自動控制的發展歷程及現代技術第一頁，共六十二頁，2022年，8月28日主要內容1.自動控制技術的發展歷程2.自動控制的現代技術前期控制(EarlyControl)(1400B.C.－1900)經典控制前期(ThePre-classicalPeriod)(1900－1935)經典控制(ClassicalControl)(1935－1950)現代控制(ModernControl)(1950－現在)魯棒控制模糊控制專家系統神經網絡控制預測控制第二頁，共六十二頁，2022年，8月28日中國，埃及和巴比倫出現自動計時漏壺(1400B.C.~1100B.C.)前期控制自動控制的發展歷程第三頁，共六十二頁，2022年，8月28日

秦昭王時，李冰主持修筑都江堰體現的系統觀念和實踐(300B.C.)

前期控制自動控制的發展歷程第四頁，共六十二頁，2022年，8月28日

亞歷山大的希羅發明開閉廟門和分發圣水等自動裝置(100年)前期控制自動控制的發展歷程第五頁，共六十二頁，2022年，8月28日

中國張衡發明水運渾象，研制出自動測量地震的候風地動儀(132年)

前期控制自動控制的發展歷程第六頁，共六十二頁，2022年，8月28日

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)前期控制自動控制的發展歷程第七頁，共六十二頁，2022年，8月28日

中國明代宋應星所著《天工開物》記載有程序控制思想(CNC)的提花織機結構圖(1637年)前期控制自動控制的發展歷程第八頁，共六十二頁，2022年，8月28日

英國J.Watt用離心式調速器控制蒸汽機的速度(1788年)前期控制自動控制的發展歷程第九頁，共六十二頁，2022年，8月28日

英國J.C.Maxwell發表“論調速器”(OnGovernors)論文(1868年)

英國E.J.Routh建立Routh判據(Routh-HurwitzStabilityCriteria)(1875年)俄國A.M.Lyapunov博士論文“論運動穩定性的一般問題”(1892年)前期控制自動控制的發展歷程第十頁，共六十二頁，2022年，8月28日

英國J.M.Gray設計出第一艘全自動蒸汽輪船“東方”號(GreatEastern)(1866年)前期控制自動控制的發展歷程第十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日

由徐壽設計的中國第一艘蒸汽輪船“黃鵠”號(L20m,25T,10km/hr)在安慶內軍械所下水(1866)。次年，中國第一艘木質明輪蒸汽艦船“恬古”號在江南造船廠下水前期控制自動控制的發展歷程第十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日美國福特(FordMotor)汽車公司建成最早的汽車裝配流水線(1913)

經典控制前期自動控制的發展歷程第十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日美國N.Minorsky研制出用于船舶駕駛的伺服結構，提出PID控制方法(1922)美國MIT的VannevarBush研制成第一臺大型模擬計算機(DifferentialAnalyzer)(1928)

經典控制前期自動控制的發展歷程第十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日美國H.S.Black提出放大器性能的負反饋方法(NegativeFeedbackAmplifier)(1927)

經典控制前期自動控制的發展歷程第十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日自動控制的基礎為閉環控制。控制論的奠基人N.Wiener給出的定義為：“Feedbackisamethodofcontrollingasystembyinsertingintoittheresultofitspastperformance”

閉環控制系統的結構框圖：

經典控制前期自動控制的發展歷程第十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日美國E.Sperry以及C.Mason研制出火炮控制器(1925)，氣壓反饋控制器(1929)經典控制前期自動控制的發展歷程第十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日

美國貝爾實驗室的H.Bode(1938)，以及Nyquist(1940)提出頻率響應法

美國Taylor儀器公司的J.G.Ziegler和N.B.Nichols提出PID參數的最佳調整法(1942)

N.B.Nichols經典控制自動控制的發展歷程第十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日美國MIT的N.Wiener研究隨機過程的預測(1942)，提出Wiener濾波理論(1942)，發表《控制論》(Cybernetics)一書(1948)，標志著控制論學科的誕生。

經典控制自動控制的發展歷程第十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日美國的H.Hazen發表“關于伺服結構理論”(TheoryofServome-chanism)(1934)，并在MIT建立伺服機構實驗室(ServomechanismLaboratory)(1939)

