自動控制理論TELQ群：342170248張春峰thePrinciplesofAutomaticControl自動控制是人類在認(rèn)識世界和發(fā)明創(chuàng)新的過程中發(fā)展起來的一門重要的科學(xué)技術(shù)。依靠它，人類可以從笨重、重復(fù)性的勞動中解放出來，從事更富創(chuàng)造性的工作。自動化技術(shù)是當(dāng)代發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛、最引人矚目的高技術(shù)之一，是推動新的技術(shù)革命和新的產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)。自動化也即現(xiàn)代化。2025/4/142自動控制理論2025/4/143自動控制理論什么是自動（Automatic）？什么是控制（Control）？

沒有人直接參與利用控制裝置使某些控制量按指定規(guī)律變化2025/4/144自動控制理論

日常生活中的控制？聲光感應(yīng)開關(guān)紅外感應(yīng)出水龍頭自動門自動烘手機(jī)紅綠燈交通控制系統(tǒng)防盜報(bào)警系統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)洗衣機(jī)、微波爐……2025/4/145自動控制發(fā)展簡史I.前期控制(EarlyControl)(1400B.C.-1900)(1)中國、埃及和巴比倫出現(xiàn)自動計(jì)時(shí)漏壺（1400B.C.~1100B.C.）。孫武著《孫子兵法》(600B.C.)(2)秦昭王時(shí)，李冰主持修筑都江堰體現(xiàn)的系統(tǒng)觀念和實(shí)踐(300B.C.)西漢漏壺自動控制發(fā)展簡史2025/4/146(4)中國張衡發(fā)明水運(yùn)渾象，研制出自動測量地震的候風(fēng)地動儀(132年)(3)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)2025/4/147自動控制發(fā)展簡史(5)

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)(6)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(jī)結(jié)構(gòu)圖(1637年)2025/4/148自動控制發(fā)展簡史(7)英國J.Watt用離心式調(diào)速器控制蒸汽機(jī)的速度(1788年)(8)英國J.C.Maxwell發(fā)表“論調(diào)速器”(OnGovernors)論文(1868年)，解決了蒸汽機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中出現(xiàn)的劇烈振蕩的不穩(wěn)定問題這篇著名論文被公認(rèn)為自動控制理論的開端2025/4/149自動控制發(fā)展簡史(9)英國J.M.Gray設(shè)計(jì)出第一艘全自動蒸汽輪船“東方”號(GreatEastern)(1866年)2025/4/1410自動控制發(fā)展簡史2025/4/1411自動控制發(fā)展簡史(10)由徐壽設(shè)計(jì)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年)。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(11)英國E.J.Routh建立Routh判據(jù)(Routh-HurwitzStabilityCriteria)(1875年)2025/4/1412自動控制發(fā)展簡史(12)俄國A.M.Lyapunov博士論文“論運(yùn)動穩(wěn)定性的一般問題”(1892年)II.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年)(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年)V.Bush2025/4/1413自動控制發(fā)展簡史(3)美國H.S.Black提出放大器性能的負(fù)反饋方法(NegativeFeedbackAmplifier)(1927年)H.S.Black2025/4/1414自動控制發(fā)展簡史(4)美國MIT的VannevarBush研制成第一臺大型模擬計(jì)算機(jī)(DifferentialAnalyzer)(1928年)2025/4/1415自動控制發(fā)展簡史(5)美國E.Sperry以及C.Mason研制出火炮控制器(1925年)，氣壓反饋控制器(1929年)(1)美國的H.Hazen發(fā)表“關(guān)于伺服結(jié)構(gòu)理論”(TheoryofServome-chanism)(1934年)，并在MIT建立伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室(ServomechanismLaboratory)(1939年)H.Hazen2025/4/1416自動控制發(fā)展簡史III.經(jīng)典控制(ClassicalControl)(1935-1950)(2)英國A.M.Turine提出圖靈計(jì)算機(jī)的設(shè)想(1937年)(3)在貝爾實(shí)驗(yàn)室Bode領(lǐng)導(dǎo)的火炮控制系統(tǒng)研究小組工作的C.Shannon

