焊線機焊接壓力控制系統(tǒng)設(shè)計【獨家畢業(yè)課程設(shè)計帶任務(wù)書+開題報告+外文翻譯】

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第二次世界大戰(zhàn)與經(jīng)典控制：理論 現(xiàn)代控制理論的出現(xiàn) 數(shù)字計算機 自 1945 年來社會技術(shù)環(huán)境 結(jié)論和發(fā)展趨勢 深入閱讀 2 古代和近代時期 反饋控制，可以說是起源于希臘和阿拉伯的浮閥調(diào)節(jié)器 [，它們被希臘人和阿拉伯人用于控制像水鐘、油燈和分酒機這樣的設(shè)備，也用來控制水箱水位。由于起始時用希臘或阿拉伯語描述總是很模糊，而且缺少插圖，所以這種系統(tǒng)的精確結(jié)構(gòu)沒有完全清楚。當(dāng)時希臘最有名的是 元前三世紀）和 元一世紀），他們活躍在地中海東部（亞歷山大港、拜占庭）。水鐘的傳統(tǒng)被阿拉伯的作家如 1203)和 1206)以在書本中描述的形式延續(xù)下來。公元九至十世紀，被認為是偽阿基米德的阿拉伯匿名作家給 希臘文字做了一個特定參照，在當(dāng)時產(chǎn)生了極大影響。公元九世紀，巴格達的三兄弟也建造了 傳統(tǒng) 浮閥調(diào)節(jié)器。 浮閥調(diào)節(jié)器似乎不會傳播到中世紀的歐洲，盡管有一些翻譯經(jīng)典文本的作家存在。它似乎在工業(yè)革命間改造，在英國出現(xiàn)，例如在 18 世紀。歐洲第一個獨立的反饋系統(tǒng)是 1572溫度調(diào)節(jié)器， 法院的詹姆斯一世以及英國的查爾斯二世在布拉格度過了他大部分的職業(yè)生涯， 人沒有留下任何書面記錄，但是一些當(dāng)代的書籍摘要記下了他的發(fā)明。閥門控制爐道煙氣的實質(zhì)是酒精（或其他）溫度計起操作作用，從而控制外殼溫度。這個設(shè)備的螺絲改變了我們現(xiàn)在所說的設(shè)定點。 如果說水平和溫度調(diào)節(jié)是現(xiàn)代控制系統(tǒng)的兩個先驅(qū)，那么一些為使用風(fēng)力設(shè)計的裝置便為更精細復(fù)雜的裝置指明了方向。在 18 世紀開發(fā)出的磨坊扇尾既能使磨坊帆直接進風(fēng)，還能自動改變迎角，從而避免在遇到大風(fēng)的時候超速。另一種重要的裝置是升降機。磨盤有隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加而獨立的傾向，從而損害面粉的質(zhì)量。許多技術(shù)被開發(fā)用來感測速度，由此產(chǎn)生一個恢 復(fù)力壓迫磨盤使其合攏靠近。在這些裝置中，最重要的就是 裝置 [這個裝置用離心擺來測速度，在一些應(yīng)用上還可以提供反饋，因此指出了離心調(diào)速的方法。 第一臺蒸汽機是往復(fù)式動力機，被研制用來驅(qū)動水泵； 旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機在 17 世紀 80 年代早期就被賣出了，但是直到 80 年代末，離心調(diào)速器材被應(yīng)用到機器上。繼 合作者 一次訪問，他在倫敦訪問 看到一臺升降機在離心調(diào)速器的控制下運轉(zhuǎn)（ ( 正如上面看到的那樣，基本上被 請了專利），他們曾嘗試保守秘密但是失敗了。這些秘密在 1973 年被人第一次復(fù)制，在后來十年里傳播到英國 [ 20 世紀的穩(wěn)定性分析 3 20 世紀早期隨著離心調(diào)速器的傳播，一些主要問題變得越來越明顯。第一，由于缺少整機控制，調(diào)速器不能去除偏移：用當(dāng)時的術(shù)語來說就是不能夠規(guī)范化，只能適度化。第二，它對負載變化的響應(yīng)很緩慢。第三，（非線性的）摩擦力作用在機器上會導(dǎo)致振蕩（極限循環(huán)）。人們?yōu)榱丝朔@些困難做了很多嘗試，例如，西門子計時器利用 差動調(diào)轉(zhuǎn)齒輪裝置 不僅有效地引進了整機控制，而且實現(xiàn)了機械放大。另外一個接近于這個設(shè)計的同步調(diào)節(jié)器（無偏移）則是基于巧妙的機械結(jié)構(gòu)，但是經(jīng)常遇到穩(wěn)定性的問題。 然而，在 20 世紀可以看到為蒸汽機和水輪機開發(fā)出的實用調(diào)節(jié)器在穩(wěn)步前進發(fā)展，包括彈簧載荷的設(shè)計（更小但更快的運轉(zhuǎn)）和繼電器（間接作用）調(diào)速器 [20 世紀末，各種尺寸和設(shè)計的調(diào)速器在有效監(jiān)管一系列程序上得到應(yīng)用，并為穩(wěn)態(tài)設(shè)計生成了很多圖文技術(shù)。