自动控制的发展课件

自动控制的发展1自动控制的发展1一、前言自动控制是人类在认识世界和发明创新的过程中发展起来的一门重要的科学技术。依靠它，人类可以从笨重，重复性的劳动中解放出来，从事更富创造性的工作，自动化技术是当代发展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一，是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术。李泽湘自动控制与人类进步2一、前言自动控制是人类在认识世界和发明创新的过程中发展起来的二.自动控制发展阶段1. 古典控制阶段 (EarlyControl)

(1400B.C.-1705年)2. 萌芽阶段 (TheRudimentPeriod) (1705年-1872年) 3. 经典控制 (TheClassicalPeriod) (1872年-1950年)4. 现代控制 (ModernControl)

(1950年至今)3二.自动控制发展阶段3三、古典阶段(1400B.C.-1705年)代表作： 水钟 指南车 水运仪象台 提花织布机……代表人物： 斯提比西乌斯 马钧、祖冲之 张衡 宋应星……

4三、古典阶段(1400B.C.-1705年)代表作：4三、古典阶段(1400B.C.-1705年)水钟，别名：刻漏，也叫漏壶；5三、古典阶段(1400B.C.-1705年)水钟，别名：刻漏三、古典阶段(1400B.C.-1705年)6三、古典阶段(1400B.C.-1705年)6三、古典阶段(1400B.C.-1705年)指南车：又称司南车，是中国古代用来指示方向的一种机械装置。

7三、古典阶段(1400B.C.-1705年)指南车：/v_show/id_XMjM2MDYwOTAw.html2010年电影《大兵小将》8/v_show/id_X三、古典阶段(1400B.C.-1705年)指南车：利用差速齿轮原理，它与指南针利用地磁效应不同，它是利用齿轮传动系统，根据车轮的转动，由车上木人指示方向。不论车子转向何方，木人的手始终指向南方，“车虽回运而手常指南”。三国魏马钧，南北朝时期祖冲之

9三、古典阶段(1400B.C.-1705年)指南车：101011111212三、古典阶段(1400B.C.-1705年)水运仪象台：以水为动力，集浑仪、浑象、报时于一体的天文钟。准确跟踪天体运行13三、古典阶段(1400B.C.-1705年)水运仪象三、古典阶段(1400B.C.-1705年)东汉科学家张衡曾经在天体仪上安装了一套传动装置——漏水转浑天仪，利用相当稳定的漏刻的水推动铜球，均匀地绕金属轴转动.后来，唐朝的一行和梁令瓒、宋代的苏颂和韩公廉等人，把天体仪和自动报时装置结合起来，发展成为世界上最早的天文钟——水运仪象台.14三、古典阶段(1400B.C.-1705年)东汉科学三、古典阶段(1400B.C.-1705年)

1637年中国明代宋应星所著《天工开物》记载有程序控制思想(CNC)的提花织机结构图。15三、古典阶段(1400B.C.-1705年)15四、萌芽阶段(1705年-1872年)代表作： 水位自动调节器 fly-ballgovernor

OnGovernors

论调整器的一般原理 “东方”号蒸汽船代表人物：

и.и.Полэунов(波尔祖诺夫)

JamesWatt JamesClerkMaxwell

и.А.维什聂格拉斯基

J.M.Gray16四、萌芽阶段(1705年-1872年)代表作：16四、萌芽阶段(1705年-1872年)18世纪是蒸汽机快速发展的时期，蒸汽机成为机械工程最瞩目的成就。蒸汽机之父——托马斯.纽可门，约翰.考利17四、萌芽阶段(1705年-1872年)18世纪是蒸汽四、萌芽阶段(1705年-1872年)1765年，俄国工程师波尔祖诺夫发明了蒸汽机锅炉的水位自动调节器，这在俄国被认为是世界第一个自动调节器。18四、萌芽阶段(1705年-1872年)1765年，俄四、萌芽阶段(1705年-1872年)

1788年,英国JamesWatt用离心式调速器控制蒸汽机的速度.19四、萌芽阶段(1705年-1872年)1788年,英四、萌芽阶段(1705年-1872年)1868年,JamesClerkMaxwell

