(shí)現(xiàn)對(duì)這種控制的自動(dòng)化。第二章自動(dòng)化的概念

和發(fā)展簡史2.1控制和自動(dòng)1

各種現(xiàn)代火炮的俯仰角和方位角都是自動(dòng)控制的，特別用雙雷達(dá)控制的防空導(dǎo)彈可以自動(dòng)跟蹤高空的飛行目標(biāo)進(jìn)行命中爆炸，如圖2.1所示。各種現(xiàn)代火炮的俯仰角和方位角都是自動(dòng)控制的，特別2圖2.1防空導(dǎo)彈的制導(dǎo)1—目標(biāo)跟蹤雷達(dá)；2—導(dǎo)彈導(dǎo)引雷達(dá)；3—計(jì)算機(jī)；4—導(dǎo)彈發(fā)射架312??????目標(biāo)交會(huì)點(diǎn)4圖2.1防空導(dǎo)彈的制導(dǎo)1—目標(biāo)跟蹤雷達(dá)；2—導(dǎo)彈導(dǎo)引雷達(dá)3

自動(dòng)化(Automation):表示機(jī)器或設(shè)備在無人干預(yù)的情況下，按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)進(jìn)行操作或控制以達(dá)到預(yù)定的要求。圖2.2(a)和(b)是水溫的手動(dòng)控制漫畫和采用自動(dòng)控制的示意圖。自動(dòng)化(Automation):表示機(jī)器或設(shè)備在無人干4圖2.2水溫的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的示意圖(a)手動(dòng)控制漫畫圖2.2水溫的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的示意圖(a)手動(dòng)控5?調(diào)節(jié)記錄儀溫水測溫計(jì)冷水蒸汽調(diào)節(jié)閥(b)自動(dòng)控制圖2.2水溫的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的示意圖?調(diào)節(jié)記錄儀溫水測溫計(jì)冷水蒸汽調(diào)節(jié)閥(b)自動(dòng)控制圖2.6

自動(dòng)化是一個(gè)涉及學(xué)科較多、應(yīng)用廣泛的綜合性科學(xué)技術(shù)，歸屬于控制科學(xué)與工程的范疇。自動(dòng)化的研究內(nèi)容有自動(dòng)控制和信號(hào)處理兩個(gè)方面，包括理論、方法、應(yīng)用硬件和軟件等。自動(dòng)化是新的技術(shù)革命的一個(gè)重要方面。自動(dòng)化是一個(gè)涉及學(xué)科較多、應(yīng)用廣泛的7

2.2我國古代自動(dòng)裝置

⑴指南車

2.2我國古代自動(dòng)裝置8車身齒輪系木人車輛轉(zhuǎn)彎方向圖2.3指南車方向自動(dòng)裝置框圖車身齒輪系木人車輛方向圖2.3指南車方向自動(dòng)裝置框圖9

⑵銅壺滴漏

⑶飲酒速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)⑷計(jì)里鼓車⑸漏水轉(zhuǎn)渾天儀⑹候風(fēng)地動(dòng)儀⑺水運(yùn)儀象臺(tái)⑵銅壺滴漏102.3控制和自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展簡史

控制和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)歷史時(shí)期。

2.3控制和自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展簡史控制和自動(dòng)化技11⑴古代自動(dòng)裝置⑵近代自動(dòng)裝置2.3.1自動(dòng)裝置的出現(xiàn)和應(yīng)用(18世紀(jì)以前)⑴古代自動(dòng)裝置2.3.1自動(dòng)裝置的出現(xiàn)122.3.2自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期（18世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代）

公元1788年英國機(jī)械師J.瓦特(Watt)發(fā)明離心式調(diào)速器，并把它與蒸汽機(jī)的閥門連接進(jìn)來，構(gòu)成蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。2.3.2自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期（18世紀(jì)末至20世紀(jì)3013

