自動控制理論的早期發(fā)展歷史課件

自動控制理論的早期發(fā)展歷史自動控制技術的早期發(fā)展自動控制基本理論(經(jīng)典部分)的發(fā)展簡史歷史的思考自動控制與系統(tǒng)工程大事年表自動控制理論的早期發(fā)展歷史自動控制技術1自動控制技術的早期發(fā)展

以反饋控制為其主要研究內(nèi)容的自動控制理論的歷史，若從目前公認的第一篇理論論文,J.C.Maxwell在1868年發(fā)表的“論調(diào)節(jié)器”算起，至今不過一百多年。然而控制思想與技術的存在至少已有數(shù)千年的歷史了?！翱刂啤边@一概念本身即反映了人們對征服自然與外在的渴望，控制理論與技術也自然而然地在人們認識自然與改造自然的歷史中發(fā)展起來。自動控制技術的早期發(fā)展以反饋控制為其主要研究內(nèi)容的自動控制2具有反饋控制原理的控制裝置在古代就有了。這方面最有代表性的例子當屬古代的計時器“水鐘”(在中國叫作“刻漏”，也叫“漏壺”)。據(jù)古代鍥形文字記載和從埃及古墓出土的實物可以看到，巴比倫和埃及在公元前1500年以前便已有很長的水鐘使用歷史了。亞歷山大里亞城的斯提西比烏斯(Ctesibius)首先在受水壺中使用了浮(phellossivetympanum)。按迪爾斯(Diels)本世紀初復原的樣品，注入的水是由圓錐形的浮子節(jié)制的。而這種節(jié)制方式即已含有負反饋的思想(盡管當時并不明確)。

具有反饋控制原理的控制裝置在古代就有了。這方面最有代表性的例3中國有著燦爛的古代文明。中國古代的科學家們對水鐘十分得重視，并進行了長期的研究。據(jù)<<周禮>>記載，約在公元前500年，中國的軍隊中即已用漏壺作為計時的裝置。約在公元120年，著名的科學家張衡(78-139,東漢)又提出了用補償壺解決隨水頭降低計時不準確問題的巧妙方法。在他的“漏水轉渾天儀”中，不僅有浮子，漏箭，還有虹吸管和至少一個補償壺。最有名的中國水鐘“銅壺滴漏”由銅匠杜子盛和洗運行建造于公元1316年(元代延佑三年)，并一直連續(xù)使用到1900年?，F(xiàn)保存在廣州市博物館中，但仍能使用。中國有著燦爛的古代文明。中國古代的科學家們對水鐘十分得重視，4北宋時期，蘇頌等于1086年-1090年在開封建成“水運儀象臺”。儀象臺上的渾儀附有窺管，能夠相當準確地跟蹤天體的運行，“使它自動地保持在窺管的視場中”。這種儀象臺的動力裝置中就利用了“從定水位漏壺中流出的水，并由擒縱器(天關、天鎖)加以控制”。蘇頌把時鐘機械和觀測用渾儀結合起來，這比西方羅伯特.胡克早六個世紀

北宋時期，蘇頌等于1086年-1090年在開封建成“水運儀象5公元235(三國時期)的馬均及公元477年(劉宋時期)祖沖之等還曾制造過具有開環(huán)控制特點的指南車。并發(fā)明了齒輪及差動齒輪機。另外，我國在公元前350年已經(jīng)用在結構上與水輪相似的水臼來碾米；在公元前50年用水輪來引水灌溉；在公元前31年在鍛冶場里使用水動風箱等。大大地減輕了人們的勞動。公元235(三國時期)的馬均及公元477年(劉宋時期)祖沖之6十八世紀，隨著人們對動力的需求，各種動力裝置也成為人們研究的重點。1750年，安得魯.米克爾(1719-1811)為風車引入了“扇尾”傳動裝置，使風車自動地面向風。隨后，威廉.丘比特對自動開合的百葉窗式翼板進行改進，使其能夠自動地調(diào)整風車的傳動速度。這種可調(diào)整的調(diào)節(jié)器在1807年取的專利權。18世紀的風車中還成功地使用了離心調(diào)速器。托馬斯.米德(1787年)和斯蒂芬.胡泊(1789年)獲得這種裝置的專利權。和風車技術并行，十八世紀也是蒸氣機取得突破發(fā)展的時期，并成為機械工程最矚目的成就。托馬斯.紐可門和約翰.卡利(又譯為考力)是史學界公認的蒸氣機之父。到十八世紀中葉，已有好幾百臺紐可門式蒸氣機在英格蘭北部和中部地區(qū)、康沃爾和其他國家服務，但由于其工作效率太低，難以推廣。十八世紀，隨著人們對動力的需求，各種動力裝置也成為人們研究的71765年俄國的波爾祖諾夫（И.И.Полэунов）發(fā)明了蒸汽機鍋爐的水位自動調(diào)節(jié)器（這在俄國被認為是世界上的第一個自動調(diào)節(jié)器）。1760年－1800年，詹姆斯.瓦特對蒸氣機進行了徹底得改造，終于使其得到廣泛的應用。在瓦特的改良工作中，1788年，他給蒸氣機添加了一個“節(jié)流”控制器即節(jié)流閥，它由一個離心“調(diào)節(jié)器”操縱，類似于磨房機工早已用來控制風力面分機磨石松緊的裝置?！罢{(diào)節(jié)器”或“飛球調(diào)節(jié)器”用于調(diào)節(jié)蒸氣流，以便確保引擎工作時速度大致均勻。這是當時反饋調(diào)節(jié)器最成功的應用。

1765年俄國的波爾祖諾夫（И.И.Полэунов）發(fā)明了8瓦特是一位實干家，他沒有對調(diào)節(jié)器進行理論分析后來J.C.Maxwell從微分方程角度討論了調(diào)節(jié)器系統(tǒng)可能產(chǎn)生的不穩(wěn)定現(xiàn)象，從而開始了對反饋控制動力學問題的理論研究

瓦特是一位實干家，他沒有對調(diào)節(jié)器進行理論分析9

自動控制基本理論（經(jīng)典部分）的發(fā)展簡史2.1穩(wěn)定性理論的早期發(fā)展人們很早就開始關注穩(wěn)定性的問題。牛頓可能是第一個關注動態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的人。1687年，牛頓在他的《數(shù)學原理》中對圍繞引力中心做圓周運動的質(zhì)點進行了研究。他假設引力與質(zhì)點到中心距離的q次方成正比。牛頓發(fā)現(xiàn)，假設q>-3,則在小的擾動后，質(zhì)點仍將保留在原來的圓周軌道附近運動。而當q≤-3時，質(zhì)點將會偏離初始的軌道，或者按螺旋狀的軌道離開中心趨向無窮遠，或者將落在引力中心上自動控制基本理論（經(jīng)典部分）的發(fā)展簡史2.10天文學家曾不斷努力以圖證明太陽系的穩(wěn)定性。特別地，拉格朗日和拉普拉斯在這一問題上做了相當?shù)呐Α?773年，24歲的拉普拉斯“證明了行星到太陽的距離在一些微小的周期變化之內(nèi)是不變的”。并因此成為法國科學院副院士。雖然他們的論證今天看來并不嚴格，但他們的工作對后來李亞普諾夫的穩(wěn)定性理論有很大的影響。

天文學家曾不斷努力以圖證明太陽系的穩(wěn)定性。特別地，拉格朗日和11直到十九世紀中期，穩(wěn)定性理論仍集中在對保守系統(tǒng)研究上。主要是天文學的問題。在出現(xiàn)控制系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題后，科學家們開始考慮非保守系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。ClerkMaxwell是第一位利用特征方程的系數(shù)來判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的人[26]。JamesClerkMaxwell是第一個對反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行系統(tǒng)分析并發(fā)表論文的人。在他1868年的論文“論調(diào)節(jié)器”(MaxwellJC.OnGovernors.Proc.RoyalSocietyofLondon,vol.16:270-283,1868)中，導出了調(diào)節(jié)器的微分方程，并在平衡點附近進行線性化處理，指出穩(wěn)定性取決于特征方程的根是否具有負的實部。麥氏在論文中對三階微分方程描述的Thomson'sgovernor,Jenkin'sgovernor以及具有五階微分方程的Maxwell'sgovernor進行了研究，并給出了系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件。Maxwell的工作開創(chuàng)了控制理論研究的先河直到十九世紀中期，穩(wěn)定性理論仍集中在對保守系統(tǒng)研究上。主要是12同一時期在俄國，1872年И.А.維什聶格拉斯基（1831-1895）也對蒸汽機的穩(wěn)定性問題進行了研究。И.А.維什聶格拉斯基的論文“論調(diào)整器的一般原理”1876年發(fā)表在法國科學院院報上。И.А.維什聶格拉斯基同樣利用線性化方法簡化問題，用線性微分方程描述由調(diào)整對象和調(diào)整器組成的系統(tǒng)。這使問題大大簡化。1878年И.А.維什聶格拉斯基還對非線性繼電器型調(diào)整器進行了研究。И.А.維什聶格拉斯基在蘇聯(lián)被視為自動調(diào)整理論的奠基人。Maxwell是一位天才的科學家，在許多方面都有極高的造詣。他同時還是物理學中電磁理論的創(chuàng)立人(見其論文“Adynamicaltheoryoftheelectromagneticfield”，1864)。目前的研究表明，Maxwell事實上在1863年9月即已基本完成了其有關穩(wěn)定性方面的研究工作。Maxwell在他的論文中還催促數(shù)學家們盡快地解決多項式的系數(shù)同多項式的根的關系的問題。由于五次以上的多項式?jīng)]有直接的求根公式，這給判斷高階系統(tǒng)的穩(wěn)定性代來了困難