一些工程師們關(guān)心反饋系統(tǒng)的分析動態(tài)。 在與工程界并行發(fā)展的同時，一些杰出的英國科學(xué)家為了保持望遠鏡一直指向一顆繞著地球旋轉(zhuǎn)的行星，開始對調(diào)速器感興趣?；始姨煳膶W(xué)家 1840 年 [楚地表 明了這樣的反饋系統(tǒng)傾向變得不穩(wěn)定。 1868 年 速器動力學(xué)進行了分析，通過電學(xué)實驗表明，調(diào)速器中旋轉(zhuǎn)的線圈速度必須保持恒定不變。 1868 年 2 月 20 日，他的經(jīng)典論文在調(diào)速器領(lǐng)域得到了皇家協(xié)會的認可。 導(dǎo)出一個三階線性模型，以及就特征方程而言正確的條件系數(shù)。不能為高階模型推導(dǎo)出一個解決方案，他表示希望這個問題能獲得數(shù)學(xué)家們的關(guān)注。 1875 年，劍橋大學(xué)亞當(dāng)斯獎在數(shù)學(xué)領(lǐng)域的主題被設(shè)為動力學(xué)穩(wěn)定性的判據(jù)。主考官之一是 人（ 1857 年的亞當(dāng)斯獎獲得者）， 1875 年的亞當(dāng)斯獎（ 1877 年授予）獲得者為 動態(tài)穩(wěn)定性感興趣很多年，得出了五階系統(tǒng)的解決方案。在發(fā)表的論文里[們能看到 本的著名的勞斯 - 赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)。 與此相關(guān)的是，歐洲大陸的獨立工作在同一時間開展 [ 1876 年，圣彼得堡的 工作總結(jié)出現(xiàn)在法國的 de l’1877 年在俄羅斯和德國出現(xiàn)完整的版本 ， 1878/79 年在法國出現(xiàn)。 時一般音譯為 蒸汽機調(diào)速器的三階微分方程模型轉(zhuǎn)換為標準格式： ?3 + 1 = 0，其中 x 和 y 作為數(shù)廣為人知。然后他指出在 面一個點上定義系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的本質(zhì)。圖 示了 的圖解，在平面上添加了不同區(qū)域的典型極星座。 1893 年，來自蘇黎世聯(lián)邦理工的 究學(xué)習(xí)了高壓水輪機的動力學(xué)，還運用了 方法評估了三階模型的穩(wěn)定性。然而，一個更為現(xiàn)實的模型，是十七階， 數(shù)學(xué)家同事 出了一個普4 遍的問題， 快提出了他的版本的勞斯 - 赫爾維茨判據(jù)。這兩個版本在 1911 年被 明是完全相同的。 在 20世紀初，第一代關(guān)于原動機調(diào)節(jié)的書籍出現(xiàn)在一些說歐洲語言的地方 [13]，其中最有影響力的就是 s 1905 至 1922 年期間經(jīng)歷了三個版本 [后來的版本包括赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)。 二戰(zhàn)之前的船舶、飛機和工業(yè)控制 第一艘結(jié)合反饋來操縱發(fā)動機的船舶出現(xiàn)在 20 世紀中葉。 1873 年 é版了一本關(guān)于伺服電動機的書，書上不僅描述了各種設(shè)計在家族企業(yè)的發(fā)展，還敘述了位置式控制的一般原則。反饋控制在海上的另一個重要應(yīng)用就是炮塔操作，液壓技術(shù)也廣泛地應(yīng)用于傳輸系統(tǒng)。包括魚雷，也同樣使用越來越復(fù)雜的反饋系統(tǒng)進行深度控制?；剞D(zhuǎn)效應(yīng)（圖 在 20 世紀的頭幾十年，陀螺儀被越來越多的應(yīng)用在船舶的穩(wěn)定和自動駕駛上。拓了主動性減搖裝置：陀螺羅盤和陀螺自動駕駛儀，在 1907 至 1914年間申請了各種專利。 自動駕駛儀是一種復(fù)雜的裝置，一個內(nèi)環(huán)控制的電動機操縱舵機，而外環(huán)使用陀螺羅盤來感應(yīng)前進方向。 設(shè)計了一個預(yù)感器來復(fù)制一個經(jīng)驗豐富的舵手壓舵的方式（以防止轉(zhuǎn)向過度）；這個預(yù)感器實際上就是一種適配控制。 他的兒子 在同一時期發(fā)明了飛行器自動穩(wěn)定器，添加了復(fù)雜的三維控制。 914 年在巴黎描述了一個廣受好評的示范性系統(tǒng) [ 在這個系統(tǒng)中 用四個陀螺儀安裝形成一個穩(wěn)定的參考平臺；一列電氣火車，機械和氣動元件檢測相對于平臺的飛行器的位置，修正信號應(yīng)用于飛行器控制表面。穩(wěn)定劑同時作用于俯仰和橫滾 [. . . ]該系統(tǒng)通常被調(diào)整到給一步干擾一個大約非周期的響應(yīng)。