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自动控制的发展历程.docx

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    • 本文格式为Word版,下载可任意编辑自动控制的发展历程 再让我们回顾一下自动掌握的进展历程有人说懒人促进了社会的进步,这话虽然有些片面,但是还是有肯定道理的,从刀耕火种的年月起,人们就幻想着省时省力地生产出更多的东西,来满意生活的需要,工具的创造使人类摆脱了大自然的束缚,与其他低等动物产生巨大差别,进人到更高的生物体系自动掌握的进展经受了四个主要阶段:原始萌芽阶段,经典掌握理论阶段,现代掌握理论阶段以及智能掌握理论阶段1、原始萌芽阶段中国古代能工巧匠创造很多原始自动装置,以满意生产、生活和作战的需要指南车、铜壶滴漏、记里鼓车、漏水转浑天仪、候风地动仪、水运仪象台等就是其中比较闻名的创造①指南车指南车(见图) 远在公元前26世纪的中国黄帝时代就创造了指南车,指南车是一种马拉的双轮独校车,车箱上立一伸臂的木人车箱内装有能自动离合的齿轮系当车子转弯偏离正南方向时,车辙前端就顺此方向移动,而后端则向相反方向移动,并将传动齿轮放落,使车轮的转动带动木人下的大齿轮向相反方向转动,恰好抵消车子转弯产生的影响车向正南方向行驶时,车轮和木人下的大齿轮是分别的,木人指向不变因此,无论车转向何方,都能使木人的手臂始终指向南方。

      车的齿轮系虽然特别简洁,但它能够自动离合,在技巧上优于记里鼓车的齿轮系从自动掌握原理来看,指南车是利用扰动补偿原理的开环定向自动调整系统被掌握量是木人的指向车子转弯时,车轮带动齿轮系使木人沿着与车子转动方向相反的方向转动,恰好补偿了车的转角②铜壶滴漏自动计时漏壶是中国古代的自动计时装置,又称刻漏或漏刻漏壶的最早记载见于《周礼》这种计时装置最初只有两个壶,由上壶滴水到下面的受水壶,液面使浮箭升起以示刻度(即时间),这里的浮箭可看作是一种自动检测装置保持上壶的水位恒定,则是自动调整的问题,这种计时装置是一种开环自动调整系统③记里鼓车记里鼓车(见图)是中国古代能自报行车里程的装置据王振铎考证,记里鼓车是东汉以后消失的,由汉代鼓车改装而成,车中装设具有减速作用的传动齿轮和凸轮杠杆等机构车行一里,车上木人受凸轮牵动,由绳索拉起木人右臂击鼓一次,以表示行车的里程 ④漏水转浑天仪公元二世纪、东汉的天文学家张衡创制了一种天文表演仪器它是一种水运浑象,和现代的天球仪相像,可以用来实现天体运行的自动仿真浑象是在一个直径4尺多(约1.5m)的铜球上刻有二十八宿、中外星官、黄赤道、南北极、二十四节气、恒显圈、恒隐圈等。

      漏水转浑天仪就是把浑象与漏壶结合起来,以漏壶滴水掌握浑象,使它与天球同步转动,用来表演星空的运动,如恒星的出没和中天等⑤候风地动仪这是公元132年,东汉的张衡创造的一种观看地震的自动检测仪器它的工作原理不仅涉及反映信号的方向问题,而且还包含着“小偏差内稳定,大偏差内不稳定”等自动掌握原理⑥水运仪象台水运仪象台高约12m,宽约7m,它既能演示或观测天象,又能计时或报时水运仪象台利用铜壶滴漏的恒定水流作动力来推动枢轮,使它每天转400周,枢轮又带动浑象和浑仪两个齿轮系,由顶部的杠杆装置(即天衡)掌握框轮作恒速转动,天衡使受水壶达到恒定水位后,便自动脱离受水位置而下降,起自动调整器的作用框轮转动时,受水壶中的水间续泄入退水壶,使合成的驱动转矩减小(相当于一个负反馈作用),枢轮被天关拦住,下一个空受水壶就接受水流因此,天衡还起着类似钟表中擒纵器的作用而整个框轮转速恒定系统则是一个采纳内部负反馈并进行自振荡的系统水运仪象台装有自动机构,在每个时辰初、正和每刻相应地有木人摇铃、打钟和击鼓中国古代对自动掌握技术的讨论还是很深化的2、经典掌握理论阶段公元18世纪,詹姆斯.瓦特(James Watt)为掌握蒸汽机速度而设计了离心调整器(见图),这是自动掌握领域的第一项重大成果。