同一時期在俄國，1872年И.А.維什聶格拉斯基（1831-13約在1875年，Maxwell擔任了劍橋AdamsPrize的評獎委員。這項兩年一次的獎授予在該委員會所選科學主題方面竟爭的最佳論文。1877年的AdamsPrize的主題是“運動的穩(wěn)定性”。E.J.Routh在這項竟賽中以其跟據(jù)多項式的系數(shù)決定多項式在右半平面的根的數(shù)目的論文奪得桂冠(RouthEJ.ATreatiseontheStabilityofMotion.London,U.K.:Macmillan,1877)。Routh的這一成果現(xiàn)在被稱為勞斯判據(jù)。Routh工作的意義在于將當時各種有關穩(wěn)定性的孤立的結論和非系統(tǒng)的結果統(tǒng)一起來，開始建立有關動態(tài)穩(wěn)定性的系統(tǒng)理論。

約在1875年，Maxwell擔任了劍橋AdamsPriz14

EdwardJohnRouth1831年1月20日出生在加拿大的魁北克。他父親是一位在Waterloo服役的英國軍官。Routh11歲那年回到英國，在deMorgan指導下學習數(shù)學。在劍橋?qū)W習的畢業(yè)考試中，他獲得第一名。并得到了“SeniorWrangler”的榮譽稱號。（ClerkMaxwell排在了第二位。盡管ClerkMaxwell當時被稱為最聰明的人。）畢業(yè)后Routh開始從事私人數(shù)學教師的工作。從1855年到1888年Routh教了600多名學生，其中有27位獲得“SEniorWrangler”稱號。建立了無可匹敵的業(yè)績。Routh于1907年6月7日去世，享年76歲。EdwardJohnRouth1831年1月20日出15Routh之后大約二十年，1895年，瑞士數(shù)學家A.Hurwitz在不了解Routh工作的情況下，獨立給出了跟據(jù)多項式的系數(shù)決定多項式的根是否都具有負實部的另一中方法(HurwitzA.Ontheconditionsunderwhichanequationhasonlyrootswithnegativerealparts.MathematischeAnnelen,vol.46:273-284,1895)。Hurwitz的條件同Routh的條件在本質(zhì)上是一致的。因此這一穩(wěn)定性判據(jù)現(xiàn)在也被稱為Routh-Hurwitz穩(wěn)定性判據(jù)Routh之后大約二十年，1895年，瑞士數(shù)學家A.Hur161892年，俄羅斯偉大的數(shù)學力學家A.M.Lyapunov（1857.5.25-1918.11.3）發(fā)表了其具有深遠歷史意義的博士論文“運動穩(wěn)定性的一般問題”(TheGeneralProblemoftheStabilityofMotion,1892)在這一論文中，他提出了為當今學術界廣為應用且影響巨大的李亞普諾夫方法，也即李亞普諾夫第二方法或李亞普諾夫直接方法這一方法不僅可用于線性系統(tǒng)而且可用于非線性時變系統(tǒng)的分析與設計。已成為當今自動控制理論課程講授的主要內(nèi)容之一。和他的碩士論文一樣，Lyapunov的博士論文被譯成法文并在Annalesdel'UniversitedeToulouse(1907)上發(fā)表，1949年PrincetonUniversityPress重印了法文版。1992年在Lyapunov博士論文發(fā)表100周年之際，INT.J.CONTROL以專集形式發(fā)表了Lyapunov論文的英譯版，以紀念他控制理論領域的卓越貢獻。

1892年，俄羅斯偉大的數(shù)學力學家A.M.Lyapunov172.2負反饋放大器及頻域理論的建立

在控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)理論建立之后，1928年－1945年以美國AT&T公司Bell實驗室(BellLabs)的科學家們?yōu)楹诵模纸⒘丝刂葡到y(tǒng)分析與設計的頻域方法。2.2負反饋放大器及頻域理論的建立在控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)181928年8月2日，HaroldBlack(1898-1983)，在前往Manhattan西街(WestStreet)的上班途中，在Hudson河的渡船LackawannaFerry上靈光一閃，發(fā)明了在當今控制理論中占核心地位的負反饋放大器。由于手頭沒有合適的紙張，他將其發(fā)明記在了一份紐約時報（TheNewYorkTimes）上，這份早報已成為一件珍貴的文物診藏在AT&T的檔案館中。當時的Black年僅29歲，從WorcesterPolytechnicInstitute獲得電子工程學士畢業(yè)剛六年。是西部電子公司工程部（這個部后來成為1925年成立的BellLabs的核心）的工程師，正在從事電子管放大器的失真和不穩(wěn)定問題的研究。Black首先提出了基于誤差補償?shù)那梆伔糯笃鳎诖嘶A上最終提出了負反饋放大器并對其進行了數(shù)學分析。1928年8月2日，HaroldBlack(1898-1919反饋放大器的振蕩問題給其實用化帶來了難以克服的麻煩。為此HarryNyquist(1889-1976)和其他一些AT&T的通訊工程師介入了這一工作。Nyquist1917年在耶魯大學(Yale)獲物理學博士學位，有著極高的理論造詣。1932年Nyquist發(fā)表了包含著名的“乃奎斯特判據(jù)”(Nyquistcriterion)的論文，并在1934年加入了BellLabs。Black關于的負反饋放大器的論文發(fā)表在1934年，參考了Nyquist的論文和他的穩(wěn)定性判據(jù)。反饋放大器的振蕩問題給其實用化帶來了難以克服的麻煩。為此Ha20這一時期，Bell實驗室的另一位理論專家，HendrikBode(1905-1982)也和一些數(shù)學家開始對負反饋放大器的設計問題進行研究。Bode是一位應用數(shù)學家，1926年在俄荷俄州立大學(OhioState)獲碩士；1935年在哥倫比亞大學(ColumbiaUniversity)獲物理學博士學位。1940年，Bode引入了半對數(shù)坐標系，使頻率特性的繪制工作更加適用于工程設計。這一時期，Bell實驗室的另一位理論專家，HendrikB211942年，H.Harris引入了傳遞函數(shù)的概念。用方框圖、環(huán)節(jié)、輸入和輸出等信息傳輸?shù)母拍顏砻枋鱿到y(tǒng)的性能和關系。這樣就把原來由研究反饋放大器穩(wěn)定性而建立起來的頻率法，更加抽象化了，因而也更有普遍意義，可以把對具體物理系統(tǒng)，如力學、電學、等的描述，統(tǒng)一用傳遞函數(shù)、頻率響應等抽象的概念來研究。1925年英國電器工程師O.亥維賽把拉普拉斯變換應用到求解電網(wǎng)絡的問題上，提出了運算微積。不久拉普拉斯變換就被應用到分析自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)問題上，并取得了顯著成效。至1945年，控制系統(tǒng)設計的頻域方法，“波德圖”(Bodeplots)方法，已基本建立了。

1942年，H.Harris引入了傳遞函數(shù)的概念。用方框圖、22在這同一時期，蘇聯(lián)科學家也在控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻域分析方面取得了進展。1938年和1939年，全蘇電工研究所的米哈依洛夫以柯西幅角原理為基礎，發(fā)表論文給出了閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻域判別法。米哈依洛夫還提出了把自動調(diào)整系統(tǒng)環(huán)節(jié)按動態(tài)特性加以典型化來進行結構分析的問題。米哈依洛夫的方法現(xiàn)被稱為“米哈依洛夫穩(wěn)定判據(jù)”?？陀^地講，在頻域穩(wěn)定性判別研究中，乃奎斯特不僅在時間上領先，其工作也更完備。現(xiàn)在我們所使用的也主要是乃奎斯特的開環(huán)穩(wěn)定判據(jù)。除了偏差負反饋控制，擾動控制是另一種重要控制策略。第一個試圖制造一個不反映被調(diào)量偏差，而反應擾動作用的調(diào)節(jié)器的人是龐賽來（Понселе）。他在1829年曾提出一種有關蒸汽機軸轉速自動調(diào)節(jié)器的線路，利用的就是擾動控制的原理?？墒怯捎诋敃r蒸汽機本身不穩(wěn)定，他的建議遭到了失敗。采用擾動調(diào)節(jié)原理且在實際上能夠工作的第一個自動調(diào)節(jié)器是1869年由契可列夫所發(fā)明的弧光燈光度調(diào)節(jié)器。這種調(diào)節(jié)器同龐賽來（В.Н.Чиколев）應用純擾動的調(diào)節(jié)不同，它實際上建立了閉環(huán)，所以調(diào)節(jié)器在這里也影響系統(tǒng)的穩(wěn)定（純擾動補償控制不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性）。在這同一時期，蘇聯(lián)科學家也在控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻域分析方面取得232.3根軌跡法的建立在經(jīng)典控制理論中，根軌跡法占有十分重要的地位。它同時域法，頻域法可稱是三分天下。美國電信工程師W.R.Evans在這里包打天下，他的兩篇論文“GraphicalAnalysisofControlSystem,AIEETrans.PartII,67(1948),pp.547-551.”和“ControlSystemSynthesisbyRootLocusMethod,AIEETrans.PartII,69(1950),pp.66-69”即已基本上建立起根軌跡法的完整理論。

