自动化导论：课时2_古代、近代控制系统.ppt

古代、近代控制系统古代、近代控制系统1 历史沿革历史沿革 古代古代1.11.1 近代近代1.21.2 经典经典1.31.31.1 古代控制时期古代控制时期独领风骚的中国独领风骚的中国§公元前公元前14世纪世纪自动计时漏壶自动计时漏壶§公元前公元前6世纪世纪孙子兵法、周易孙子兵法、周易§公元前公元前3世纪世纪都江堰都江堰§公元公元2世纪世纪候风地动仪候风地动仪漏水转浑天仪漏水转浑天仪记里鼓车记里鼓车§公元公元235年年齿轮传动的指南车齿轮传动的指南车§公元公元1086年年水运仪象台水运仪象台§公元公元1178年年饮酒速度自动调节器饮酒速度自动调节器§公元公元1637年年 《天工开物》提花织机《天工开物》提花织机铜壶滴漏铜壶滴漏 铜壶滴漏铜壶滴漏 中国中国 古代的自动古代的自动计时计时（测量时间）（测量时间）装装置置，又称刻漏或漏刻又称刻漏或漏刻 根据宋朝杨军的《六经图》（公元根据宋朝杨军的《六经图》（公元1155）转述：）转述：莲华莲华漏漏（图左）由（图左）由4个壶组成。

天地壶、平水壶逐级向平水小个壶组成天地壶、平水壶逐级向平水小壶供水 平水小壶上有溢水口，可使多余的水泄入减水平水小壶上有溢水口，可使多余的水泄入减水桶以保持水面恒定在莲华漏中还采用一个桶以保持水面恒定在莲华漏中还采用一个浮子式阀门浮子式阀门作作为自动切断阀当受水壶的水位升至满刻度时，浮子式阀为自动切断阀当受水壶的水位升至满刻度时，浮子式阀门就会自动阻塞上级平水壶的出水小孔，切断水滴（见图门就会自动阻塞上级平水壶的出水小孔，切断水滴（见图上平水壶前的一个上平水壶前的一个小鸟小鸟式装置）式装置） •周易；周易；“易有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦易有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦”；；2600年前的二进制记数年前的二进制记数•90年代中期，年代中期，MIT的尼葛洛庞帝，的尼葛洛庞帝，“数字化生存数字化生存”一书，把一书，把 bit 称为信息称为信息DNA侯风地动仪§公元132年东汉张衡发明§用于观察地震§工作原理：反映信号的方向；小偏差稳定，大偏差不稳定next侯风地动仪剖面图漏水转浑天仪§漏水转浑天仪简称浑天仪为东汉科学家张衡创制的漏水转浑天仪简称浑天仪。

为东汉科学家张衡创制的一件天文仪器是一种水运浑象用一个直径四尺多一件天文仪器是一种水运浑象用一个直径四尺多的铜球，球上刻有二十八宿、中外星官以及黄赤道、的铜球，球上刻有二十八宿、中外星官以及黄赤道、南北极、二十四节气、恒显圈、恒隐圈等，成一浑象，南北极、二十四节气、恒显圈、恒隐圈等，成一浑象，再用一套转动机械，把浑象和漏壶结合起来以漏壶再用一套转动机械，把浑象和漏壶结合起来以漏壶流水控制浑象，使它与天球同步转动，以显示星空的流水控制浑象，使它与天球同步转动，以显示星空的周日视运动，如恒星的出没和中天等它还有一个附周日视运动，如恒星的出没和中天等它还有一个附属机构即瑞轮冥菜，是一种机械日历，由传动装置和属机构即瑞轮冥菜，是一种机械日历，由传动装置和浑象相连，从每月初一起，每天生一叶片；月半后每浑象相连，从每月初一起，每天生一叶片；月半后每天落一叶片它所用的两级漏壶是现今所知最早的关天落一叶片它所用的两级漏壶是现今所知最早的关于两级漏壶的记载漏水转浑天仪对中国后来的天文于两级漏壶的记载漏水转浑天仪对中国后来的天文仪器影响很大，唐宋以来就在它的基础上发展出更复仪器影响很大，唐宋以来就在它的基础上发展出更复杂更完善的天象表演仪器和天文钟。

