自動(dòng)控制

自動(dòng)控制技術(shù)的研究有利于將人類從復(fù)雜、危險(xiǎn)、繁瑣的勞動(dòng)環(huán)境中解放出來并大大提高控制效率。自動(dòng)控制是工程科學(xué)的一個(gè)分支。它涉及利用反饋原理的對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的自動(dòng)影響，以使得輸出值接近我們想要的值。從方法的角度看，它以數(shù)學(xué)的系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)。我們今天稱作自動(dòng)控制的是二十世紀(jì)中葉產(chǎn)生的控制論的一個(gè)分支 ?；A(chǔ)的結(jié)論是由諾伯特·維納，魯?shù)婪颉た柭岢龅摹?/p>

室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié) 室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)是一個(gè)簡明易懂的例子。目的是把室內(nèi)溫度保持在一個(gè)定值θ，盡管開窗等因素使得室內(nèi)熱量散發(fā)出室外(干擾d)。為了達(dá)到這個(gè)目的，加熱必須被適當(dāng)?shù)挠绊?。通過閥門的調(diào)節(jié)，溫度就會(huì)保持恒定。除此之外，在人們有感覺之前，暖器熱水的溫度也會(huì)受外界溫度的干擾。其余的例子還有三油桶系統(tǒng)。

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的眾多領(lǐng)域中，自動(dòng)控制技術(shù)起著越來越重要的作用。自動(dòng)控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置(稱控制裝置或控制器)，使機(jī)器，設(shè)備或生產(chǎn)過程(統(tǒng)稱被控對象)的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)(即被控制量)自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。

自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。它的發(fā)展 初期，是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)調(diào)節(jié)原理，主要用于工業(yè)控制，二戰(zhàn)期間為了

設(shè)計(jì)和制造飛機(jī)及船用自動(dòng)駕駛儀，火炮定位系統(tǒng)，雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)以及其

他基于反饋原理的軍用設(shè)備，進(jìn)一步促進(jìn)并完善了自動(dòng)控制理論的發(fā)展。

到戰(zhàn)后，以形成完整的自動(dòng)控制理論體系，這就是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論，它主要研究單輸入-單輸出，線形定常數(shù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)題。

自動(dòng)化技術(shù)的深入發(fā)展，促進(jìn)了單元技術(shù)的不斷綜合，以CIMS為代表的未來工廠自動(dòng)化技術(shù)，正不斷顯示出其巨大的效益，以美國科學(xué)院根據(jù)對美國在CIMS方面較領(lǐng)先的五大公司的長期調(diào)查分析，認(rèn)為采用先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)，如CIMS，可以獲得以下效益:

a.產(chǎn)品質(zhì)量提高 200-500%

b.生產(chǎn)率提高 40-70%

c.設(shè)備利用率提高 200-300%

d.生產(chǎn)周期縮短 30-60%

e.在制品減少 30-60%

f.工程設(shè)計(jì)費(fèi)用減少 15-30%

g.人力費(fèi)用減少 5-20%

h.提高工程師的工作能力 300-3500%

由此可見，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，其效益明顯提高。

自動(dòng)控制的發(fā)展，從開始階段的發(fā)生到形成一個(gè)控制理論，講整個(gè)這個(gè)進(jìn)程。自動(dòng)控制就是指這樣的反饋控制系統(tǒng)，這是有一個(gè)控制器跟一個(gè)控制對象組成的，把這個(gè)控制對象的輸出信號(hào)把它取回來，測量回來以后跟所要求的信號(hào)進(jìn)行比較。根據(jù)這誤差告訴控制器，這就是機(jī)器內(nèi)部的工作了。讓控制器完成這個(gè)控制作用，使得這個(gè)偏差消除或者說使得控制對象的輸出跟蹤我所需要的要求的信號(hào)?？刂茖ο蟮妮敵隽恳话銇碚f都是一個(gè)物理量，比如說我控制一個(gè)機(jī)器的轉(zhuǎn)速，就是需要把速度測量出來，才能進(jìn)行控制。

從一開始出現(xiàn)的時(shí)候，大家假如接觸到這門學(xué)科的話，可能都知道是瓦特的離心調(diào)速器。這是離心調(diào)速器的幾種方案的示意圖，什么叫離心調(diào)速器呢?就是有兩個(gè)飛球，一轉(zhuǎn)起來