微分作用的結(jié)合 [. . . ]是基于 系統(tǒng)行為的直覺理解，該系統(tǒng)同樣適用于 [. . . ]調(diào)整增益使飛機速度相匹配。 船舶和飛行器穩(wěn)定性的技術(shù)顯著進步發(fā)生在后來的二十幾年， 20 世紀 30 年代中期一些航空公司開始使用 動駕駛儀來進行長途飛行。然而，除了在 當(dāng)時并非廣為人知，當(dāng)時對這樣的反饋控制系統(tǒng)沒有理論的調(diào)查研究。最早的重大研究是由 行的，在 1922 年出版 [ 出生在俄羅斯（他的俄語知識在很久以后被證明對西產(chǎn)生了重要的影響），在俄羅斯海軍服役期間，他學(xué)習(xí)研究了船舶轉(zhuǎn)向的問題，接著他在 1918 年移民到美國，他首次對 船舶自動操作進行了理論分析，這項研究清楚地5 確定了控制措施應(yīng)采用的方式：盡管 有使用現(xiàn)代意義上的術(shù)語，但是他介紹了一個適當(dāng)比例的組合，即導(dǎo)數(shù)和積分作用。然而 作品并沒有被廣泛傳播。盡管他給了閉環(huán)控制一個好的理論基礎(chǔ)，他寫下了一個英雄時代的發(fā)明，但是在當(dāng)時的工程實踐中，直覺和實踐經(jīng)驗遠遠比理論分析重要。 在 20 世紀的前幾十年，在其他領(lǐng)域也有了重要的技術(shù)發(fā)展，雖然這依舊沒有什么理論基礎(chǔ)。電力工業(yè)帶來了對電壓和頻率控制的需求；很多使用 驅(qū)動輥 的過程需要對速度進行精確控制，一些國家為了海 軍和防空射擊槍支的精確性，在系統(tǒng)上做了大量的工作。在工業(yè)生產(chǎn)中，測量儀器和氣動控制器發(fā)展得越來越成熟，s 圖 1933 年發(fā)明的專利，包括了積分和比例動作，在 20 世紀 30 年代末期，三項控制器得到了應(yīng)用，包括超前或微分控制。理論的發(fā)展是緩慢的，然而，直到電子和通訊在 20 世紀 20 年代和 30 年代取得進步之后，在二戰(zhàn)期間才被翻譯成控制領(lǐng)域。 子工業(yè)，信息反饋和數(shù)學(xué)分析 20 世紀中期以來 電報和電話的迅速蔓延 人們促使對電子電路行為進行了大量的理論調(diào)查研究。從 1888 年起的若干年內(nèi)， 他運營的微積分領(lǐng)域發(fā)表了論文 [然而盡管他的技術(shù)對電機網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)反應(yīng)產(chǎn)生了有效作用，但卻由于缺乏嚴謹性而被當(dāng)代的數(shù)學(xué)家猛烈抨擊，最后被公立機構(gòu)投了反對票。直到 20 世紀 20 年代， 人取得了 運算微積分和傅里葉方法之間的聯(lián)系，從而證明了 術(shù)的正確有效性 [ 20世紀 30年代人類特別是美國和德國看到了研究電路和濾波器設(shè)計的 重要性， ü最早考慮 電報信號的最大傳輸速率 問題以及通訊行業(yè)中信息的概念的兩個人，他們都對電路反饋整體穩(wěn)定性問題進行了研究分析[ 1928 年 反饋分析了 自動增益控制電路的動力學(xué) 。他很贊賞動態(tài)反饋系統(tǒng)，但是他的積分方程方法結(jié)果僅有一個近似值和設(shè)計圖，而不是一個嚴格的穩(wěn)定性判據(jù)。在美國大約同一時期， 橫穿大陸的電話機設(shè)計了反饋放大器（圖 1927 年 8 月，在哈得遜河渡口一個著名的 主顯節(jié) ，他意識到負 面的反饋可以減少因降低成本而造成的失真。 他貝爾實驗室的同事 達了這樣一個反饋回路穩(wěn)定性的問題， 1932 年發(fā)表了著名的頻域包圍準則 [ 明，運用柯西定理，穩(wěn)定性的關(guān)鍵是開環(huán)頻率響應(yīng)軌跡是否環(huán)繞復(fù)平面（ 原始公約）上的點 1+ 種方法的優(yōu)點之一就是沒有任何分析結(jié)果證明開環(huán)頻率響應(yīng)是必須的：一組測量點可以在不需要數(shù)學(xué)模型的情況下繪制。另一個優(yōu)點是，不像勞斯 - 赫爾維茨判據(jù)，瞬態(tài)響應(yīng)的評估6 可以直接從 線中依據(jù)增益和 相位容限 中進行（這就是如何關(guān)閉軌跡方法的關(guān)鍵點）。 1934 年的論文發(fā)表中報告了他對負反饋放大器發(fā)展的貢獻，以及在頻域的閉環(huán)分析中成為標準 [ 在貝爾實驗室里第三個對電子系統(tǒng)反饋分析起關(guān)鍵作用的人是 20 世紀 30 年代從事均衡器研究工作，并且他證明了衰減和相移 在任何一個可實現(xiàn)的電路 都有關(guān)聯(lián) [通訊工程建立快速截止和慢速相移的夢想確實只是個夢想。 