杂更完善的天象表演仪器和天文钟 意义§漏水转浑天仪是有明确历史记载的世界漏水转浑天仪是有明确历史记载的世界上第一架用水力发动的天文仪器在浑上第一架用水力发动的天文仪器在浑天仪中应用到的齿轮机构和凸轮机构十天仪中应用到的齿轮机构和凸轮机构十分复杂，这中间的转动如果不使用逐渐分复杂，这中间的转动如果不使用逐渐减速的齿轮系统，很难作到远在一千减速的齿轮系统，很难作到远在一千八百多八百多 年前的时候，中国古人就可以造年前的时候，中国古人就可以造出这样复杂的仪器是很值得自豪的可出这样复杂的仪器是很值得自豪的可惜的是，这套复杂的传动系统因为年代惜的是，这套复杂的传动系统因为年代久远没有能够流传下来久远没有能够流传下来 理论学说§在汉代以前，我国的宇宙理论，大体分为三种，分别在汉代以前，我国的宇宙理论，大体分为三种，分别是盖天说、宣夜说和浑天说在这三种学说中，浑天是盖天说、宣夜说和浑天说在这三种学说中，浑天说在我国古代一直占据着主要地位，被认为是正统的说在我国古代一直占据着主要地位，被认为是正统的官方学说从汉代开始以后的千余年中长期广泛流行，官方学说从汉代开始以后的千余年中长期广泛流行，支配着历代的天文观测和历法的指定。

浑天说认为地支配着历代的天文观测和历法的指定浑天说认为地在天之中，天似蛋壳、地似蛋黄，日月星辰附着在天在天之中，天似蛋壳、地似蛋黄，日月星辰附着在天壳之上，随天周日旋转为了演说浑象并观测天体方壳之上，随天周日旋转为了演说浑象并观测天体方位，西汉耿寿昌发明了浑天仪东汉中期，张衡在前位，西汉耿寿昌发明了浑天仪东汉中期，张衡在前人制作的基础上，大胆创新，于公元人制作的基础上，大胆创新，于公元117年设计并制造年设计并制造了完整的演示浑天说思想的漏水转浑天仪了完整的演示浑天说思想的漏水转浑天仪 记里鼓车§记里鼓车是中国古代用于计算道路里程的车，记里鼓车是中国古代用于计算道路里程的车，由由“记道车记道车”发展而来有关记道车的文字记发展而来有关记道车的文字记载最早见于汉代刘歆的载最早见于汉代刘歆的《《西京杂记西京杂记》》：：“汉朝汉朝舆驾祠甘泉汾阳舆驾祠甘泉汾阳……记道车，驾四，中道记道车，驾四，中道可见至迟在西汉时期，即已有了这种可以计算可见至迟在西汉时期，即已有了这种可以计算道路里程的车到后来，因为加了行一里路打道路里程的车到后来，因为加了行一里路打一下鼓的装置，故名一下鼓的装置，故名“记里鼓车记里鼓车”。

记里鼓车记里鼓车这是一种会自动记载行程的车辆，是中国古代这是一种会自动记载行程的车辆，是中国古代社会的科学家、发明家研制出的自动机械物体，社会的科学家、发明家研制出的自动机械物体，被机器人专家称为是一种中国古代机器人被机器人专家称为是一种中国古代机器人 原理§记里鼓车的基本原理和指南车相同，也是利用齿轮机记里鼓车的基本原理和指南车相同，也是利用齿轮机构的差动关系当年，张衡制造的记里鼓车可惜没有构的差动关系当年，张衡制造的记里鼓车可惜没有较详细的记载，东汉以后，有关记里鼓车的记载虽然较详细的记载，东汉以后，有关记里鼓车的记载虽然有些零星的字句，但都太简略到北宋时的记里鼓车有些零星的字句，但都太简略到北宋时的记里鼓车制造方法更有改进，制造方法更有改进，《《宋史宋史·舆服志舆服志》》记载比较详细，记载比较详细，大体说记里鼓车外形是独辕双轮，车箱内有立轮、大大体说记里鼓车外形是独辕双轮，车箱内有立轮、大小平轮、铜旋风轮等，轮周各出齿若干，小平轮、铜旋风轮等，轮周各出齿若干，“凡用大小凡用大小轮八，合二百八十五齿，递相钩锁，犬牙相制，周而轮八，合二百八十五齿，递相钩锁，犬牙相制，周而复始记里车行一里路，车上木人击鼓，行十里路，记里车行一里路，车上木人击鼓，行十里路，车上木人击镯。