2.3根軌跡法的建立在經(jīng)典控制理論中，根軌跡法占有十分重要242.4脈沖控制理論的建立與發(fā)展隨著計算機技術的誕生和發(fā)展，脈沖控制理論也迅速發(fā)展起來。在這方面首先作出重要貢獻的是乃奎斯特和香農(nóng)(Shannon)。乃氏首先證明把正弦信號從它的采樣值復現(xiàn)出來，每周期至少必須進行兩次采樣。香農(nóng)于1949年完全解決了這個問題。香農(nóng)由此被成為信息論的創(chuàng)始人。2.4脈沖控制理論的建立與發(fā)展隨著計算機技術的誕生和發(fā)展，25在變換理論的研究方面，霍爾維茲(W.Hurewicz)于1947年邁出了第一步，他首先引進了一個變換用于對離散序列的處理。在此基礎上，崔普金于1949年，拉格茲尼和扎德(J.R.Ragazzini和L.A.Zadeh)于1952年分別提出了和定義了Z變換方法，大大簡化了運算步驟，并在此基礎上發(fā)展起脈沖控制系統(tǒng)理論。在變換理論的研究方面，霍爾維茲(W.Hurewicz)于19262.5歷史上的三本重要著作

在控制理論發(fā)展的歷史上有三部著作特別值得一提，即目前被作為信息論開端的香農(nóng)(ClaudeElwoodShannon,1916-)的論文：《通訊的數(shù)學理論》（AMathematicalTheoryofCommunication）1948年發(fā)表在《貝爾系統(tǒng)技術雜志》第27卷。這篇論文同其1949年發(fā)表的論文《噪聲中的通訊》（CommunicationinPresenceofNoise.Proc.IRE,37,10-21）奠定了信息論的基礎控制論創(chuàng)立者維納（NorbertWienner,1894-1964）的經(jīng)典論著：《控制論，或關于在動物和機器中控制和通訊的科學》（CyberneticsorControlandCommunicationintheannimalandthemachines.1948）2.5歷史上的三本重要著作在控制理論發(fā)展的歷史上有三部著27錢學森(TsienHS,1991-)的著作《工程控制論》（EngineeringCybernetics.1954）這三部著作對人類社會有著巨大的影響，產(chǎn)生了新型的綜合性基礎理論：控制論，信息論和工程控制論。錢學森(TsienHS,1991-)的著作《工程控制論28在中國，1954年出版了由劉豹編寫的第一本《自動控制原理》專著（上海：中國科學圖書儀器公司.1954）。在中國，1954年出版了由劉豹編寫的第一本《自動控制原理29

歷史的思考

回顧控制技術和控制理論幾千年的發(fā)展歷史，我們可以總結出科學發(fā)展的幾個特點：歷史的思考回顧控制技術和控制理論幾千年的發(fā)展歷史，我們可301）社會發(fā)展的需要是科學發(fā)展的動力。只有在工業(yè)的發(fā)展對動力產(chǎn)生巨大的需求，蒸氣機穩(wěn)定性問題出現(xiàn)并具有至關重要的意義時，人們才集中智力來解決這一難題，并由此產(chǎn)生了穩(wěn)定性理論。頻域方法和離散（脈沖）系統(tǒng)理論同樣如此，也是在通訊技術和計算機技術的發(fā)展過程中為解決關鍵問題而發(fā)展起來的。2）科學的進步是集體努力的結果，在這一點上往往顯示出科學家的群體效應。同早期科學理論的發(fā)展不同，現(xiàn)代高新技術的發(fā)展要依賴于集體的智慧。穩(wěn)定性理論、頻域理論及脈沖理論的建立與發(fā)展很好地說明了這一點。3）科學的發(fā)明與科學理論的建立有賴于科學家堅實的知識基礎。Black雖然最早提出了負反饋放大器的思想，但由于他本人理論基礎較差（學士學位，只有六、七年的工作經(jīng)驗），頻域理論卻是在Nyquist博士和Bode博士等的努力下建立的。Black本人的論文也是在參考了Nyquist的論文之后才完成，他的專利申請也是在Nyquist等的工作完成后才被認可并獲準的。同樣，在控制理論發(fā)展史上做出巨大貢獻的科學家如Maxwell、Lyapunov、Zadeh、July等無不在多個方面均有建樹。4）沒有理論，社會實踐就不能成為系統(tǒng)的科學，實踐也就難以深入和系統(tǒng)地發(fā)展?？刂萍夹g在中國和巴比倫已有數(shù)千年的歷史，但由于沒有上升為理論，只能在低級的水平上發(fā)展。1868年以來，隨著控制理論的建立，控制理論和控制技術同時開始飛速發(fā)展，控制技術終于成為人們征服自然與改造自然的有力武器。1）社會發(fā)展的需要是科學發(fā)展的動力。31自動控制與系統(tǒng)工程大事年表公元前14～前11世紀

·中國﹑埃及和巴比倫出現(xiàn)自動計時的漏壺

公元前8世紀

·中國使用烽火臺通信

公元前6～前5世紀

·中國的孫武著《孫子兵法》

·希臘德謨克利特的《世界大系統(tǒng)》中最早采用“系統(tǒng)”一詞

·中國《史記》中有體現(xiàn)系統(tǒng)和對策論思想的田忌賽馬的記述

自動控制與系統(tǒng)工程大事年表公元前14～前11世紀

·32公元前4世紀

·希臘柏拉圖首先使用“控制論”一詞

公元前3世紀

·中國秦昭王(公元前305～前251)時﹐李冰主持修筑都江堰

·希臘亞里士多德提出系統(tǒng)是由若干部分構成﹐并大于它各部分的簡單總和的思想

公元1世紀

·亞歷山大的希羅發(fā)明開閉廟門和分發(fā)圣水等自動裝置

公元2世紀

·中國張衡發(fā)明水運渾象﹐研制出自動測量地震的候風地動儀

公元220～280年

·中國出現(xiàn)記里鼓車

公元235年

·中國馬鈞研制出用齒輪傳動的自動指示方向的指南車

公元前4世紀

·希臘柏拉圖首先使用“控制論”一詞

33公元725年

·中國一行﹑梁令瓚發(fā)明有自動報時機構的水運渾象

公元1086～1092年

·中國蘇頌和韓公廉建造具有“天衡”自動調(diào)節(jié)機構和自動報時機構的水運儀象臺

公元1135年

·中國宋代王普記述“蓮華漏”上使用浮子-閥門式機構自動調(diào)節(jié)漏壺的水位

公元1637年

·中國明代的《天工開物》一書記載有程序控制思想萌芽的提花織機結構圖

公元1642年

·法國B.帕斯卡發(fā)明自動進位的加減法計算器

公元1657年

·荷蘭C.惠更斯發(fā)表了鐘擺理論

公元1681年

·D.帕潘發(fā)明了帶安全閥的壓力釜﹐實現(xiàn)壓力自動控制

公元1694年

·德國G.W.萊布尼茨發(fā)明能進行加減乘除的機械計算機公元725年

·中國一行﹑梁令瓚發(fā)明有自動報時機構的34

公元1736年

·E.歐拉解決柯尼斯堡七橋難題

公元1745年

·英國E.李發(fā)明帶風向控制的風磨

公元1765年

·俄國И﹒И﹒波爾祖諾夫研制出浮子-閥門式水位調(diào)節(jié)器

公元1779年

·法國P.S.拉普拉斯提出拉普拉斯變換

公元1784年

·美國O.埃文斯建造利用傳輸帶的自動面粉加工廠

公元1788年

·英國J.瓦特用離心式調(diào)速器控制蒸汽機的速度

公元1801年

·法國J.M.雅卡爾發(fā)明用穿孔卡控制生產(chǎn)復雜圖案的織機

公元1826年

·法國J.-V.彭賽列研制出按擾動調(diào)節(jié)原理工作的蒸汽機轉速調(diào)節(jié)器

公元1736年

·E.歐拉解決柯尼斯堡七橋難題

35

公元1833年

·英國C.巴貝奇把程序控制引入計算機﹐提出自動數(shù)字計算機的思想

公元1840年

·英國G.B.艾里發(fā)表關于離心式調(diào)速器引起的振動問題的論文

公元1847～1854年

·英國G.布爾發(fā)表《邏輯學的數(shù)學分析》和《思維規(guī)律研究》等著作﹐創(chuàng)立布爾代數(shù)