OnGovernorsProceedingsoftheRoyalSocietyofLondonVol.16,pp.270-28320四、萌芽阶段(1705年-1872年)1868年,James四、萌芽阶段(1705年-1872年)1872年,и.А.维什聂格拉斯基论调节器的一般原理法国科学院院报21四、萌芽阶段(1705年-1872年)1872年,21四、萌芽阶段(1705年-1872年)1866年，英国J.M.Gray设计出第一艘全自动蒸汽轮船“东方”号(GreatEastern).22四、萌芽阶段(1705年-1872年)1866年，英国J.M五、经典控制(1872年-1950年)代表作： Routh-Hurwitz判据 数字控制系统 Lyapunov定理 伺服机构理论 Nyquist-米哈伊洛夫判据 火炮控制器 Bode图 气压反馈控制器 根轨迹法 汽车装配流水线 负反馈放大器 《控制论》 PID控制方法 《工程控制论》 PID参数的最佳调整法 《通信的数字理论》代表人物：

Routh,Hurwitz,W.Evans,Lyapunov,钱学森, H.S.Black,H.Bode,Nyquist,N.Wiener, H.Hazen,C.Shannon,etc.23五、经典控制(1872年-1950年)代表作：23五、经典控制(1872年-1950年)1877年，EdwardJohnRouth.ATreatiseontheStabilityofMotion.London,U.K.:Macmillan1895年，Adolf

HurwitzOntheconditionsunderwhichanequationhasonlyrootswithnegativerealparts.MathematischeAnnelen,vol.46:273-28424五、经典控制(1872年-1950年)1877年，Edwar五、经典控制(1872年-1950年)1892年，A.M.LyapunovTheGeneralProblemoftheStabilityofMotion华丽的分割线25五、经典控制(1872年-1950年)1892年，A.M.五、经典控制(1872年-1950年)1927年8月6日，美国H.S.Black提出改进放大器性能的负反馈方法(NegativeFeedbackAmplifier)。贝尔实验室26五、经典控制(1872年-1950年)1927年8月6日，美五、经典控制(1872年-1950年)1932年，HarryNyquist,RegenerationTheoryBellSystemTechnicalJournalVol.11,pp.126-147.1940年，HendrikWadeBode贝尔实验室华丽的分割线27五、经典控制(1872年-1950年)1932年，Harry五、经典控制(1872年-1950年)WalterR.Evans1948年，

Graphicalanalysisofcontrolsystems Vol.67，pp.547-551.1950年，

Controlsystemsynthesisbyrootlocusmethod Vol.69，pp.66–69.时域、频域、根轨迹经典控制理论中三分天下！28五、经典控制(1872年-1950年)WalterR.E五、经典控制(1872年-1950年)PID控制—用于船舶驾驶的伺服机构NicolasMinorskyDirectionalStabilityofAutomaticallySteeredBodiesJournalofAmericanSocietyNavalEngineers,Vol.42(2),pp.280-309,1922

29五、经典控制(1872年-1950年)PID控制—用于船舶驾五、经典控制(1872年-1950年)1942年，J.G.ZieglerandN.B.NicholsOptimumsettingsforautomaticcontrollersTrans.ASME,Vol.64,pp.759-768.

30五、经典控制(1872年-1950年)30五、经典控制(1872年-1950年)1913年，美国福特(FordMotor)汽车公司建成最早的汽车装配流水线。31五、经典控制(1872年-1950年)1913年，美国福特(五、经典控制(1872年-1950年)1925年，美国E.Sperry以及C.Mason研制出火炮控制器，气压反馈控制器32五、经典控制(1872年-1950年)1925年，美国E.五、经典控制(1872年-1950年)1934年,HaroldHazen，Theoryofservo-mechanismsJournaloftheFranklinInstitute，vol.218(3)，并于1939年在MIT建立伺服机构实验室(ServomechanismLaboratory)33五、经典控制(1872年-1950年)1934年,Haro五、经典控制(1872年-1950年)1948年，NorbertWiener完成了专著：CyberneticsorControlandCommunicationintheAnimalandtheMachine,TheMITPress,Cambridge(Mass.),WileyandSons,NewYork,1948.控制论（对信息传递和控制的研究,尤涉及人及动物大脑与机器及电子装置的差异）34五、经典控制(1872年-1950年)1948年，Norbe控制论（对信息传递和控制的研究,尤涉及人及动物大脑与机器及电子装置的差异）包括：时间序列；信息和通信；反馈和振荡；计算机和神经系统；控制论和精神病理学；学习和自生殖机；脑电波与自行组织系统。Cybernetics35控制论（对信息传递和控制的研究,尤涉及人及动物大脑与机器及五、经典控制(1872年-1950年)1948年，在贝尔实验室工作的C.Shannon发表专著《TheMathematicalTheoryofCommunication》。36五、经典控制(1872年-1950年)1948年，在贝尔实验五、经典控制(1872年-1950年)1954年，我国科学家钱学森完成了专著《工程控制论》（EngineeringCybernetics）。37五、经典控制(1872年-1950年)1954年，我国科学家六、现代控制（1950年至今）代表作： 极大值原理 机器人 动态规划法 导弹 现代控制理论 卫星 非线性控制理论 航天器 模糊控制理论 数字控制系统 鲁棒控制理论 数控机床 自适应控制理论 代表人物：L.S.Pontryagin,R.Bellman,R.E.Kalman,K.S.Pavlovitch,