經典控制自動控制的發展歷程第二十頁，共六十二頁，2022年，8月28日英國A.M.Turine提出圖靈計算機的設想(1937)在貝爾實驗室Bode領導的火炮控制系統研究小組工作的C.Shannon提出繼電器邏輯自動化理論(1938)，隨后，發表專著《通信的數字理論》(TheMathematicalTheoryofCommunication)，奠定了信息論的基礎(1948)

經典控制自動控制的發展歷程第二十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日MITRadiationLaboratory在研究SCR-584雷達控制系統的過程中，創立了NicholsChartDesignMethod，R.S.Philips的工作OnNoiseinServomechanisms，以及Hurwicz(1947)的數字控制系統(SampledDataSystem)

經典控制自動控制的發展歷程第二十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日美國W.Evans提出根軌跡法(RootLocusMethod)(1948)，以單輸入線性系統為對象的經典控制研究工作完成。

多本有關經典控制的經典名著相繼出版，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)

經典控制自動控制的發展歷程第二十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日

蘇聯L.S.Pontryagin發表“最優過程數學理論”，提出極大值原理(MaximumPrinciple)(1956)現代控制自動控制的發展歷程第二十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日美國R.Bellman在RANDCoporation數學部的支持下，發表著名的DynamicProgramming，建立最優控制的基礎(1957)國際自動控制聯合會(IFAC)成立(1957)，中國為發起國之一，第一屆學術會議于莫斯科召開(1960)現代控制自動控制的發展歷程第二十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日美國MIT的ServomechanismLaboratory研制出第一臺數控機床(1952)

現代控制自動控制的發展歷程第二十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日世界第一顆人造地球衛星(Sputnik)由蘇聯發射成功(1957)

現代控制自動控制的發展歷程第二十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日

美籍匈牙利人R.E.Kalman發表“OntheGeneralTheoryofControlSystems”等論文，引入狀態空間法分析系統，提出能控性，能觀測性，最佳調節器和kalman濾波等概念，奠定了現代控制理論的基礎(1960)現代控制自動控制的發展歷程第二十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日蘇聯東方-１號飛船載著加加林進入人造地球衛星軌道，人類宇航時代開始了(1961)

宇宙哥倫布-加加林現代控制自動控制的發展歷程第二十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日1963年,美國的LoftiZadeh與C.Desoer發表LinearSystems-AStateSpaceApproach。1965年，Zadeh提出模糊集合和模糊控制概念現代控制自動控制的發展歷程第三十頁，共六十二頁，2022年，8月28日美國的E.I.Jury

發表“數字控制系統”(Sampled-DataControlSystem)，建立了數字控制及數字信號處理的基礎(1958)現代控制自動控制的發展歷程第三十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日蘇聯發射“月球”9號探測器，首次在月面軟著陸成功(1966)，三年后(1969)，美國“阿波羅”11號把宇航員N.A.Armstrong送上月球。

現代控制自動控制的發展歷程第三十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日瑞典KarlJ.Astrom提出最小二乘辯識，解決了線性定常系統參數估計問題和定階方法(1967)，六年后，提出了自啟調節器，建立自適應控制的基礎。Astrom于1993年獲得IEEEMedalofHonor。

現代控制自動控制的發展歷程第三十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日英國H.HRosenbrock

發表StateSpaceandMultivariableTheory(1970)。加拿大W.MWonham

發表LinearMultivariableControl:AGeometricApproach(1974)。

現代控制自動控制的發展歷程第三十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日美國的M.E.Merchant提出計算機集成制造的概念(1969)

現代控制自動控制的發展歷程第三十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日美國ARPA計算機網絡初步建成(1971)現代控制自動控制的發展歷程第三十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日日本Fanuc公司研制出由加工中心和工業機器人組成的柔性制造單元(1976)現代控制自動控制的發展歷程第三十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日美國R.Brockett提出用微分幾何研究非線性控制系統(1976)，意大利A.Isidori出版(NonlinearControlSystems)(1985)。

現代控制自動控制的發展歷程第三十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日加拿大G.Zames提出H

魯棒控制設計方法(1981年)現代控制自動控制的發展歷程第三十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日美國“哥倫比亞”號航天飛機首次發射成功(1981年)

現代控制自動控制的發展歷程第四十頁，共六十二頁，2022年，8月28日美國A.Bryson

和Y.CHo

發表AppliedOptimalControl(1969)。Y.CHo

和X.RCao等提出離散事件系統理論(1983)