進了增益和相位裕度的概念， 重新劃分了現(xiàn)在傳統(tǒng)的奈奎斯特圖形式的臨界點 ?1+ 他還介紹了著名的繪制雙對數(shù)坐標 的 直線近似線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線 。 二戰(zhàn)后立即出版了一本經(jīng)典的著作提出了他的方法 [ 如果通信工程師的工作是典型控制的一個主要前兆，那么另一個前兆就是在 20世紀 30 年代高性能伺服系統(tǒng)的發(fā)展。隨著模擬仿真器越來越多的使用，對伺服系統(tǒng)的需求越來越普遍，例如用于電力工業(yè)的網(wǎng)絡(luò)分析儀和用于廣泛問題的微分分析儀。 20 世紀 30 年代早期，六積分微分分析儀均在美國和英國的不同地方操作。一個主要的創(chuàng)新中心就是麻省理工學(xué)院 ，一個 貢獻了設(shè)計的地方。 1934 年 結(jié)了早幾年伺服系統(tǒng)理論的發(fā)展 [他采用了歸一化曲線，還使用了時間常數(shù)和阻尼因子等參數(shù)來表征伺服響應(yīng)，但他沒有給出任何穩(wěn)定性分析：盡管他似乎意識到了 工作，但他（ 像幾乎所有他的同時代的人 ）似乎沒有意識到反饋伺服系統(tǒng)和反饋放大器之間的密切聯(lián)系。 20 世紀 30 年代，美國的產(chǎn)品逐漸在其他地方聞名。這從戰(zhàn)前的蘇聯(lián)、德國和法國有足夠的證據(jù)證明，例如， 成果如果沒有廣泛的傳播就不能為大家所知。 1940 年，例如， 版了一本關(guān)于自動化控制的書，書上介紹了逆 [并且在同一年，許多西方國家提出和討論自動化期間，莫斯科舉行了一次會議 [同樣在俄羅斯，對非線性動力學(xué)開展了大量的工作，在世紀更替的時候利用 方法進行開發(fā) [然而這些方法在二戰(zhàn)結(jié)束之前并沒有在俄羅斯之外為人所知。 戰(zhàn)和經(jīng)典控制：基礎(chǔ)設(shè)施 雖然在前面部分介紹了主要進展部分，但在二戰(zhàn)期間，一門關(guān)于反饋控制的學(xué)科開始出現(xiàn)，使用一系列設(shè)計和分析技術(shù)來實現(xiàn)高性能系統(tǒng)，特別是那些防空武器的控制。特別的是，在二戰(zhàn)期間可以看到一些來自電子學(xué)科和電子工程、機械工程、7 數(shù)學(xué)領(lǐng)域的工程師們聚在一起，并且隨后實現(xiàn)了一個共同的框架可以應(yīng)用到所有各種元素的控制系統(tǒng)，達到了預(yù)期的試驗 [1]。 20 世紀 30 年代末期，消防控制問題是軍事研究和發(fā)展的一個主要問題。雖然不是一個新的問題，但是空戰(zhàn)的重要性意味著防空武器控制有了新的重要意義。在手動控制下，飛行器能被雷達探 測到，飛行范圍可以測量，飛行器的位置可以通過外殼來計算和預(yù)測，槍支能瞄準和射擊。一個經(jīng)典的系統(tǒng)可能涉及 14 個運營商。顯然，自動化的方法是高度可取的，實現(xiàn)這一目標需要進行伺服機構(gòu)的動態(tài)驅(qū)動槍瞄準、控制器的設(shè)計和跟蹤飛行器統(tǒng)計可能采取避險行動等一系列詳細的研究。 在美國， 政府、產(chǎn)業(yè)和學(xué)術(shù)界的合作 非常密切，并且三個研究實驗室至關(guān)重要。麻省理工學(xué)院 的 伺服系統(tǒng)實驗室匯集了 其他 項目人， ,為高性能的伺服系統(tǒng)的控制回路設(shè)計開發(fā)頻域方法。尤其是與 持密切聯(lián)系，一個在制 導(dǎo)系統(tǒng)有良好記錄的公司，正如上面所說。同時， 麻省理工學(xué)院的輻射實驗室 最出名的，或許是其在雷達和遠距離航海上的工作成果， 動追蹤雷達 支管制 技術(shù)設(shè)計的進一步發(fā)展而工作。第三個火控發(fā)展的重要機構(gòu)就是貝爾實驗室，在貝爾實驗室像 樣偉大的人物，跟麻省理工學(xué)院的 行著合作，他們攻克了很多未得到解決的問題， 包括平滑理論和槍瞄準 預(yù)測。在戰(zhàn)爭結(jié)束時期，大多數(shù)被稱為經(jīng)典控制的技術(shù)在這些實驗室里被闡述， 20 世紀 40 年代末一系列論文和教科書中出現(xiàn)了這些新學(xué)科，呈現(xiàn)給更廣泛的工程社區(qū) [ 美國政府對控制系統(tǒng)發(fā)展的支持被很好的記錄下來 [1]。 1940 年建立了國防研究委員會（ 并且在次年與科學(xué)研究和發(fā)展辦公室（ 并。在帶領(lǐng)下，新機構(gòu)解決了防空措施問題，因此伺服問題成為了主要優(yōu)先問題。