·俄國К﹒И﹒康斯坦丁諾夫發(fā)明電磁調(diào)速器

公元1866年

·美國敷設第一條大西洋海底電纜

公元1868年

·法國J.法爾科發(fā)明氣動船舵位置自動控制裝置(伺服機構)

公元1869年

·英國J.C.麥克斯韋發(fā)表《論調(diào)速器》

公元1833年

·英國C.巴貝奇把程序控制引入計36

公元1875年

·英國E.J.勞思建立勞思判據(jù)

公元1876年

·英國R.懷特黑德研制出采用比例微分控制的自動式魚雷

·美國A.G.貝爾發(fā)明實用的電話機

·俄國И﹒А﹒維什涅格拉茨基發(fā)表《論調(diào)節(jié)器的一般原理》

公元1879年

·美國D.康諾利發(fā)明自動電話交換機

公元1890年

·美國H.霍勒里思研制出第一臺有實用價值的卡片程序控制計算機

公元1892年

·俄國李雅普諾夫﹐А.М.發(fā)表《論運動穩(wěn)定性的一般問題》

公元1895年

·德國A.胡爾維茨提出根據(jù)代數(shù)方程系數(shù)判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的準則

公元1875年

·英國E.J.勞思建立勞思判據(jù)

37公元1906年

·美國L.德福雷斯特發(fā)明電子三極管

公元1910年

·美國E.C.莫利納和丹麥A.K.埃爾朗建立電話系統(tǒng)統(tǒng)計平衡模型

公元1911年

·美國泰勒﹐F.W.的《科學管理原理》一書出版

公元1912年

·瑞典N.G.達倫發(fā)明自動太陽閥調(diào)節(jié)煤氣燈光源﹐獲諾貝爾物理學獎金

公元1913年

·美國福特汽車公司建成最早的汽車裝配流水線

公元1914～1916年

·英國蘭徹斯特﹐F.W.用數(shù)學方法描述兩軍對戰(zhàn)過程﹐提出蘭徹斯特方程

公元1916年

·法國H.法約爾的《工業(yè)管理和一般管理》一書出版

公元1922年

·美國N.米諾爾斯基研制出用于船舶駕駛的伺服機構﹐提出比例﹑積分﹑微分(PID)控制方法

公元1906年

·美國L.德福雷斯特發(fā)明電子三極管

38公元1926年

·美國建成第一條自動生產(chǎn)線(加工汽車底盤)

公元1927年

·德國W.克勒爾發(fā)表《論調(diào)節(jié)問題》

·美國H.S.布萊克提出改善放大器性能的負反饋方

公元1928年

·美國R.V.L.哈特利發(fā)表《信息傳輸》﹐提出通信中的信息量概念

公元1930年

·德國G.溫斯提出壓力和流量調(diào)節(jié)方法

·德國柏林舉行第三屆世界動力學會議﹐確立自動學為一門技術學科

公元1932年

·法國J.埃爾布朗﹑奧地利K.哥德爾和美國S.C.克林建立遞歸函數(shù)理論

·美籍瑞典人奈奎斯特﹐H.提出根據(jù)頻率響應判斷反饋系統(tǒng)穩(wěn)定性的準則

公元1934年

·美國H.L.黑曾發(fā)表《關于伺服機構理論》

·蘇聯(lián)И﹒Н﹒沃茲涅先斯基提出自動調(diào)整原理

公元1926年

·美國建成第一條自動生產(chǎn)線(加工汽車39公元1936年

·英國圖靈﹐A.M.提出圖靈計算機的設想

·德國D.克尼希出版第一本關于圖論的書

·美國列昂捷夫﹐W.提出投入產(chǎn)出法

公元1937年

·蘇聯(lián)Н.М.克雷洛夫和Н﹒Н﹒博戈留博夫發(fā)表《非線性力學概論》﹐提出解決非線性控制問題的漸近分析方法

公元1938年

·美國香農(nóng)﹐C.E.提出繼電器邏輯自動機理論

·蘇聯(lián)А﹒В﹒米哈伊洛夫提出用圖解分析方法判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的準則

公元1936年

·英國圖靈﹐A.M.提出圖靈計算機的40公元1939年

·蘇聯(lián)建立自動學遠動學研究所(現(xiàn)名控制問題研究所)﹐美國建立伺服機構實驗室(現(xiàn)名信息與決策系統(tǒng)實驗室)

·蘇聯(lián)Г﹒В﹒謝巴諾失提出不變性原理

·英國P.M.S.布萊克特為解決復雜軍事問題建立管理科學小組

·蘇聯(lián)康托羅維奇﹐Л.В.的《生產(chǎn)組織與計畫中的數(shù)學》一書出版

公元1940年

·美國維納﹐N.﹑蘇聯(lián)А.Н.柯爾莫戈羅夫(1914)研究隨機過程的預測﹐濾波理論及其在火炮自動控制中的應用﹐首倡統(tǒng)計動力學

公元1942年

·美國維納﹐N.發(fā)表《平穩(wěn)時間序列的外推﹑內(nèi)插和平滑化》﹐提出維納濾波理論

公元1943年

·美國W.S.麥卡洛克和W.皮茨提出神經(jīng)元模型

·美國維納﹐N.﹑A.羅森布盧埃特﹑J.比奇洛發(fā)表《行為﹑目的和目的論》﹐提出神經(jīng)系統(tǒng)和自動機之間存在一致性

公元1944年

·蘇聯(lián)А.И.盧里耶和В.Н.波斯尼科夫提出處理非線性控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的非線性孤立方法

·美籍匈牙利人諾伊曼﹐J.von和O.莫根施特恩發(fā)表對策論的專著《競賽理論和經(jīng)濟行為》

公元1939年

·蘇聯(lián)建立自動學遠動學研究所(現(xiàn)名控41公元1945年

·美國H.W.波德的《網(wǎng)絡分析和反饋放大器設計》一書出版

·美國J.P.?？嗣摵蚃.W.莫奇利設計的自動計算機ENIAC研制成功

·美國L.A.麥科爾的《伺服機構基本理論》出版

·美籍匈牙利人諾伊曼﹐J.von等人提出“存儲程序”新概念﹐形成“諾伊曼機”(計算機)的設計思想

·奧地利E.薛定諤的《生命是什么》一書出版﹐提出用統(tǒng)計物理學中的有序﹑無序和熵的概念分析生命現(xiàn)象

·美籍奧地利人貝塔朗菲﹐L.von發(fā)表《關于一般系統(tǒng)論》

公元1946年

·美國D.S.哈德提出自動化一詞﹐并建立自動化研究部(1947)

·美國W.S麥卡洛克首倡在紐約召開反饋效應跨學科學術討論會

公元1947年

·美國H.M.詹姆斯﹑N.B.尼科爾斯﹑R.S.菲利普斯的《伺服機構理論》一書出版

·美國貝爾電話公司建成微波中繼通信網(wǎng)的TD-X系統(tǒng)

·美國成立蘭德(RAND)公司﹐開發(fā)系統(tǒng)分析方法

公元1945年

·美國H.W.波德的《網(wǎng)絡分析和反饋42公元1948年

·美國香農(nóng)﹐C.E.提出信息論

·美國維納﹐N.的《控制論》一書出版﹐標志控制論學科的誕生

·美國W.R.埃文斯提出根軌跡法

公元1950年

·英國圖靈﹐A.M.發(fā)表《計算機和智力》﹐提出把思維賦予機器的觀點

·美國R.J.庫亨布格爾提出描述函數(shù)法

·美國P.M.莫爾斯﹑G.E.金布爾出版《運籌學方法》一書

公元1951年

·美國C.S.德雷珀和美籍華人李耀滋提出自尋最優(yōu)控制的基本原理

·蘇聯(lián)Я﹒З﹒齊普金提出脈沖系統(tǒng)的分析與綜合方法

·美國貝爾電話公司建成微波中繼通信網(wǎng)的TD-2系統(tǒng)并首次正式提出“系統(tǒng)工程”一詞

·美國A.瓦爾德提出統(tǒng)計決策函數(shù)理論公元1952年

·英國W.R.阿什比提出自穩(wěn)定系統(tǒng)的人工模型

·美國福特公司建立汽缸體生產(chǎn)自動線并稱作底特律自動化

·美國J.迪博爾德第一本以自動化命名的《自動化》一書出版

·美國J.R.拉加齊尼提出采樣系統(tǒng)的分析與綜合方法

·美國帕森斯公司研制出第一臺數(shù)控機床

·美籍匈牙利人諾伊曼﹐J.von提出不太可靠的元件組成可靠的系統(tǒng)的理論和方法──冗余技術

公元1948年

·美國香農(nóng)﹐C.E.提出信息論

43公元1953年

·美國J.基費等提出優(yōu)選法

公元1954年

·錢學森的《工程控制論》一書出版﹐奠定了工程控制論的基礎

·美國A.L.塞繆爾編成跳棋程序﹐制成弈棋機

·美國G.C.德沃研制出第一臺工業(yè)機器人樣機

·美國G.皮爾孫研制出可控硅整流器

公元1956年

·美國M.L.明斯基﹑J.麥卡錫﹑A.紐厄爾﹑西蒙﹐H.A.和J.C.肖編制出“邏輯理論家”程序系統(tǒng)﹐證明了懷特海和羅素名著《數(shù)學原理》第二章中52條定理的33條定理﹐標志著人工智能研究的真正開端

