自动控制理论基础课件1绪论

2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系1控制工程基础

讲授刘贺平TEL62334752

2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系2主要参考书1、胡寿松.自动控制原理简明教程(第一版），北京：科学出版社，20032、刘豹.现代控制理论（第三版），北京：机械工业出版社，20063、吴麒.自动控制原理—上,下册（第二版），北京：清华大学出版社，20064、田作华.工程控制基础，北京：清华大学出版社，20075、BenjaminC.Kuo.自动控制系统(第8版-影印版)，北京：高等教育出版社，20032023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系3课时安排讲授48学时；实验6学时。综合考核要求期末考试占总成绩70%；平时成绩占总成绩30%。平时成绩包括：期中考试、作业、出勤率、课堂提问和实验等。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系4答疑时间：每周四下午5：30—6：30答疑地点：自动化系系办（信息楼726）答疑教师：刘冀伟3月27日5月08日6月12日徐正光4月03日5月15日6月19日张维存4月10日5月22日6月26日董洁4月17日5月29日7月03日夏晓华、付冬梅4月24日6月05日7月10日期末统一答疑：另行安排课程答疑2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系51、绪论1.1课程介绍1.2控制系统的基本概念1.3控制系统的组成和基本环节1.4自动控制系统的分类1.5自动控制系统基本要求1.6自动控制理论与技术的产生与发展2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系6本章学习要点了解自动控制的起源和发展；了解闭环控制系统的组成和基本环节；了解反馈控制的工作原理；掌握反馈控制系统的基本要求；学会分析自动控制系统的类型及本质特征。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系7课程介绍控制工程基础是一门技术学科，研究控制系统的模型建立、运动分析与系统设计；是本学科的技术基础课。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。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系8课程介绍过程控制电机与拖动线性代数微积分控制理论自动控制原理现代控制理论计算机技术通讯技术积分变换复变函数2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系9控制系统的基本概念和原理系统—能够完成一定功能的有机整体。控制—使某些物理量按指定的规律变化(包括保持恒定)，以保证生产的安全性，经济性及产品质量等要求的技术手段。自动控制—无人直接干预，利用物理装置对生产设备和工艺过程进行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定，或者按一定规律变化。例如矿井提升机的速度控制、钢厂加热炉温度控制等。自动控制系统—为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体。一般由控制器，控制对象，测量元件等组成。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系10控制系统的基本概念和原理12扰动量给定量输出量1-控制器(调压器)2-被控对象(电阻炉)图中：温度控制系统

性能指标工作过程2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系11适用范围：输入量已知、控制精度要求不高、扰动作用不大。控制系统的基本概念和原理（1）开环控制：只有输入量对输出量产生控制作用，输出量不参与对系统的反馈控制。（2）开环控制特点结构简单、维护容易、成本低、分析简单。输入控制输出输出不参与控制系统没有抗干扰能力2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系12控制系统的基本概念和原理温度闭环控制系统~220V12uc从受控对象（电加热炉）获取输出量（实际炉温），并回送到输入端（即反馈），与输入量（给定炉温）进行比较产生偏差信号（温度差），利用偏差信号经过控制器（手臂）产生控制量（电阻丝两端的电压），从而跟踪输入量，减小误差。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系13控制系统的基本概念和原理自动闭环控制：该系统中，炉温通过热电耦测量，并将温度值转换为一个电压值Uf。给定炉温通过一个电位器的电压值Ug反映。通过Ug与Uf的反向串接，就可以实现人脑中的比较算法Ug－Uf＝U。U的大小反映了实测炉温与给定炉温的差别，而且它的正负决定了执行机构——电机的转向。执行电机代替了人的手臂。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系14控制系统的基本概念和原理闭环控制结构图

