第一章(绪论)2007版.pptVIP

控制工程基础 (第二版) 清华大学出版社 第一章 概述 1.1 控制工程的发展 1.2 自动控制系统的基本概念 1.3 控制理论在机械制造工业中的应用 1.4 课程主要内容及学时安排 1.1 控制工程的发展公元前1400－1100年，中国、埃及和巴比伦相继出现自动计时漏壶，人类产生了最早期的控制思想。  公元前300年秦昭王时，由李冰父子主持设计修筑的著名水利工程都江堰，把今四川灌县的岷江分为内江和外江两支，并筑有水门调节两江水量，从此把岷江的水流分散，既可免除泛滥的水灾，又便利了航运和灌溉，修成了具有防洪、灌溉、航运多种效益的综合水利工程。是一种液面控制，是“系统”观念的杰出体现。 公元132年（东汉阳嘉元年 ），中国科学家张衡（公元78~139）研制出自动测量地震的候风地动仪。它的工作原理不仅涉及反映信号的方向问题，而且还包含着“小偏差内稳定，大偏差内不稳定”等自动控制原理。 公元235年（三国魏青龙三年 ），中国马钧研制出用齿轮传动的自动指示方向的指南车(司南车）。  这是人类历史上第一架有共协稳定的机械(homoeostatic machine) 。 明崇帧十年(公元1637年), 中国科学家宋应星所著《天工开物》一书中记载有程序控制思想的提花织机结构图。 公元1788年，英国人J.Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度，由此产生了第一次工业革命。 维纳，MIT教授，曾于1936年到清华大学任访问教授。早期进行模拟计算机研究，二战期间参与火炮控制研究，提炼出负反馈概念。 1948年，维纳所著《控制论》的出版，标志着这门学科的正式诞生。 （MIT:Massachusetts Institute of Technology ) 1954年，我国科学家钱学森在美国运用控制论思想和方法，用英文出版《工程控制论》，首先把控制论推广到工程技术领域。 量子论和相对论是现代物理学的两大基础理论 。 作为技术科学的控制论，对工程技术,生物和生命现象的研究，以及对经济科学社会科学的研究都有深刻的意义，比起相对论和量子论对社会的作用有过之无不及。 “我们可以毫不含糊地说从科学理论的角度来看，二十世纪上半叶的三大伟绩是相对论、量子论和控制论，也许可以称它们为三项科学革命，是人类认识客观世界的三大飞跃。”  ——钱学森  接着短短的几十年里，在各国科学家和科学技术人员的努力下，又相继出现了生物控制论，经济控制论和社会控制论等，控制理论已经渗透到各个领域，并伴随着其它科学技术的发展，极大地改变了整个世界。控制理论自身也在创造人类文明中不断向前发展。 控制理论的中心思想是通过信息的传递、加工处理并加以反馈来进行控制，控制理论是信息学科的重要组成方面。  根据自动控制理论的内容和发展的不同阶段，控制理论可分为“经典控制理论”和“现代控制理论”两大部分。 我们所要学习的内容正是经典控制理论。   “现代控制理论”是在“经典控制理论”的基础上，于60年代以后发展起来的。它的主要内容是以状态空间法为基础，研究多输入，多输出、时变参数、分布参数、随机参数、非线性等控制系统的分析和设计问题。最优控制、最优滤波、系统辨识、自适应控制等理论都是这一领域重要的研究课题，近年来计算机技术和现代应用数学的结合，又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诸多领域有了重大发展。 前苏联于１９５７年１０月４日发射的“卫星一号”人造地球卫星，是世界上第一颗在地球轨道运行的人造卫星。 前苏联于１９６１年４月１２日发射的“东方红”宇宙飞船，是世界上第一艘绕地球轨道飞行的载人飞船。  人类首次登上月球（美国，１９６９年７月２０日 ） “阿波罗１１号”  首次冲出太阳系（美国，1986年） 先驱者-10  仿人机器人（日本，2001年）  神州五号载人航天成功（中国，2003年）  勇气号、机遇号火星探测器（美国，2004年）  神州六号载人航天成功 （中国，2005年10月17日） 1.2 自动控制系统的基本概念 自动控制：在没有人直接参与的情况下，使被控对象的某些物理量准确地按照预期规律变化。 系统输入：系统的激励信号，是控制量。 系统输出：表征控制对象的状态和性能，是被控制量。 1.2.1 自动控制系统的