這項(xiàng)發(fā)明對(duì)第一次工業(yè)革命和控制理論后來的發(fā)展有重要影響。

⑴自動(dòng)調(diào)節(jié)的廣泛應(yīng)用⑵自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題這項(xiàng)發(fā)明對(duì)第一次工業(yè)革命和控制理論后來的發(fā)展有重14圖2.4對(duì)象和調(diào)節(jié)器形成調(diào)節(jié)系統(tǒng)蒸汽源蒸汽負(fù)荷離心式調(diào)速器轉(zhuǎn)速測量進(jìn)汽-+圖2.4對(duì)象和調(diào)節(jié)器形成調(diào)節(jié)系統(tǒng)蒸汽源蒸汽負(fù)荷離心式轉(zhuǎn)速15⑶反饋控制和頻率法圖2.5反饋調(diào)節(jié)（控制）系統(tǒng)調(diào)節(jié)器（控制器）被控對(duì)象輸出變量

控制量前向通道誤差

輸入變量（給定規(guī)律）反饋通道-+⑶反饋控制和頻率法圖2.5反饋調(diào)節(jié)（控制）系統(tǒng)調(diào)節(jié)器被162.3.3局部自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)40～50年代)

在第二次世界大戰(zhàn)期間，為了防空火力控制系統(tǒng)和飛機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)等軍事技術(shù)問題，各國科學(xué)家設(shè)計(jì)出各種精密的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，開創(chuàng)了防空火力系統(tǒng)和控制這一新的科學(xué)領(lǐng)域。2.3.3局部自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)40～50年代)17目標(biāo)方向敏感元件計(jì)算機(jī)定位伺服機(jī)構(gòu)跟蹤誤差跟蹤環(huán)路瞄準(zhǔn)環(huán)路視線瞄準(zhǔn)誤差火炮瞄準(zhǔn)命令火炮方向圖2.6自動(dòng)防空火力控制系統(tǒng)原理圖目標(biāo)方向敏感元件計(jì)算機(jī)定位伺服機(jī)構(gòu)跟蹤誤差跟蹤環(huán)路瞄準(zhǔn)環(huán)路視18伺服機(jī)構(gòu)（控制繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)）伺服機(jī)構(gòu)（控制仰角）炮管中心

線視線計(jì)算機(jī)指揮儀敏感元件圖2.7自動(dòng)防空火力控制系統(tǒng)伺服機(jī)構(gòu)（控制伺服機(jī)構(gòu)炮視線計(jì)算機(jī)指揮儀敏感元件圖2.7192.3.3.1經(jīng)典控制理論的形成和發(fā)展

在代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)、傳遞函數(shù)和頻率法判據(jù)的基礎(chǔ)上，再加上W.埃文斯1948年提出的根軌跡法，奠定了適宜用于單變量控制問題的經(jīng)（古）典控制理論的基礎(chǔ)。經(jīng)典控制理論→單變量控制問題2.3.3.1經(jīng)典控制理論的形成和發(fā)展在代數(shù)穩(wěn)20

頻率法(或稱頻域法）成為分析和設(shè)計(jì)線性單變量自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要方法。早期，反饋控制系統(tǒng)一般稱為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，后稱為自動(dòng)控制系統(tǒng)。因此，調(diào)節(jié)器現(xiàn)在也稱為控制器。頻率法(或稱頻域法）成為分析和設(shè)計(jì)線性單變量自動(dòng)21

1945年，美國數(shù)學(xué)家、控制理論專家N.維納把反饋的概念推廣到生物等一些控制系統(tǒng)。

1948年他出版了名著《控制論》一書，為控制理論的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1945年，美國數(shù)學(xué)家、控制理論專家N.維納把反22

1954年，中國科學(xué)家錢學(xué)森全面地總結(jié)和提高了經(jīng)典控制理論，在美國出版了用英語撰寫的、在世界上很有影響的《工程控制論》(EngineeringCybernetics)一書。1954年，中國科學(xué)家錢學(xué)森全面地總結(jié)和提高了經(jīng)232.3.3.2局部自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用

