自動控制的歷史

自動控制的歷史第1頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2I.前期控制(EarlyControl)(1400B.C.-1900)(0)中國，埃及和巴比倫出現(xiàn)自動計時漏壺(1400B.C.~1100B.C.)。孫武著《孫子兵法》(600B.C.)(1)秦昭王時，李冰主持修筑都江堰體現(xiàn)的系統(tǒng)觀念和實踐(300B.C.)西漢漏壺第2頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月3(3)中國張衡發(fā)明水運渾象，研制出自動測量地震的候風地動儀(132年)(2)亞歷山大的希羅發(fā)明開閉廟門和分發(fā)圣水等自動裝置(100年)第3頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月4(4)中國馬鈞研制出用齒輪傳動的自動指示方向的指南車(235年)(5)中國明代宋應(yīng)星所著《天工開物》記載有程序控制思想(CNC)的提花織機結(jié)構(gòu)圖(1637年)第4頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月5(6)英國J.Watt用離心式調(diào)速器控制蒸汽機的速度(1788年)(7)英國J.C.Maxwell發(fā)表“論調(diào)速器”(OnGovernors)論文(1868年)第5頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月6(8)英國E.J.Routh建立Routh判據(jù)(Routh-HurwitzStabilityCriteria)(1875年)(9)俄國A.M.Lyapunov博士論文“論運動穩(wěn)定性的一般問題”(1892年)(10)英國J.M.Gray設(shè)計出第一艘全自動蒸汽輪船“東方”號(GreatEastern)(1866年)第6頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月7(11)由徐壽設(shè)計的中國第一艘蒸汽輪船“黃鵠”號(L20m,25T,10km/hr)在安慶內(nèi)軍械所下水(1866)。次年，中國第一艘木質(zhì)明輪蒸汽艦船“恬古”號在江南造船廠下水。操江號(62mx10m),392匹馬力，600T排水，備炮9門第7頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月8II.經(jīng)典控制前期(ThePre-classicalPeriod)(1900-1935)(1)美國福特(FordMotor)汽車公司建成最早的汽車裝配流水線(1913)(2)美國N.Minorsky研制出用于船舶駕駛的伺服結(jié)構(gòu)，提出PID控制方法(1922)(3)美國MIT的VannevarBush研制成第一臺大型模擬計算機(DifferentialAnalyzer)(1928)V.Bush第8頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月9(4)美國H.S.Black提出放大器性能的負反饋方法(NegativeFeedbackAmplifier)

(1927)H.S.Black第9頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月10(5)自動控制的基礎(chǔ)為閉環(huán)控制?？刂普摰牡旎薔.Wiener給出的定義為：“Feedbackisamethodofcontrollingasystembyinsertingintoittheresultofitspastperformance”閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖：第10頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月11(6)美國E.Sperry以及C.Mason研制出火炮控制器(1925)，氣壓反饋控制器(1929)第11頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月12III.經(jīng)典控制(ClassicalControl)(1935-1950)(1)美國貝爾實驗室的H.Bode(1938)，以及Nyquist(1940)提出頻率響應(yīng)法(2)美國Taylor儀器公司的J.G.Ziegler和N.B.Nichols提出PID參數(shù)的最佳調(diào)整法(1942)(3)美國MIT的N.Wiener研究隨機過程的預(yù)測(1942)，提出Wiener濾波理論(1942)，發(fā)表《控制論》(Cybernetics)一書(1948)，標志著控制論學科的誕生。N.B.NicholsN.WienerN.Wiener,shownherein1954withYukWingLee(left)andAmarG.Bose,discussinganaspectofstatisticalcommunicationtheory第12頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月13(4)美國的H.Hazen發(fā)表“關(guān)于伺服結(jié)構(gòu)理論”(TheoryofServome-chanism)

(1934)，并在MIT建立伺服機構(gòu)實驗室(ServomechanismLaboratory)