·蘇聯(lián)龐特里亞金﹐Л.С.發(fā)表《最優(yōu)過程理論》提出極大值原理

·美國貝爾曼﹐R.發(fā)表《動態(tài)規(guī)劃理論在控制過程中的應用》

·中國制訂《中華人民共和國1956—1967年科學技術發(fā)展遠景規(guī)劃綱要》﹐規(guī)定了要重點發(fā)展自動化科學技術等學科

·美國O.塞爾弗里奇提出第一個字符識別程序

·中國科學院自動化研究所組建

公元1953年

·美國J.基費等提出優(yōu)選法

公元1944公元1957年

·國際自動控制聯(lián)合會(IFAC)成立

·美國貝爾曼﹐R.發(fā)表《動態(tài)規(guī)劃》一書

·中國自動化學會籌委會成立

·美國J.W.巴克斯研制出FORTRAN語言

·中國《自動化》雜志創(chuàng)刊﹐1963年改為《自動化學報》

·蘇聯(lián)洲際彈道火箭發(fā)射成功

·美國杜邦公司研制出關鍵路線法(CPM)

·美國F.羅森布盧埃拉特研制出感知器

·美國H.古德和R.E.麥克霍爾的《系統(tǒng)工程》一書出版

·美國N.喬姆斯基發(fā)表《句法構造》﹐提出形式語言理論

·世界第一顆人造地球衛(wèi)星由蘇聯(lián)發(fā)射成功

公元1957年

·國際自動控制聯(lián)合會(IFAC)成立45

公元1958年

·美國J.S.C.基爾比發(fā)明集成電路

·美國海軍在研制北極星導彈核潛艇的計畫中提出和應用了計畫協(xié)調(diào)技術(PERT)

·美國H.P.惠特克等人研制出第一個模型參考適應控制系統(tǒng)

·美國空軍建成了半自動地面防空系統(tǒng)(SAGE)

·J.R.拉加齊尼和G.E.富蘭克林研制出采樣數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)

·美國卡尼-特雷克公司研制出第一個加工中心

·美國湯姆孫-雷蒙-伍爾德里奇公司研制出RW-300過程控制計算機系統(tǒng)

·美籍匈牙利人卡爾曼﹐R.E.提出遞推估計的自適應控制原理﹐奠定了自校正控制器的基礎

·美國D.T.羅斯提出并進行計算機輔助設計研究

公元1959年

·羅馬尼亞V.M.波波夫提出絕對穩(wěn)定性條件

·美國建立軟件公司﹐開始形成軟件產(chǎn)業(yè)

公元1958年

·美國J.S.C.基爾比發(fā)明集成電46

公元1960年

·美國J.斯蒂爾提出仿生學

·國際自動控制聯(lián)合會(IFAC)在蘇聯(lián)召開第一屆學術會議

·美籍匈牙利人卡爾曼﹐R.E.發(fā)表《控制系統(tǒng)的一般理論》等論文﹐引入狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)﹐提出能控性﹑能觀測性﹑最佳調(diào)節(jié)器和卡爾曼濾波等概念﹐奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎

·國際信息處理聯(lián)合會(IFIP)成立

·美國A.紐厄爾﹑A.H.西蒙設計出通用問題求解器

公元1961年

·美國福雷斯特﹐J.W.出版《工業(yè)動力學》﹐闡述了系統(tǒng)動力學的基本原理與方法

·蘇聯(lián)Л﹒С﹒龐特里亞金的《最優(yōu)過程的數(shù)學理論》一書出版

·美國國防部創(chuàng)造規(guī)劃計畫預算系統(tǒng)

公元1960年

·美國J.斯蒂爾提出仿生學

47公元1962年

·英國帝國化學公司和美國孟山都公司采用直接數(shù)字控制(DDC)

·P.D.約瑟夫﹑J.陶﹑G.E.富蘭克林﹑J.L.貢克爾從卡爾曼﹐R.E.提出的“什么時候線性系統(tǒng)是最佳的﹖”問題和答案(1958)出發(fā)論述了線性二次型高斯(LQG)問題

·美國霍爾﹐A.D.的《系統(tǒng)工程方法論》一書出版

·中國國家科學技術委員會設立自動化學科專業(yè)組﹐在工業(yè)部門開展了自動化科學技術的試點工作

·美國研制出UNIMATE和VERSATRAN兩種工業(yè)機器人產(chǎn)品

·蘇聯(lián)連續(xù)發(fā)射兩艘“東方”號飛船﹐首次在太空實現(xiàn)編隊飛行

·美國研制出第一套用于一般工業(yè)生產(chǎn)的自動編程工具(APT)

公元1963年

·美國丹齊克﹐G.B.發(fā)表《線性規(guī)劃及范圍》專著

·加拿大多倫多市采用計算機進行交通控制與管理

·美國麻省理工學院研制計算機分時系統(tǒng)和人機圖形交互系統(tǒng)

公元1962年

·英國帝國化學公司和美國孟山都公司采48

公元1964年

·中國華羅庚普及和推廣優(yōu)選法和統(tǒng)籌法取得顯著經(jīng)濟效益

·美國建立第一套計算機輔助設計系統(tǒng)CAD-I系統(tǒng)

·D.G.呂恩伯格發(fā)表《多變量系統(tǒng)觀測器》﹐提出一種最優(yōu)觀測器

公元1965年

·美國扎德﹐L.A.提出模糊集合概念

·I.萊夫科維茨提出大系統(tǒng)的多層概念

·M.D.梅薩羅維茨提出多級遞階結構概念

·美國R.E.麥克霍爾的《系統(tǒng)工程手冊》一書出版

·羅馬尼亞出版《經(jīng)濟控制論導論》

·美國R.艾薩克發(fā)表《微分對策》專著

公元1964年

·中國華羅庚普及和推廣優(yōu)選法和統(tǒng)籌49公元1966年

·英籍華人高錕和英國G.A霍克漢姆提出光纖傳輸信息的設想﹐并發(fā)表有關實驗論文

·蘇聯(lián)發(fā)射“月球”9號探測器﹐首次在月面軟著陸成功

公元1967年

·國際自動控制聯(lián)合會在捷克斯洛伐克召開第一屆系統(tǒng)辨識學術會議

·英國莫林公司根據(jù)D.T.N.威廉提出的柔性制造系統(tǒng)(FMS)的概念﹐研制出柔性制造系統(tǒng)Molin-24

·美國H.切斯特納的《系統(tǒng)工程方法》一書出版

·瑞典K.J.阿斯特勒姆提出最小二乘辨識﹐解決了線性定常系統(tǒng)的參數(shù)估計問題和定階方法

公元1968年

·美籍華人傅京孫和E.S.桑托斯提出用模糊神經(jīng)元概念研究復雜大系統(tǒng)的行為

·美國斯坦福研究所研制出智能機器人

公元1966年

·英籍華人高錕和英國G.A霍克漢姆50公元1969年

·美國“阿波羅”11號把宇航員N.A.阿姆斯特朗送往月球

·中國中遠程戰(zhàn)略導彈發(fā)射成功

·比利時普里戈金﹐I.提出耗散結構理論

·第一屆國際人工智能聯(lián)合會議(IJCAI)在美國舉行

·聯(lián)邦德國哈肯﹐H.首次提出協(xié)同學一詞

·美國霍爾﹐A.D.提出霍爾三維結構

·法籍比利時人托姆﹐R.的《生物學中的拓撲模型》一文發(fā)表﹐為突變論奠定了基礎

公元20世紀70年代

·有關非線性動力學系統(tǒng)內(nèi)在隨機性的分岔﹑混沌和奇異吸引子等理論迅速發(fā)展

·英國羅森布羅克﹐H.H.提出多變量頻域法

公元1969年

·美國“阿波羅”11號把宇航員N.A51公元1971年

·蘇聯(lián)“禮炮”1號航天站進入太空﹐為世界最早的航天站

·美國英特爾公司M.E.霍夫研制出第一臺4位微處理機Inter4004

·美國研制出用于測定有機化合物分子結構的專家系統(tǒng)DENDRAL

·美國ARPA計算機網(wǎng)絡初步建成

·聯(lián)邦德國M.艾根提出超循環(huán)理論

公元1972年

·國際應用系統(tǒng)分析研究所(IIASA)成立

·第一屆國際模式識別聯(lián)合會議(IJCPR)舉行

公元1973年

·瑞典K.J.阿斯特勒姆提出自校正調(diào)節(jié)器

公元1975年

·英國麥克法蘭﹐A.G.J.提出特征軌跡法

·美國研制成醫(yī)療專家系統(tǒng)MYCIN

·美國D.G.博布羅和A.M.柯林斯的《知識的表示的理解﹕認知科學研究》一書出版﹐首倡認知科學

公元1971年

·蘇聯(lián)“禮炮”1號航天站進入太空﹐為52公元1976年

·國際自動控制聯(lián)合會在義大利召開第一屆大系統(tǒng)學術會議

·成立國際仿真數(shù)學與仿真計算機學會(IMACS)