第二次世界大戰(zhàn)后，在工業(yè)上已廣泛應(yīng)用PID調(diào)節(jié)器，并用電子模擬計(jì)算機(jī)(ElectronicAnalogComputer)來設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)。2.3.3.2局部自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用第二次世界242.3.3.3電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)明

1943～1946年，美國電氣工程師J.?？嗣?Eckert)和物理學(xué)家J.莫奇利(Mauchly)為美國陸軍研制成世界上第一臺(tái)基于電子管的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)(ElectronicDigitComputer)——電子數(shù)字積分和自動(dòng)計(jì)數(shù)器(ENIAC)。2.3.3.3電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)明1943～1252.3.4綜合自動(dòng)化時(shí)期（20世紀(jì)50年代末起至今）

復(fù)雜工業(yè)過程和航天、航海技術(shù)的自動(dòng)控制問題，都是多變量控制系統(tǒng)的分析和綜合問題，迫切需要加以解決。2.3.4綜合自動(dòng)化時(shí)期（20世紀(jì)50年代末起至今）26

但經(jīng)典的控制理論的直接應(yīng)用遇到了困難。

20世紀(jì)70年代微處理機(jī)的出現(xiàn)對(duì)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)起了重大的推動(dòng)作用。但經(jīng)典的控制理論的直接應(yīng)用遇到了困難。272.3.4.1現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展

公元1956年，前蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家JI.龐特里亞金提出極大值原理。同年美國數(shù)學(xué)家R.貝爾曼創(chuàng)立動(dòng)態(tài)規(guī)劃。兩者為解決最優(yōu)控制問題提供了理論工具。2.3.4.1現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展公元128

1960年美國數(shù)學(xué)家R.卡爾曼提出能控性和能觀性兩個(gè)概念，揭示了系統(tǒng)的內(nèi)在屬性?，F(xiàn)代控制理論迅速發(fā)展，形成了多個(gè)重要分支?，F(xiàn)代控制理論→多變量控制問題1960年美國數(shù)學(xué)家R.卡爾曼提出能控性和能觀性兩29

⑴系統(tǒng)辨識(shí)、建模與仿真,系統(tǒng)辨識(shí)是根據(jù)系統(tǒng)輸入、輸出數(shù)據(jù)為系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型的理論和方法。⑵自適應(yīng)控制和自校正控制器⑶遙測、遙控和遙感20世紀(jì)20年代，遙測和遙控開始在鐵路信號(hào)和道岔控制上實(shí)際應(yīng)用。⑴系統(tǒng)辨識(shí)、建模與仿真,系統(tǒng)辨識(shí)30被控對(duì)象自適應(yīng)控制器反饋控制器校正作用輸出干擾控制輸入圖2.8自適應(yīng)控制框圖被控對(duì)象自適應(yīng)控制器反饋控制器校正作用輸出干擾控制輸入圖2.31被控對(duì)象辨識(shí)器反饋控制器參數(shù)輸出干擾控制輸入圖2.9自校正控制框圖被控對(duì)象辨識(shí)器反饋控制器參數(shù)輸出干擾控制輸入圖2.9自校正32

⑷綜合自動(dòng)化20世紀(jì)50年代末到60年代初，開始出現(xiàn)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的工廠，20世紀(jì)60年代末在制造工業(yè)中出現(xiàn)了許多自動(dòng)生產(chǎn)線，工業(yè)生產(chǎn)開始由局部自動(dòng)化向綜合（全盤）自動(dòng)化方向發(fā)展。⑷綜合自動(dòng)化20世紀(jì)50年代末到60年代33

⑸大系統(tǒng)理論的誕生大系統(tǒng)理論的重要作用在于對(duì)大系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化和控制優(yōu)化，通過分解—協(xié)調(diào)以較短時(shí)間計(jì)算出優(yōu)化結(jié)果，使需要在線及時(shí)求取的大系統(tǒng)優(yōu)化解并實(shí)施優(yōu)化控制成為可能。大系統(tǒng)：規(guī)模宏大或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)⑸大系統(tǒng)理論的誕生大系統(tǒng)理論的重要作用在于34