提出繼電器邏輯自動化理論(1938年)，隨后，發(fā)表專著《通信的數(shù)學(xué)理論》(TheMathematicalTheoryofCommunication)，奠定了信息論的基礎(chǔ)(1948年)C.E.Shannon2025/4/1417自動控制發(fā)展簡史(4)美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的H.Bode(1938年)，以及Nyquist(1940年)提出頻率響應(yīng)法(5)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年)Nyquist2025/4/1418自動控制發(fā)展簡史N.B.Nichols(6)美國MIT的N.Wiener研究隨機(jī)過程的預(yù)測(1942年)，提出Wiener濾波理論(1942年)，發(fā)表《控制論》(Cybernetics)一書(1948年)，標(biāo)志著控制論學(xué)科的誕生N.WienerN.Wiener,shownherein1954withYukWingLee(left)andAmarG.Bose,discussinganaspectofstatisticalcommunicationtheory2025/4/1419自動控制發(fā)展簡史(7)MITRadiationLaboratory在研究SCR-584雷達(dá)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年)的數(shù)字控制系統(tǒng)(SampledDataSystem)(8)美國W.Evans提出根軌跡法(RootLocusMethod)(1948年)，以單輸入線性系統(tǒng)為對象的經(jīng)典控制研究工作完成2025/4/1420自動控制發(fā)展簡史(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年)，H.Bode的NetworkAnalysisandFeedbackAmplifier(1945年)，L.A.MacColl的FundamentalTheoryofServomechanisms(1945年)，以及錢學(xué)森的《工程控制論》(EngineeringCybernetics)(1954年)IV.現(xiàn)代控制(ModernControl)(1950-)二次世界大戰(zhàn)中火炮，雷達(dá)，飛機(jī)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(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)(英國科學(xué)家A.J.G.MacFarlane)2025/4/1421自動控制發(fā)展簡史(1)美國MIT的ServomechanismLaboratory研制出第一臺數(shù)控機(jī)床(1952年)2025/4/1422自動控制發(fā)展簡史(2)美國GeorgeDevol研制出第一臺工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)(1954年)，兩年后，被稱為機(jī)器人之父的JosephEngelberger創(chuàng)立了第一家機(jī)器人公司，Unimation2025/4/1423自動控制發(fā)展簡史(4)美國R.Bellman在RANDCoporation數(shù)學(xué)部的支持下，發(fā)表著名的DynamicProgramming，建立最優(yōu)控制的基礎(chǔ)(1957年)(3)蘇聯(lián)L.S.Pontryagin發(fā)表“最優(yōu)過程數(shù)學(xué)理論”，提出極大值原理(MaximumPrinciple)(1956年)L.S.Pontryagin2025/4/1424自動控制發(fā)展簡史(5)世界第一顆人造地球衛(wèi)星(Sputnik)由蘇聯(lián)發(fā)射成功(1957年)Sputnik1wasthefirstartificialsatellitelaunchedintospace