以后，因?yàn)殡x心力，飛球就往外脹。飛球脹開以后，這個(gè)下面的套筒就往上升，這個(gè)套筒在移動(dòng)，就帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，這是最早的瓦特的離心調(diào)速器。

實(shí)際上這個(gè)離心調(diào)速器不是瓦特發(fā)明的，一般我們叫瓦特的離心調(diào)速器，它實(shí)際上不是瓦特的發(fā)明。這是什么呢?就是在那個(gè)時(shí)期，大家看到風(fēng)力磨坊就是相當(dāng)于離心調(diào)速器的那個(gè)飛球，實(shí)際上在那個(gè)時(shí)候，已經(jīng)有這樣的調(diào)速器。瓦特是改良了蒸汽機(jī)，用了這樣的一個(gè)調(diào)速器，但是現(xiàn)在很多人都愿意把這個(gè)離心調(diào)速器，掛在瓦特的名下。所以一般的書上，大家看到的是瓦特的離心調(diào)速器，你要看正式的書，假如材料寫的確切的話，只說1788年前后，不確切說哪一天的年代，因?yàn)椴皇撬l(fā)明的。就是說一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，并不是一個(gè)人，就是說瓦特又能發(fā)明蒸汽機(jī)又能發(fā)明調(diào)節(jié)系統(tǒng)，好像什么都是他發(fā)明的，實(shí)際上他也利用了前人的很多知識(shí)的積累。這是1788年，隨后大概有一百年左右的歷史，工業(yè)里邊自動(dòng)控制系統(tǒng)就是個(gè)離心調(diào)速器，當(dāng)時(shí)主要就是個(gè)蒸汽機(jī)，蒸汽機(jī)離心調(diào)速器，沒有別的類型，后來進(jìn)到二十世紀(jì)，就是出現(xiàn)了飛機(jī)。大家可能知道的，斯佩雷(Sperry)發(fā)明了陀螺，他想辦法把陀螺做成一個(gè)自動(dòng)駕駛儀。

現(xiàn)在再一個(gè)報(bào)道，就是1925年到1940年之間斯佩雷(Sperry)的那個(gè)工作，這里談的是anti-aircraft，就是防空火力控制，火力控制是這樣的。它這個(gè)火力控制，這里一大堆人的地方，這是它主要的核心部分，叫火控指揮儀?；鹂刂笓]儀是指什么意思呢?根據(jù)飛機(jī)的方位角、高低角，飛機(jī)在飛還有一個(gè)前置角，打前置角，把這個(gè)呢，控制火炮，告訴火炮。就是這個(gè)地方是它的指揮儀，等到火力控制的地方，這里站了三個(gè)人，當(dāng)時(shí)的術(shù)語叫人工伺服，三個(gè)人，為什么三個(gè)人呢，一個(gè)方位角，一個(gè)高低角，還有一個(gè)引信。因?yàn)樗菚r(shí)候還要算出來，就是要指揮儀算，算出來我炮彈飛到你飛機(jī)的時(shí)候，需要多少時(shí)間。引信就是指一個(gè)定時(shí)器，它撥到可能幾秒鐘以后爆炸，所以需要這三方面的高低角、方位角，再加上定時(shí)爆炸，才能把飛機(jī)打掉。這是1940年前的，這個(gè)是美國的火力控制的情況。但是到真正我們核心搞控制的人來說，火炮控制部分是人工伺服，human servo。

硬盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)里邊就是個(gè)伺服系統(tǒng)，大家不要小看這個(gè)伺服系統(tǒng)，硬盤伺服系統(tǒng)里邊高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，定位的精度是一個(gè)微米，在高速旋轉(zhuǎn)的氣流下，這實(shí)際上是擾動(dòng)很大的，要求高精度。這個(gè)利潤、產(chǎn)量都非常大，每年幾百萬套。

下面還有一個(gè)就是日常遇上的汽車的防側(cè)滑的那個(gè)系統(tǒng)。這個(gè)左邊的那個(gè)圖，就是相當(dāng)于仿真計(jì)算。仿真計(jì)算往上翹的就是一般常規(guī)的汽車，這種工作不是在紙面上做的;右邊的就是照片了，就是實(shí)際上它還是做實(shí)驗(yàn)的，這些都是目前，就是跟我們生活都有關(guān)系的一些控制系統(tǒng)。

