自動控制系統的發展及技術現狀(技術和理論)自動控制系統設計的基本知識本章主要內容第一章緒論自動控制系統的發展及技術現狀1.1.1發展過程自動控制技術的發展經歷了機械自動化機械、電氣自動化的過程古代中國，埃及和巴比倫等自動計時漏壺漢朝張衡渾天儀和地動儀三國公元1090年蘇頌指南車水運儀象臺古埃及希臘自動開啟裝置、自動灑圣水的銅祭司、投幣式圣水箱、青銅小鳥17~19世紀1642年法國物理學家帕斯卡加法器1657年荷蘭機械師惠更斯鐘表1745年英國機械師E.李1765年俄國波爾祖諾夫風磨水位調節器1788年英國科學家瓦特離心式節速器1854年俄國康斯坦丁諾夫電磁調速器1868年法國工程師法爾科反饋調節器惠更斯發明的鐘表自動控制理論的早期發展自動控制裝置的優點：改進生產技術，提高生產效率17~18世紀是自動化技術的逐漸形成時期18世紀之后是自動化技術的發展時期，期間數學描述和理論分析起到了至關重要的作用。自動調節器的穩定性問題、蒸汽機的劇烈振蕩問題、自動操舵機的穩定性問題一些數學家嘗試用微分方程來描述和分析系統的穩定性問題。

1.1.2自動控制理論是自動控制系統工程設計的基礎1892年俄國數學家李雅普諾夫發表了《論運動穩定性的一般問題》的專著。以數學語言形式給運動穩定性的概念下了嚴格的定義﹐給出了判別系統穩定的兩種方法李雅普諾夫第一法李雅普諾夫第二法

自動控制理論的早期發展過程自動控制理論的早期發展過程1925年英國電氣工程師O.亥維賽把拉普拉斯變換應用到求解電網絡的問題上﹐提出了運算微積分，求得瞬態過程利用拉普拉斯變換描述線性定常系統或線性元件的輸入輸出關系，就得到了傳遞函數在傳遞函數基礎上，發展了頻率響應法1927年美國貝爾電話實驗室在解決電子管放大器失真問題時，電氣工程師H.S.布萊克從電信號的角度引入了反饋的概念

自動控制理論的早期發展過程1932年美國電信工程師奈奎斯特提出著名的奈奎斯特穩定判據﹐可以直接根據系統的傳遞函數來畫出奈奎斯特圖，判定反饋系統的穩定性1938年蘇聯電氣工程師A.B.米哈伊洛夫應用頻率法來研究自動控制系統的穩定性﹐提出著名的米哈伊洛夫穩定判據控制理論的形成自動化技術的實際應用劃分為自動化技術形成、局部自動化和綜合自動化三個階段自動化技術形成時期為18世紀末~20世紀30年代局部自動化時期是在20世紀40~50年代，期間形成了經典控制理論20世紀50年代之后，是綜合自動化階段，出現了各種復雜的控制系統，如：多環控制、多變量控制、分級控制、集散控制系統等。1.1.3自動控制系統設計的基本知識1.21.2.1設計的主要任務和解決的問題方案設計：具有符合要求的靜態和動態特性

工程設計：在方案設計正確的基礎上進行，進行實際系統的選型參數整定：P、I、D參數整定主要

任務解決的問題安全性穩定性經濟性安全性是指在生產過程中，要保證人員的安全、設備的安全、以及生態平衡和環境衛生的安全。越限報警、聯鎖保護、視頻監視、遠程監控、安全柵等

穩定性主要指系統的抗干擾能力，在出現各種可預見的干擾的情況下，系統都要保留一定的穩定裕度經濟性是指節省投資、提高產品產量質量、節能降耗、提高經濟效益和社會效益等控制精度和響應速度設計任務書①工藝流程或對象特征②重要工藝參數及指標要求③系統運行環境④特殊工藝要求⑤系統設計目標初步設計①系統方案選擇②系統結構的確定③主要設備和裝置的選擇④性能價格比評價詳細設計①系統功能塊劃分②硬件設計③各功能塊軟件設計④輔助系統設計⑤系統離線調試與評價現場安裝調試①系統現場安裝②現場調試③在線測試④系統最終評價資料歸檔①設計圖紙整理②評價結果整理③編寫使用說明書④設計完成確認書系統設計流程圖設計任務書設計任務書是控制系統設計、評價的主要依據，在設計任務書中要明確：①工藝流程或被控對象特征②主要工藝參數及指標要求③系統運行環境④特殊工藝要求⑤系統設計目標初步設計①系統方案選擇②系統結構的確定③主要設備和裝置的選擇④性能價格比評價根據系統設計任務書，以及市場可入手的設備、裝置以及設計者自身所掌握的技術，對可能滿足設計任務書的各類系統及其特征進行分析后，選擇有限條件下的最合理方案，并進