总之，指南车和记里鼓车的形状虽然车上木人击镯总之，指南车和记里鼓车的形状虽然在历代制造时都有些改进，但它的差动齿轮原理可以在历代制造时都有些改进，但它的差动齿轮原理可以肯定在肯定在1800多年前已经被张衡所应用了记里鼓车的多年前已经被张衡所应用了记里鼓车的记程功能是由齿轮系完成的车中有一套减速齿轮系，记程功能是由齿轮系完成的车中有一套减速齿轮系，始终与车轮同时转动，其最末一只齿轮轴在车行一里始终与车轮同时转动，其最末一只齿轮轴在车行一里时正好回转一周，车子上层的木人受凸轮牵动，由绳时正好回转一周，车子上层的木人受凸轮牵动，由绳索拉起木人右臂击鼓一次，以示里程至于索拉起木人右臂击鼓一次，以示里程至于“十里击十里击镯镯”的记程的记程 机构§记里鼓车的机构：记里鼓车的机构： §记里鼓车结构示意图记里鼓车结构示意图§车轮车轮(H)的圆周长的圆周长1丈丈8尺车轮转一圈，则车行尺车轮转一圈，则车行1丈丈8尺古时以尺古时以6尺为一步，则车轮转一圈车行尺为一步，则车轮转一圈车行3步§立轮立轮(齿轮齿轮G)附于左车轮，并与下平轮附于左车轮，并与下平轮(齿轮齿轮 F)相吻合立轮齿数相吻合立轮齿数为为18，而下平轮齿数为，而下平轮齿数为54，所以前者转一圈，后者才转，所以前者转一圈，后者才转1/3圈。

圈§铜旋风轮铜旋风轮(K)与下平轮装在同一贯心竖轴与下平轮装在同一贯心竖轴(c)之上，并与中立平轮之上，并与中立平轮(E)相吻合铜旋风轮的齿数为相吻合铜旋风轮的齿数为3，而中立平轮的齿数为，而中立平轮的齿数为100；所以；所以前者转一圈，后者才转前者转一圈，后者才转3/100圈§小轮小轮(L)与中立平轮装在同一贯心竖轴与中立平轮装在同一贯心竖轴(B)之上，并与上平轮之上，并与上平轮(D)相相吻合小轮齿数为吻合小轮齿数为10，而上平轮齿数为，而上平轮齿数为100，所以前者转一圈，后，所以前者转一圈，后者才转者才转1/10圈§车行一里车行一里(即为百步即为百步)车轮和立轮都转车轮和立轮都转100圈，下平轮和铜旋风轮才圈，下平轮和铜旋风轮才转转100/3圈，中立平轮圈，中立平轮(E)才转才转3/100×100/3—1圈而上平轮才转圈而上平轮才转1/10圈也就是说，行车一里，竖轴圈也就是说，行车一里，竖轴B才转一圈；行车十里，竖轴才转一圈；行车十里，竖轴A才转一圈而在这两个竖轴上，还各附装一个拨子因此；行才转一圈而在这两个竖轴上，还各附装一个拨子因此；行车一里，竖轴车一里，竖轴B上的拨子便拨动上层木偶击鼓一次；行车十里，上的拨子便拨动上层木偶击鼓一次；行车十里，竖轴竖轴A上的另一拨子便拨动下层木偶击鼓一次。