蒸汽機(jī)的離心調(diào)速器，剛出來的時(shí)候，大家不知道有反饋的概念，所有的問題都集中在調(diào)節(jié)器本身，一會(huì)兒說你是調(diào)節(jié)器重量太小了，應(yīng)該大一點(diǎn);一會(huì)兒說這里要有個(gè)彈簧，一會(huì)兒又說這有彈簧也不好;一會(huì)兒說里邊因?yàn)槟Σ亮τ绊?，就一直沒有從反饋系統(tǒng)來考慮，就是單個(gè)孤立的一個(gè)控制器。麥克斯維爾把這個(gè)系統(tǒng)看作調(diào)節(jié)器，跟調(diào)節(jié)對象合在一起，用微分方程來進(jìn)行研究，這是麥克斯維爾的功勞。

1876年，俄國的維斯聶格拉斯基，他是專門搞實(shí)際研究的，他們當(dāng)時(shí)有一種直接作用調(diào)速器。就剛才說的，一會(huì)兒說這個(gè)有問題，一會(huì)兒說那個(gè)問題，老找不到問題，準(zhǔn)備把整個(gè)方案都要放棄了。維斯聶格拉斯基結(jié)合了他當(dāng)時(shí)的蒸汽機(jī)，結(jié)合了他這個(gè)蒸汽機(jī)的特性，就指出來參數(shù)更應(yīng)該是怎么選擇，才能保證穩(wěn)定。維斯聶格拉斯基，就是結(jié)合工業(yè)實(shí)際，大家對他的評(píng)價(jià)很高，他就解決了當(dāng)時(shí)差不多在一種調(diào)節(jié)器就要下馬的情況，他指出來就是一個(gè)參數(shù)問題，所以他在工業(yè)上，是立了很大的功勞。

在這個(gè)同時(shí)，1877年，大家學(xué)判據(jù)的，有個(gè)代數(shù)判據(jù)，勞斯代數(shù)判據(jù)，勞斯判據(jù)怎么來的呢?我的記憶里邊，勞斯就是麥克斯維爾的學(xué)生，就可能相當(dāng)于我們現(xiàn)在的博士生了，麥克斯維爾就是給了任務(wù)，你把方程式根的性質(zhì)給我判別一下。最后到1877年，勞斯把這個(gè)拿出來了，勞斯拿出來行列式，得到了獎(jiǎng)，當(dāng)時(shí)叫做亞當(dāng)獎(jiǎng)。在這個(gè)同時(shí)，1895年，胡爾維茨(Hurwitz)也在不同的情況下，不知道勞斯的情況下。因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候的歐洲不像現(xiàn)在學(xué)術(shù)交流這么頻繁，當(dāng)時(shí)沒有什么學(xué)術(shù)交流。我也不知道你到底搞了些什么，所以這基本上是平行的。但是胡爾維茨(Hurwitz)的不一樣，胡爾維茨(Hurwitz)解決的是瑞士達(dá)沃斯電廠的一個(gè)蒸汽機(jī)的一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就用穩(wěn)定性理論來設(shè)計(jì)。

胡爾維茨(Hurwitz)被認(rèn)為是真正用控制理論，來用到控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一個(gè)例子。所以我現(xiàn)在這里列出來的這四個(gè)人，兩個(gè)人是學(xué)校里的學(xué)究式的，就是麥克斯維爾跟勞斯，但是他的功勞也不能磨滅，維斯聶格拉斯基跟胡爾維茨(Hurwitz)，都是實(shí)際上出來的，就解決實(shí)際問題，這是兩個(gè)不同的。但是最后，勞斯，胡爾維茨(Hurwitz)，都拿出來，現(xiàn)在都有用的代數(shù)判據(jù)。

在1927年的8月2號(hào)他去上班，那時(shí)候20年代，在美國也是上下班要坐船、坐車，他坐在渡輪上面。所以這樣的話，負(fù)反饋是1927年，布萊克首先提出來的，我現(xiàn)在為什么要提呢?就是說他到底是不是個(gè)靈感，其實(shí)推究他實(shí)際上是必然性。