·美國S.克雷研制出第一臺微型計算機

·日本法那科公司研制出由加工中心和工業(yè)機器人組成的柔性制造單元

公元1977年

·美國E.A.費根鮑姆發(fā)表《人工智能的藝術﹕知識工程課題及其實例研究》﹐首倡知識工程

公元1978年

·美國IBM公司發(fā)表8100功能分布式信息系統(tǒng)

·美國西蒙﹐H.A.對經(jīng)濟組織內(nèi)的程序化和非程序化的決策過程進行開創(chuàng)性研究﹐獲諾貝爾經(jīng)濟學獎金

公元1980年

·中國錢學森提出建立和發(fā)展思維科學和系統(tǒng)學

·中國科學院系統(tǒng)科學研究所成立

中國系統(tǒng)工程學會成立

·中國錢學森和宋健修訂《工程控制論》

·日本完成模式信息處理系統(tǒng)

公元1976年

·國際自動控制聯(lián)合會在義大利召開第一53

公元1981年

·日本開始實施第五代計算機──知識信息處理系統(tǒng)研究計畫

·美國“哥倫比亞”號航天飛機首次發(fā)射成功

·首屆國際決策支持系統(tǒng)會議召開

·英國制定先進信息技術計畫

公元1982年

·第一屆國際柔性制造系統(tǒng)會議在英國召開

公元1983年

·美國發(fā)射世界第一顆跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星

·美國制訂“星球大戰(zhàn)”計畫

·中國王永民研制成功“五筆字型漢字編碼方案”

公元1984年

·美國航天飛機用遙控操作器成功地發(fā)射和回收衛(wèi)星

公元1981年

·日本開始實施第五代計算機──知識54公元1985年

·中國宋健﹑于景元的《人口控制論》一書出版

·西歐國家聯(lián)合制訂發(fā)展高技術的“尤里卡”計劃

公元1986年

·中國科學院機器人示范工程在沈陽舉行奠基儀式

·中國召開全國軟科學研究工作座談會

·日本研制出300公里無中繼光纖通信系統(tǒng)

·美國研制出由65000多臺處理機組成的“連接機”

公元1987年

·中國開始實施高技術研究發(fā)展規(guī)劃綱要

·在美國召開神經(jīng)網(wǎng)絡國際會議﹐成立神經(jīng)網(wǎng)絡國際學會

·首屆國際智能控制會議在美國召開公元1985年

·中國宋健﹑于景元的《人口控制論》一55自動控制理論的早期發(fā)展歷史自動控制技術的早期發(fā)展自動控制基本理論(經(jīng)典部分)的發(fā)展簡史歷史的思考自動控制與系統(tǒng)工程大事年表自動控制理論的早期發(fā)展歷史自動控制技術56自動控制技術的早期發(fā)展

以反饋控制為其主要研究內(nèi)容的自動控制理論的歷史，若從目前公認的第一篇理論論文,J.C.Maxwell在1868年發(fā)表的“論調(diào)節(jié)器”算起，至今不過一百多年。然而控制思想與技術的存在至少已有數(shù)千年的歷史了?！翱刂啤边@一概念本身即反映了人們對征服自然與外在的渴望，控制理論與技術也自然而然地在人們認識自然與改造自然的歷史中發(fā)展起來。自動控制技術的早期發(fā)展以反饋控制為其主要研究內(nèi)容的自動控制57具有反饋控制原理的控制裝置在古代就有了。這方面最有代表性的例子當屬古代的計時器“水鐘”(在中國叫作“刻漏”，也叫“漏壺”)。據(jù)古代鍥形文字記載和從埃及古墓出土的實物可以看到，巴比倫和埃及在公元前1500年以前便已有很長的水鐘使用歷史了。亞歷山大里亞城的斯提西比烏斯(Ctesibius)首先在受水壺中使用了浮(phellossivetympanum)。按迪爾斯(Diels)本世紀初復原的樣品，注入的水是由圓錐形的浮子節(jié)制的。而這種節(jié)制方式即已含有負反饋的思想(盡管當時并不明確)。

具有反饋控制原理的控制裝置在古代就有了。這方面最有代表性的例58中國有著燦爛的古代文明。中國古代的科學家們對水鐘十分得重視，并進行了長期的研究。據(jù)<<周禮>>記載，約在公元前500年，中國的軍隊中即已用漏壺作為計時的裝置。約在公元120年，著名的科學家張衡(78-139,東漢)又提出了用補償壺解決隨水頭降低計時不準確問題的巧妙方法。在他的“漏水轉渾天儀”中，不僅有浮子，漏箭，還有虹吸管和至少一個補償壺。最有名的中國水鐘“銅壺滴漏”由銅匠杜子盛和洗運行建造于公元1316年(元代延佑三年)，并一直連續(xù)使用到1900年?，F(xiàn)保存在廣州市博物館中，但仍能使用。中國有著燦爛的古代文明。中國古代的科學家們對水鐘十分得重視，59北宋時期，蘇頌等于1086年-1090年在開封建成“水運儀象臺”。儀象臺上的渾儀附有窺管，能夠相當準確地跟蹤天體的運行，“使它自動地保持在窺管的視場中”。這種儀象臺的動力裝置中就利用了“從定水位漏壺中流出的水，并由擒縱器(天關、天鎖)加以控制”。蘇頌把時鐘機械和觀測用渾儀結合起來，這比西方羅伯特.胡克早六個世紀

北宋時期，蘇頌等于1086年-1090年在開封建成“水運儀象60公元235(三國時期)的馬均及公元477年(劉宋時期)祖沖之等還曾制造過具有開環(huán)控制特點的指南車。并發(fā)明了齒輪及差動齒輪機。另外，我國在公元前350年已經(jīng)用在結構上與水輪相似的水臼來碾米；在公元前50年用水輪來引水灌溉；在公元前31年在鍛冶場里使用水動風箱等。大大地減輕了人們的勞動。公元235(三國時期)的馬均及公元477年(劉宋時期)祖沖之61十八世紀，隨著人們對動力的需求，各種動力裝置也成為人們研究的重點。1750年，安得魯.米克爾(1719-1811)為風車引入了“扇尾”傳動裝置，使風車自動地面向風。隨后，威廉.丘比特對自動開合的百葉窗式翼板進行改進，使其能夠自動地調(diào)整風車的傳動速度。這種可調(diào)整的調(diào)節(jié)器在1807年取的專利權。18世紀的風車中還成功地使用了離心調(diào)速器。托馬斯.米德(1787年)和斯蒂芬.胡泊(1789年)獲得這種裝置的專利權。和風車技術并行，十八世紀也是蒸氣機取得突破發(fā)展的時期，并成為機械工程最矚目的成就。托馬斯.紐可門和約翰.卡利(又譯為考力)是史學界公認的蒸氣機之父。到十八世紀中葉，已有好幾百臺紐可門式蒸氣機在英格蘭北部和中部地區(qū)、康沃爾和其他國家服務，但由于其工作效率太低，難以推廣。十八世紀，隨著人們對動力的需求，各種動力裝置也成為人們研究的621765年俄國的波爾祖諾夫（И.И.Полэунов）發(fā)明了蒸汽機鍋爐的水位自動調(diào)節(jié)器（這在俄國被認為是世界上的第一個自動調(diào)節(jié)器）。1760年－1800年，詹姆斯.瓦特對蒸氣機進行了徹底得改造，終于使其得到廣泛的應用。在瓦特的改良工作中，1788年，他給蒸氣機添加了一個“節(jié)流”控制器即節(jié)流閥，它由一個離心“調(diào)節(jié)器”操縱，類似于磨房機工早已用來控制風力面分機磨石松緊的裝置?！罢{(diào)節(jié)器”或“飛球調(diào)節(jié)器”用于調(diào)節(jié)蒸氣流，以便確保引擎工作時速度大致均勻。這是當時反饋調(diào)節(jié)器最成功的應用。

1765年俄國的波爾祖諾夫（И.И.Полэунов）發(fā)明了63瓦特是一位實干家，他沒有對調(diào)節(jié)器進行理論分析后來J.C.Maxwell從微分方程角度討論了調(diào)節(jié)器系統(tǒng)可能產(chǎn)生的不穩(wěn)定現(xiàn)象，從而開始了對反饋控制動力學問題的理論研究