國防研究委員會的防衛(wèi)部分專門 用于檢測、控制和儀器 ，是反饋控制發(fā)展的最重要部分。隨著 建立， 編為師，第 7 師，火控，在 覆蓋可細分為：基于地面的防空火力控制；機載火力控制系統(tǒng)；伺服系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸 ； 光測距儀 ； 消防分析 以及海軍的雷達火控。 談到英國，由于二戰(zhàn)的爆發(fā)，各種軍事研究站在有雷達和炮鋪存在的地方高度活躍，也有政府機構(gòu)和工業(yè)企業(yè)之間關(guān)系密切，如大都會 - 維克斯，英國湯姆森 - 休斯頓等等。然而，可以肯定的說，它的整體的協(xié)調(diào)不能像美國那樣奏效。在英國，一個被稱為 機構(gòu)對反饋控制系統(tǒng)中理論發(fā)展的轉(zhuǎn)播和其他的研究有重大貢獻。原本在 1942 年非正式地確立了所羅門的倡議的結(jié)果（馬爾文一個特殊雷達小組的組長），作為一個學(xué)術(shù)團體在 1942 年 5 月至 1945 年 8 月進行每月一次的例會。戰(zhàn)爭會議的結(jié)束包含了美國的貢獻。 在二戰(zhàn)之前及二戰(zhàn)期間，德國在軍事和民事應(yīng)用上的控制系統(tǒng)發(fā)展非常成功（例如魚雷和飛行控制）。 1938是導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)展特別重要的時期， 19368 年初期，測試和開發(fā)中心在波羅的海沿海岸的佩內(nèi)明德成立，制導(dǎo)和控制的工作能看到工業(yè)行業(yè)、政府和高校的參與。然而，在德國的控制領(lǐng)域似乎沒有出現(xiàn)過重大的國家研發(fā)協(xié)調(diào)。高性能伺服系統(tǒng)沒有任何發(fā) 展，因為這些都在美國和英國。當(dāng)我們跳出德國的軍事形勢來看待問題，我們會發(fā)現(xiàn)一個異乎尋常的關(guān)于控制甚至控制論的意識。 1939 年， 大德國工程師協(xié)會之一，在控制工程上成立了一個專家委員會。早在 1940 年 10 月，該機構(gòu)的主席 談話內(nèi)容涵蓋了控制工程及其與經(jīng)濟、社會和文化之間的關(guān)系 [值得一提的是，該委員會在戰(zhàn)爭時期依舊召開會議，并且在 1944 年發(fā)行了主要涉及控制概念和術(shù)語的報告，還考慮了許多新興學(xué)科的基本問題 。 蘇聯(lián)在戰(zhàn)前對控制表達了很濃厚的興趣，主要是為了蘇聯(lián)的五年計劃經(jīng)濟背景下的工業(yè)應(yīng)用。 蘇維埃社會主義共和國聯(lián)盟 的建設(shè)幾乎沒有受到西方國家的注意除了幾個孤立的歷史學(xué)科賬目。值得注意的是， i 1934 年成立，并且 i 1939 年成立（均在蘇聯(lián)科學(xué)院的主持下，蘇聯(lián)科學(xué)院是通過網(wǎng)絡(luò)控制的科學(xué)研究機構(gòu)）。 20 世紀 30 年代中期與許多控制設(shè)備的制造商對應(yīng)，從 西方期刊中翻譯了大量的文章。 初期被損毀，然而，經(jīng)過 件，即一個典型的蘇聯(lián)人抨擊了一個偽科學(xué)的研究者，這使得在相當(dāng)一段時間內(nèi)技術(shù)工作受損 [在 20世紀 30 年代至 40 年代，俄羅斯的其他主要涉及到控制理論的研究中心（如果不是為了實際應(yīng)用）是高爾基大學(xué)（現(xiàn)在名 在這里，亞歷山大·安德羅諾夫和同事們在 20 世紀 30 年代建立了非線性動力學(xué)研究中心 [安德羅諾夫在 20 世紀 40 年代期間與莫斯科經(jīng)常接觸，并且提出了新興的控制理論，包括在高爾基大學(xué)的非線性研究，和在美國和英國的開發(fā)。然而，蘇聯(lián)對于控制工程似乎沒有一個協(xié)調(diào)的戰(zhàn)時工作，并且莫斯科的 資本主義受到威脅時是散亂的。然而，在莫斯科似乎有一個新興的控制領(lǐng)域，下諾夫哥羅德、列寧格勒、俄羅斯的工人們都極為了解西方的公開文獻。 二次世界大戰(zhàn)與經(jīng)典控制：理論 伺服系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)在 20 世紀 30 年代的美國已經(jīng)得到了發(fā)展。在 1940 年，他的同事在麻省理工學(xué)院對閉環(huán)系 統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)進行了細致的研究，引入了系統(tǒng)運算符 1/(1+ 為 分算子 P 的函數(shù)。