上的另一拨子便拨动下层木偶击鼓一次系统工程典范：系统工程典范：都江堰都江堰§蜀群太守李冰父子组建蜀群太守李冰父子组建内江外江§总体目标最优：把岷江水总体目标最优：把岷江水4、、6分流，解决水、旱灾分流，解决水、旱灾§选址最优：为自动分级排沙选址最优：为自动分级排沙址选岷江出山口和平原结合址选岷江出山口和平原结合部，灌县采用弯道环流，部，灌县采用弯道环流，形成正面走水，侧面走沙等形成正面走水，侧面走沙等自动排沙机制自动排沙机制§利用地形自动调节水量春利用地形自动调节水量春天，水少，外天，水少，外/ 内江按内江按4/6分分水夏天，水多，比例自动水夏天，水多，比例自动变为变为6/4end指南车指南车§始于公元前始于公元前26世纪黄帝时代；前世纪黄帝时代；前11世纪周成王已使用；东汉张衡、三国马钧、世纪周成王已使用；东汉张衡、三国马钧、南齐祖冲之都改进制造过南齐祖冲之都改进制造过§车箱内有自动离合齿轮由齿轮抵消车子转弯产生的方向变化复杂度超过车箱内有自动离合齿轮由齿轮抵消车子转弯产生的方向变化复杂度超过“计里鼓车计里鼓车”§原理：采用扰动补偿的开环定向调节系统被控制量是方向原理：采用扰动补偿的开环定向调节系统。

被控制量是方向next指南车原理框图饮酒速度调节器§宋朝仇士良著的宋朝仇士良著的《《岭外代答岭外代答》》（公元（公元1178）曾记载中国南方和西南方部落村民）曾记载中国南方和西南方部落村民的一种习俗，就是常用长的一种习俗，就是常用长0.6米以上的饮酒米以上的饮酒管饮酒在这种竹制饮酒管中一条银质小管饮酒在这种竹制饮酒管中一条银质小鱼，作为可动的鱼，作为可动的“关捩关捩”（浮子式阀门）（浮子式阀门）饮酒时吸得太快或太慢，小孔就会被小鱼饮酒时吸得太快或太慢，小孔就会被小鱼自动堵塞这种浮子式阀门可用来保持均自动堵塞这种浮子式阀门可用来保持均匀的饮酒速度匀的饮酒速度原理分析§关于浮子式阀门关于浮子式阀门 ：： 所谓的浮子式阀门即是通过控制流体的所谓的浮子式阀门即是通过控制流体的流速，使液体内固体升降，从而达到控流速，使液体内固体升降，从而达到控制液体出入的简单装置这一装置在古制液体出入的简单装置这一装置在古代机械装置中得到广泛使用代机械装置中得到广泛使用 原理分析§力学分析力学分析 如图可设设浮子的下表面积为如图可设设浮子的下表面积为 ,周围流周围流体速度为体速度为 ,酒的密度为酒的密度为 ,浮子下表面受浮子下表面受力为力为 ，， 浮子质量为浮子质量为 根据动量原理：根据动量原理： 对等式两边求微分：对等式两边求微分： 整理得整理得 对于浮子进行整体受力分析对于浮子进行整体受力分析, 根据牛顿第根据牛顿第二定律：二定律： 吸入饮者口中的酒来自酒桶中的酒原理分析§当液体流速比较小的时候，合外力向下，当液体流速比较小的时候，合外力向下，导致浮子堵塞下管口。

导致浮子堵塞下管口§当液体流速比较大的时候，合外力向上，当液体流速比较大的时候，合外力向上，导致浮子堵塞上管口导致浮子堵塞上管口§只有当流速控制在合理的范围内时，重只有当流速控制在合理的范围内时，重力与流体对浮子的力近似相等，使得浮力与流体对浮子的力近似相等，使得浮子可以在管中浮动，不会堵塞管口故子可以在管中浮动，不会堵塞管口故而保证饮酒者可以有较为稳定的饮酒速而保证饮酒者可以有较为稳定的饮酒速度 V合适时吸入饮酒者中的酒V变大时V变小时V继续变小V变大V恢复为合适速度酒杯中的酒动画演示水运仪象台§水运仪象台是中国古代一种大型的天文仪器，由宋朝水运仪象台是中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置于一体的综合性观测仪器，实际上是一座小型的天文台这台仪器的制造水平堪称一绝，充分体现了我文台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国古代人民的聪明才智和富于创造的精神。

水运仪象台§整个水运仪象台高整个水运仪象台高12米，宽米，宽7米，共分米，共分3层，相当于一层，相当于一幢四层楼的建筑物最上层的板屋内放置着幢四层楼的建筑物最上层的板屋内放置着1台浑仪，台浑仪，屋的顶板可以自由开启，平时关闭屋顶，以防雨淋，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，安排了若干个木人，5层共有层共有162个木人，它们各司其个木人，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，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可以说这里是整个水运仪象台的“心脏心脏”部分，用漏部分，用漏壶的水冲动机轮，驱动传动装置，浑仪、浑象和报时壶的水冲动机轮，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。