布萊克已經(jīng)在這個(gè)之前，專門研究了電子振蕩器，電子振蕩器是用反饋工作的，當(dāng)然是正反饋了，所以他有這個(gè)基礎(chǔ)。就是他有工作的積累，布萊克有很多用反饋原理構(gòu)成振蕩器線路的這些工作基礎(chǔ)，完了老在想這個(gè)問題，這樣靈感就出來了，就做出來這個(gè)負(fù)反饋放大器，這是一個(gè)人，應(yīng)該要提一下。

還有下面要上的是尼可爾斯(Nichols)，我們下面還要提一下的，尼可爾斯提出PID的整定法，大家現(xiàn)在學(xué)控制的可能都知道。PID整定法是尼可爾斯在二十世紀(jì)40年代提出來的，他這人很有才能，他想辦法把PID調(diào)出來，想辦法參數(shù)應(yīng)該怎么整定，需要用模擬機(jī)。當(dāng)時(shí)美國惟一一臺(tái)模擬機(jī)，當(dāng)時(shí)的模擬機(jī)叫微分分析儀，麻省理工學(xué)院的。這個(gè)模擬機(jī)的制造人是誰呢?就是剛才說的，當(dāng)時(shí)是維布什(Vannevar Bush)，后來他是美國總統(tǒng)的科學(xué)顧問，原來就是搞自動(dòng)控制的，他設(shè)計(jì)了這個(gè)微分分析儀，現(xiàn)在叫模擬機(jī)。尼可爾斯(Nichols)就在這個(gè)模擬機(jī)上做了大量的仿真實(shí)驗(yàn)，最后列出來這個(gè)PID的整定表，50年過去了現(xiàn)在大家還在用。有一樣工作50年不變的就是尼可爾斯(Nichols)發(fā)明的這個(gè)PID整定表。這個(gè)是最后的，戰(zhàn)爭結(jié)束以后，他們才把工作展現(xiàn)出來。這一本書呢，現(xiàn)在是一本經(jīng)典著作，我們國家剛解放的時(shí)候，這些資料都沒有，我們只能看到俄文的。俄文的是1953年翻譯出來的。

第二本要介紹的是錢學(xué)森的《工程控制論》。錢學(xué)森是1954年寫的書，當(dāng)時(shí)他在美國寫的書，我們這里也拿不到英文版，但是前蘇聯(lián)很重視，前蘇聯(lián)馬上把它翻成俄文。我們看到的前蘇聯(lián)是1956年把他的俄文，翻譯出來了，我們當(dāng)時(shí)看到的是俄文版，這是在大概二十世紀(jì)50年代形成過程里邊的幾個(gè)主要的過程，把經(jīng)驗(yàn)都總結(jié)出來。下一本是魯里葉(Lurie)的非線性的一個(gè)經(jīng)典著作，這個(gè)是1951年出版的魯里葉(Lurie)的那本書。魯里葉(Lurie) 在前蘇聯(lián)大概1944年他提出來，大家現(xiàn)在搞非線性可能都知道，提出來一個(gè)魯里葉問題，這個(gè)問題一直解決不了，他后來寫成書了，就是留著這問題。這個(gè)問題，開始到什么時(shí)候呢?我這里說一下這兩個(gè)風(fēng)格，英美的剛才大家已經(jīng)聽出來了，都是搞工程的人在搞控制，前蘇聯(lián)是應(yīng)用數(shù)學(xué)家跟力學(xué)家在搞控制，所以兩個(gè)起的作用都不一樣。他這本書1951年當(dāng)時(shí)是非常難看懂的，很難讀懂。這個(gè)工作，他提出來的魯里葉(Lurie)問題，一直到1960年才有人解決，提出來一個(gè)解決方案，大家可能知道的，就是波波夫(Popov)的絕對穩(wěn)定性。后來就提出來超穩(wěn)定性，是解決的這個(gè)魯里葉(Lurie)問題。就是說這本書當(dāng)時(shí)二十世紀(jì)50年代，二十世紀(jì)40年代后期，50年代初的一些工作，一直影響到二十世紀(jì)60年代，而且還影響到目前一些非線性的理論工作，都是以他這個(gè)為基礎(chǔ)。