現代控制自動控制的發展歷程第四十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日中國批準863高技術計劃，包括自動化領域的計算機集成制造系統和智能機器人兩個主題(1986)

現代控制自動控制的發展歷程第四十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日IEEEControlSystemsAward獲得者

現代控制自動控制的發展歷程第四十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一臺火星探測器Sojourner在火星表面軟著陸(1996)

現代控制自動控制的發展歷程第四十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日

旅行者Voyager一號，二號開始走出太陽系，對茫茫太空進行探索

現代控制自動控制的發展歷程第四十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日以機器人為單元的無人化工廠

現代控制自動控制的發展歷程第四十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日控制與管理一體化

現代控制自動控制的發展歷程第四十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日魯棒性：是指控制系統在一定（結構，大小）的參數攝動下，維持某些性能的特性。現代魯棒控制：是一個著重控制算法可靠性研究的控制器設計方法。常用的設計方法有：INA方法，同時鎮定，完整性控制器設計，魯棒控制，魯棒PID控制以及魯棒極點配置，魯棒觀測器等。魯棒控制——以靜制動魯棒控制自動控制的現代技術第四十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日魯棒控制方法適用于：穩定性和可靠性作為首要目標的應用，同時過程的動態特性已知且不確定因素的變化范圍可以預估。魯棒控制系統的設計要由高級專家完成。一旦設計成功，就不需太多的人工干預。另一方面，如果要升級或作重大調整，系統就要重新設計。魯棒控制自動控制的現代技術第四十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日模糊控制——其實我很清楚一種利用模糊集合的理論來建立系統模型，設計控制器的新型方法模糊控制：模糊控制的核心：利用模糊集合理論，把人的控制策略的自然語言轉化為計算機能夠接受的算法語言所描述的控制算法，這種方法不僅能實現控制，而且能模擬人的思維方式對一些無法構造數學模型的被控對象進行有效的控制。模糊控制自動控制的現代技術第五十頁，共六十二頁，2022年，8月28日模糊控制自動控制的現代技術模糊控制的發展階段：經典模糊控制自適應模糊控制專家模糊控制基于神經網絡的自學習模糊控制其實現方式：由最初在微型機（單片機）上用軟件方法實現發展到應用模糊控制開發出模糊計算機進行直接控制。第五十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日專家系統自動控制的現代技術專家系統(ExpertSystem):是一個基于知識的智能推理系統，它涉及到對知識獲取、知識庫、推理控制機制以及智能人機接口的研究，是集人工智能和領域知識于一體的系統。。專家系統－－身邊的專家工作原理：專家系統應用人工智能技術，根據一個或多個人類專家提供的特殊領域知識進行推理，仿真人類專家作決定的過程來解決那些需要專家知識才能解決的復雜問題。第五十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日專家系統自動控制的現代技術專家系統的表達式：知識+推理=系統專家系統的組成：知識庫推理機知識獲取部分解釋接口第五十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日專家系統自動控制的現代技術專家系統主要結構：第五十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日神經網絡控制自動控制的現代技術人工神經網絡(ArtificialNeuralNetwork,ANN):是模仿人類腦神經活動的一種人工智能技術。神經網絡控制－－模擬人的神經元第五十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日神經網絡控制自動控制的現代技術在這種網絡中，學習過程由正向傳播和反向傳播組成，在正向傳播過程中，輸入信號從輸入層經隱層單元逐層處理，并傳向輸入層，每一層神經元的狀態只影響下一層神經元的狀態。如果在輸入層不能得到期望的輸出，則轉入反向傳播，將輸入信號的誤差沿原來的連接通路返回，通過修改各層神經元的權值，使得誤差信號最小。

工作原理：第五十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日神經網絡控制自動控制的現代技術常用的基本策略：

監督控制直接逆控制神經元自適應控制特征和性質：

非線性

平行分布處理硬件實現學習和自適應性

數據融合多變量系統

第五十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日預測控制自動控制的現代技術預測控制－－未卜先知預測控制:是近年來發展起來的一類新型的計算機控制算法，采用多步測試、滾動優化和反饋校正等控制策略進行控制。現在比較流行的算法有：模型算法控制（MAC）；動態矩陣控制（DMC）；廣義預測控制（GPC）；