在 1940年末國家發(fā)改委和麻省理工之間正在為一系列的伺服項目而草擬合同。其中一個最重要的貢獻者是 他的博士論文里發(fā)展了經(jīng)典的頻率響應(yīng)方法，并在1943 年以機密文件的形式發(fā)表，然后在戰(zhàn)爭過后被公開。 導(dǎo)得出單位反饋伺服系統(tǒng)的頻率響應(yīng)為 KG([1+KG(,應(yīng)用 則，介紹了一種新的繪制9 系統(tǒng)響應(yīng)圖的方法，他稱之為 來 線也是受 如述的那樣： 嘗試設(shè)計出一個穩(wěn)定的自然頻率高的阻尼高的伺服系統(tǒng)。 [...]他需要一種整定的方法，從傳遞函數(shù)軌跡圖上看， K 的值應(yīng)該是期望的振幅比。作為一種尋找 K 值的輔助手段，他把極坐標圖和恒定的振幅曲線重疊在一起。那些曲線呈現(xiàn)出圓形 ..者使用一張印有 不需要再去繪制 因放射實驗室而出名的麻省理工學(xué)院，當(dāng)時他們正在研究自動追蹤雷達系統(tǒng)。其中一個重要的創(chuàng)新就是引入了尼克勒斯圖，與 是使用尼克勒斯圖能更加方便地測量到振幅比的分貝值，把圓型變成了完全不一樣的幾何形態(tài)。 英國科學(xué)家當(dāng)時正在探究防控武器的抗干擾和預(yù)知技術(shù)，包括在麻省理工學(xué)院的 及在貝爾實驗室的伯德和香農(nóng)。這項工作涉及到相關(guān)飛行器運動統(tǒng)計學(xué)的應(yīng)用。盡管 猜想在 20 世紀 40 年代初的嘗試和應(yīng)用沒有獲得成功，但是被證明對以后的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。 當(dāng)時在英國，正規(guī)技術(shù)并不是很先進。在 20 世紀 30 年代，雖然 個地方從事著槍械控制方面的工作，但是當(dāng)時的工程師們并不欣賞動力學(xué)。雖然他們還在使用諧波響應(yīng)曲線，但是他們也會不自覺地使用奈奎斯特準則，直到 20 世紀 40 年代。在英國也有其他關(guān)鍵的科學(xué)研究者，如早在 1942 年就使用了逆幅相曲線，并一直推廣他關(guān)于各種私服系統(tǒng)的設(shè)計標準。在德國， 加入了關(guān)于閉環(huán)設(shè)計的研究。 在戰(zhàn)爭時期，許多國家獨立地發(fā)展著基本的采樣數(shù)據(jù)控制。總的來說都是 Z 變換只是名稱不同罷了。與此同時 英國研究著時間序列模型的雙線性變換，然而 用差分方程來模擬這樣的系統(tǒng)。 自 1944 年，由于戰(zhàn)爭的關(guān)系，設(shè)計技術(shù)的研究成果可以輕而易舉的獲得，其中不單單是美國和英國，也有德國和蘇聯(lián)。在這 10 年里，或許 根軌跡法是加入經(jīng)典控制理論的最后一個元素了。 代控制理論的出現(xiàn) 現(xiàn)代或者狀態(tài)空間方法控制理論基本 上來自 19世紀末的工作。正如之前提到的那樣，俄羅斯人按著他們的路線繼續(xù)著他們的研究，特別是在 20 世紀 20 年代到 20 世紀 30 年代這一段時間里在莫斯科和伐爾基 (現(xiàn)在上世紀 30 年代的俄羅斯的文獻慢慢傳播到西方，但它只是在戰(zhàn)10 后時期，特別是一頁一頁地翻譯蘇聯(lián)的主要期刊介紹，在美國和其他地方的研究人員開始熟悉蘇聯(lián)文獻。但是相平面法已經(jīng)被西方控制工程師所繼承。第一次出現(xiàn)是在 期的教科書中。冷戰(zhàn)需要控制工程以航空航天 彈道目標控制為中心。詳細和準確的數(shù)學(xué)模型，無論線性的還是非線性的都需要被獲得，并且經(jīng)典頻率響應(yīng)和根軌跡正在越來越多地被一些測量和性能最優(yōu)設(shè)計方法所代替，比如如減少軌跡或燃料的消耗。高階模型表示為一組一組的狀態(tài)變量的一階方程。比起經(jīng)典的單輸入單輸出系統(tǒng)建模的微分方程狀態(tài)變量允許一個更復(fù)雜的表示的動態(tài)行為。在一般情況下，我們使用矩陣的形式，其中 x 是狀態(tài)變量， u 是輸入 y 是輸出。 x = y = 自動控制理論在 20 世紀 40 年代到 20 世紀 50 年代的發(fā)展，極大地得到了工程專業(yè)機構(gòu)的變化和一 系列的國際會議的幫助。在美國，機械工程師學(xué)會和美國電機工程學(xué)會都對其結(jié)構(gòu)做出了一系列的調(diào)整，以適應(yīng)于日益增加的伺服系統(tǒng)和反饋控制的重要性。在英國也有類似的變化發(fā)生在英國的專業(yè)結(jié)構(gòu)，尤其是電氣工程師學(xué)會，同時也包含測量與控制研究所和機械和化學(xué)工程。