(1939)H.Hazen第13頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月14(7)MITRadiationLaboratory在研究SCR-584雷達控制系統(tǒng)的過程中，創(chuàng)立了NicholsChartDesignMethod，R.S.Philips的工作OnNoiseinServomechanisms，以及Hurwicz(1947)的數(shù)字控制系統(tǒng)(SampledDataSystem)(8)美國W.Evans提出根軌跡法(RootLocusMethod)(1948)，以單輸入線性系統(tǒng)為對象的經(jīng)典控制研究工作完成。(9)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AutomaticControlEngineering(1942)，H.Bode的NetworkAnalysisandFeedbackAmplifier(1945)，L.A.MacColl的FundamentalTheoryofServomechanisms(1945)，以及錢學森的《工程控制論》(EngineeringCybernetics)(1954)LanJ.Chu第14頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月15現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)二次世界大戰(zhàn)中火炮，雷達，飛機以及通訊系統(tǒng)的控制研究直接推動了經(jīng)典控制的發(fā)展。五十年代后興起的現(xiàn)代控制起源于冷戰(zhàn)時期的軍備競賽，如導(dǎo)彈(發(fā)射，操縱，指導(dǎo)及跟蹤)，衛(wèi)星，航天器和星球大戰(zhàn)，以及計算機技術(shù)的出現(xiàn)(英國科學家A.J.G.MacFarlane)。第15頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月16(2)美國R.Bellman在RANDCoporation數(shù)學部的支持下，發(fā)表著名的DynamicProgramming，建立最優(yōu)控制的基礎(chǔ)(1957)(3)國際自動控制聯(lián)合會(IFAC)成立(1957)，中國為發(fā)起國之一，第一屆學術(shù)會議于莫斯科召開(1960)(1)蘇聯(lián)L.S.Pontryagin發(fā)表“最優(yōu)過程數(shù)學理論”，提出極大值原理(MaximumPrinciple)(1956)L.S.Pontryagin第16頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月17Oct.4,1957:LaunchoftherocketcarryingSputnik,thefirstman-madesatellite.Photosofthelaunchwerenotinitiallyreleased.Thisphotoisastillfroma1967Sovietdocumentaryfilm.K.S.Pavlovitch(1906-1966),RussianspacecraftdesignerandheaderoftheVostokandVoskhodprojects.第17頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月18(6)美國GeorgeDevol研制出第一臺工業(yè)機器人樣機(1954)，兩年后，被稱為機器人之父的JosephEngelberger創(chuàng)立了第一家機器人公司，Unimation(7)美籍匈牙利人R.E.Kalman發(fā)表“OntheGeneralTheoryofControlSystems”等論文，引入狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)，提出能控性，能觀測性，最佳調(diào)節(jié)器和kalman濾波等概念，奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)(1960)R.E.Kalman第18頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月19(8)

蘇聯(lián)東方-１號飛船載著加加林進入人造地球衛(wèi)星軌道，人類宇航時代開始了(1961)1961,attheageof27,Gagarinlefttheearth.ItwasAprilthe12th,9.07Moscowtime(launch-site,Baikonur).108minuteslater,hewasback.Theperiodoforbitalrevolutionwas89:34minutes(thisfigurewas"calculatedbyelectroniccomputers").Themissionsmaximumflightaltitudewas327000meters.Themaximumspeedreachedwas28260kilometersperhour.宇宙哥倫布-加加林AstampissuedbyRussiatomemorizeY.GagarinCapsuleusedinfirstmannedorbitofearthIn1961,thefirsthumantopilotaspacecraft,YuriGagarin,waslaunchedbytheSovietUnionaboardVostokI.第19頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月20(9)

1963年,美國的LoftiZadeh與C.Desoer發(fā)表LinearSystems-AStateSpaceApproach。1965年，Zadeh提出模糊集合和模糊控制概念(10)美國的E.I.Jury

發(fā)表“數(shù)字控制系統(tǒng)”(Sampled-DataControlSystem)，建立了數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的基礎(chǔ)(1958)

C.Desoer第20頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月21(14)美國的M.E.Merchant提出計算機集成制造的概念(1969)第21頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月22(15)美國ARPA計算機網(wǎng)絡(luò)初步建成(1971)(16)日本Fanuc公司研制出由加工中心和工業(yè)機器人組成的柔性制造單元(1976)第22頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月23(17)美國R.Brockett提出用微分幾何研究非線性控制系統(tǒng)(1976)，意大利A.Isidori出版(NonlinearControlSystems)

(1985)。A.IsidoriR.Brockett第23頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月24(18)加拿大G.Zames提出H

魯棒控制設(shè)計方法(1981年)(19)美國“哥倫比亞”號航天飛機首次發(fā)射成功(1981年)GorgeZames第24頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月25(20)美國A.Bryson

和Y.CHo

發(fā)表AppliedOptimalControl(1969)。Y.CHo

和X.RCao等提出離散事件系統(tǒng)理論(1983)(21)中國批準863高技術(shù)計劃，包括自動化領(lǐng)域的計算機集成制造系統(tǒng)和智能機器人兩個主題(1986)A.BrysonYuC.HoP.Kokotovic第25頁，