1—控制器

2—执行机构

3—控制对象

4—检测装置

反馈工作原理：发现偏差→消除偏差。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系15控制系统的基本概念和原理①反馈控制把输出量的一部分检测出来,反馈到输入端,与给定信号进行比较，产生偏差,此偏差经过控制器产生控制作用,使输出量按照要求的规律变化；反馈信号与给定信号极性相反为负反馈,反之为正反馈。②反馈控制特点输入控制输出，输出参与控制检测偏差、纠正偏差具有抗干扰能力（为什么？）结构比开环复杂2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系16控制系统的基本概念和原理闭环控制系统的自动控制或者自动调节作用是基于输出信号的负反馈作用而产生的，所以经典控制理论的主要研究对象是负反馈的闭环控制系统，研究目的是得到它的一般规律，从而可以设计出符合设计要求的，满足实际需要的，性能指标优良的控制系统。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系17控制系统的组成和基本环节

1—给定环节；2—比较环节；3—校正环节；4—放大环节；5—执行机构；6—被控对象；7—检测装置1.闭环控制系统的结构及基本环节设定被控制量的给定值的装置检测量与给定量进行比较，确定偏差量，多用差动放大器实现负反馈将控制或调解作用直接作用于被控对象的装置，（如传动装置等）。使被控制量达到所要求的数值要进行控制的设备或过程控制系统所控制的物理量（被控量）

检测被控制量，并将其转换为与给定量相同的物理量提供控制规律（调节），功率放大（整流），也称为调节器或调节环节2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系18控制系统的组成和基本环节(1)被控对象(2)被控量或输出量(3)控制量(4)设定量或输入量(5)扰动量(6)反馈量2.闭环控制系统中的基本术语(7)偏差量(8)前向通道或正向通道(9)反馈通道或反向通道(10)理想输出(11)实际输出(12)检测量2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系19自动控制系统的分类1.按照主要元件的特性方程的输入输出特征划分线性系统：由线性元件组成的系统，主要特征是满足叠加原理和齐次定理，即当系统在输入信号u1(t)的作用下产生系统的输出y1(t)，当系统在输入信号u2(t)的作用下产生系统的输出y2(t)。如果系统的输入信号为au1(t)+bu2(t)时，系统的输出满足ay1(t)+by2(t)，系数a,b可以是常数，也可以是时变参数。非线性系统：由非线性元件组成的系统，不满足叠加原理和齐次定理。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系20自动控制系统的分类2.按照信号传递方式划分连续控制系统：系统各部分的信号都是时间的连续函数。离散控制系统：系统的一处或几处信号是以脉冲系列或数码的形式传递。3.按照输入量的变化规律划分恒值系统：给定量是恒定不变的。随动系统：给定量是按照事先未知的时间函数变化的。程序控制系统：给定量按照一定的时间函数变化。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系21自动控制系统的分类4.按照端口关系划分SISO系统MIMO系统2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系22自动控制系统基本要求1.对自动控制系统基本要求稳定性（稳）、快速性（快）、准确性（准）“稳”是指系统的稳定性。稳定性是保证控制系统正常工作的先决条件。线性控制系统的稳定性由系统本身的结构与参数所决定的，与外部条件和初始状态无关。“快”是说明系统动态（过渡过程）品质。系统的过渡过程产生的原因：系统中储能元件的能量不可能突变。“准”是说明系统的静态品质。表明了系统的精确性和准确性。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系232.稳态性能指标稳态误差：当系统从一个稳态过渡到新的稳态，或系统受扰动作用又重新平衡后，系统可能会出现偏差，这种偏差称为稳态误差。系统稳态误差的大小反映了系统的稳态精度，它表明了系统控制的准确程度。稳态误差越小，则系统的稳态精度越高。自动控制系统基本要求2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系24自动控制系统基本要求有差系统（图a）：若稳态误差不为零，则系统称为有差系统。无差系统（图b）：若稳态误差为零，则系统称为无差系统。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系25自动控制技术的产生与发展自动控制理论的发展大致经历了以下几个过程：一、萌芽阶段：如果要追朔自动控制技术的发展历史,早在两千年前中国就有了自动控制技术的萌芽。2.公元1086－1089年

（北宋哲宗元祐初年），

我国发明的水运仪象台，

就是一种闭环自动调节系

统。水运仪象台1.两千年前我国发明的

指南车，就是一种开

环自动调节系统。指南车2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系26自动控制技术的产生与发展二、起步阶段

