控制理论与控制系统的发展历史及发展趋势.docx

PAGE \* MERGEFORMAT 1 控制理论与控制系统的发展历史及趋势 姓 名： 学 号： 指导教师： 专 业： 所在学院：机电工程学院 时 间：2011年11月3号 控制理论与控制系统的发展历史及趋势 摘要：由于自动控制理论和自动控制系统的的广泛运用，各行业的专业人员对它的学习，研究也在不断的进行。本文叙述了自动控制理论和自动控制系统的发展历史（三个阶段：经典控制，现代控制，智能控制）和发展的趋势。 前言 控制是人类对事物的认识思考，进而作出决策并作出相应反应的过程。人类在漫长的生产与生活实践中不断总结，积累经验，形成理论，进而指导实践使生产力不断发展。随着生产力的不断发展，人们开始要求生活的高质量， 一方面要从繁重的体力劳动中解放自己，另一方 面要有更高质量的产品来满足生活的需要。自动控制理论自动控制系统就随之而产生了。控制理论和控制系统经过漫长的发展，其研究范围和应用范围很广泛。控制理论研究的对象和应用领域不但涉及到工业、农业、交通、运输等传统产业，还涉及到生物、通讯、信息、管理等新兴行业。由于自动控制理论和自动控制系统获得了如此广泛的应用，所以自动控制的发展必将受到各行各业的关注。本文就是对控制理论和控制系统的发展历史进行综述，叙述控制发展的各个阶段。还有就是控制理论和控制系统的今后的发展趋势。 控制理论的发展历史及趋势 1， 早期的自动控制装置及自动控制技术的形成 古代人类在长期生产和生活中，为了减轻自己的劳动，逐渐产生利用自然界动力代替人力畜力，以及用自动装置代替人的部分繁难的脑力活动的愿望，经过漫长岁月的探索，他们互不相关地造出一些原始的自动装置。约在公元前三世纪中叶，亚历山大里亚城的斯提西比乌斯首先在受水壶中使用了浮子。按迪尔斯（Diels）本世纪初复原的样品，注入的水是由圆锥形的浮子节制的。而这种节制方式即已含有负反馈的思想 （尽管当时并不明确）。公元前 500年，中国的军队中即已用漏壶作为计时的装置。约在公元120年，著名的科学家张衡 （78-139,东汉）又提出了用补偿壶解决随水头降低计时不准确问题的巧妙方法。在他的“漏水转浑天仪”中，不仅有浮子，漏箭，还有虹吸管和至少一个补偿壶。最有名的中国水钟“铜壶滴漏”由铜匠杜子盛和洗运行建造于公元1316年（元代延祐三年），并一直连续使用到1900年。另外，我国在公元前350年已经用在结构上与水轮相似的水臼来碾米；在公元前50年用水轮来引水灌溉；在公元前31年在锻冶场里使用水动风箱等。大大地减轻了人们的劳动。这些自动装置虽然没有现在的一些自动控制装置先进，也没有系统的理论作为支撑，但是这些装置的发明对自动控制的形成却起到了先导作用。随着这些自动控制装置的不断的改进和发展，逐渐形成了自动控制技术，我们把自动控制技术形成时期定在18世纪末～20世纪30年代。人们应用自动控制的方法来代替人工控制各种机械设备，是人类历史发展史上的一大创举。这个时期有很多具有代表性的发明。1750年，安得鲁. 米克尔为风车引入了“扇尾”传动装置，使风车自动地面向风。随后，威廉. 丘比特对自动开合的百叶窗式翼板进行改进，使其能够自动地调整风车的传动速度。这种可调整的调节器在1807年取得了专利权。1788年英国机械师J.瓦特发明离心式调速器，瓦特把它与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速的闭环自动控制系统。瓦特的这项发明开创了近代自动调节装置应用的新纪元，对第一次工业革命及后来控制理论的发展有重要影响。 这个时期控制理论的主要还是反馈控制原理和奈奎斯特频率法。反馈控制的思想在很早以前就有的了，古代的很多的发明都体现这方面的思想，在上面所列举的一些发明中都可以看到反馈思想的应用。人们利用反馈可以设计各种闭环控制系统，闭环控制在控制理论中占有很重要的地位。另外就是奈奎斯特频率法。1932年在贝尔实验室工作的奈奎斯特建立了著名的奈奎斯特判据，人们称它为奈奎斯特频率法。奈奎斯特频率法的重要贡献在于，它可以利用物理上能够测量的开环系统频率特性，来判别闭环系统的稳定性，静态误差和过渡过程某些品质指标等一系列问题。不用直接解微分方程，只要画出开环系统的频率特性，就会知道系统的稳定性如何，就可以估算出系统的品质指标，而且可以知道应该采取什么措施，可以是系统稳定下来，进一步稳定系统的指标等等。因此就出现了至今仍然在工业上广泛应用的PID调节器，P,I,D的不同组合，可以让大多数系统获得相当满意的性能指标。由于奈奎斯特频率法的优点，使得其应用在通讯、机械、化工和冶金等许多工业系统中，极大的推动了人类社会经济的发展，它的理论本身也在实际应用中得到极大的发展和充实。 1940年，伯德引入了半对数坐标系，把复数运算变成代数运算，大大地简化了频率特性的绘