装置便会按部就班地动作起来 工作原理§水运仪象台的构思广泛吸收了以前各家水运仪象台的构思广泛吸收了以前各家仪器的优点，尤其是吸取了北宋初年天仪器的优点，尤其是吸取了北宋初年天文学家张思训所改进的自动报时装置的文学家张思训所改进的自动报时装置的长处；在机械结构方面，采用了民间使长处；在机械结构方面，采用了民间使用的水车、筒车、桔槔、凸轮和天平秤用的水车、筒车、桔槔、凸轮和天平秤杆等机械原理，把观测、演示和报时设杆等机械原理，把观测、演示和报时设备集中起来，组成了一个整体，成为一备集中起来，组成了一个整体，成为一部自动化的天文台部自动化的天文台 仪器组成§根据根据《《新仪象法要新仪象法要》》记载，水运记载，水运仪象台是一座底为正方形、下宽仪象台是一座底为正方形、下宽上窄略有收分的木结构建筑，高上窄略有收分的木结构建筑，高大约有十二米，底宽大约有七米，大约有十二米，底宽大约有七米，共分为三大层共分为三大层§上层是一个露天的平台，设有浑仪一座，用龙柱支持，下上层是一个露天的平台，设有浑仪一座，用龙柱支持，下面有水槽以定水平浑仪上面覆盖有遮蔽日晒雨淋的木板面有水槽以定水平浑仪上面覆盖有遮蔽日晒雨淋的木板屋顶，为了便于观测，屋顶可以随意开闭，构思比较巧妙。

屋顶，为了便于观测，屋顶可以随意开闭，构思比较巧妙露台到仪象台的台基有七米多高露台到仪象台的台基有七米多高 §中层是一间没有窗户的中层是一间没有窗户的“密室密室”，里面放置浑象天球的，里面放置浑象天球的一半隐没在一半隐没在“地平地平”之下，另一半露在之下，另一半露在“地平地平”的上面，的上面，靠机轮带动旋转，一昼夜转动一圈，真实地再现了星辰的靠机轮带动旋转，一昼夜转动一圈，真实地再现了星辰的起落等天象的变化起落等天象的变化§下层包括报时装置和全台的动力机构等设有向南打开的下层包括报时装置和全台的动力机构等设有向南打开的大门，门里装置有五层木阁，木阁后面是机械传动系统大门，门里装置有五层木阁，木阁后面是机械传动系统报时装置§第一层木阁又名第一层木阁又名“正衙钟鼓楼正衙钟鼓楼”，负责全台的标准报时木阁设，负责全台的标准报时木阁设有三个小门到了每个时辰（古代一天分做十二个时辰，一个时有三个小门到了每个时辰（古代一天分做十二个时辰，一个时辰又分为时初和时正）的时初，就有一个穿红衣服的木人在左门辰又分为时初和时正）的时初，就有一个穿红衣服的木人在左门里摇铃；每逢时正，有一个穿紫色衣服的木人在右门里敲钟；每里摇铃；每逢时正，有一个穿紫色衣服的木人在右门里敲钟；每过一刻钟，一个穿绿衣的木人在中门击鼓。

过一刻钟，一个穿绿衣的木人在中门击鼓§第二层木阁负责报告时初、时正这一层的机轮边有二十四个司第二层木阁负责报告时初、时正这一层的机轮边有二十四个司辰木人手拿时辰牌，牌面依次写着子初、子正、丑初、丑正等辰木人手拿时辰牌，牌面依次写着子初、子正、丑初、丑正等每逢时初、时正，司辰木人按时在木阁门前出现每逢时初、时正，司辰木人按时在木阁门前出现§第三层木阁负责报告时刻这一层的机轮边有九十六个司刻木人第三层木阁负责报告时刻这一层的机轮边有九十六个司刻木人手拿刻数牌，牌面依次写着刻数每逢时刻，司刻木人按时在木手拿刻数牌，牌面依次写着刻数每逢时刻，司刻木人按时在木阁门前出现阁门前出现§第四层木阁报告晚上的时刻木人可以根据四季的不同击钲报更第四层木阁报告晚上的时刻木人可以根据四季的不同击钲报更数§第五层木阁装置有三十八个木人，木人位置可以随着节气的变更，第五层木阁装置有三十八个木人，木人位置可以随着节气的变更，报告昏、晓、日出以及几更几筹等详细情况报告昏、晓、日出以及几更几筹等详细情况§每层木阁内都有相应的机轮或轮辋，上挂抱牌木人；或用拨牙拨每层木阁内都有相应的机轮或轮辋，上挂抱牌木人；或用拨牙拨动门口木人手臂敲打乐器。

