計(jì)算機(jī)測控論文
計(jì)算機(jī)測控論文
計(jì)算機(jī)測控技術(shù)課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織、教學(xué)方式方法等方面的現(xiàn)狀和存在的問題是教材內(nèi)容更新跟不上學(xué)科的發(fā)展,課程組織方式需要完善,教學(xué)手段、方法還需要豐富。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的計(jì)算機(jī)測控論文，供大家參考。
計(jì)算機(jī)測控論文范文一：淺談計(jì)算機(jī)控制技術(shù)
引言：
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是自動控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，利用計(jì)算機(jī) (通常稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡稱工控機(jī))來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制的系統(tǒng)，它由控制計(jì)算機(jī)本體(包括硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))和受控對象兩大部分組成。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)誕生并迅速蓬勃發(fā)展起來，其應(yīng)用遍及國防、航空航天、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等多種領(lǐng)域。本文將主要針對計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展歷史、當(dāng)今現(xiàn)狀以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢做一介紹，并結(jié)合它的具體實(shí)例介紹計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的一些主要應(yīng)用領(lǐng)域。
正文：
一、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的概述
1、計(jì)算機(jī)控制的定義：
計(jì)算機(jī)控制是自動理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興學(xué)科，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。
2、計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展歷史：
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的思想始于上世紀(jì)五十年代中期，美國TRW航空公司與美 國德克薩斯州的一個煉油廠合作，進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制的研究，他們設(shè)計(jì)出了一個利用計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器供料最佳分配，根據(jù)催化劑活性測量結(jié)果來控制熱水的流量以及確定最優(yōu)循環(huán)的系統(tǒng)。這項(xiàng)具有跨時(shí)代意義的工作為計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，從此，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)迅速發(fā)展，并被各行各業(yè)廣泛應(yīng)用。 伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)也緊隨其后，迅猛的發(fā)展起來?，F(xiàn)如今，微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展使計(jì)算機(jī)控制技術(shù)又進(jìn)入了一個嶄新的階段。
二、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域
1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例
在農(nóng)業(yè)日趨機(jī)械化及自動化的今天，自動控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用也越來越廣泛，利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)管理控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已成為目前研究的一個重點(diǎn)。農(nóng)業(yè)大棚、智能化養(yǎng)殖場等等都是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用的鮮明例子。 智能溫室大棚中利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作，還可設(shè)計(jì)自動控制無人管理溫室大棚。根據(jù)遠(yuǎn)程傳感器搜集來的溫度、濕度、光照等模擬信息，經(jīng)輸入通道進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，傳入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)既可以利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)又可以利用這些數(shù)據(jù)對大棚進(jìn)行控制，進(jìn)行加濕、加溫、增加光照等控制，從而實(shí)現(xiàn)溫室大棚的自動化智能控制。
2、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例
根據(jù)某污水處理生產(chǎn)工藝流程的特點(diǎn)和生產(chǎn)過程控制的要求，結(jié)合我國污水生產(chǎn)廠的實(shí)際情況，采用“EIC三電一體化”計(jì)算機(jī)集散控制技術(shù)，設(shè)計(jì)整個污水處理生產(chǎn)過程的分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，通過采用優(yōu)化設(shè)定控制技術(shù)、自適應(yīng)自整定PI控制技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，解決城市污水生產(chǎn)過程控制中存在的大滯后、非線性、耦合等關(guān)鍵技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)污水提升、浮選加藥、污泥脫水等污水處理生產(chǎn)過程的自動控制。
(1)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
根據(jù)污水處理過程的工藝特點(diǎn)、控制要求，針對該廠投資少，占地小等具 體特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用了PC+PLC分級分布式控制形式[[ii]]。在系統(tǒng)中采用就地操作站與主PLC相結(jié)合的控制結(jié)構(gòu)，通過現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)通訊處理達(dá)到節(jié)約投資、提高系統(tǒng)安全性、實(shí)現(xiàn)分布式控制思想的目的。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)體系分為三個層次：(1)上層：中央控制室計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng);(2)中間層：主PLC控制器作為中央控制單元;(3)下層：分布在浮選、污泥處理兩個分控站的7個現(xiàn)場就地分控站。中間層主PLC控制器通過ETHERNET與上層監(jiān)控系統(tǒng)相連;下層現(xiàn)場控制單元PLC采集各設(shè)備的工作狀態(tài)，并通過現(xiàn)場總線Genius BUS送給主PLC，主PLC完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的處理、運(yùn)算、連鎖邏輯、PID控制等功能并向各分控站送出控制命令;同時(shí)與中控室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)交換工藝、設(shè)備數(shù)據(jù)和控制命令?？刂泼罘炙椭粮鞣挚卣竞?，通過輸出模塊輸出至現(xiàn)場控制設(shè)備，完成控制過程。
(2)、自動化系統(tǒng)功能
在計(jì)算機(jī)控制方式下，系統(tǒng)功能主要包括以下幾個方面：(1)數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制;(2)過程控制;(3)工藝過程監(jiān)控。如下圖所示。設(shè)備與回路控制集成在一起進(jìn)行控制，它構(gòu)成了綜合自動化系統(tǒng)中的過程控制級。電氣設(shè)備的起動與停止可通過計(jì)算機(jī)屏幕上的軟鍵實(shí)現(xiàn)，回路控制可實(shí)現(xiàn)自動閉環(huán)調(diào)節(jié)和軟手動調(diào)節(jié)?？刂茀?shù)的優(yōu)化設(shè)定旨在基于污水處理生產(chǎn)目標(biāo)的優(yōu)化控制模型，運(yùn)用先進(jìn)的控制思想和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對過程控制級的優(yōu)化設(shè)定及對過程監(jiān)控級的操作指導(dǎo)。
