自动控制原理论文

中南民族大学

自动控制原理与系统论文

题 目

学 院 专 业 姓 名 任 课

教 师

自动控制原理的发展概况及原理

机电工程学院 电气自动化 班 级 3班 王鹏龙 学 号 100101314

张琦

2012 年 5 月

焦作大学 2010 — 2011 学年第 1 学期

课程作业题

课程名称： 自动化（专业）概论 作业类型： 科技论文 考查形式： 开卷笔试

适用范围：计算机科学学院 2010年级 自动化专业 本科

姓名 王鹏龙 学号 100101314 总分 评卷

通过本课程的学习，结合《自动化专业人才培养方案(2009版)》，写一篇关于自动化专业某一课程的文章，要求：

1．从《培养方案》的“学科基础课程”或“专业课程”中选择一门课程； 2．你认为该课程最符合自己将来的研究或工作方向； 3．总结该课程内容的历史渊源及未来发展趋势； 4．归纳该课程所讲述的内容，总结最主要的思想； 5．尝试分析该课程内容的基础和实质； 6．尝试分析该课程的应用及其应用领域。

说明：

（1）此为本课程考查的课后作业，占总成绩70%；

（2）自拟文章标题；内容原创、真实；需要广泛收集并阅读材料；

（3）科技论文形式；不少于5000字；格式参见“论文格式及写作指南”； （4）装订成册，并将本页装订在论文首页；

（5）第16周周五17:00前，各小班收齐后统一交到9404。

评语：

自动控制原理的发展概况及前景

姓名：王鹏龙班级：电气3班

摘 要：论述了自动控制原理从无到有、各个发展时期的特点；指出了自动控

制原理今后的发展方向。

关键词：自动控制原理、自动化、负反馈调节系统

引言:

在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。

1.自动控制简史 理

⑵：公元前300年至公元前1年，古希腊出现的浮球调节装置。大约公元250年，Philong发明的油灯，其中用浮球调节装置来保持燃油的油面高度。

⑶：近代欧洲最早发明的反馈系统是荷兰人Cornelis Drebbel(1572-1633)发明的温度调节器．Dennis Papin(1647-1712)在1681年发明了锅炉压力调节器。

⑷：1769年，为了解决工业生产中蒸汽机的速度控制问题，J. Watt(瓦特,1736-1819)发明了蒸汽机。他在蒸汽机上安装了一个飞球，构成蒸汽机调速器．．．

⑸：J. C. Maxwell(1831-1879)，1868年发表的文章：On Governors,首先全面地论述了反馈系统的稳定性，建立了调速器的微分方程，在平衡点附近线性化后，获得了代数特征方程，并以该方程的根作为判断稳定性的依据，他解决了二阶、三阶系统的稳定性。随后，剑桥大学的E. J. Routh 与瑞典的Hurwitz解决了高阶系统的稳定性判断．

⑹：A. Lyapunov(1857-1918)，数学家，在他的博士论文中，Lyapunov系统地研究了由微分方程描述的一般运动系统的稳定性问题，建立了著名的Lyapunov方法．

⑺：M. Minorsky, 美国工程师，在１９２２年首先提出了ＰＩＤ控制方法，成功地将其应用于美国海军军舰New Mexico的控制问题．

H. S. Black , AT&T贝尔实验室的研究员, 于1927年发明了负反馈方法与电子放大器,其工作为现代电子系统和通信系统奠定了基础.

（History of Automatic Control）

⑴：公元前300年左右，李冰设计和建造的都江堰水利工程，运用了反馈原

⑻：在美国的MIT、Bell实验室的一批科学家工程师，例如N. Wiener、 V. Bush、 H. Nyquist、H.W. Bode、 N.B. Nichols、C. Shannon 、H. Hanzen等为首的科学家设计了一系列的自动控制装置和系统

⑼在第二次世界大战中，因为飞机自动驾驶仪、火炮位置跟踪系统、雷达天线跟踪系统以及其它的军事方面的应用，反馈控制变成一种重要的方法。在20世纪40年代之前，这些系统的设计和制造主要依赖于实验“试凑法”。

⑽：40年代期间，数学解析与数值方法引进到控制系统分析与设计。这时，控制工程才成为一门真正的工程学科。

⑾：1948年，N. Wiener(维纳)的著作：Cybernetics or control and Communication in the Animal and the Machine《控制论》的发表，开创了“控制论”这样一门新学科．其目的是研究一个系统的各个不同部分之间的相互作用的定性性质以及整个系统的运动状态．