⑹模式識(shí)別和人工知能使用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)并使它能直接接受和處理各種自然的模式消息，如語言、文字、圖像、景物等，稱為“模式識(shí)別”，如對(duì)汽車牌照的識(shí)別以控制和管理交通，對(duì)指印的識(shí)別以甄別罪犯，對(duì)漢字的識(shí)別以實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化等。⑹模式識(shí)別和人工知能使用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)并35

⑺智能控制系統(tǒng)的誕生隨著人工智能研究的發(fā)展，人們開始將人工智能引入到自動(dòng)控制系統(tǒng)，形成智能控制系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是具有智能，能解決一些以往的自動(dòng)控制技術(shù)解決得不好或者不能解決的控制問題。智能控制系統(tǒng)：具有一定人類智能功能的系統(tǒng)⑺智能控制系統(tǒng)的誕生隨著人工智能研究的發(fā)36

它將人工智能中的專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制、模糊邏輯控制和具有多層感知器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等分別與自動(dòng)控制和系統(tǒng)工程的一些方法相結(jié)合，形成一些新的、具有獨(dú)特性能的智能自動(dòng)控制系統(tǒng)，例如智能機(jī)器人便是一例。智能控制理論→復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題它將人工智能中的專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制、模糊邏輯控制372.4中國的自動(dòng)化教育和科研機(jī)構(gòu)

自從1950年在上海交通大學(xué)為電機(jī)系本科生和研究生開設(shè)“伺服機(jī)構(gòu)原理”課程以后，1953年在高等院校電機(jī)（力）系開始逐步設(shè)置了“工業(yè)企業(yè)電氣化”專業(yè)（自動(dòng)化專業(yè)的前身）。2.4中國的自動(dòng)化教育和科研機(jī)構(gòu)自從19538

該專業(yè)的課程設(shè)置中有“自動(dòng)調(diào)節(jié)理論”課程，即現(xiàn)在的“自動(dòng)控制理論”課程。當(dāng)時(shí)類似課程在電類其他專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中也都設(shè)置了，如在“發(fā)電”專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中設(shè)置有“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”課程以及“電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)學(xué)”（即遠(yuǎn)距離測量和控制學(xué)）。該專業(yè)的課程設(shè)置中有“自動(dòng)調(diào)節(jié)理論”39

這兩個(gè)自動(dòng)化類專業(yè)為中國培養(yǎng)了大批專業(yè)人才。

1957年中國科學(xué)院成立了自動(dòng)化研究所，20世紀(jì)60年代中葉又成立了中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所。這兩個(gè)自動(dòng)化類專業(yè)為中國培養(yǎng)了大批專業(yè)40

以控制論專家錢學(xué)森、張鐘俊、鐘士模、郎世俊和關(guān)肇直為代表的老一輩自動(dòng)控制專家對(duì)中國的自動(dòng)化教育和自動(dòng)控制理論發(fā)展以及在國防上的應(yīng)用作出了極其重要的貢獻(xiàn)。以控制論專家錢學(xué)森、張鐘俊、鐘士模、郎世俊和關(guān)肇41

在他們的教育、培養(yǎng)和帶動(dòng)下，新一代的自動(dòng)控制專家茁壯成長，其中涌現(xiàn)了一批科學(xué)院院士和工程院院士。在他們的教育、培養(yǎng)和帶動(dòng)下，新一代的42第二章自動(dòng)化的概念

和發(fā)展簡史

2.1控制和自動(dòng)化的概念現(xiàn)代社會(huì)和現(xiàn)代生活離不開對(duì)一些物理量的控制，包括實(shí)現(xiàn)對(duì)這種控制的自動(dòng)化。第二章自動(dòng)化的概念