随着科学技术与工业生产的发展，到十八世纪，自动控制技术逐渐应用到现代工业中。其中最卓越的代表是瓦特（J.Watt）发明的蒸汽机离心调速器，加速了第一次工业革命的步伐。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系27自动控制技术的产生与发展

1895年劳斯（Routh）与赫尔维茨（Hurwitz）针对高阶微分方程描述的更复杂的系统,各自提出了两个著名的稳定性判据—劳斯判据和赫尔维茨判据。基本上满足了二十世纪初期控制工程师的需要。赫尔维茨（Hurwitz）2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系28自动控制技术的产生与发展美国福特(FordMotor)汽车公司建成最早的汽车装配流水线(1913)美国N.Minorsky（米诺尔斯基）研制出用于船舶驾驶的伺服结构，提出PID控制方法(1922)美国MIT（麻省理工学院，美国一所私立高等学校，一译马萨诸塞理工学院。）的VannevarBush（范内瓦·布什）研制成第一台大型模拟计算机(DifferentialAnalyzer)(1928)2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系29自动控制技术的产生与发展美国H.S.Black（布莱克）提出放大器性能的负反馈方法(NegativeFeedbackAmplifier)(1927)H.S.Black2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系30自动控制技术的产生与发展

由于第二次世界大战需要控制系统具有准确跟踪与补偿能力，1932年奈奎斯特（H.Nyquist）提出了频域内研究系统的频率响应法，为具有高质量的动态品质和静态准确度的军用控制系统提供了所需的分析工具。

奈奎斯特三、经典控制理论阶段2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系31自动控制技术的产生与发展1948年伊万斯（W.R.Ewans）提出了复数域内研究系统的根轨迹法。建立在奈奎斯特的频率响应法和伊万斯的根轨迹法基础上的理论，称为经典（古典）控制理论（或自动控制原理）。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系32自动控制技术的产生与发展美国贝尔实验室的H.Bode(1938)。美国Taylor仪器公司的J.G.Ziegler和N.B.Nichols提出PID参数的最佳调整法(1942)美国MIT的N.Wiener研究随机过程的预测(1942)，提出Wiener滤波理论(1942)，发表《控制论》(Cybernetics)一书(1948)，标志着控制论学科的诞生。N.B.NicholsN.WienerN.Wiener,shownherein1954withYukWingLee(left)andAmarG.Bose,discussinganaspectofstatisticalcommunicationtheory2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系33自动控制技术的产生与发展

1947年控制论的奠基人美国数学家韦纳（N.Weiner）把控制论引起的自动化同第二次产业革命联系起来，并于1948年出版了《控制论—关于在动物和机器中控制与通讯的科学》，书中论述了控制理论的一般方法，推广了反馈的概念，为控制理论这门学科奠定了基础。控制论之父——韦纳标志性的成果2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系34自动控制技术的产生与发展自动控制的基础为闭环控制。控制论的奠基人N.Wiener

给出的定义为：“Feedbackisamethodofcontrollingasystembyinsertingintoittheresultofitspastperformance”

闭环控制系统的结构框图：2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系35自动控制技术的产生与发展我国著名科学家钱学森将控制理论应用于工程实践，并于1954年出版了《工程控制论》。钱学森2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系36自动控制技术的产生与发展四、现代控制理论阶段

二次世界大战中火炮、雷达、飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。五十年代后兴起的现代控制起源于冷战时期的军备竞赛，如导弹(发射、操纵、制导及跟踪)、卫星、航天器和星球大战，以及计算机技术的出现(英国科学家A.J.G.MacFarlane麦克法兰

)。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系37自动控制技术的产生与发展美国R.Bellman（贝尔曼）在RANDCorporation（兰德公司）数学部的支持下，发表著名的DynamicProgramming（动态规划），建立最优控制的基础(1957)苏联L.S.Pontryagin（庞特里亚金）发表“最优过程数学理论”，提出极大值原理(MaximumPrinciple)(1956)L.S.Pontryagin2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系38自动控制技术的产生与发展美籍匈牙利人R.E.Kalman发表“OntheGeneralTheoryofControlSystems”等论文，引入状态空间法分析系统，提出能控性、能观测性、最佳调节器和kalman滤波等概念，奠定了现代控制理论的基础(1960)R.E.Kalman国际自动控制联合会(IFAC)成立(1957)，中国为发起国之一，第一届学术会议于莫斯科召开(1960)2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系391963年,美国的LoftiZadeh与C.Desoer（戴索尔）发表LinearSystems-AStateSpaceApproach。1965年，Zadeh提出模糊集合和模糊控制概念美国的E.I.Jury