關(guān)于這個課題的第一會議出現(xiàn)在倫敦和紐約在 20 世紀 40 年代后期，但第一個真正的國際會議在 1951 年于英國的克蘭菲爾德。緊跟著就發(fā)生了許多事件，其中最有影響力的是 1956 年 9 月海德堡事件，由德國兩大工程體的聯(lián)合控制委員會主辦， 際自動控制聯(lián)合會的成立，在 1957 年的第一次會議上， 1960 年在莫斯科。對卡爾曼的一般理論的控制系統(tǒng)來說莫斯科會議也許是最有意義的一次會議，確定了多變量反饋控制和多變量反饋過濾，和最優(yōu)控制的最初的發(fā)展。 在 20 世紀 50 年代末 60 年代初，可以看到許多關(guān)于動態(tài)規(guī)劃和最優(yōu)控制的出版物，對自動控制理論更全面的討論將會出現(xiàn)在第 9 第 11 和第 10 章。 字計算機 20 世紀 50 年代，數(shù)字計算機的引入給自動控制帶來了巨大的改變。控制工程早已和計算設(shè)備聯(lián)系在一起。正如上面說的一樣，伺服系統(tǒng)發(fā)展的驅(qū)動力就是模擬計算的應(yīng)用。但是數(shù)字計算機的引入 帶來的最大的變化中，確定頻率響應(yīng)或者根軌跡的模糊設(shè)計方法，扮演著這一個不可替代角色。 也有一些關(guān)于數(shù)字計算機第一次應(yīng)用于過程控制的一些爭論，但是可以確定的是 煉廠在 1959 年引入了數(shù)字計算機，在之后的一年，工廠在 引入了數(shù)字計算機，這是最早的兩個。期初11 的系統(tǒng)是監(jiān)督系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)里獨立的閉環(huán)被傳統(tǒng)的電、氣、液控制器控制，但是被計算機監(jiān)控和優(yōu)化。更專業(yè)的過程控制計算機出現(xiàn)在 20 世紀 60 年代后半期，同時提供了直接數(shù)字控制 (監(jiān)督控制。在 ，計算機本身執(zhí)行離散的控制算法，比如三項控制或其他算法。這樣的計算機在當(dāng)時是相當(dāng)昂貴的，同時也需要忍受編程方面的問題，在 20 世紀 70 年代早期，很快就被一些更加便宜的迷你計算機所替代，尤其是迪吉多公司 類。但是，在很多的地區(qū)，微處理器取得了最好的 效果?；谖⑻幚砥鞯臄?shù)字控制器很快就發(fā)展起來，因其小巧、可靠、包含許多可供選擇的控制算法、與監(jiān)督計算機能夠很好的通信、相對來說易于通過一個操作接口來使用編程和診斷工具。微處理器也更容易成為設(shè)備的一部分，比如說可以放在機器人的手臂，提供一些專門的位置控制。 可編程邏輯控制器 (自動控制發(fā)展史中經(jīng)常被忽略。 于替代獨立的繼電器而被專門開發(fā)出來的，在各種各樣的工業(yè)環(huán)境中用于順序 (和結(jié)合 )邏輯控制。早期的連接板設(shè)備出現(xiàn)在 20 世紀 60 年代，但是第一款 能是莫迪康公司用于通用馬達為了替換機電的繼電 器而研制的一款產(chǎn)品?，F(xiàn)代的 供了許多的控制選項，包括了傳統(tǒng)的閉環(huán)控制算法如 時也包含了邏輯函數(shù)。盡管計算機在工業(yè)應(yīng)用的地位越來越高， 用得還是挺廣泛，這歸功于它的穩(wěn)定性和被人們所熟悉。 數(shù)字計算機使那些更加高級的控制技術(shù)成為了可能。在適應(yīng)控制中，算法更具環(huán)境而變化。適應(yīng)控制有著悠久的歷史：所謂增益調(diào)度，比如，當(dāng)控制器的增益隨著一些測量參數(shù)的變化，在數(shù)字計算機之前被使用得很好。 (典型的例子就是飛行控制，高度影響著飛行器的動力，因此在設(shè)置增益的時候需要把高度加入考慮的范圍 )。然而數(shù)字適應(yīng) 控制提供了更多的可能性： 最優(yōu)和魯棒技術(shù)也得到了發(fā)展，在 20 世紀 60 年代可能最出名的是線性二次高斯 ( H∞ 近似。沒有數(shù)字計算機技術(shù)，旨在優(yōu)化系統(tǒng)的干擾 (根據(jù)一些衡量行為 )，在于此同時在模型上抵抗誤差，可能只是數(shù)學(xué)上的好奇。 現(xiàn)代計算機控制的一個非常不同的方法是把系統(tǒng)行為和控制器算法從純粹的數(shù)學(xué)模型分離出來。例如，在模糊控制中，控制行為是基于模糊的一組規(guī)則表達的變量。例如： 12 IF to 模糊變量 夠被計算機轉(zhuǎn)換成為有效的控制命令。相關(guān)的技術(shù)包括學(xué)習(xí)型控制和基于知識的控制。