和發(fā)展簡史2.1控制和自動(dòng)43

各種現(xiàn)代火炮的俯仰角和方位角都是自動(dòng)控制的，特別用雙雷達(dá)控制的防空導(dǎo)彈可以自動(dòng)跟蹤高空的飛行目標(biāo)進(jìn)行命中爆炸，如圖2.1所示。各種現(xiàn)代火炮的俯仰角和方位角都是自動(dòng)控制的，特別44圖2.1防空導(dǎo)彈的制導(dǎo)1—目標(biāo)跟蹤雷達(dá)；2—導(dǎo)彈導(dǎo)引雷達(dá)；3—計(jì)算機(jī)；4—導(dǎo)彈發(fā)射架312??????目標(biāo)交會(huì)點(diǎn)4圖2.1防空導(dǎo)彈的制導(dǎo)1—目標(biāo)跟蹤雷達(dá)；2—導(dǎo)彈導(dǎo)引雷達(dá)45

自動(dòng)化(Automation):表示機(jī)器或設(shè)備在無人干預(yù)的情況下，按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)進(jìn)行操作或控制以達(dá)到預(yù)定的要求。圖2.2(a)和(b)是水溫的手動(dòng)控制漫畫和采用自動(dòng)控制的示意圖。自動(dòng)化(Automation):表示機(jī)器或設(shè)備在無人干46圖2.2水溫的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的示意圖(a)手動(dòng)控制漫畫圖2.2水溫的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的示意圖(a)手動(dòng)控47?調(diào)節(jié)記錄儀溫水測溫計(jì)冷水蒸汽調(diào)節(jié)閥(b)自動(dòng)控制圖2.2水溫的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的示意圖?調(diào)節(jié)記錄儀溫水測溫計(jì)冷水蒸汽調(diào)節(jié)閥(b)自動(dòng)控制圖2.48

自動(dòng)化是一個(gè)涉及學(xué)科較多、應(yīng)用廣泛的綜合性科學(xué)技術(shù)，歸屬于控制科學(xué)與工程的范疇。自動(dòng)化的研究內(nèi)容有自動(dòng)控制和信號(hào)處理兩個(gè)方面，包括理論、方法、應(yīng)用硬件和軟件等。自動(dòng)化是新的技術(shù)革命的一個(gè)重要方面。自動(dòng)化是一個(gè)涉及學(xué)科較多、應(yīng)用廣泛的49

2.2我國古代自動(dòng)裝置

⑴指南車

2.2我國古代自動(dòng)裝置50車身齒輪系木人車輛轉(zhuǎn)彎方向圖2.3指南車方向自動(dòng)裝置框圖車身齒輪系木人車輛方向圖2.3指南車方向自動(dòng)裝置框圖51

⑵銅壺滴漏

⑶飲酒速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)⑷計(jì)里鼓車⑸漏水轉(zhuǎn)渾天儀⑹候風(fēng)地動(dòng)儀⑺水運(yùn)儀象臺(tái)⑵銅壺滴漏522.3控制和自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展簡史

控制和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)歷史時(shí)期。

2.3控制和自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展簡史控制和自動(dòng)化技53⑴古代自動(dòng)裝置⑵近代自動(dòng)裝置2.3.1自動(dòng)裝置的出現(xiàn)和應(yīng)用(18世紀(jì)以前)⑴古代自動(dòng)裝置2.3.1自動(dòng)裝置的出現(xiàn)542.3.2自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期（18世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代）

公元1788年英國機(jī)械師J.瓦特(Watt)發(fā)明離心式調(diào)速器，并把它與蒸汽機(jī)的閥門連接進(jìn)來，構(gòu)成蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。2.3.2自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期（18世紀(jì)末至20世紀(jì)3055

這項(xiàng)發(fā)明對(duì)第一次工業(yè)革命和控制理論后來的發(fā)展有重要影響。

⑴自動(dòng)調(diào)節(jié)的廣泛應(yīng)用⑵自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題這項(xiàng)發(fā)明對(duì)第一次工業(yè)革命和控制理論后來的發(fā)展有重56圖2.4對(duì)象和調(diào)節(jié)器形成調(diào)節(jié)系統(tǒng)蒸汽源蒸汽負(fù)荷離心式調(diào)速器轉(zhuǎn)速測量進(jìn)汽-+圖2.4對(duì)象和調(diào)節(jié)器形成調(diào)節(jié)系統(tǒng)蒸汽源蒸汽負(fù)荷離心式轉(zhuǎn)速57⑶反饋控制和頻率法圖2.5反饋調(diào)節(jié)（控制）系統(tǒng)調(diào)節(jié)器（控制器）被控對(duì)象輸出變量

