自動(dòng)控制理論的早期發(fā)展歷史

（經(jīng)典控制理論部分氣機(jī)、阿登月到海彎，無處不現(xiàn)示著控制技術(shù)的。在哲述是的。本文將僅對(duì)控制理論中經(jīng)典部分（這也是大學(xué)自動(dòng)控制 ,J.C.Maxwell在1868年的“論調(diào)節(jié)器”算子當(dāng)屬古代的計(jì)時(shí)器“水鐘”(叫作“刻漏”，也叫“漏1500首先在受水壺中使用了浮子(possivetympanum)。按迪爾斯(Diels)本世紀(jì)初復(fù)原的樣品，注入的水是由的浮子節(jié)制的。而這種節(jié)制方式即已含有負(fù)反饋的思想(盡管當(dāng)時(shí)并不明確)。[1]并進(jìn)行了長期的研究。據(jù)<<周禮>>記載，公元前500年，中國的中即已用漏壺作為計(jì)時(shí)的裝置。公元120年，著名的科學(xué)家張衡(78-139,東漢)又提出了用補(bǔ)償壺解決隨水頭降低計(jì)時(shí)確問北宋時(shí)期，蘇頌等于1086-1090在開成“水運(yùn)儀象臺(tái)”。儀象臺(tái)上的渾儀附有窺管，能夠相當(dāng)準(zhǔn)確地天體的運(yùn)行，“使它自動(dòng)地保持在窺管的視場中”。這種儀象臺(tái)的動(dòng)力裝置中就利用了“從重點(diǎn)。1750(1719-1811)為風(fēng)車引入了“扇尾”傳動(dòng)裝置，使風(fēng)車自動(dòng)地面向風(fēng)。隨后，威廉.丘比特對(duì)自動(dòng)開合的百葉窗式翼板進(jìn)行改進(jìn)，使其能夠自動(dòng)地調(diào)車的傳動(dòng)速度。這種可離心調(diào)速器。托馬斯.米德(1787(17891765年的波爾祖諾夫（И.И.Полэунов）發(fā)明了蒸汽機(jī)鍋爐的水位自動(dòng)調(diào)節(jié)器（這在被認(rèn)為是世界上的第一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)器”，類似于磨房機(jī)工早已用來控制風(fēng)力面分機(jī)磨石松緊的裝從微分方程角度討論了調(diào)節(jié)器系統(tǒng)可能產(chǎn)生的不穩(wěn)定現(xiàn)象，從而開始了對(duì)反饋控制動(dòng)力學(xué)問題的理論研究。[8]穩(wěn)定性的人。1687qq>-3,則在小的擾動(dòng)后，質(zhì)點(diǎn)仍將保留在原來的圓周軌道附近運(yùn)動(dòng)。而當(dāng)q≤-3在牛頓引力理論建立之后，天文學(xué)家曾不斷努力以圖證明系的穩(wěn)定性。特別地，拉格朗日和拉斯在這一問題上做了相當(dāng)?shù)呐Α?773年，24歲的拉斯“證明了行星到的距離在一些微小的周期變化之內(nèi)是不變的”。并因此成為法國副[28]。雖然他保守系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。ClerkMaxwellJamesClerkMaxwell是第一個(gè)對(duì)反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)分析的人[8]。在他1868年的 “論調(diào)節(jié)器”(MaxwellJC.Onernors.Proc.RoyalSocietyofLondon,vol.16:270-處理，穩(wěn)定性取決于特征方程的根是否具有負(fù)的實(shí)部。麥?zhǔn)显谡撐闹袑?duì)三階微分方程描述的Thomson's ernor,Jenkin's 以及具有五階微分方程的Maxwell's ernor進(jìn)行了研究，并給出了系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件。Maxwell的工作開創(chuàng)了控制理論研究的先河。同一時(shí)期在，1872年А.維什格拉斯基（1831-195）也蒸汽機(jī)的穩(wěn)定性問題進(jìn)行了研究。И..維什聶拉斯基的 “論調(diào)整器的一般原理”1876年在法國院報(bào)上。ИА.維什格拉斯基同樣利用線性化方法簡化問題，用線性微分方程描述由調(diào)整對(duì)象和調(diào)整器組成的系統(tǒng)。這使問題大大簡化。1878年А.維什格拉斯基還對(duì)非線性繼電器型調(diào)整器進(jìn)行了研究。И.А維什聶格拉斯基在被視為自動(dòng)調(diào)整理論的奠基人。[23] “Adynamicaltheoryoftheelectromagneticfield”，1864)。目前的研究表明，Maxwell事實(shí)上在1863年9月即已基本完成了其有關(guān)穩(wěn)定性方面的研究工作。Maxwell在他的 式的根的關(guān)系的問題。由于五次以上的多項(xiàng)式?jīng)]有直接的求根，這給判斷高階系統(tǒng)的穩(wěn)定性代來了。[9]1875年，Maxwell擔(dān)任了AdamsPrize的評(píng)獎(jiǎng)委員。這項(xiàng)兩年一次的獎(jiǎng)授予在該所選科學(xué)方面竟?fàn)幍淖罴?