这些机轮都装在一根机轮轴上机轮动门口木人手臂敲打乐器这些机轮都装在一根机轮轴上机轮轴有传动机构和天柱相连天柱是贯通全台上中下三隔的传动轴轴有传动机构和天柱相连天柱是贯通全台上中下三隔的传动轴天柱下有个下轮，与枢轮轴伸出的地毂相结合当作为原动轮的天柱下有个下轮，与枢轮轴伸出的地毂相结合当作为原动轮的枢轮转动时就经过地毂传动，使天柱旋转起来，由此带动全仪枢轮转动时就经过地毂传动，使天柱旋转起来，由此带动全仪动力机构§在下隔的中央部分设有一个直径达在下隔的中央部分设有一个直径达 3米多的枢轮枢轮上有米多的枢轮枢轮上有72条木辐，挟持着条木辐，挟持着36个水斗和勾状铁拨子枢轮顶部和边个水斗和勾状铁拨子枢轮顶部和边上附设一组杠杆装置，它们相当于钟表中的擒纵器在枢上附设一组杠杆装置，它们相当于钟表中的擒纵器在枢轮东面装有一组两级漏壶壶水注入水斗，斗满时，枢轮轮东面装有一组两级漏壶壶水注入水斗，斗满时，枢轮即往下转动但因擒纵器的控制，使它只能转过一个斗即往下转动但因擒纵器的控制，使它只能转过一个斗这样就把变速运动变为等间歇运动，使整个仪器运转均匀这样就把变速运动变为等间歇运动，使整个仪器运转均匀枢轮下有退水壶。

在枢轮转动中各斗的水又陆续回到退水枢轮下有退水壶在枢轮转动中各斗的水又陆续回到退水壶里另用一套打水装置，由打水人搬转水车，把水打回壶里另用一套打水装置，由打水人搬转水车，把水打回到上面的一个受水槽中，再由槽中流入下面的漏壶中去到上面的一个受水槽中，再由槽中流入下面的漏壶中去因此，水可以循环使用打水装置和打水人则安置在下隔因此，水可以循环使用打水装置和打水人则安置在下隔的北部整个机械轮系的运转依靠水的恒定流量，推动水的北部整个机械轮系的运转依靠水的恒定流量，推动水轮做间歇运动，带动仪器转动，因而命名为轮做间歇运动，带动仪器转动，因而命名为“水运仪象台水运仪象台” 织锦机织锦机南京云锦博物馆的织机南京云锦博物馆的织机综上所述，中国古代人民在原始的自动装综上所述，中国古代人民在原始的自动装置的创造和发明上取得过辉煌的成就置的创造和发明上取得过辉煌的成就1.2 近代控制时期近代控制时期（（1））工工业业革革命命的的欧欧洲洲最最先先自自觉觉地地运运用用反反馈馈原理，形成近代自动化技术原理，形成近代自动化技术 调节器是最早被研究的控制装置调节器是最早被研究的控制装置§16世纪初世纪初 C. Drebbel（荷）（荷）温度调节器温度调节器 C. 惠更斯惠更斯 钟摆理论钟摆理论§1765 I. Polzunov（俄）（俄） 浮球式液位调节器浮球式液位调节器§1788 J. 瓦特（英）瓦特（英） 离心式速度调节器离心式速度调节器§1840 J.C. 麦克斯韦（法）《论调速器》，麦克斯韦（法）《论调速器》，（以后有）（以后有）K.N. 康斯坦丁诺夫康斯坦丁诺夫 电磁调速器电磁调速器§1870-1900 动态系统稳定性问题是研究焦点动态系统稳定性问题是研究焦点next浮子水位调节器进水管离心调速器离心调速器构成闭环的转速调节系统。