控制量前向通道誤差

輸入變量（給定規(guī)律）反饋通道-+⑶反饋控制和頻率法圖2.5反饋調(diào)節(jié)（控制）系統(tǒng)調(diào)節(jié)器被582.3.3局部自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)40～50年代)

在第二次世界大戰(zhàn)期間，為了防空火力控制系統(tǒng)和飛機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)等軍事技術(shù)問題，各國科學(xué)家設(shè)計(jì)出各種精密的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，開創(chuàng)了防空火力系統(tǒng)和控制這一新的科學(xué)領(lǐng)域。2.3.3局部自動(dòng)化時(shí)期(20世紀(jì)40～50年代)59目標(biāo)方向敏感元件計(jì)算機(jī)定位伺服機(jī)構(gòu)跟蹤誤差跟蹤環(huán)路瞄準(zhǔn)環(huán)路視線瞄準(zhǔn)誤差火炮瞄準(zhǔn)命令火炮方向圖2.6自動(dòng)防空火力控制系統(tǒng)原理圖目標(biāo)方向敏感元件計(jì)算機(jī)定位伺服機(jī)構(gòu)跟蹤誤差跟蹤環(huán)路瞄準(zhǔn)環(huán)路視60伺服機(jī)構(gòu)（控制繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)）伺服機(jī)構(gòu)（控制仰角）炮管中心

線視線計(jì)算機(jī)指揮儀敏感元件圖2.7自動(dòng)防空火力控制系統(tǒng)伺服機(jī)構(gòu)（控制伺服機(jī)構(gòu)炮視線計(jì)算機(jī)指揮儀敏感元件圖2.7612.3.3.1經(jīng)典控制理論的形成和發(fā)展

在代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)、傳遞函數(shù)和頻率法判據(jù)的基礎(chǔ)上，再加上W.埃文斯1948年提出的根軌跡法，奠定了適宜用于單變量控制問題的經(jīng)（古）典控制理論的基礎(chǔ)。經(jīng)典控制理論→單變量控制問題2.3.3.1經(jīng)典控制理論的形成和發(fā)展在代數(shù)穩(wěn)62

頻率法(或稱頻域法）成為分析和設(shè)計(jì)線性單變量自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要方法。早期，反饋控制系統(tǒng)一般稱為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，后稱為自動(dòng)控制系統(tǒng)。因此，調(diào)節(jié)器現(xiàn)在也稱為控制器。頻率法(或稱頻域法）成為分析和設(shè)計(jì)線性單變量自動(dòng)63

1945年，美國數(shù)學(xué)家、控制理論專家N.維納把反饋的概念推廣到生物等一些控制系統(tǒng)。

1948年他出版了名著《控制論》一書，為控制理論的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1945年，美國數(shù)學(xué)家、控制理論專家N.維納把反64

1954年，中國科學(xué)家錢學(xué)森全面地總結(jié)和提高了經(jīng)典控制理論，在美國出版了用英語撰寫的、在世界上很有影響的《工程控制論》(EngineeringCybernetics)一書。1954年，中國科學(xué)家錢學(xué)森全面地總結(jié)和提高了經(jīng)652.3.3.2局部自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用

第二次世界大戰(zhàn)后，在工業(yè)上已廣泛應(yīng)用PID調(diào)節(jié)器，并用電子模擬計(jì)算機(jī)(ElectronicAnalogComputer)來設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)。2.3.3.2局部自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用第二次世界662.3.3.3電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)明