年的AdamsPrize的是“運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性”。E.J.Routh在這項(xiàng)竟賽 得桂冠(RouthEJ.ATreatiseontheStabilityofEdwardJohnRouth1831年1月20日出生在的魁北克。他父親WaterlooRouth11deMorgan指導(dǎo)下學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。在學(xué)習(xí)的畢業(yè)考試中，他獲得第一名。并得到了“SeniorWrangler”的榮譽(yù)稱號(hào)。（ClerkMaxwellClerkMaxwell）畢業(yè)后Routh18551888Routh60027SEniorWrangler”可匹敵的業(yè)績。Routh于1907年6月7日，享年76歲。Routh之后大約二十年，1895年，數(shù)學(xué)家A.Hurwitz在不了解否都具有負(fù)實(shí)部的另一中方法(HurwitzA.Ontheconditionsunderwhichanequationhasonlyrootswithnegativerealparts.MathematischeAnnelen,vol.46:273-284,1895)。HurwitzRouth-Hurwitz[1]。 般問題”(TheGeneralProblemoftheStabilityof 中，他提出了為學(xué)術(shù)界廣為應(yīng)用且影分析與設(shè)計(jì)。已成為自動(dòng)控制理論課程講授的主要內(nèi)容之一。和他的一樣，Lyapunov的博士 del'UniversitedeToulouse(1907)上，1949年P(guān)rincetonUniversityPress重印了法文版。1992年在Lyapunov博 100之際，INT.J.CONTROL以專集形式了Lyapunov 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AT&T公司Bell(BellLabs)的科學(xué)家們?yōu)?，又建立了控制系統(tǒng)1928年8月2日，HaroldBlack(1898-1983)，往Manhattan西街(WestStreet)HudsonLackawannaFerry靈光一閃，發(fā)明了在控制理論中占地位的負(fù)反饋放大器。由于手頭沒有合適的紙張，他將其發(fā)明記在了一份（TheNewYorkTimes）上，這份已成為一件珍貴的診藏在AT&T的Black9WorcesterPolytechnicInstiute年立的BellLabs的）的工程師，正在從事電子管放大器的失真和不穩(wěn)定問題的研究。Black大器，在此基礎(chǔ)上最終提出了負(fù)反饋放大器并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析。Blak52126BlackAT&TNyquist(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 論造詣。1932年Nyquist了包含著名的“乃奎斯特判據(jù)”(Nyquistcriterion)的 ，并在1934年加入了BellLabs。Black 在1934年，參考了Nyquist的 這一時(shí)期，Bell的另一位理論專家，HendrikBode(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)(OhioState)獲；1935 一用傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)等抽象的概念來研究[22]。1925工程師O.亥維賽把拉斯變換應(yīng)用到求解電網(wǎng)絡(luò)的問題上，提出了運(yùn)算微積。不久拉斯變換就被應(yīng)用到分析自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)問題上，并取得了顯著成效。傳遞函數(shù)就是在拉斯變換的基礎(chǔ)上引入的。1945”(Bodeplots)方在這同一時(shí)期，科學(xué)家也在控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻域分析方面取得了進(jìn)展。1938年和1939年，全蘇電工的米哈依以柯西幅角原理為基礎(chǔ)，給出了閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻域判別法。[21-23]米哈依還提出了把自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)環(huán)節(jié)按動(dòng)態(tài)特性加以典米哈依有關(guān)穩(wěn)定性頻域判據(jù)的 雖然正式較晚。但他的研究成果在1936年由列寧青年團(tuán)召開的青年學(xué)者科學(xué)家工作成果競賽會(huì)上曾榮膺獎(jiǎng)金。[23]米哈依的方法現(xiàn)被稱為“米哈依穩(wěn)定判據(jù)”。