开创了近代自动控制的构成闭环的转速调节系统开创了近代自动控制的新纪元新纪元Watt1736-1819电磁离合器电磁离合器使得动力的传递方便、灵活使得动力的传递方便、灵活电磁离合器稳定性问题稳定性问题 离心调速器使用有时会造成系统不稳定振荡；离心调速器使用有时会造成系统不稳定振荡；船舶自动操舵机稳定性等实际问题迫使数学家研究船舶自动操舵机稳定性等实际问题迫使数学家研究动态系统的稳定性问题动态系统的稳定性问题Maxwell1831-1879Lyapunov1857-1918§1868年法国科学家麦克斯韦，首次全面论述反馈系年法国科学家麦克斯韦，首次全面论述反馈系统稳定性问题，经平衡点处线性化，获得代数特征统稳定性问题，经平衡点处线性化，获得代数特征方程，并以其根判断稳定性方程，并以其根判断稳定性§1892 A.M. 李雅普诺夫（俄）李雅普诺夫（俄）先后提出先后提出“近似法近似法”和和“直接法直接法”不仅可用来研究小偏移不仅可用来研究小偏移”下稳定性，而且可用来研究下稳定性，而且可用来研究“大范围大范围”稳定性稳定性end§1876年俄国机械学家年俄国机械学家N.A.维什涅格拉茨基，采用维什涅格拉茨基，采用“摄动理论摄动理论”，把问题简化为，把问题简化为“线性齐次微分方程线性齐次微分方程”的通解稳定性问题。

的通解稳定性问题§1875-1895 E.J. 劳斯（英），劳斯（英）， A. 霍尔维茨（德）霍尔维茨（德） 分别提出分别提出“代数稳定性判据代数稳定性判据”桥：风扰动系统不稳定桥：风扰动系统不稳定§美国华盛顿州美国华盛顿州Tacoma峡谷上建造的第一座大桥于峡谷上建造的第一座大桥于1940年年7月月1日通车§发现，在风较大时，该桥发生震荡同年发现，在风较大时，该桥发生震荡同年11月月7日，终于在一阵大风日，终于在一阵大风中，震荡不断加大而坍塌中，震荡不断加大而坍塌 end破坏前破坏后稳定性概念：稳定性概念：（锥中轴线与垂线夹角）（锥中轴线与垂线夹角）/（轴线与水平夹角）（轴线与水平夹角）非线性函数的线性化稳定性问题的数学描述（（2））20年代开始利用频率法研究反馈控制时代年代开始利用频率法研究反馈控制时代l1922 N. 米诺尔斯基（美）米诺尔斯基（美） PID船舶驾驶伺服机船舶驾驶伺服机l1925 布什（美）布什（美） 大型模拟计算机大型模拟计算机lHeaviside（英）（英） 运运用用 Laplace 变变换换研研究究运运算算微微积积分分，， 开创了控制的频率法时代开创了控制的频率法时代l1927 布莱克（贝尔实验室）布莱克（贝尔实验室） 研究电子管放大器时，研究电子管放大器时， 引入引入“反馈反馈”概念概念l1932 H. 奈奎斯特（美瑞）奈奎斯特（美瑞） 频率响应判断稳定性频率响应判断稳定性l1934 H.H. 沃兹涅先斯基（俄）沃兹涅先斯基（俄） 《自动调整原理》《自动调整原理》 H. 黑曾（美）黑曾（美） 《伺服机构理论》《伺服机构理论》l1938 A.B.米哈伊诺夫（苏）米哈伊诺夫（苏） 《频率法》《频率法》l1939 苏联成立苏联成立 自动学远动学实验室自动学远动学实验室 美国美国MIT 伺服实验室伺服实验室经典控制理论开始形成经典控制理论开始形成nextMinorsky 和 PID Minorsky俄裔美国科学家俄裔美国科学家1922年提出年提出PID，并成功用于美国军舰，并成功用于美国军舰Bush1890-1974大型模拟计算机目前美国：只有少数大学用它做实验；部分大学用它作为模拟负载。

