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文檔簡介

自動控制發(fā)展史第一頁,共十一頁,2022年,8月28日從遠古的漏壺和計時容器到公元前的水利樞紐工程;從中世紀的鐘擺、天文望遠鏡到工業(yè)革命的蒸氣機、蒸汽機車和蒸汽輪船;從百年前的飛機、汽車和電話通訊到半個世紀前的電子放大器和模擬計算機;從二戰(zhàn)期間的雷達和火炮防空網到冷戰(zhàn)時代的衛(wèi)星、導彈和數字計算機;從六十年代的等月飛船到現代的航天飛機、宇宙和星球探測器,這些著名的人類科技發(fā)明直接催生和發(fā)展了自動控制技術。源于實踐,服務于實踐,在實踐中升華。經過千百年的提煉,尤其是近半個世紀工業(yè)實踐的普遍應用,自動控制技術已經成為人類科技文明的重要組成部分,在日常生活中不可或缺。隨著新型制造業(yè)的興起和網絡信息技術的進步,自動控制技術的發(fā)展和應用將進入一個全新的時代。

第二頁,共十一頁,2022年,8月28日(1)中國、埃及和巴比倫出現自動計時漏壺(1400B.C.-1100B.C.)孫武著《孫子兵法》(600B.C.)(2)李冰主持修筑都江堰體現的系統觀念和實踐(300B.C.)(3)

亞歷山大的希羅發(fā)明開閉廟門和分發(fā)圣水等自動裝置(100年)(4)中國張衡發(fā)明水運渾象,研制出自動測量地震的候風地動儀(132年)(5)中國馬鈞研制出用齒輪傳動的自動指示方向的指南車(235年)(6)

中國定向駕駛舵(1180年)(人類首臺控制機構)(7)中國明代宋應星所著《天工開物》記載有程序設計思想(CNC)的提花織機結構圖(1637年)(8)英國J·Watt用離心式調速器控制蒸汽機的速度(1788年)1.

前期控制(EarlyControl)(1400B.C.-1900)第三頁,共十一頁,2022年,8月28日(9)英國G·B·Airy(1801-1892)系統地研究了天文望遠鏡的速度控制,并根據倒立擺離心力原理,發(fā)現了系統的不穩(wěn)定性。首次提出反饋系統的穩(wěn)定性問題研究,以及利用微分方程來研究反饋控制動力學系統C·Hugens(1629-1695)利用反饋控制原理發(fā)明了高性能的鐘擺和天文望遠鏡(10)J·C·Maxwell(1831-1879),法國科學家,于1868年發(fā)表文章OnGovernors,成功解決了二階及三階系統的穩(wěn)定性。隨后,劍橋大學的E·J·Routh與瑞典的Hurwitz解決了多階系統的穩(wěn)定性判斷(11)俄國A·M·Lyapunov博士論文《論運動穩(wěn)定性的一般問題》(1892年)(12)英國J·M·Gray設計出第一艘全自動蒸汽輪船東方號(GreatEastern)(1866年)(13)

由徐壽設計的中國第一艘蒸汽輪船“黃鶴號”(L20m,25T,10km/hr)在安慶內軍械所下水(1866年)。次年,中國第一艘木質明輪蒸汽艦船“恬古號”在江南造船廠下水操江號(60m×10m),392匹馬力,600T排水,備炮9門第四頁,共十一頁,2022年,8月28日

(1)

WrightBrothers于1903年12月17日完成了人類歷史上首次動力飛行,開創(chuàng)了航空業(yè)的新篇章(2)

美國福特(FordMotor)汽車公司組成最早的汽車裝配流水線(1913年)(3)

E·Sperry(1860-1930),創(chuàng)立Sperry公司。由他們設計和制造的陀螺儀和各種控制裝置被廣泛地應用到二戰(zhàn)時期的美國軍艦、魚雷、火炮、雷達和飛機上。L·Sperry(1892-1923),在1914年的巴黎航展中,成功地演示了陀螺儀全自動機身平衡與穩(wěn)定,為航空業(yè)的快速發(fā)展作出了重要的貢獻(4)

