西工大、西交大自动控制原理 第一节课 绪论.ppt

参考 自动控制发展简史 根据自动控制技术发展的不同阶段，控制理论可分为“古典控制理论”和“现代控制理论”两大部分。 “古典控制理论”的内容是以传递函数为基础，主要研究单输入、单输出这类控制系统的分析和设计问题。 “现代控制理论”是在“古典控制理论”的基础上，于20世纪60年代以后发展起来的。 主要内容是以状态空间法为基础，研究多输入、多输出、变参数、非线性、高精度、高效能等控制系统的分析和设计问题。最优控制、最佳滤波、系统辨识、自适应控制等理论都是这一领域主要的研究课题，特别是近年来由于电子计算机技术和现代应用数学研究的迅速发展，由使现代控制理论在大系统理论和模仿人类智能活动的人工智能控制等方面有了重大发展。 自动装置的出现和应用（18世纪以前） 古代自动装置 　　自动计时装置─漏壶　(中国、埃及和巴比伦) 　　指南车　(中国) 　　教堂庙门自动开启　(古希腊、古埃及） 　　铜祭司自动洒圣水　(古希腊、古埃及） 　　投币式圣水箱　(古希腊、古埃及） 　　教堂自动鸣叫的青铜小鸟　(古希腊、古埃及） 　　漏水转浑天仪（中国　汉　张衡） 　　候风地动仪（中国　汉　张衡） 　　水运仪象台(结合浑仪(天文观测)、浑象(天文 表演)和自动计时装置)(中国　宋　苏颂) 水钟 一、经典控制理论部分的发展 1、瓦特与离心调速器（1769） 2、 James Clerk Maxwell 1868年发表“论调节器” 目前公认的第一篇理论论文,导出了调节器的微分方程，并在平衡点附近进行线性化处理，指出稳定性取决于特征方程的根是否具有负的实部。 Maxwell对稳定性的分析对比瓦特发明的蒸汽机， 给我们的启示是：仅有实践是不够的！ И.А.维什聂格拉斯基（1831-1895） 1876年发表论文“论调整器的一般原理” ，结合汽机的特性，就指出来参数更应该是怎么选择，才能保证稳定。 在苏联被视为自动调整理论的奠基人。 Edward John Routh（ 1831~ 1907）在剑桥学习，得到了“Senior Wrangler”的荣誉称号。毕业后Routh开始从事私人数学教师的工作。1877年的剑桥 Adams Prize的主题是“运动的稳定性”，E.J.Routh在这项竟赛中以其跟据多项式的系数决定多项式在右半平面的根的数目的论文夺得桂冠(Treatise on the Stability of Motion. London, U.K. :Macmillan,1877)。Routh的这一成果被称为劳斯判据。其工作的意义在于将当时各种有关稳定性的孤立的结论和非系统的结果统一起来，开始建立有关动态稳定性的系统理论。 3、稳定的判定 1895年，瑞士数学家A. Hurwitz独立给出了跟据多项式的系数决定多项式的根是否都具有负实部的另一中方法 1892年，俄罗斯伟大的数学力学家A.M.Lyapunov（1857.5.25-1918.11.3）发表了其具有深远历史意义的博士论文“运动稳定性的一般问题”(The General Problem of the Stability of Motion)。 4、负反馈的使用 1927年8月2日，Harold Black(1898-1983)，灵光一闪，发明了在当今控制理论中占核心地位的负反馈放大器。由于手头没有合适的纸张，他将其发明记在了一份纽约时报（The New York Times）上，这份早报已成为一件珍贵的文物诊藏在ATT的档案馆中。 灵感来自于长期的思考 5、频率法的发展 Nyquist1917年在耶鲁大学(Yale)获物理学博士学位，有着极高的理论造诣。1932年Nyquist发表了包含著名的“乃奎斯特判据”(Nyquist criterion)的论文，并在1934年加入了Bell Labs。Black关于的负反馈放大器的论文发表在1934年，参考了其论文和稳定性判据。 Hendrik Bode(1905-1982)也和一些数学家开始对负反馈放大器的设计问题进行研究。Bode1926年在俄荷俄州立大学(Ohio State)获硕士；1935年在哥伦比亚大学(ColumbiaUniversity)获物理学博士学位。1940年，Bode引入了半对数坐标系，使频率特性的绘制工作更加适用于工程设计。 6、 1925年英国电器工程师O.亥维赛把拉普拉斯变换应用到求解电网络的问题上，提出了运算微积。不久拉普拉斯变换就被应用到分析自动调节系统问题上，并取得了显著成效。传递函数就是在拉普拉斯变换的基础上引入的。 1942年，H.Harris引入了传递函数的概念。用方框图、环节、输入和输出等信息传输的概念