1957.Laika.Sputnik22025/4/1425自動控制發(fā)展簡史Oct.4,1957:LaunchoftherocketcarryingSputnik,thefirstman-madesatellite.Photosofthelaunchwerenotinitiallyreleased.Thisphotoisastillfroma1967Sovietdocumentaryfilm.K.S.Pavlovitch(1906-1966),RussianspacecraftdesignerandheaderoftheVostokandVoskhodprojects.2025/4/1426自動控制發(fā)展簡史(6)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年)2025/4/1427自動控制發(fā)展簡史(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年)R.E.Kalman(8)蘇聯(lián)東方-1飛船載著加加林進(jìn)入人造地球衛(wèi)星軌道，人類宇航時(shí)代開始了(1961年)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.2025/4/1428自動控制發(fā)展簡史(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C.Desoer2025/4/1429自動控制發(fā)展簡史(10)蘇聯(lián)發(fā)射“月球”9號探測器，首次在月面軟著陸成功(1966年)，三年后(1969年)，美國“阿波羅”11號把宇航員N.A.Armstrong送上月球N.A.Armstrong2025/4/1430自動控制發(fā)展簡史(11)瑞典KarlJ.Astrom提出最小二乘辯識，解決了線性定常系統(tǒng)參數(shù)估計(jì)問題和定階方法(1967年)，六年后，提出了自啟調(diào)節(jié)器，建立自適應(yīng)控制的基礎(chǔ)。Astrom于1993年獲得IEEEMedalofHonorK.J.Astrom(12)英國H.HRosenbrock發(fā)表StateSpaceandMultivariableTheory(1970年)。加拿大W.MWonham發(fā)表LinearMultivariableControl:AGeometricApproach(1974年)W.MWonham2025/4/1431自動控制發(fā)展簡史(13)美國的M.E.Merchant提出計(jì)算機(jī)集成制造的概念(1969年)2025/4/1432自動控制發(fā)展簡史(14)美國ARPA計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)初步建成(1971年)(15)日本Fanuc公司研制出由加工中心和工業(yè)機(jī)器人組成的柔性制造單元(1976年)2025/4/1433自動控制發(fā)展簡史(16)美國R.Brockett提出用微分幾何研究非線性控制系統(tǒng)(1976年)，意大利A.Isidori出版NonlinearControlSystems(1985年)A.IsidoriR.Brockett2025/4/1434自動控制發(fā)展簡史(17)加拿大G.Zames提出H∞魯棒控制設(shè)計(jì)方法(1981年)(18)美國“哥倫比亞”號航天飛機(jī)首次發(fā)射成功(1981年)GorgeZames2025/4/1435自動控制發(fā)展簡史(20)第一臺火星探測器Sojourner在火星表面軟著陸(1996年)(21)旅行者Voyager一號，二號開始走出太陽系，對茫茫太空進(jìn)行探索2025/4/1436自動控制發(fā)展簡史(19)美國A.Bryson

和Y.CHo

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

和X.RCao等提出離散事件系統(tǒng)理論(1983年)V.智能控制（IntelligentControl)1970s——模糊控制（FuzzyControl）

L.A.Zadeh(1965年)遺傳控制（GeneticControl）J.H.Holland(1975年)神經(jīng)控制（NeuralControl）PDPGroup(1986年)2025/4/1437自動控制發(fā)展簡史現(xiàn)代控制理論在空間技術(shù)取得巨大成功，但由于工業(yè)過程控制中普遍存在的不確定性和干擾，難以取得預(yù)期的效果。模擬人的控制技術(shù)——智能控制，雖然不能實(shí)現(xiàn)精確的控制，但對各種復(fù)雜系統(tǒng)能夠做到比較滿意的控制。2025/4/1438自動控制發(fā)展簡史表控制理論的發(fā)展階段形成時(shí)期理論基礎(chǔ)分析方法研究對象研究重點(diǎn)數(shù)學(xué)工具I30-50年代經(jīng)典控制論時(shí)域、復(fù)域(1948)、頻域(1932)SISO反饋控制系統(tǒng)微分方程、拉氏變換等II50-70年代現(xiàn)代控制論狀態(tài)空間MIMO最優(yōu)控制自適應(yīng)控制等矩陣?yán)碚摚ň€性代數(shù)）III70年代至今大系統(tǒng)理論智能控制時(shí)域/復(fù)域/頻域法、模糊集法、遺傳算法等多因素多層次復(fù)雜對象大系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)智能控制2025/4/1439自動控制發(fā)展簡史“航母殺手”東風(fēng)-21D導(dǎo)彈2025/4/1440自動控制發(fā)展簡史兩棲突擊車—99A坦克2025/4/1441自動控制發(fā)展簡史鷹擊反艦導(dǎo)彈2025/4/1442自動控制發(fā)展簡史遼寧號航空母艦自動化不僅把人類從繁重的體力與部分腦力勞動中解放出來，而且可以完成只靠人類的自身所無法去完成的許多精密、復(fù)雜的工作。在許多危