控制理论与控制系统的发展历史及发展趋势

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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12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

2、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。一，控制理论的发展历史及趋势1，早期

3、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

4、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

5、断的改进和12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

6、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

7、，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

8、代数运算，大大地简化了频率特性的绘制。1942年，H哈利斯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来描述系统的性能和关系。这样就把原来由研究反馈放大器稳定