是整個(gè)在二十世紀(jì)40年代，前面的是個(gè)技術(shù)的發(fā)展過程，慢慢形成理論了。我習(xí)慣上用這么一個(gè)時(shí)間表來表示。50年代的時(shí)候，一般都叫經(jīng)典控制理論; 60年代叫狀態(tài)空間法，實(shí)際上就是狀態(tài)空間方法，但是呢，當(dāng)時(shí)的名稱，把它叫做現(xiàn)代控制理論了;后來70年代是現(xiàn)代頻域法，這么一個(gè)過程。接下來現(xiàn)在就是要說明一下狀態(tài)空間法，完了就叫現(xiàn)代控制理論。這個(gè)狀態(tài)空間法誰先提出來的呢?是剛才的第三本書，前蘇聯(lián)的這些學(xué)者。他們搞應(yīng)用數(shù)學(xué)、搞力學(xué)的，他們從來就是用的是狀態(tài)空間法。1960年卡爾曼把它介紹到英語世界，這個(gè)世界用英語來說是English speaking country ，就是說英語的國家里邊去，因?yàn)楸緛泶蠹叶疾恢溃柭莻€(gè)斯拉夫名字。他1960年的時(shí)候，他把狀態(tài)空間法介紹給美國。但是加上人為炒作，就把這個(gè)現(xiàn)代控制理論炒作得好像非常神一樣，當(dāng)時(shí)也有些人寄予希望也是比較大。這個(gè)就是發(fā)展了十年以后，就發(fā)現(xiàn)期望過大了，好像也只不過如此吧!有些問題你也沒解決了。所以那個(gè)時(shí)候，又有人回到頻域法，就是最早50年代是頻域法，60年代狀態(tài)空間，70年代又回到頻域法。

當(dāng)然這個(gè)是螺旋上升的，就這個(gè)時(shí)候的頻域法就加了個(gè)名字，叫現(xiàn)代頻域法。實(shí)際上是螺旋上升，又回到頻域法。覺得頻域里邊來考慮設(shè)計(jì)問題還是比較恰當(dāng)?shù)模紤]一些設(shè)計(jì)要求，就出現(xiàn)了這個(gè)頻域法。正好在現(xiàn)代頻域法發(fā)展的這個(gè)勢頭上的時(shí)候，1981年有人寫文章說你這個(gè)沒有魯棒性，我們現(xiàn)在大家搞控制理論知道要魯棒設(shè)計(jì)。說你這個(gè)現(xiàn)代頻域法沒有魯棒性，當(dāng)時(shí)人家不信、不服，經(jīng)過80年代的論證，爭議慢慢形成。到1991年，就是現(xiàn)在的有人當(dāng)然是你可能這個(gè)術(shù)語不一定統(tǒng)一，有人把它叫做現(xiàn)代后控制理論，Postmodern control theory。我們現(xiàn)在就回過來看看，為什么說這個(gè)沒有魯棒性?這個(gè)要說到，我們從多變量系統(tǒng)來說，多變量系統(tǒng)實(shí)際上是多入多出系統(tǒng)。多變量不太恰當(dāng)，輸入有好多個(gè)，輸出有好多個(gè)。多變量里一個(gè)問題，叫做耦合，就是輸入輸出之間互相耦合?？刂频臅r(shí)候，直觀的要求就是要解耦控制，解耦控制以后呢!就是這個(gè)1跟輸出1可以組成反饋系統(tǒng)，這個(gè)2呢!跟輸出2可以組成反饋系統(tǒng)，這個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)候就比較容易了。