J.Engelberger,L.Zadeh,G.Zames,K.J.Astrom,H.H.Rosenbrock,W.M.Wonham,R.Brockett,A.Isidori,etc

38六、现代控制（1950年至今）代表作：38六、现代控制（1950年至今）1956年，苏联科学家L.S.Pontryagin发表“最优过程数学理论”，提出极大值原理(MaximumPrinciple)39六、现代控制（1950年至今）1956年，苏联科六、现代控制（1950年至今）

1957年，美国RichardBellman发表著名的DynamicProgramming，建立最优控制的基础。同年，国际自动控制联合会(IFAC)成立。RichardBellman(1920-1984)40六、现代控制（1950年至今）1957年，美国R六、现代控制（1950年至今）R.E.KalmanOnthegeneraltheoryofcontrolsystems

ResearchInstituteforAdvancedStudy,Baltimore,MD,USA;

IRETransactionsonAutomaticControl,

PublicationDate:Dec.1959

Volume:4,

Issue:3

Onpage(s):110-11041六、现代控制（1950年至今）R.E.Kalman41六、现代控制（1950年至今）LotfiAskarZadeh:InformationandControl1965：FuzzySets，8(3):338-3531968：FuzzyAlgorithms，12(2):94-102

42六、现代控制（1950年至今）LotfiAskarZad六、现代控制（1950年至今）

1967年，瑞典学者KarlJohanÅström提出最小二乘辩识，解决了线性定常系统参数估计问题和定阶方法；六年后，提出了自适应调节器，建立自适应控制的基础。43六、现代控制（1950年至今）

1967年，瑞典学者Kar六、现代控制（1950年至今）1976年，RogerW.BrockettVolterraseriesandgeometriccontroltheoryAutomatica,pp.167-176.