运算放大器、电阻、电容构成；信号由连续电量实现；可进行加减乘除、微分积分Laplace变换（时域（时域<==>频域）频域）Laplace变换用于研究微分方程前向通路反馈通路幅相频率特性曲线根据幅相频率特性曲线与(-1,0)的几何代数关系判断闭环系统是否稳定Nyquest1889-1976对数频率曲线对数频率曲线Bode1905-1982轧钢伺服装置拉丝伺服装置Hazen1901-19801934年在研年在研究网络模拟究网络模拟计算机期间计算机期间提出了提出了“伺伺服控制理论服控制理论”软驱伺服机构磁带机伺服机构光盘电机聚焦电机聚焦光束轨道跟踪电机伺服实验室（（3））30年代年代 提出程序控制和自动机提出程序控制和自动机新思想的萌芽新思想的萌芽l1933 C. 巴贝奇（英）巴贝奇（英） 程序控制（穿孔卡片）程序控制（穿孔卡片）l1936 A.M. 图灵图灵 （英）（英） 图灵机和自动机理论图灵机和自动机理论l1938 C.E.香农香农 （美）、中岛（日）（美）、中岛（日） 舍斯塔科夫（苏）舍斯塔科夫（苏） 双态逻辑控制双态逻辑控制end飞飞机机自自动动驾驾驶驶仪仪、、火火炮炮定定位位仪仪、、雷雷达达控控制制仪仪 等等武武器器研研制制促促使使经经典典控控制制理理论论（（研研究究单单变变量量控控制制））成成熟熟，，控控制制系系统统设设计计由由“手手艺艺”走走向向“工程工程”（系统化、程式化）。

系统化、程式化） （（1））40 — 50年代年代控制论、计算机、信息论的产生控制论、计算机、信息论的产生 （（2））50年代年代进入局部自动化时代进入局部自动化时代1.3 经典控制时期经典控制时期end（（1））40、、50年代控制论、计算机、信息论的产生年代控制论、计算机、信息论的产生l1938 C.E. 香农（美）香农（美） 继电器逻辑自动机理论继电器逻辑自动机理论Shannon1916-2001l1940 N.维纳维纳 随机过程的预测和滤波随机过程的预测和滤波l1942 N.维纳维纳 平稳时间序列外推、内插、平滑平稳时间序列外推、内插、平滑l1945 J. 冯冯.诺依曼诺依曼 提出提出“存储程序存储程序”概念，数字计算机问世概念，数字计算机问世 《博弈论和经济行为》《博弈论和经济行为》l1948 C.E.香农香农 《通信的数学理论》奠定信息论《通信的数学理论》奠定信息论l1948 N. 维纳维纳 《控制论》《控制论》l1952 J. 冯冯.诺依曼诺依曼 “冗余技术冗余技术”（提高可靠性）（提高可靠性）W.R. 阿什比（英医）阿什比（英医） 自镇定、自适应概念自镇定、自适应概念l 约翰约翰.纳什，摩根斯滕纳什，摩根斯滕 奠定数理经济学奠定数理经济学l1954 钱学森钱学森 《工程控制论》《工程控制论》ControlCybernetics, Computer, Information的相继创立为的相继创立为60年代后的快速发展奠定了基础。

年代后的快速发展奠定了基础end （（2））50年代进入局部自动化时代年代进入局部自动化时代局部自动化：单过程、单机自动化局部自动化：单过程、单机自动化组成：组成：机电型机电型 PID 调节装置柜；调节装置柜；继电器、接触器构成逻辑控制柜继电器、接触器构成逻辑控制柜早期：早期：液压、气动、机电测量仪表和调节装置；液压、气动、机电测量仪表和调节装置；笨拙、结构复杂、精度低、费用高笨拙、结构复杂、精度低、费用高后期：后期：电动毫伏计、电位差计、电子放大器构成电动毫伏计、电位差计、电子放大器构成电动、电子组合式自动化仪表；电动、电子组合式自动化仪表； 灵活、成本低、调节方便灵活、成本低、调节方便 end大作业题目大作业题目1、从现实生活中列举两个自动化控制理论应用的系统实例，并加以分析2、什么是负反馈？负反馈在改善系统系能方面起到了什么作用？。