[22-23]有些學(xué)者又將“乃奎斯特判據(jù)”稱為“乃奎斯特-米哈依判據(jù)”[23-24]客觀地講，在頻域穩(wěn)定性判域法可稱是三分天下。電信工程師W.R.Evans在這里包打天下， “GraphicalysisofControlSystem,AIEETrans.PartII,67(1948),pp.547-551.”和“ControlSystemSynthesisbyRootLocusMethod,AIEETrans.PartEvansEvans重視，1954年，錢學(xué)森即在他的名著“工程控制論”中兩節(jié)介紹Evans[8,19]在這方面首先貢獻(xiàn)的是乃奎斯特和香農(nóng)(Shannon)。乃氏首先由于離散拉氏變換式是函數(shù)，又提出了用保角變換將Z平面的單Routh-Hurwitz1949(J.R.Ragazzini和L.A.Zadeh)于1952Z由于Z提出了廣義ZZ(modifiedZ-transform)的方法。對(duì)回顧脈沖控制理論的發(fā)展，盡管的崔普金及英國克爾等都做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，但建立脈沖理論的許多工作都是由哥倫比穩(wěn)定的朱里判具，能觀測性與能達(dá)性，分析與設(shè)計(jì)工具等），成熟，好幾本教科書同時(shí)。[16,17]目前被作為信息論開端的香農(nóng)(ClaudeElwoodShannon,1916-)的論《通訊的數(shù)學(xué)理論》（AMathematicalTheoryof1948年在《貝爾系統(tǒng)技術(shù)》第27卷。這篇 《噪聲中的通訊》（CommunicationinPresenceof控制論創(chuàng)立者維納（NorbertWienner,1894-1964）orControlandCommunicationintheannimalandthemachines.錢學(xué)森(TsienHS,1991《工程控制論》（EngineeringCybernetics.，1954年了由劉豹編寫的第一本《自動(dòng)控制原理》專著（：中國科學(xué)儀器公司.1954）3.強(qiáng)先生就曾：“科學(xué)來源于生產(chǎn)和對(duì)自然現(xiàn)象的觀察，它的要現(xiàn)代科學(xué)理論的建立有賴于有堅(jiān)實(shí)與深厚的知識(shí)基礎(chǔ)。Black雖然早提出了負(fù)反饋放大器的思想，但由于他本人理論基礎(chǔ)較差（學(xué)士學(xué)位，只有六、七年的工作經(jīng)驗(yàn)），頻域理論卻是在Nyquist博和Bode博等的努力下建立的。Black本人的 也是在參考了Nyquist的 之后才完成，他的專利申請(qǐng)也是在Nyquist等工作完成后才被認(rèn)可并獲準(zhǔn)的。同樣，在控制理論發(fā)展史上做出巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)家如Maxwel、LyapuovZade、July無不在多個(gè)方面均有建樹。論就不能成為科學(xué)，也就難以發(fā)展?？刂萍夹g(shù)和巴比倫已有數(shù)速發(fā)展，控制技術(shù)終于成為人們征服自然與改造自然的有力。不紀(jì)西方科學(xué)開始建立之后，就開始相對(duì)日趨末落，終于到了“”的近代，挨打受欺，以至于“喪權(quán)辱國”了。[1]:科學(xué),336-341,1975錢偉長.我國歷史上的科學(xué)發(fā)明,48-50.:中國青年,楊位欽,謝錫祺.自動(dòng)控制理論基礎(chǔ),3-5.:理工大學(xué)ClarkRobertN.TheRouth-HurwitzStabilityCriterion,Revisited.IEEEControlSystemMagazine,Vol12(3):119-120,1992FullerAT.JamesClerkMaxwell'sGlasgowmanuscripts:extractsrelatingtocontrolandstability.SmirnovVI.Biographyof周概容.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì),274-278,410.:高等教育FullerAT.GuestEditorialLyapunovCentanaryKlineRonald.HaroldBlackandtheNegative-FeedbackIEEEControlSystemVol.13(4):82-AstromKJ,WittenmarkB.COMPUTERCONTROLLEDPrintice-Hall,王新民等.自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)展(1),52-74.:科學(xué),OgataK.ModernControlEngineering.secondedition.PrenticeHall,1990TsienHS.EngineeringCybernetics,42-2-強(qiáng).科學(xué)技術(shù)發(fā)展的簡況.:知識(shí),波波夫.自動(dòng)調(diào)節(jié)（基本概念）.陳以