1989年，AlbertoIsidoriNonlinearcontrolsystems:AnIntroduction.NewYork:Springer-Verlag.44六、现代控制（1950年至今）1976年，RogerW.六、现代控制（1950年至今）1981年，GeorgeZamesFeedbackandOptimalSensitivity:ModelReferenceTransformations,MultiplicativeSemi-norms,andApproximateInversesIEEETransactionsonAutomaticControl，1981，pp.301-320；45六、现代控制（1950年至今）45六、现代控制（1950年至今）1952年，美国MIT的ServomechanismLaboratory研制出第一台数控机床。46六、现代控制（1950年至今）1952年，美国MIT的Ser六、现代控制（1950年至今）机器人技术UnimateandJosephEngelberger47六、现代控制（1950年至今）机器人技术Unimatean六、现代控制（1950年至今）导弹技术48六、现代控制（1950年至今）导弹技术48六、现代控制（1950年至今）导弹技术49六、现代控制（1950年至今）导弹技术49六、现代控制（1950年至今）1957年10月4日，前苏联成功发射人类历史上第一颗人造地球卫星—SputnikI。人造地球卫星：50六、现代控制（1950年至今）1957年10月4日，前苏联成六、现代控制（1950年至今）1961年4月12日，前苏联成功完成了人类历史上第一次载人宇宙飞行YuryAlekseyevichGagarin。载人航天（一）：宇宙飞船51六、现代控制（1950年至今）1961年4月12日，前苏联成六、现代控制（1950年至今）1969年7月16日上午，巨大的“土星5号”火箭载着“阿波罗11号”飞船从美国肯尼迪发射场点火升空，开始了人类首次登月的太空飞行。尼尔·阿姆斯特朗、埃德温·奥尔德林、迈克尔·科林斯载人航天（二）：人类登月52六、现代控制（1950年至今）1969年7月16日上午，巨大六、现代控制（1950年至今）1981年4月12日7时，哥伦比亚号从卡纳维拉尔角起飞。2003年2月01日9时，哥伦比亚号航天飞机坠毁。载人航天（三）：航天飞机53六、现代控制（1950年至今）1981年4月12日7时，哥伦六、现代控制（1950年至今）2003.10.15~2003.10.16，我国成功完成了第一次载人宇宙飞行。2005.10.12~2005.10.17，我国再次成功实现载人宇宙飞行。2008.09.25~2008.09.28，神七2011.11.1~2011.11.17，神八2012.06.16~2012.06.29，神九载人航天（四）：神舟飞船…54六、现代控制（1950年至今）2003.10.15~2003七、结束语近几十年来，随着计算机和网络技术的发展，自动控制技术在一些传统的工程领域发挥着越来越重要的作用。不仅如此，自动控制技术还扩展到生物、经济、环境、医疗等很多生产与生活领域，成为现代社会活动不可缺少的重要组成部分。55七、结束语近几十年来，随着计算机和网络技术的发自动控制的发展56自动控制的发展1一、前言自动控制是人类在认识世界和发明创新的过程中发展起来的一门重要的科学技术。依靠它，人类可以从笨重，重复性的劳动中解放出来，从事更富创造性的工作，自动化技术是当代发展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一，是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术。李泽湘自动控制与人类进步57一、前言自动控制是人类在认识世界和发明创新的过程中发展起来的二.自动控制发展阶段1. 古典控制阶段 (EarlyControl)

(1400B.C.-1705年)2. 萌芽阶段 (TheRudimentPeriod) (1705年-1872年) 3. 经典控制 (TheClassicalPeriod) (1872年-1950年)4. 现代控制 (ModernControl)

(1950年至今)58二.自动控制发展阶段3三、古典阶段(1400B.C.-1705年)代表作： 水钟 指南车 水运仪象台 提花织布机……代表人物： 斯提比西乌斯 马钧、祖冲之 张衡 宋应星……

59三、古典阶段(1400B.C.-1705年)代表作：4三、古典阶段(1400B.C.-1705年)水钟，别名：刻漏，也叫漏壶；60三、古典阶段(1400B.C.-1705年)水钟，别名：刻漏三、古典阶段(1400B.C.-1705年)61三、古典阶段(1400B.C.-1705年)6三、古典阶段(1400B.C.-1705年)指南车：又称司南车，是中国古代用来指示方向的一种机械装置。

62三、古典阶段(1400B.C.-1705年)指南车：/v_show/id_XMjM2MDYwOTAw.html2010年电影《大兵小将》63/v_show/id_X三、古典阶段(1400B.C.-1705年)指南车：利用差速齿轮原理，它与指南针利用地磁效应不同，它是利用齿轮传动系统，根据车轮的转动，由车上木人指示方向。不论车子转向何方，木人的手始终指向南方，“车虽回运而手常指南”。三国魏马钧，南北朝时期祖冲之

64三、古典阶段(1400B.C.-1705年)指南车：651066116712三、古典阶段(1400B.C.-1705年)水运仪象台：以水为动力，集浑仪、浑象、报时于一体的天文钟。准确跟踪天体运行68三、古典阶段(1400B.C.-1705年)水运仪象三、古典阶段(1400B.C.-1705年)东汉科学家张衡曾经在天体仪上安装了一套传动装置——漏水转浑天仪，利用相当稳定的漏刻的水推动铜球，均匀地绕金属轴转动.后来，唐朝的一行和梁令瓒、宋代的苏颂和韩公廉等人，把天体仪和自动报时装置结合起来，发展成为世界上最早的天文钟——水运仪象台.69三、古典阶段(1400B.C.-1705年)东汉科学三、古典阶段(1400B.C.-1705年)

