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第一节 引 言 一、自动控制系统的产生 二、自动控制的发展 控制工程基础 第一章 绪 论 * 第一章 绪 论 《控制工程基础》主要阐述自动控制理论与技术的基础课程。 自动控制——指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数，自动的按照预定的规律运行。 当今，自动控制技术已广泛地应用于各个领域： 空间技术（天上宇宙飞船） 地面车辆 水上航运 军事武器 工农业生产 智能建筑 家电产品 自动控制理论不仅是一门工程技术科学，还是人们分析问题和解决问题的方法论。 １、蒸汽机的转速人工控制系统 纺织机械泵等［负荷］ 蒸汽机 ［控制对象］ n 蒸汽 锅炉 眼 大脑 手 希望转速 图1-1蒸汽机转速人工控制系统 其人工调节过程归结如下： (1)操作者用眼检测蒸汽机的实际转速； (2)将实际转速与要求希望转速进行比较，得出 偏差的大小和方向； (3)根据偏差的大小和方向计算控制量； (4) 大脑指挥手进行控制。 人工控制过程中，信号的流程如1-2所示 大脑 手、阀门 蒸汽机系统 眼、转速表 希望 转速 实际 转速 图1-2 蒸汽机速度人工控制系统方框图 控制：某个主体，使其它对象按照一定的目的（要求）来动作 反馈：就是指将输出信号部分或全部返回输入端，并与输入信号进程比较的过程。 控制的本质：“检测偏差，纠正偏差的过程” ２、蒸汽机转速自动控制系统 1788年瓦特（J.Watt）提出蒸汽机的 自动控制系统如下 图１－3 蒸汽机转速人工控制系统 纺织机械泵等［负荷］ 蒸汽机［控制对象］ n 蒸汽锅炉 F w n 滑套 飞锤检测比较机构 执行机构 反之 比较 机构 杠杆、阀 门机构 蒸汽 机系统 飞锤离心 检测机构 希望 转速 实际 转速 1-4 蒸汽机转速自动控制系统方框图 由于控制系统的设计无理论指导，而很难有效地设计出性能满意的控制系统。如 Ｍ n 图1-5 蒸汽机调速系统设计不合理的响应曲线 时间 时间 发展过程 1788 J .Watt 蒸汽机调速系统之后 1868 J.C.Maxwell基于微分方程描述，从理论上给出了它的稳定性条件，但只限于4阶以下系统。并发表“论调速”一文，提出了“反馈控制”的概念。 1877 E.J.Routh 、A.Hurwitz分别独立给出了高阶线性系统的稳定判据。 1892 A.M.Lyapunov给出了非线性系统的稳定性判据。 1922 米罗斯基（N.Minorsky）给出了位置控制系统的分析，并对PID三作用给出了控制算公式。 1934 哈仁（H.L.Hazen）给出了伺服机构的理论研究结果。 1932 H.Nyquist 给出了负反馈系统的频域稳定性判据。 1940 H.Bode 进一步研究通信系，统频域方法并给出了频率响应的对数坐标图描述方法。 1942 齐格勒(J.G.Zigler)、尼科尔斯(Nichols）以给出了PID控制器的最佳参数整定法。 第二次世界大战期间 由于对高性能武器系统的要求，例如自动跟踪雷达和自动定位高射炮相结合的控制系统，对系统整体的研究以及对统一分析设计方法的研究取得进展。 美国MIT伺服机构实验室等对以往自动控制器与反馈放大器作了总结，提出了反馈控制的数学基础。 1948 Ｎ.Wiener 发表了著名的《控制论》，形成了完整的经典控制理论 1950 Ｗ.R.Evans 提出了根轨迹技术，进一步充实了经典控制理论。 五十年代 控制系统理论从军用逐步转向于民用生产部门，控制理论得到进一步应用。 例如，在化工、炼油、冶金等部门实现了对过程的控制问题。 我国学者钱学森在五十年代初期从控制论这一总题目中，发表了《工程控制论》这一名著，为控制工程这一学科技术奠定了理论基础 * * * *