瓦特是一位實干家，他沒有對調(diào)節(jié)器進行理論分析64

自動控制基本理論（經(jīng)典部分）的發(fā)展簡史2.1穩(wěn)定性理論的早期發(fā)展人們很早就開始關注穩(wěn)定性的問題。牛頓可能是第一個關注動態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的人。1687年，牛頓在他的《數(shù)學原理》中對圍繞引力中心做圓周運動的質(zhì)點進行了研究。他假設引力與質(zhì)點到中心距離的q次方成正比。牛頓發(fā)現(xiàn)，假設q>-3,則在小的擾動后，質(zhì)點仍將保留在原來的圓周軌道附近運動。而當q≤-3時，質(zhì)點將會偏離初始的軌道，或者按螺旋狀的軌道離開中心趨向無窮遠，或者將落在引力中心上自動控制基本理論（經(jīng)典部分）的發(fā)展簡史2.65天文學家曾不斷努力以圖證明太陽系的穩(wěn)定性。特別地，拉格朗日和拉普拉斯在這一問題上做了相當?shù)呐Α?773年，24歲的拉普拉斯“證明了行星到太陽的距離在一些微小的周期變化之內(nèi)是不變的”。并因此成為法國科學院副院士。雖然他們的論證今天看來并不嚴格，但他們的工作對后來李亞普諾夫的穩(wěn)定性理論有很大的影響。

天文學家曾不斷努力以圖證明太陽系的穩(wěn)定性。特別地，拉格朗日和66直到十九世紀中期，穩(wěn)定性理論仍集中在對保守系統(tǒng)研究上。主要是天文學的問題。在出現(xiàn)控制系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題后，科學家們開始考慮非保守系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。ClerkMaxwell是第一位利用特征方程的系數(shù)來判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的人[26]。JamesClerkMaxwell是第一個對反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行系統(tǒng)分析并發(fā)表論文的人。在他1868年的論文“論調(diào)節(jié)器”(MaxwellJC.OnGovernors.Proc.RoyalSocietyofLondon,vol.16:270-283,1868)中，導出了調(diào)節(jié)器的微分方程，并在平衡點附近進行線性化處理，指出穩(wěn)定性取決于特征方程的根是否具有負的實部。麥氏在論文中對三階微分方程描述的Thomson'sgovernor,Jenkin'sgovernor以及具有五階微分方程的Maxwell'sgovernor進行了研究，并給出了系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件。Maxwell的工作開創(chuàng)了控制理論研究的先河直到十九世紀中期，穩(wěn)定性理論仍集中在對保守系統(tǒng)研究上。主要是67同一時期在俄國，1872年И.А.維什聶格拉斯基（1831-1895）也對蒸汽機的穩(wěn)定性問題進行了研究。И.А.維什聶格拉斯基的論文“論調(diào)整器的一般原理”1876年發(fā)表在法國科學院院報上。И.А.維什聶格拉斯基同樣利用線性化方法簡化問題，用線性微分方程描述由調(diào)整對象和調(diào)整器組成的系統(tǒng)。這使問題大大簡化。1878年И.А.維什聶格拉斯基還對非線性繼電器型調(diào)整器進行了研究。И.А.維什聶格拉斯基在蘇聯(lián)被視為自動調(diào)整理論的奠基人。Maxwell是一位天才的科學家，在許多方面都有極高的造詣。他同時還是物理學中電磁理論的創(chuàng)立人(見其論文“Adynamicaltheoryoftheelectromagneticfield”，1864)。目前的研究表明，Maxwell事實上在1863年9月即已基本完成了其有關穩(wěn)定性方面的研究工作。Maxwell在他的論文中還催促數(shù)學家們盡快地解決多項式的系數(shù)同多項式的根的關系的問題。由于五次以上的多項式?jīng)]有直接的求根公式，這給判斷高階系統(tǒng)的穩(wěn)定性代來了困難

同一時期在俄國，1872年И.А.維什聶格拉斯基（1831-68約在1875年，Maxwell擔任了劍橋AdamsPrize的評獎委員。這項兩年一次的獎授予在該委員會所選科學主題方面竟爭的最佳論文。1877年的AdamsPrize的主題是“運動的穩(wěn)定性”。E.J.Routh在這項竟賽中以其跟據(jù)多項式的系數(shù)決定多項式在右半平面的根的數(shù)目的論文奪得桂冠(RouthEJ.ATreatiseontheStabilityofMotion.London,U.K.:Macmillan,1877)。Routh的這一成果現(xiàn)在被稱為勞斯判據(jù)。Routh工作的意義在于將當時各種有關穩(wěn)定性的孤立的結論和非系統(tǒng)的結果統(tǒng)一起來，開始建立有關動態(tài)穩(wěn)定性的系統(tǒng)理論。

約在1875年，Maxwell擔任了劍橋AdamsPriz69

EdwardJohnRouth1831年1月20日出生在加拿大的魁北克。他父親是一位在Waterloo服役的英國軍官。Routh11歲那年回到英國，在deMorgan指導下學習數(shù)學。在劍橋?qū)W習的畢業(yè)考試中，他獲得第一名。并得到了“SeniorWrangler”的榮譽稱號。（ClerkMaxwell排在了第二位。盡管ClerkMaxwell當時被稱為最聰明的人。）畢業(yè)后Routh開始從事私人數(shù)學教師的工作。從1855年到1888年Routh教了600多名學生，其中有27位獲得“SEniorWrangler”稱號。建立了無可匹敵的業(yè)績。Routh于1907年6月7日去世，享年76歲。EdwardJohnRouth1831年1月20日出70Routh之后大約二十年，1895年，瑞士數(shù)學家A.Hurwitz在不了解Routh工作的情況下，獨立給出了跟據(jù)多項式的系數(shù)決定多項式的根是否都具有負實部的另一中方法(HurwitzA.Ontheconditionsunderwhichanequationhasonlyrootswithnegativerealparts.MathematischeAnnelen,vol.46:273-284,1895)。Hurwitz的條件同Routh的條件在本質(zhì)上是一致的。因此這一穩(wěn)定性判據(jù)現(xiàn)在也被稱為Routh-Hurwitz穩(wěn)定性判據(jù)Routh之后大約二十年，1895年，瑞士數(shù)學家A.Hur711892年，俄羅斯偉大的數(shù)學力學家A.M.Lyapunov（1857.5.25-1918.11.3）發(fā)表了其具有深遠歷史意義的博士論文“運動穩(wěn)定性的一般問題”(TheGeneralProblemoftheStabilityofMotion,1892)在這一論文中，他提出了為當今學術界廣為應用且影響巨大的李亞普諾夫方法，也即李亞普諾夫第二方法或李亞普諾夫直接方法這一方法不僅可用于線性系統(tǒng)而且可用于非線性時變系統(tǒng)的分析與設計。已成為當今自動控制理論課程講授的主要內(nèi)容之一。和他的碩士論文一樣，Lyapunov的博士論文被譯成法文并在Annalesdel'UniversitedeToulouse(1907)上發(fā)表，1949年PrincetonUniversityPress重印了法文版。1992年在Lyapunov博士論文發(fā)表100周年之際，INT.J.CONTROL以專集形式發(fā)表了Lyapunov論文的英譯版，以紀念他控制理論領域的卓越貢獻。