1637年中国明代宋应星所著《天工开物》记载有程序控制思想(CNC)的提花织机结构图。70三、古典阶段(1400B.C.-1705年)15四、萌芽阶段(1705年-1872年)代表作： 水位自动调节器 fly-ballgovernor

OnGovernors

论调整器的一般原理 “东方”号蒸汽船代表人物：

и.и.Полэунов(波尔祖诺夫)

JamesWatt JamesClerkMaxwell

и.А.维什聂格拉斯基

J.M.Gray71四、萌芽阶段(1705年-1872年)代表作：16四、萌芽阶段(1705年-1872年)18世纪是蒸汽机快速发展的时期，蒸汽机成为机械工程最瞩目的成就。蒸汽机之父——托马斯.纽可门，约翰.考利72四、萌芽阶段(1705年-1872年)18世纪是蒸汽四、萌芽阶段(1705年-1872年)1765年，俄国工程师波尔祖诺夫发明了蒸汽机锅炉的水位自动调节器，这在俄国被认为是世界第一个自动调节器。73四、萌芽阶段(1705年-1872年)1765年，俄四、萌芽阶段(1705年-1872年)

1788年,英国JamesWatt用离心式调速器控制蒸汽机的速度.74四、萌芽阶段(1705年-1872年)1788年,英四、萌芽阶段(1705年-1872年)1868年,JamesClerkMaxwell

OnGovernorsProceedingsoftheRoyalSocietyofLondonVol.16,pp.270-28375四、萌芽阶段(1705年-1872年)1868年,James四、萌芽阶段(1705年-1872年)1872年,и.А.维什聂格拉斯基论调节器的一般原理法国科学院院报76四、萌芽阶段(1705年-1872年)1872年,21四、萌芽阶段(1705年-1872年)1866年，英国J.M.Gray设计出第一艘全自动蒸汽轮船“东方”号(GreatEastern).77四、萌芽阶段(1705年-1872年)1866年，英国J.M五、经典控制(1872年-1950年)代表作： Routh-Hurwitz判据 数字控制系统 Lyapunov定理 伺服机构理论 Nyquist-米哈伊洛夫判据 火炮控制器 Bode图 气压反馈控制器 根轨迹法 汽车装配流水线 负反馈放大器 《控制论》 PID控制方法 《工程控制论》 PID参数的最佳调整法 《通信的数字理论》代表人物：

Routh,Hurwitz,W.Evans,Lyapunov,钱学森, H.S.Black,H.Bode,Nyquist,N.Wiener, H.Hazen,C.Shannon,etc.78五、经典控制(1872年-1950年)代表作：23五、经典控制(1872年-1950年)1877年，EdwardJohnRouth.ATreatiseontheStabilityofMotion.London,U.K.:Macmillan1895年，Adolf

HurwitzOntheconditionsunderwhichanequationhasonlyrootswithnegativerealparts.MathematischeAnnelen,vol.46:273-28479五、经典控制(1872年-1950年)1877年，Edwar五、经典控制(1872年-1950年)1892年，A.M.LyapunovTheGeneralProblemoftheStabilityofMotion华丽的分割线80五、经典控制(1872年-1950年)1892年，A.M.五、经典控制(1872年-1950年)1927年8月6日，美国H.S.Black提出改进放大器性能的负反馈方法(NegativeFeedbackAmplifier)。贝尔实验室81五、经典控制(1872年-1950年)1927年8月6日，美五、经典控制(1872年-1950年)1932年，HarryNyquist,RegenerationTheoryBellSystemTechnicalJournalVol.11,pp.126-147.1940年，HendrikWadeBode贝尔实验室华丽的分割线82五、经典控制(1872年-1950年)1932年，Harry五、经典控制(1872年-1950年)WalterR.Evans1948年，

Graphicalanalysisofcontrolsystems Vol.67，pp.547-551.1950年，

Controlsystemsynthesisbyrootlocusmethod Vol.69，pp.66–69.时域、频域、根轨迹经典控制理论中三分天下！83五、经典控制(1872年-1950年)WalterR.E五、经典控制(1872年-1950年)PID控制—用于船舶驾驶的伺服机构NicolasMinorskyDirectionalStabilityofAutomaticallySteeredBodiesJournalofAmericanSocietyNavalEngineers,Vol.42(2),pp.280-309,1922

84五、经典控制(1872年-1950年)PID控制—用于船舶驾五、经典控制(1872年-1950年)1942年，J.G.ZieglerandN.B.NicholsOptimumsettingsforautomaticcontrollersTrans.ASME,Vol.64,pp.759-768.