（朱利）发表“数字控制系统”

(Sampled-DataControlSystem)

，建立了数字控制及数字信号处理的基础(1958)

自动控制技术的产生与发展2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系40自动控制技术的产生与发展瑞典KarlJ.Astrom（奥斯特隆姆）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(1967)，六年后，提出了自校正调节器，建立自适应控制的基础。Astrom于1993年获得IEEEMedalofHonor。英国H.HRosenbrock（罗森布罗克）发表StateSpaceandMultivariableTheory(1970)。加拿大W.MWonham（旺纳姆）发表LinearMultivariableControl:AGeometricApproach(1974)。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系41美国R.Brockett（布洛克特）提出用微分几何研究非线性控制系统(1976)，意大利A.Isidori（伊西多）出版(NonlinearControlSystems)

(1985)。A.IsidoriR.Brockett自动控制技术的产生与发展2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系42

加拿大G.Zames（詹姆斯）提出H∞鲁棒控制设计方法(1981年)GorgeZames自动控制技术的产生与发展美国A.Bryson

（布莱森）和Y.CHo（何毓琦）发表AppliedOptimalControl(1969)。Y.CHo

和X.RCao（曹希仁）等提出离散事件系统理论(1983)A.BrysonYuC.Ho2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系43中国批准863高技术计划，包括自动化领域的计算机集成制造系统和智能机器人两个主题(1986)自动控制技术的产生与发展2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系44IEEEControlSystemsAward获得者。自动控制技术的产生与发展2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系45控制技术的应用军事领域→民用领域控制理论研究问题讨论控制系统的一般规律——分析设计合理的自动控制系统——综合2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系46数学工具：

经典控制理论

研究对象：频率分析法图表根轨迹分析法分析时域分析法（传递函数）SISO系统现代控制理论研究对象：

MIMO系统非线性系统

……数学工具：状态空间法智能控制理论研究对象：大系统复杂系统数学工具：推理决策2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系472023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系48自动控制的基本概念开环控制与闭环控制负反馈的闭环控制系统的工作原理专用术语及控制系统的组成小结2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系491.开环控制系统结构简单、稳定性好，但不能自动补偿扰动对输出量的影响。当系统扰动量产生的偏差可以预先进行补偿或影响不大时，采用开环控制是有利的。当扰动量无法预计或控制系统的精度达不到预期要求时，则应采用闭环控制。2.闭环控制系统具有反馈环节，它能依靠反馈环节进行自动调节，以克服扰动对系统的影响。闭环控制极大地提高了系统的精度。但是闭环使系统的稳定性变差，需要重视并加以解决。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系503.自动控制系统通常由给定环节、检测环节、比较环节、放大元件、被控对象、和反馈环节等部件组成。系统的作用量和被控量有：给定量、反馈量、扰动量、输出量和各中间变量。

4.结构图（又简称框图）可直观地表达系统各环节（或各部件）间因果关系，可以表达各种作用量和中间变量的作用点和信号传递情况以及它们对输出量的影响。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系515.在不同输入量作用下，对系统的输出量的要求，揭示出反馈控制系统的本质特征：输出跟随输入。

6.对自动控制系统的性能指标要求有：

稳定性——系统能工作的首要条件；

快速性——用系统在暂态过程中的响应速度和被控量的波动程度描述；

准确性——用稳态误差来衡量。

2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系52指南车

指南车与司南、指南针等相比在指南的原理上截然不同。它的车箱里装着非常巧妙而复杂的机械。是一种双轮独辕车。它的中央有一个大平轮，木头人就竖立在上面。在大平轮两旁，装着很多小齿轮。如果车子向左转，右边的车轮就会带动小齿轮，小齿轮再带动大平轮，使大平轮相反地向右转。如果车子向右转，同样地，大平轮则向左转。因此，只要指南车开动以前，先让木头人的右手指向南方，以后车子不论是向左转还是向右转，木头人的右手就总是指向南方。指南车是利用齿轮的原理造成的。这种齿轮传动类似现代汽车用的差动齿轮，相当于汽车中差动齿轮的逆向使用原理。这种指南车，可以说是世界上最早的自动化设备。