但是解耦設(shè)計(jì)是個(gè)什么概念?解耦設(shè)計(jì)實(shí)際上要求輸入輸出之間的關(guān)系，我1控制1，2控制2，用我們的術(shù)語來說這是響應(yīng)特性，并不表示我的反饋系統(tǒng)有些什么特點(diǎn)，有些什么要求。但是，我看到國內(nèi)有些雜志，有人對這個(gè)觀點(diǎn)還不太同意，大家可能以后會(huì)接觸到。你用的時(shí)候要跟下面的一個(gè)實(shí)際物理系統(tǒng)是連接，實(shí)際物理系統(tǒng)跟你數(shù)學(xué)模型總有點(diǎn)不一樣。假如我只允許你只能在我這樣的數(shù)學(xué)方程式下，系統(tǒng)是好的，那你沒用的，你做出來系統(tǒng)不能用。我們的設(shè)計(jì)要允許這兩個(gè)有差別，這個(gè)允許差別就叫有魯棒性，所以魯棒性不是我們一般數(shù)學(xué)上的問題。就是實(shí)際上提出來的問題，就是解決你這個(gè)設(shè)計(jì)到底能不能用的問題。所謂我有魯棒性，就是你的設(shè)計(jì)允許有這個(gè)差別，允許有不確定性，你在紙面上設(shè)計(jì)的系統(tǒng)做成控制器以后，到實(shí)際上用，照樣有這個(gè)性能，這才叫你的設(shè)計(jì)具有魯棒性。所以這個(gè)魯棒性的概念就是80年代提出來的，逐漸形成了我們現(xiàn)在說的現(xiàn)代后控制理論。一個(gè)經(jīng)典控制理論，現(xiàn)代控制理論，后邊現(xiàn)代后控制理論，這個(gè)里邊研究對象不一樣，一個(gè)傳遞函數(shù)，一個(gè)狀態(tài)空間模型。研究內(nèi)容呢，我們講現(xiàn)在我們談的是奇異值、魯棒穩(wěn)定性的問題，在前面的經(jīng)典的控制理論里邊，是講帶寬、講裕度，現(xiàn)代控制理論里邊是特征值、方差和范數(shù)，這些是在LQG，都是屬于現(xiàn)代控制理論的范疇，用的實(shí)際計(jì)算工具呢，就伯德(Bode)圖、奈奎斯特圖、尼可爾斯圖。

他在那本1947年麻省理工學(xué)院出的教材里邊，提出來介紹這個(gè)尼可爾斯圖，這個(gè)尼可爾斯圖從40年代到現(xiàn)在，也是有50年了。尼可爾斯50年前提出來的PID整定表，提出來設(shè)計(jì)用的尼可爾斯圖。50年后的今天還在用，還在用它來做設(shè)計(jì)，可見到他這個(gè)人的水平。為了紀(jì)念這個(gè)尼可爾斯，從1996年開始，世界自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)，就是IFAC(國際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì))，專門設(shè)立了一個(gè)尼可爾斯獎(jiǎng)，專門獎(jiǎng)給設(shè)計(jì)上做出貢獻(xiàn)的人。1996年給過一個(gè)獎(jiǎng)，1999年給過獎(jiǎng)。每三年IFAC開會(huì)的時(shí)候評(píng)審一次，就知道這個(gè)尼可爾斯這個(gè)作用了。所以大家再要有機(jī)會(huì)的話，能看到他最早的這本書實(shí)際上是經(jīng)典著作。

現(xiàn)代控制理論用黎卡提方程。我們現(xiàn)在用的，現(xiàn)代后控制理論里用的是線性矩陣不等式，線性矩陣不等式的解法都是用MATLAB的軟件來解的，所以整個(gè)計(jì)算工具，就是我們考慮的對象、研究內(nèi)容等等都出現(xiàn)了變化。所以有人把它叫做現(xiàn)代后控制理論，我們今天主要把這個(gè)過程，怎么從個(gè)別的技術(shù)最后形成一門學(xué)科?這個(gè)學(xué)科分成幾個(gè)階段?給大家介紹了一下。

這個(gè)就是我主要介紹的一些內(nèi)容，我這里要說的就是這里邊包括一些年份，有些事實(shí)。譬如說他做了夢，這個(gè)都是有據(jù)可查的，不是我瞎說的。但是這里邊對人的評(píng)論，一些觀點(diǎn)可能就是我的，所以假如有說錯(cuò)的希望大家批評(píng)指正。我主要介紹的內(nèi)容就這些，謝謝大家。

提問:聽了您剛才的介紹，我有幾個(gè)地方想向您請問一下，請問王教授，您剛才介紹的是自動(dòng)控制發(fā)展的歷程，那么就您個(gè)人的意見和看法，那么咱們自動(dòng)控制的未來的發(fā)展方向，有可能是哪個(gè)方向?就培養(yǎng)我們這些學(xué)生而言，我們怎么樣提高自己自身素質(zhì)來向這個(gè)方向來靠攏。