85五、经典控制(1872年-1950年)30五、经典控制(1872年-1950年)1913年，美国福特(FordMotor)汽车公司建成最早的汽车装配流水线。86五、经典控制(1872年-1950年)1913年，美国福特(五、经典控制(1872年-1950年)1925年，美国E.Sperry以及C.Mason研制出火炮控制器，气压反馈控制器87五、经典控制(1872年-1950年)1925年，美国E.五、经典控制(1872年-1950年)1934年,HaroldHazen，Theoryofservo-mechanismsJournaloftheFranklinInstitute，vol.218(3)，并于1939年在MIT建立伺服机构实验室(ServomechanismLaboratory)88五、经典控制(1872年-1950年)1934年,Haro五、经典控制(1872年-1950年)1948年，NorbertWiener完成了专著：CyberneticsorControlandCommunicationintheAnimalandtheMachine,TheMITPress,Cambridge(Mass.),WileyandSons,NewYork,1948.控制论（对信息传递和控制的研究,尤涉及人及动物大脑与机器及电子装置的差异）89五、经典控制(1872年-1950年)1948年，Norbe控制论（对信息传递和控制的研究,尤涉及人及动物大脑与机器及电子装置的差异）包括：时间序列；信息和通信；反馈和振荡；计算机和神经系统；控制论和精神病理学；学习和自生殖机；脑电波与自行组织系统。Cybernetics90控制论（对信息传递和控制的研究,尤涉及人及动物大脑与机器及五、经典控制(1872年-1950年)1948年，在贝尔实验室工作的C.Shannon发表专著《TheMathematicalTheoryofCommunication》。91五、经典控制(1872年-1950年)1948年，在贝尔实验五、经典控制(1872年-1950年)1954年，我国科学家钱学森完成了专著《工程控制论》（EngineeringCybernetics）。92五、经典控制(1872年-1950年)1954年，我国科学家六、现代控制（1950年至今）代表作： 极大值原理 机器人 动态规划法 导弹 现代控制理论 卫星 非线性控制理论 航天器 模糊控制理论 数字控制系统 鲁棒控制理论 数控机床 自适应控制理论 代表人物：L.S.Pontryagin,R.Bellman,R.E.Kalman,K.S.Pavlovitch,

J.Engelberger,L.Zadeh,G.Zames,K.J.Astrom,H.H.Rosenbrock,W.M.Wonham,R.Brockett,A.Isidori,etc

93六、现代控制（1950年至今）代表作：38六、现代控制（1950年至今）1956年，苏联科学家L.S.Pontryagin发表“最优过程数学理论”，提出极大值原理(MaximumPrinciple)94六、现代控制（1950年至今）1956年，苏联科六、现代控制（1950年至今）

1957年，美国RichardBellman发表著名的DynamicProgramming，建立最优控制的基础。同年，国际自动控制联合会(IFAC)成立。RichardBellman(1920-1984)95六、现代控制（1950年至今）1957年，美国R六、现代控制（1950年至今）R.E.KalmanOnthegeneraltheoryofcontrolsystems

ResearchInstituteforAdvancedStudy,Baltimore,MD,USA;

IRETransactionsonAutomaticControl,

PublicationDate:Dec.1959

Volume:4,

Issue:3

Onpage(s):110-11096六、现代控制（1950年至今）R.E.Kalman41六、现代控制（1950年至今）LotfiAskarZadeh:InformationandControl1965：FuzzySets，8(3):338-3531968：FuzzyAlgorithms，12(2):94-102

97六、现代控制（1950年至今）LotfiAskarZad六、现代控制（1950年至今）

1967年，瑞典学者KarlJohanÅström提出最小二乘辩识，解决了线性定常系统参数估计问题和定阶方法；六年后，提出了自适应调节器，建立自适应控制的基础。98六、现代控制（1950年至今）

1967年，瑞典学者Kar六、现代控制（1950年至今）1976年，RogerW.BrockettVolterrase