指南车是我国古代伟大的发明之一，也是世界上最早的控制论机械之一。用英国著名科学史专家李约瑟的话说，中国古代的指南车“可以说是人类历史上迈向控制论机器的第一步”，是人类“第一架体内稳定机”。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系53指南车传说中的制造者：风后考证中的制造者：三国时期（曹魏）马钧指南车2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系54水运仪象台

整个水运仪象台高12米，宽7米，共分3层，相当于一幢四层楼的建筑物。最上层的板屋内放置着1台浑仪，屋的顶板可以自由开启，平时关闭屋顶，以防雨淋，这已经具有现代天文观测室的雏型了；中层放置着一架浑象；下层又可分成五小层木阁，每小层木阁内均安排了若干个木人，5层共有162个木人，它们各司其职：每到一定的时刻，就会有木人自行出来打钟、击鼓或敲打乐器、报告时刻、指示时辰等。在木阁的后面放置着精度很高的两级漏刻和一套机械传动装置，可以说这里是整个水运仪象台的“心脏”部分，用漏壶的水冲动机轮，驱动传动装置，浑仪、浑象和报时装置便会按部就班地动作起来。这台仪器的制造水平堪称一绝，充分体现了我国古代人民的聪明才智和富于创造的精神。

水运仪象台是我国古代一种大型的天文仪器，由宋朝天文学家苏颂等人创建。它是集观测天象的浑仪、演示天象的浑象、计量时间的漏刻和报告时刻的机械装置于一体的综合性观测仪器，实际上是一座小型的天文台。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系55水运仪象台水运仪象台北宋时代把浑仪、浑象和报时装置结合在一起的大型天文仪器，是苏颂、韩公廉等人在开封设计制造的。英国科学家李约瑟等人认为水运仪象台“可能是欧洲中世纪天文钟的直接祖先”。

2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系56瓦特JamesWatt

到此为止，瓦特完成了对蒸汽机的整套发明过程。经过他的一系列重大的发明和改进，使蒸汽机的效率提高到原来纽科门机的3倍多，而且配套齐全、性能优良、切合实用。瓦特由此博得了第一部现代蒸汽机——高效率瓦特蒸汽机的发明者称号。

（JamesWatt,1736～1819）英国发明家、工程师。1736年1月19日生于苏格兰的一个小镇格里诺克。15岁学完了《物理学原理》并获得了丰富的木工、金属冶炼和加工等工艺技术。1753年他在一家钟表店学手艺，并跟有名的机械师摩尔根当学徒。经过刻苦学习，努力实践，他已能制造难度较高的象限仪、罗盘、经纬仪等。1756年在格拉斯哥大学当了仪器修理员。1765年发明了把冷凝过程从汽缸中分离出来的分离式冷凝器。冷凝器的发明在蒸汽机的发展中起了关键性的作用。1768年他制成了一台单动作蒸汽机。1781年，他发明了行星式齿轮，将蒸汽机活塞的往复运动变为旋转运动，1782年他发明了大动力的“双动作蒸汽机”并获得专利。1784年他发明了平行运动连杆机构，解决了双动作蒸汽机的结构问题。1788年他发明了离心式调速器和节气阀，用来自动控制蒸汽机的运转速度。1790年发明了蒸汽机配套用压力计。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系57瓦特JamesWatt

瓦特(JamesWatt,1736～1819年)苏格兰发明家1768年他制成了一台单动作蒸汽机。1781年，他发明了行星式齿轮，将蒸汽机活塞的往复运动变为旋转运动，1782年他发明了大动力的“双动作蒸汽机”并获得专利。1784年他发明了平行运动连杆机构，解决了双动作蒸汽机的结构问题。1788年他发明了离心式调速器和节气阀，用来自动控制蒸汽机的运转速度。1790年发明了蒸汽机配套用压力计。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系58范内瓦·布什（VannevarBush），信息时代的教父