1943～1946年，美國電氣工程師J.埃克脫(Eckert)和物理學(xué)家J.莫奇利(Mauchly)為美國陸軍研制成世界上第一臺(tái)基于電子管的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)(ElectronicDigitComputer)——電子數(shù)字積分和自動(dòng)計(jì)數(shù)器(ENIAC)。2.3.3.3電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)明1943～1672.3.4綜合自動(dòng)化時(shí)期（20世紀(jì)50年代末起至今）

復(fù)雜工業(yè)過程和航天、航海技術(shù)的自動(dòng)控制問題，都是多變量控制系統(tǒng)的分析和綜合問題，迫切需要加以解決。2.3.4綜合自動(dòng)化時(shí)期（20世紀(jì)50年代末起至今）68

但經(jīng)典的控制理論的直接應(yīng)用遇到了困難。

20世紀(jì)70年代微處理機(jī)的出現(xiàn)對(duì)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)起了重大的推動(dòng)作用。但經(jīng)典的控制理論的直接應(yīng)用遇到了困難。692.3.4.1現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展

公元1956年，前蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家JI.龐特里亞金提出極大值原理。同年美國數(shù)學(xué)家R.貝爾曼創(chuàng)立動(dòng)態(tài)規(guī)劃。兩者為解決最優(yōu)控制問題提供了理論工具。2.3.4.1現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展公元170

1960年美國數(shù)學(xué)家R.卡爾曼提出能控性和能觀性兩個(gè)概念，揭示了系統(tǒng)的內(nèi)在屬性?，F(xiàn)代控制理論迅速發(fā)展，形成了多個(gè)重要分支。現(xiàn)代控制理論→多變量控制問題1960年美國數(shù)學(xué)家R.卡爾曼提出能控性和能觀性兩71

⑴系統(tǒng)辨識(shí)、建模與仿真,系統(tǒng)辨識(shí)是根據(jù)系統(tǒng)輸入、輸出數(shù)據(jù)為系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型的理論和方法。⑵自適應(yīng)控制和自校正控制器⑶遙測、遙控和遙感20世紀(jì)20年代，遙測和遙控開始在鐵路信號(hào)和道岔控制上實(shí)際應(yīng)用。⑴系統(tǒng)辨識(shí)、建模與仿真,系統(tǒng)辨識(shí)72被控對(duì)象自適應(yīng)控制器反饋控制器校正作用輸出干擾控制輸入圖2.8自適應(yīng)控制框圖被控對(duì)象自適應(yīng)控制器反饋控制器校正作用輸出干擾控制輸入圖2.73被控對(duì)象辨識(shí)器反饋控制器參數(shù)輸出干擾控制輸入圖2.9自校正控制框圖被控對(duì)象辨識(shí)器反饋控制器參數(shù)輸出干擾控制輸入圖2.9自校正74

⑷綜合自動(dòng)化20世紀(jì)50年代末到60年代初，開始出現(xiàn)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的工廠，20世紀(jì)60年代末在制造工業(yè)中出現(xiàn)了許多自動(dòng)生產(chǎn)線，工業(yè)生產(chǎn)開始由局部自動(dòng)化向綜合（全盤）自動(dòng)化方向發(fā)展。⑷綜合自動(dòng)化20世紀(jì)50年代末到60年代75

⑸大系統(tǒng)理論的誕生大系統(tǒng)理論的重要作用在于對(duì)大系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化和控制優(yōu)化，通過分解—協(xié)調(diào)以較短時(shí)間計(jì)算出優(yōu)化結(jié)果，使需要在線及時(shí)求取的大系統(tǒng)優(yōu)化解并實(shí)施優(yōu)化控制成為可能。大系統(tǒng)：規(guī)模宏大或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)⑸大系統(tǒng)理論的誕生大系統(tǒng)理論的重要作用在于76

⑹模式識(shí)別和人工知能使用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)并使它能直接接受和處理各種自然的模式消息，如語言、文字、圖像、景物等，稱為“模式識(shí)別”，如對(duì)汽車牌照的識(shí)別以控制和管理交通，