答:自動(dòng)控制我比較是有這么一個(gè)觀點(diǎn):你不能光從搞控制的人來說，我能想出一些方向，我就指給你往前走，我能解決你好多問題。我舉例子來說，瓦特的離心調(diào)速器，這個(gè)控制系統(tǒng)是先有調(diào)速器，先有調(diào)節(jié)系統(tǒng)，為了提高精度，把這個(gè)球做大，做大了以后，系統(tǒng)不穩(wěn)定了，出了問題去解決它。就是說首先是技術(shù)推進(jìn)它的，這是一個(gè)大方向，大家可能現(xiàn)在學(xué)理論，就是一些新的理論里邊，可能是最優(yōu)控制吧，Pontryagin，中文叫龐特里亞金，龐特里亞金(Pontryagin)的那個(gè)極大值原理，到底怎么產(chǎn)生的，我倒想說說這個(gè)過程，所以就可能知道，我搞控制的人怎么搞。

龐特里亞金(Pontryagin)的那個(gè)

極大值原理，首先在1953年，前蘇聯(lián)開了一個(gè)自動(dòng)控制會(huì)議，當(dāng)時(shí)是一些搞工程技術(shù)的人員，提出最優(yōu)控制，就是我們現(xiàn)在說的Bang-Bang(開關(guān))控制。這個(gè)是有名的人，是費(fèi)爾德鮑曼(A.A.Feldbaum)他提出的。龐特里亞金(Pontryagin)是數(shù)學(xué)家，他在控制會(huì)議上聽出點(diǎn)門道來了，他是數(shù)學(xué)所的，完了開完會(huì)以后，他把費(fèi)爾德鮑曼請到他們數(shù)學(xué)所做講座，講他的最優(yōu)控制。講座完了以后，1956年龐特里亞金(Pontryagin)的那個(gè)極大值原理就出來了。我就說他數(shù)學(xué)家先能把問題抽象出來，也跟剛才瓦特的離心調(diào)速器一樣，受到當(dāng)時(shí)很多技術(shù)的影響，受到好多的一些知識(shí)的積累，各方面的知識(shí)積累，受到啟發(fā)，才出來那個(gè)極大值原理。

《自動(dòng)控制原理》胡壽松 科技出版社 2001(第四版)

《自動(dòng)控制發(fā)展的歷程》王廣雄 百家講壇

1、自動(dòng)控制器就是用機(jī)器設(shè)備或系統(tǒng)代替人完成某種生產(chǎn)任務(wù)，或者代替人實(shí)現(xiàn)某種過程，或代替人進(jìn)行事務(wù)管理工作。嚴(yán)格地說，自動(dòng)控制器就是指在沒有人的直接參與下，機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)管理過程通過自動(dòng)檢測、信息處理、分析判斷自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的操作設(shè)備。

2、自動(dòng)控制器可以完成某種控制任務(wù)的系統(tǒng)。自動(dòng)控制器的組成和工作原理與人體的構(gòu)成和工作機(jī)理有很多相似之處:自動(dòng)控制器中有相當(dāng)于人的感覺器官的傳感器，有相當(dāng)于人的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的控制裝置，也有相當(dāng)于人的手、腿及其肌肉的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。傳感器用于檢測指令信息、外界變 化信息以及被控對象的狀態(tài)信息，并將其變換成電信號(hào)傳給控制裝置。控制裝置則計(jì)算出被控對象的當(dāng)前狀態(tài)(稱為被控量，或系統(tǒng)的輸出量)與所希望的狀態(tài)(稱為輸入信號(hào))之差，并根據(jù)這一偏差(稱為誤差信號(hào))按一定規(guī)律產(chǎn)生出控制信號(hào)，然后經(jīng)過放大，送給操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)被控對象運(yùn)動(dòng)，直到它的狀態(tài)達(dá)到所希望的狀態(tài)為止。這種把系統(tǒng)的輸出或系統(tǒng)的另外一些受控變量和系統(tǒng)的輸入作比較后，形成的控制稱為閉環(huán)控制或反饋控制。

機(jī)械化、全自動(dòng)控制、比例調(diào)節(jié)、PLC可編程及觸摸屏控制技術(shù)