在信息产业领域里，范内瓦·布什更是功勋卓著。美国国内两个著名的高科技工业园区–加州的“硅谷”和波士顿128号公路的“高科技走廊”的诞生都凝结了布什的心血。被人称为“硅谷之父”的弗雷德里克·特曼在MIT获得电子学博士学位的导师不是别人正是布什。1939年诞生的惠普公司是特曼的胜利，也是布什的胜利。范内瓦·布什还被称为“超文本之父”，早在40年代他就预见到了PC和Web的出现。1945年，在那篇著名的论文《如我们所想》（AsWeMayThink）中，布什设想了一种能够存储大量信息，并能在相关信息之间建立联系的机器。这个想象正是现在的Internet。后来，在布什发表的另一篇论文中他又提出这种机器（媒体）能够把视频和声音集成在一起。而这恰恰是今天为人们获取信息提供巨大方便的Web的核心思想。正是基于对范内瓦·布什如此深邃的洞察力和预见力的钦佩，在1974年他逝世以前，计算技术前沿的许多科学家都尊敬地称他为“信息时代的教父”。

范内瓦·布什（VannevarBush），这位具有6个不同学位的科学家、教育家和政府官员与本世纪许多著名的事件都有着千丝万缕的联系，其中包括“曼哈顿计划”、硅谷、国际互联网等。倒转信息时代的时钟，无论你审视信息技术发展史的哪个领域，范内瓦·布什都是在那里留下过足迹的具有远见的先驱性人物。正如历史学家迈克尔·雪利（MichaelSherry）所言，“要理解比尔·盖茨和比尔·克林顿的世界，你必须首先认识范内瓦·布什。”正是因其在信息技术领域多方面的贡献和超人远见，范内瓦·布什获得了“信息时代的教父”的美誉。2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系59

作为贝尔电话实验室的工程师，在热噪声(Johnson-Nyquistnoise)和反馈放大器稳定性方面做出了很大的贡献。早期的理论性工作关于确定传输信息的需满足的带宽要求，在《贝尔系统技术》期刊上发表了《影响电报速度传输速度的因素》文章，为后来香农的信息论奠定了基础。

1927年，奈奎斯特确定了如果对某一带宽的有限时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且在抽样率达到一定数值时，根据这些抽样值可以在接收端准确地恢复原信号。为不使原波形产生“半波损失”，采样率至少应为信号最高频率的两倍，这就是著名的奈奎斯特采样定理。奈奎斯特1928年发表了《电报传输理论的一定论题》。

1954年，他从贝尔实验室退休。

奈奎斯特，美国物理学家，1889年出生在瑞典。1976年在德克萨斯逝世。奈奎斯特对信息论做出了重大的贡献。奈奎斯特1907年移民到美国并于1912年进入北达克塔大学学习。1917年在耶鲁大学获得物理学博士学位。1917年～1934年在AT&T（美国电话电报公司）公司工作，后转入贝尔电话实验室工作。

奈奎斯特2023/1/1016:07北京科技大学信息工程学院自动化系60

维纳已是一个很有名的数学家了，但他对其他学科也很有兴趣。在第二次世界大战末期，有两个大问题特别引起了他的兴趣，一个是电子计算机，另一个是火炮命中率问题。维纳和一位年轻工程师合作，从驾驶汽车这种简单的动作中发现，人是采用了一种叫“反馈”的控制方法，使汽车按要求行驶。维纳又请来了神经专家进行共同研究，发现机器和人的控制机能有相似之处。后来，维纳又和许多有名科学家进行讨论，听取对方的批评意见，甚至是“攻击”意见，终于于1948年把自己的研究成果发表了出来，叫《控制论》。维纳

维纳生于哥伦比亚市一个犹太人家里。维纳4岁开始读书。9岁时读中学，11岁进人大学学习，由于他的数学知识已超过大学一年级学生的水平，所以转而热衷于研究化学、物理、电学。他18岁时取得了哈佛大学数学和哲学两个博士学位，后来又到德国、英国学习，拜著名哲学家罗素、数学家希尔伯特为师，进一步深