美國N·Minorsky研制出用于船舶駕駛的伺服機構,提出了PID控制方法(1922)(5)

美國MIT的V·Bush研制成第一臺大型模擬計算機(DifferentialAnalyzer)(1928)(6)

美國H·S·Black提出放大器性能的負反饋方法(NegativeFeedbackAmplifier)(1927)(7)

自動控制的基礎為閉環(huán)控制??刂普摰牡旎薔·Wiener給出的定義為:Feedbackisamethodofcontrollingasystembyinsertingintoittheresultofitspastperformance。美8)國E·Sperry以及C·Mason研制出火炮控制器(1925),氣壓反饋控制器(1929)

2.

經典控制前期(ThePre-classicalPeriod)(1900-1935)第五頁,共十一頁,2022年,8月28日(1)

美國貝爾實驗室的H·Bode(1938)以及Nyquist(1940)提出頻率響應法(2)

美國Taylor儀器公司的J·G·Ziegler和N·B·Nichols提出PID參數的最佳調整法(1942)(3)

美國MIT的N·Wiener研究隨機過程的預測(1942),提出Wiener濾波理論(1942),發(fā)表《控制論》(Cybernetics)一書(1948),標志著控制論學科的誕生(4)

美國的H·Hazen發(fā)表關于伺服結構理論(TheoryofServomechanism)(1934),并在MIT建立伺服機構實驗室(ServomechanismLaboratory)(1939)(5)

英國A·M·Turine提出圖靈計算機的設想(1937)(6)

J·Von·Neuman(1903-1957)發(fā)明首臺數字計算機,創(chuàng)立GameTheory(7)

在貝爾實驗室的Bode領導的火炮控制系統研究小組工作的C·Shannon提出繼電器邏輯自動化理論(1938),隨后,發(fā)表專著《通信的數字理論》(TheMathematicalTheoryofCommunication),奠定了信息論的基礎(1948)3.

經典控制(ClassicalControl)(1935-1950)第六頁,共十一頁,2022年,8月28日(8)

李郁榮(Y·W·Lee,1904-1989),廣東人,麻省理工學院N·Wiener的首位博士生(1930年),曾任職于清華大學電機系(1931-1937),早期為N·Wiener理論的工程應用與推廣作了大量的工作。1946年回到MIT電機系(1946-1969),與Shannon一起成為該系最著名的兩位學科帶頭人。其主要工作包括隨機通訊(StatisticalCommunicationTheory)和電路理論,培養(yǎng)了大批電子工程領域中的知名學者和工程師,被譽為MIT最偉大的教育家之一(9)

MITRadiationLaboratory在研究SCR-584雷達控制系統的過程中,創(chuàng)立了NicholsChartDesignMethod,R·S·Philips的工作OnNoiseinServomechanisms,以及Hurwicz(1947)的數字控制系統(SampledDataSystem(10)

美國W·Evans提出根軌跡法(RootLocusMethod)(1948),以單輸入線性系統為對象的經典控制研究工作完成(11)

多本有關經典控制的經典名著相繼出版,包括Ed·S·Smith的AutomaticControlEngineering(1942),H·Bode的NetworkAnalysisandFeedbackAmplifier(1945),L·A·MacColl的FundamentalTheoryofServomechanisms(1945),以及錢學森的《控制工程論》(EngineeringCybernetics)(1954)第七頁,共十一頁,2022年,8月28日(1)

蘇聯L·S·Pontryagin發(fā)表最優(yōu)過程數學理論,提出極大值原理(MaximumPrinciple)(1956)(2)

美國R·Bellman在RANDCoporation數學部的支持下,發(fā)表著名的DynamicProgramming,建立最優(yōu)控制的基礎(1957)(3)