前者控制系統(tǒng)會更具自身環(huán)境學(xué)習(xí)，使用的是人工智能 (響應(yīng)的修改自身的行為。后者使用了一系列的 術(shù)來推算解決方法并提供近似的控制動作。 1945 年來社會技術(shù)環(huán)境 這是一個簡短的關(guān)于自動控制的調(diào)查，集中講述了技術(shù)上的發(fā)展或者從某些角度上來看也是公共機構(gòu)的發(fā)展。盡管有許多的詳盡的在某些方面的學(xué)術(shù)研究，但是全面的關(guān)于自動控制的社會歷史至今都還沒有被寫出來。在這里我應(yīng)該只是說明一些自二戰(zhàn)以來主要的趨勢。 戰(zhàn)爭時期工程和領(lǐng)域都有所發(fā)展，比如手術(shù)的研究，設(shè)計的方式和對大規(guī)模復(fù)雜的項目的管理。一些在戰(zhàn)爭時期的研究已經(jīng)正在考慮做更大的規(guī)模。早在 1949年，當(dāng)年秋天的美國機械工程師協(xié)會上就有一些前瞻性的評論， 我們想得更多的是系統(tǒng)的哲學(xué)價值，是那些能 提高產(chǎn)品品質(zhì)，讓工廠運作更協(xié)調(diào)，讓關(guān)于新工業(yè)設(shè)計的經(jīng)濟學(xué)得到澄清，讓工業(yè)安全運作的價值。為了在生產(chǎn)過程中避免原材料的浪費，人們很快就再次想起這些控制的重要性。生產(chǎn)過程中能源或者電力的花費也是控制理論應(yīng)該考慮的重要因素。關(guān)于那些居住在工廠附近地區(qū)的人的健康受法律保護，反對大氣污染和水流污染是一個很嚴肅的問題，不單單是從人體健康這一方面，也是因為環(huán)境這一方面，這都給自動控制的發(fā)展敲響了警鐘。 一些自動化新的技術(shù)一方面的確能給社會帶來巨大的好處，但其他方面更多的是消極的影響。 個例子寫到： 現(xiàn)代工業(yè)革 命 [...] 至少在操作簡單和程序決策這點來看使得人類的大腦貶值。當(dāng)然，正如那些嫻熟的木匠、機械師、裁縫能夠在第一次工業(yè)革命幸存下來一樣，經(jīng)驗豐富的科學(xué)家和管理者也能在第二次工業(yè)革命中幸存。然而，第二次革命的完成，使得那些技能水平中等獲中等偏下的人已經(jīng)沒有什么可以讓人值得去花錢的地方了。 13 難能可貴的是，許多在戰(zhàn)爭時期參與了控制系統(tǒng)的開發(fā)的工程師又把目光投向了社會、經(jīng)濟、生物系統(tǒng)。作為 制論的補充， 了一本自動控制思想在經(jīng)濟學(xué)中的應(yīng)用，而且在戰(zhàn)爭后 們都參與了生物系統(tǒng)的研究。 在 20 世紀 50 年代末一個關(guān)于自動控制更具爭議性的應(yīng)用是數(shù)字計算機控制(引入，爭論一直圍繞著增加生產(chǎn)的效率與害怕廣泛的失業(yè)。在現(xiàn)在看來，我們依然在討論這個問題。 他的關(guān)于自動化特別是對于 文章中評論到： [...]當(dāng)技術(shù)的發(fā)展被看做是政治，也應(yīng)該被看做是政治的時候，那么關(guān)于進步正確的觀念會變得模糊：這是什么類型的進步？進步為了誰？為什么要進步？這種意識上的不確定，降低了技術(shù)在我們觀念和想象上的強大。 [...] 這種認識不單 單是使我們?nèi)轿坏匾庾R到了技術(shù)和政治的潛力，而且還擴寬了對于進步的老舊思想，用人類實踐和社會平等來替換在技術(shù)解放上的簡單理念。 論和發(fā)展趨勢 技術(shù)是人類活動的一部分，也不能同政治經(jīng)濟和社會分離開來。自動控制理論作為自動化的核心，已經(jīng)給經(jīng)濟帶來了巨大的效益，使生產(chǎn)技術(shù)、水電供應(yīng)、環(huán)境保護、信息通信等等領(lǐng)域變得現(xiàn)代化，這些都是不可否認的。于此同時自動控制也讓人們對社會和現(xiàn)代化企業(yè)的運作有了新的認識。自動化流程對人力的要求更低，這也讓在過去的一段時間里自動化已經(jīng)成為了那些依靠大量的勞動力來運作的社會的一個難題。隨著我們向下一代自動控制前進，一些問題視乎還是得不到很好的解決，比如通訊技術(shù)和控制理論思想在其他新領(lǐng)域中的應(yīng)用。 未來的自動控制有可能利用更加 復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，特別需要強調(diào)的是人機交互系統(tǒng)和人類行為模型，包括決策支持和認知工程系統(tǒng)都會得到的進一步的發(fā)展。安全方面在大規(guī)模自動化系統(tǒng)中也變得越來越重要，大規(guī)模集成和多樣化人機交互，也會呈現(xiàn)更大的意義。