1892年，俄羅斯偉大的數(shù)學力學家A.M.Lyapunov722.2負反饋放大器及頻域理論的建立

在控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)理論建立之后，1928年－1945年以美國AT&T公司Bell實驗室(BellLabs)的科學家們?yōu)楹诵模纸⒘丝刂葡到y(tǒng)分析與設計的頻域方法。2.2負反饋放大器及頻域理論的建立在控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)731928年8月2日，HaroldBlack(1898-1983)，在前往Manhattan西街(WestStreet)的上班途中，在Hudson河的渡船LackawannaFerry上靈光一閃，發(fā)明了在當今控制理論中占核心地位的負反饋放大器。由于手頭沒有合適的紙張，他將其發(fā)明記在了一份紐約時報（TheNewYorkTimes）上，這份早報已成為一件珍貴的文物診藏在AT&T的檔案館中。當時的Black年僅29歲，從WorcesterPolytechnicInstitute獲得電子工程學士畢業(yè)剛六年。是西部電子公司工程部（這個部后來成為1925年成立的BellLabs的核心）的工程師，正在從事電子管放大器的失真和不穩(wěn)定問題的研究。Black首先提出了基于誤差補償?shù)那梆伔糯笃?，在此基礎上最終提出了負反饋放大器并對其進行了數(shù)學分析。1928年8月2日，HaroldBlack(1898-1974反饋放大器的振蕩問題給其實用化帶來了難以克服的麻煩。為此HarryNyquist(1889-1976)和其他一些AT&T的通訊工程師介入了這一工作。Nyquist1917年在耶魯大學(Yale)獲物理學博士學位，有著極高的理論造詣。1932年Nyquist發(fā)表了包含著名的“乃奎斯特判據(jù)”(Nyquistcriterion)的論文，并在1934年加入了BellLabs。Black關于的負反饋放大器的論文發(fā)表在1934年，參考了Nyquist的論文和他的穩(wěn)定性判據(jù)。反饋放大器的振蕩問題給其實用化帶來了難以克服的麻煩。為此Ha75這一時期，Bell實驗室的另一位理論專家，HendrikBode(1905-1982)也和一些數(shù)學家開始對負反饋放大器的設計問題進行研究。Bode是一位應用數(shù)學家，1926年在俄荷俄州立大學(OhioState)獲碩士；1935年在哥倫比亞大學(ColumbiaUniversity)獲物理學博士學位。1940年，Bode引入了半對數(shù)坐標系，使頻率特性的繪制工作更加適用于工程設計。這一時期，Bell實驗室的另一位理論專家，HendrikB761942年，H.Harris引入了傳遞函數(shù)的概念。用方框圖、環(huán)節(jié)、輸入和輸出等信息傳輸?shù)母拍顏砻枋鱿到y(tǒng)的性能和關系。這樣就把原來由研究反饋放大器穩(wěn)定性而建立起來的頻率法，更加抽象化了，因而也更有普遍意義，可以把對具體物理系統(tǒng)，如力學、電學、等的描述，統(tǒng)一用傳遞函數(shù)、頻率響應等抽象的概念來研究。1925年英國電器工程師O.亥維賽把拉普拉斯變換應用到求解電網(wǎng)絡的問題上，提出了運算微積。不久拉普拉斯變換就被應用到分析自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)問題上，并取得了顯著成效。至1945年，控制系統(tǒng)設計的頻域方法，“波德圖”(Bodeplots)方法，已基本建立了。

1942年，H.Harris引入了傳遞函數(shù)的概念。用方框圖、77在這同一時期，蘇聯(lián)科學家也在控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻域分析方面取得了進展。1938年和1939年，全蘇電工研究所的米哈依洛夫以柯西幅角原理為基礎，發(fā)表論文給出了閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻域判別法。米哈依洛夫還提出了把自動調(diào)整系統(tǒng)環(huán)節(jié)按動態(tài)特性加以典型化來進行結構分析的問題。米哈依洛夫的方法現(xiàn)被稱為“米哈依洛夫穩(wěn)定判據(jù)”。客觀地講，在頻域穩(wěn)定性判別研究中，乃奎斯特不僅在時間上領先，其工作也更完備?，F(xiàn)在我們所使用的也主要是乃奎斯特的開環(huán)穩(wěn)定判據(jù)。除了偏差負反饋控制，擾動控制是另一種重要控制策略。第一個試圖制造一個不反映被調(diào)量偏差，而反應擾動作用的調(diào)節(jié)器的人是龐賽來（Понселе）。他在1829年曾提出一種有關蒸汽機軸轉速自動調(diào)節(jié)器的線路，利用的就是擾動控制的原理。可是由于當時蒸汽機本身不穩(wěn)定，他的建議遭到了失敗。采用擾動調(diào)節(jié)原理且在實際上能夠工作的第一個自動調(diào)節(jié)器是1869年由契可列夫所發(fā)明的弧光燈光度調(diào)節(jié)器。這種調(diào)節(jié)器同龐賽來（В.Н.Чиколев）應用純擾動的調(diào)節(jié)不同，它實際上建立了閉環(huán)，所以調(diào)節(jié)器在這里也影響系統(tǒng)的穩(wěn)定（純擾動補償控制不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性）。在這同一時期，蘇聯(lián)科學家也在控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻域分析方面取得782.3根軌跡法的建立在經(jīng)典控制理論中，根軌跡法占有十分重要的地位。它同時域法，頻域法可稱是三分天下。美國電信工程師W.R.Evans在這里包打天下，他的兩篇論文“GraphicalAnalysisofControlSystem,AIEETrans.PartII,67(1948),pp.547-551.”和“ControlSystemSynthesisbyRootLocusMethod,AIEETrans.PartII,69(1950),pp.66-69”即已基本上建立起根軌跡法的完整理論。

2.3根軌跡法的建立在經(jīng)典控制理論中，根軌跡法占有十分重要792.4脈沖控制理論的建立與發(fā)展隨著計算機技術的誕生和發(fā)展，脈沖控制理論也迅速發(fā)展起來。在這方面首先作出重要貢獻的是乃奎斯特和香農(nóng)(Shannon)。乃氏首先證明把正弦信號從它的采樣值復現(xiàn)出來，每周期至少必須進行兩次采樣。香農(nóng)于1949年完全解決了這個問題。香農(nóng)由此被成為信息論的創(chuàng)始人。2.4脈沖控制理論的建立與發(fā)展隨著計算機技術的誕生和發(fā)展，80在變換理論的研究方面，霍爾維茲(W.Hurewicz)于1947年邁出了第一步，他首先引進了一個變換用于對離散序列的處理。在此基礎上，崔普金于1949年，拉格茲尼和扎德(J.R.Ragazzini和L.A.Zadeh)于1952年分別提出了和定義了Z變換方法，大大簡化了運算步驟，并在此基礎上發(fā)展起脈沖控制系統(tǒng)理論。在變換理論的研究方面，霍爾維茲(W.Hurewicz)于19812.5歷史上的三本重要著作

在控制理論發(fā)展的歷史上有三部著作特別值得一提，即目前被作為信息論開端的香農(nóng)(ClaudeElwoodShannon,1916-)的論文：《通訊的數(shù)學理論》（AMathematicalTheoryofCommunication）1948年發(fā)表在《貝爾系統(tǒng)技術雜志》第27卷。這篇論文同其1949年發(fā)表的論文《噪聲中的通訊》（CommunicationinPresenceofNoise.Proc.IRE,37,10-21）奠定了信息論的基礎控制論創(chuàng)立者維納（NorbertWienner,1894-1964）的經(jīng)典論著：《控制論，或關于在動物和機器中控制和通訊的科學》（CyberneticsorControlandCommunicationintheannimalandthemachines.1948）2.5歷史上的三本重要著作在控制理論發(fā)展的歷史上有三部著82錢學森(TsienHS,1991-)的著作《工程控制論》（EngineeringCybernetics.1954）這三部著作對人類社會有著巨大的影響，產(chǎn)生了新型的綜合性基礎理論：控制論，信息論和工程控制論。錢學森(TsienHS,1991-)的著作《工程控制論83在中國，1954年出版了由劉豹編寫的第一本《自動控制原理》專著（上海：中國科學圖書儀器公司.1954）。在中國，1954年出版了由劉豹編寫的第一本《自動控制原理84

歷史的思考

回顧控制技術和控制理論幾千年的發(fā)展歷史，我們可以總結出科學發(fā)展的幾個特點：歷史的思考回顧控制技術和控制理論幾千年的發(fā)展歷史，我們可851）社會發(fā)展的需要是科學發(fā)展的動力。只有在工業(yè)的發(fā)展對動力產(chǎn)生巨大的需求，蒸氣機穩(wěn)定性問題出現(xiàn)并具有至關重要的意義時，人們才集中智力來解決這一難題，并由此產(chǎn)生了穩(wěn)定性理論。頻域方法和離散（脈沖）系統(tǒng)理論同樣如此，也是在通訊技術和計算機技術的發(fā)展過程中為解決關鍵問題而發(fā)展起來的。2）科學的進步是集體努力的結果，在這一點上往往顯示出科學家的群體效應。同早期科學理論的發(fā)展不同，現(xiàn)代高新技術的發(fā)展要依賴于集體的智慧。穩(wěn)定性理論、頻域理論及脈沖理論的建立與發(fā)展很好地說明了這一點。3）科學的發(fā)明與科學理論的建立有賴于科學家堅實的知識基礎。Black雖然最早提出了負反饋放大器的思想，但由于他本人理論基礎較差（學士學位，只有六、七年的工作經(jīng)驗），頻域理論卻是在Nyquist博士和Bode博士等的努力下建立的。Black本人的論文也是在參考了Nyquist的論文之后才完成，他的專利申請也是在Nyquist等的工作完成后才被認可并獲準的。同樣，在控制理論發(fā)展史上做出巨大貢獻的科學家如Maxwell、Lyapunov、Zadeh、July等無不在多個方面均有建樹。4）沒有理論，社會實踐就不能成為系統(tǒng)的科學，實踐也就難以深入和系統(tǒng)地發(fā)展?？刂萍夹g在中國和巴比倫已有數(shù)千年的歷史，但由于沒有上升為理論，只能在低級的水平上發(fā)展。1868年以來，隨著控制理論的建立，控制理論和控制技術同時開始飛速發(fā)展，控制技術終于成為人們征服自然與改造自然的有力武器。1）社會發(fā)展的需要是科學發(fā)展的動力。86自動控制與系統(tǒng)工程大事年表公元前14～前11世紀