國際自動控制聯合會(IFAC)成立(1957),中國為發(fā)起國之一,第一屆學術會議與莫斯科召開(1960)(4)

美國MIT的ServomechanismLaboratory研制出第一臺數控機床(1952)(5)

繼MITCNCProject之后,NC技術迅速進入商品化時代。1957年,Giddings&Lewis把NC裝置裝在SkinMiller上,制成NC工作母機。1958年,Kearney&Trecker開發(fā)了NC加工中心。同一年,日本富士通和牧野FRAICE公司開發(fā)成功NC銑床(6)

世界第一顆人造地球衛(wèi)星(Sputnik)由蘇聯發(fā)射成功(1957)“二次世界大戰(zhàn)中,火炮、雷達、飛機以及通訊系統的控制研究直接推動了經典控制的發(fā)展。五十年代后興起的現代控制起源于冷戰(zhàn)時期的軍備競賽,如導彈(發(fā)射、操縱、指導及跟蹤)、衛(wèi)星、航天器和星球大戰(zhàn),以及計算機技術的出現”-英國科學家(A·J·G·Macfarlane)4.

現代控制(ModernControl)(1950-)第八頁,共十一頁,2022年,8月28日(7)

美國G·Devol研制出第一臺工業(yè)機器人樣機(1954),兩年后,被稱為機器人之父的J·Engelberger創(chuàng)立了第一家機器人公司Unimation(8)

1968年,日本Kawasaki公司從Unimation買進技術。目前,Yaskawa公司已成為世界最大機器人公司。機器人技術體現了電子控制和驅動、傳感器以及運動機構一體化的新思想。日本安川(Yaskawa)公司的工程師把這叫做Mechatronics(機電一體化技術)(1972)(9)

美籍匈牙利人R·E·Kalman發(fā)表OntheGeneralTheoryofControlSystems等論文,引入狀態(tài)空間法分析系統,提出能控性、最佳調節(jié)器和Kalman濾波等概念,奠定了現代控制理論的基礎(1960)(10)

蘇聯東方-1號飛船載著加加林進入人造地球衛(wèi)星軌道,人類宇航時代開始了(1961)(11)

1963年,美國的L·Zadeh與C·Desoer發(fā)表LinearSystems-AStateSpaceApproach。1956年,L·Zadeh提出模糊集合,模糊控制概念(12)

美國的E·I·Jury發(fā)表數字控制系統(Sampled-DataControlSystem),建立了數字控制及數字信號處理的基礎(1958)(13)

蘇聯發(fā)射月球9號探測器,首次在月面軟著落成功(1966);三年后(1969),美國阿波羅11號把宇航員N·A·Armstrong送上月球。第九頁,共十一頁,2022年,8月28日(14)

瑞典KarlJ·Astrom提出最小二乘辯識,解決了線性定常系統參數估計問題和定階方法(1967);六年后,提出了自啟調節(jié)器,建立自適應控制的基礎。Astrom于1933年獲得IEEEMedalofHonor(15)

英國H·H·Rosenbrock發(fā)表StateSpaceandMultivariableTheory(1970);加拿大W·M·Wonham發(fā)表LinearMultivariableControl:AGeometricApproach(1974)(16)

美國的M·E·Merchant提出計算機集成制造的概念(1969)(17)

美國ARPA計算機網絡初步建成(1971)(18)

日本Fanuc公司研制出由加工中心和工業(yè)機器人組成的柔性制造單元(1976)(19)

美國R·Brockett提出用微分幾何研究非線性控制系統(1976),意大利A·Lsidori出版(NonlinearControlSystems)(1985)(20)

加拿大G·Zames提出H∞魯棒控制設計方法(1981)(21)

美國哥倫比亞號航天飛機首次發(fā)射成功(1981)(22)

美國A·Bryson和Y·CHo發(fā)表AppliedOptimalControl(1969)。Y·CHo和X·R·Cao等提出離散事件系統理論(1983)第十頁,共十一頁,

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