⑿：1954年，钱学森出版了第一部系统地关于工程系统控制的著作：Engineering Cybernetics (工程控制论），1980年钱学森与宋健等人完成了《工程控制论》中文修订版。

⒀：20世纪60年代，R.E. Kalman, 线性系统的可控性、可观性、滤波器理论以及代数结构等方面的贡献，成为现代控制理论的主要奠基人之一。

L.S Pontryagin, 创立了Pontryagin极大值原理；R. Bellman，创立了Bellman 动态规划。他们的工作为最优控制奠定了基础。

20世纪70年代-80年代，K.J. Astrom等为代表的系统辨识、自适应控制理论与方法方面的工作；

G. Zames, 非线性系统的稳定性分析、鲁棒控制等；

L. Zadeh,早期从事系统与控制理论的研究，60年代初创立了模糊集理论和模糊控制；

G. Devol 和 J. Engeberger,1959年创立了首家机器人公司（Unimation Inc.)，推出了首台工业机器人PUMA

2.自动控制原理的发展

自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理反馈(feedback)：将输出量通过一定的方式送回到输入端，并与

输入信号比较产生偏差信号过程称为反馈：

负反馈(negative feedback)：输入信号-反馈信号（或输出信号）使得系统的输出偏差减小。

正反馈（positive feedback)：输入信号+反馈信号反馈控制(feedback control)、闭环控制(closed-loop。

其主要用于工业控制，二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪，火炮定位系统，雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战后，以形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入-单输出，线形定常数系统的分析和设计问题。自动控制理论是自动控制科学的核心。

自动控制理论自至今已经过了三代的发展：第一代为20世纪初开始形成并于50年代在线性代数的数学甚而上发展起来的现代控制理论；第三代为60年代中期即已萌芽，在发展过程中综合了人工智能、自动控制、运筹学、信息论等多学科的最新成果并在此基础上形成的智能控制理论。20世纪60年代初期，随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段——现代控制理论。他主要研究具有高性能，高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论，信息论，仿生学为基础的智能控制理论深入。其运用自动控制系统示例有：函数记录仪、飞机-自动驾驶仪系统、电阻炉微机温度控制系统、飞行模拟器的视景系统等等高科技领域。

从世界诞生第一台计算机开始，我们这个时代就将走进一个自动化的的时代，其实随着人类的出现，“自动”这个代名词就与我们接下了不解之缘，我们大家都知道远古时期，古人就发明的水车，通过水流使水车转动，从而将水排入水田中，从而节约的不少人力物力，使生产效率大大提高。还有古代战乱时期人们发明的弩车、吊桥等等都或多或少的运用了自动控制原理。在现在意义上的自动控制真正源于瓦特发明蒸汽机开始。他改进的蒸汽机由锅炉与汽缸、活塞+连杆机构、配汽机构等构成，燃料加热锅炉（燃料在汽缸外燃烧，叫“外燃机”），将水烧开，产生蒸汽，蒸汽通过配汽机构进入汽缸，推动活塞做往复运，这无不是自动控制原理最经典案例，随着计算机的出现与发展，自动控制原理已与计算机紧紧相依，自动控制系统已被广泛应用于人类社会的各个领域。 在现代，自动控制已经无所不在了，几乎所有领域都已经涵盖了这一技术：

在工业方面，对于冶金、化工、机械制造等生产过程中遇到的各种物理量，包括温度、流量、压力、厚度、张力、速度、位置、频率、相位等，都有相应的控制系统。在此基础上通过采用数字计算机还建立起了控制性能更好和自动化程度更高的数字控制系统，以及具有控制与管理双重功能的自动控制系统。在农业方面的应用包括水位自动控制系统、农业机械的自动操作系统等。

在军事技术方面，自动控制的应用实例有各种类型的伺服系统、火力控制系统、制导与控制系统等。在航天、航空和航海方面，除了各种形式的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和各种仿真器。

此外，在办公室自动化、图书管理 、交通 管 理乃至日常家务方面，自动控制技术也都有着实际的应用。随着控制理论和控制技术的发展，自动控制系统的应用领域还在不断扩大，几乎涉及生物、医学、生态、经济、社会等所有领域。

就比如说我们身边的案例，就养猪业而言，现代养猪业已基本运用了自动控制技术，比如说自动饮水器、机械送料装置、刮粪机、金属围栏等等，随着我国改革开放的不断深入，1980年广东率先在中外合资的深圳光明农场引进美国

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