      在掌握理论进展初期,在众多学者中做出过重大贡献的有迈纳斯基(Minorsky)、黑曾(Hezen)和奈奎斯特(Nyquist)1922年迈纳斯基研制出船舶操纵自动掌握器,并且证明白如何从描述系统的微分方程中确定系统的稳定性1932年奈奎斯特提出了一种相当简便的方法,依据对稳态正弦输入的开环响应,确定闭环系统的稳定性1934年,黑曾提出了用于位置掌握系统的伺服机构的概念,争论了可以精确跟踪变化的输入信号的继电式伺服机构 20世纪40年月,频率响应法为工程技术人员设计满意性能要求的线性闭环掌握系统供应了一种可行的方法20世纪40年月末到50年月初,伊凡恩(Evans)提出并完善了根轨迹法频率响应法和根轨迹法是经典掌握理论的核心由这两种方法设计出来的系统是稳定的,并且或多或少地满意一组独立的性能要求一般来说,这些系统是令人满足的,但它不是某种意义上的最佳系统从50年月末期开头,掌握系统设计问题的重点从设计很多可行系统中的一种系统,转变到设计在某种意义上的一种最佳系统3、现代掌握理论阶段大约从1960年开头,由于数字计算机的消失以及工业、军事特殊是空间技术的需求,以时域方法为主的诸多分析设计方法得以迅猛进展,在原有“经典掌握理论”的基础上,又形成了所谓的“现代掌握理论”,这是人类在自动掌握技术熟悉上的一次飞跃。

      为现代掌握理论的状态空间法的建立做出开拓性贡献的有:1954年,贝尔曼(P.Bellman)的动态规划理论;1956年,庞特里雅金(L.S.Pontryagin)的极大值原理;1960年,卡尔曼(R.E.Kalman)的多变量最优掌握和最优滤波理论在20世纪50年月,掌握理论的进展主要集中在复平面上及根轨迹的进展同时,在这一时期,掌握的对象从单输入-单输动身展到多输入-多输出,从确定性系统进展到随机系统,由于数字计算机在掌握系统中的普遍应用,以及一些新的掌握部件的使用,把掌握变得更加精确、快速状态空间法属于时域方法,其核心是最优化技术它以状态空间描述(实质上是一阶微分或差分方程组)作为数学模型,利用计算机作为系统建模分析、设计乃至掌握的手段,适应于多变量、非线性、时变系统它不仅在航天、航空、制导与军事武器掌握中有胜利的应用,在工业生产过程掌握中也得到逐步应用1954年,我国学者钱学森出版了专著《工程掌握论》,系统地揭示了掌握论对自动化、航空、航天、电子通信等工程技术领域的意义和深远影响这标志着掌握论学科分化而产生的第一个分支学科“工程掌握论”的诞生1960年到1980年这段时间内,不论是确定性系统和随机性系统的最优掌握,还是简单系统的自适应和学习掌握,都得到了充分讨论。

      4、智能掌握理论阶段近年来,把传统掌握理论与模糊规律、神经网络、遗传算法等人工智能技术相结合,充分利用人类的掌握学问对简单系统进行掌握,渐渐形成了智能掌握理论的雏形智能掌握是一种能更好地仿照人类智能的、非传统的掌握方法内容包括最优掌握、自适应掌握、鲁棒掌握、神经网络掌握、模糊掌握、仿人掌握等智能掌握的概念和原理主要是针对被控对象、环境、掌握目标或任务的简单性提出来的,它的指导思想是,依据人的思维方式和处理问题的技巧,解决目前那些需要人的智能才能解决的掌握问题被控对象的简单性体现为模型的不确定性、高度非线性、分布式传感器和执行器、动态突变、多时间标度、简单的信息模式、浩大的数据量以及严格的特性指标等而环境的简单性则表现为变化的不确定性和难以辨识虽然智能掌握体系形成的历史不长,理论还未完全成熟,但其已有的应用成果和理论进展说明白一点,智能掌握正成为自动掌握的前沿学科之一自动掌握技术已经从简洁的设备掌握进展成为简单的系统掌握在使用单一自动掌握设备时,我们完成的是简洁的劳动,仅仅是由设备替代人的工作而已,比如汽车从整体来看也算是一种自动掌握设备,它需要人的驾驶才能行动,但是,随着汽车的增多,以及应用的推广,交通事故、交通拥堵、环境污染、能源的大量消耗等开头逐步困扰着人类的进步。

      将来汽车技术的进展,使得自动驾驶成为可能,自动避险功能可以实现,自动导航技术也会快速进展,假如再把自动驾驶纳入整体管理,形成一套可控的、优化的方案,那么,是不是就会形成才智交通呢?到那个时候,我们只需要按下某个按钮,在高速大路上行驶的时候就可以安心睡大觉了自动掌握技术的将来会向两个方向进展,一个方向是掌握理论的深化讨论,融合管理技术的智能掌握理论的深化进步;另一个方向是应用范围的扩展,导致人类生活的极大转变,比如现在的物联网进展,假如没有自动掌握的基础讨论和应用进展,就不会有它的消失 第 1 页 共 1 页。

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