監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖
總之，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)已經(jīng)遍及各種應(yīng)用領(lǐng)域，其前景十分廣闊，在科學(xué)技術(shù)日新月異的當(dāng)代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、高級控制策略、現(xiàn)場總線智能儀表和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)水平必將大大提高。
三、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢
長期以來，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展始終緊隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展步伐，如今計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展又多了許多新的方向。
1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化
在當(dāng)今，計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正以迅猛的速度發(fā)展著，與此同時(shí)，各種 層次的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛，規(guī)模越來越大，控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代漸漸到來。
將控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，使控制作用的實(shí)現(xiàn)不再局限于傳統(tǒng)意義上的控制系統(tǒng)，而是由各種儀表單元分別獨(dú)立完成各自的工作，然后再通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行彼此間的信息交換和組織，并相互協(xié)作，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)定完成的控制任務(wù)。這種近似于模塊化的思想，可以使各部分獨(dú)立工作，不產(chǎn)生干擾，有可以根據(jù)需要增減控制網(wǎng)絡(luò)中的個體，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)用性。
2、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的集成化
計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(Computer Integrated Manufacturing System，簡稱CIMS)是在新的生產(chǎn)組織原理和概念指導(dǎo)下形成的一種新型生產(chǎn)模式，具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)品質(zhì)量高等一系列極有吸引力的優(yōu)點(diǎn)。CIMS將成為21世紀(jì)占主導(dǎo)地位的新型生產(chǎn)方式，世界上很多國家包括我國都已經(jīng)把發(fā)展CIMS定為本國制造工業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，并制定了許多由政府或工業(yè)界支持的計(jì)劃，用以推動計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的集成化也已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的又一發(fā)展趨勢。
3、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的智能化
目前的典型智能控制方法有：模糊控制、專家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。 模糊控制繞過了對象的不確定性、不精確性、噪聲、非線性、時(shí)變性以及時(shí)滯性等影響，實(shí)現(xiàn)簡單，適應(yīng)面廣，但是其對控制規(guī)則的制定要求較高，對于復(fù)雜的工業(yè)過程以及對象的動態(tài)特性并不是完全適合。專家控制尚未形成有普遍意義的理論體系和設(shè)計(jì)方法，但是其作為一種智能控制形式，在實(shí)際中有著很廣闊的應(yīng)用前景。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的研究在近年來得到了越來越多的關(guān)注和重視，它在控制中的應(yīng)用已成為其中一個主要方面，它試圖模擬人腦的功能，具有自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)的功能，但實(shí)時(shí)性方面還存在問題。
目前的各種智能控制方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此，將各種控制策略相互滲透，相互結(jié)合，取長補(bǔ)短，發(fā)展成更新型更實(shí)用的合成智能控制策略已經(jīng)成為了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的必然趨勢之一。
4、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化
任何技術(shù)的發(fā)展最終都會趨向于標(biāo)準(zhǔn)化，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)也不例外，將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，可大大促進(jìn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展。目前國際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，但已有很多廠商愿意采用一些通用性較強(qiáng)的產(chǎn)品，相信不久的將來，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)必將建立一套國際化通用標(biāo)準(zhǔn)。
四、總結(jié)
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展而產(chǎn)生的先進(jìn)的自動控制技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)快速處理數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，結(jié)合自動控制理論尤其是現(xiàn)代控制理論的不斷發(fā)展創(chuàng)新，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)大大的提高了生產(chǎn)過程的自動化程度和系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在各領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐中所提出來的一系列理論與工程上的問題，又進(jìn)一步促進(jìn)了控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到多種控制領(lǐng)域，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、高級控制策略、現(xiàn)場總線智能儀表和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)水平必將大大提高，同時(shí)也為自動化控制理論的發(fā)展提供了一個新的方向。
作為當(dāng)代大學(xué)生的我們，在學(xué)好這門知識的同時(shí)，我覺得我們更應(yīng)該學(xué)會開拓自己的思維，提高自己的創(chuàng)新意識，將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)一步提升，適應(yīng)更多領(lǐng)域的應(yīng)用，并將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與其他技術(shù)結(jié)合，開創(chuàng)新的發(fā)展空間，以適應(yīng)未來快速變化的時(shí)代。
五、參考文獻(xiàn)
【1】《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》 于海生 機(jī)械工業(yè)出版社 2007
【2】《微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》 高國琴 機(jī)械工業(yè)出版社 2008
【3】《計(jì)算機(jī)控制理論及應(yīng)用》 孫增圻 清華大學(xué)出版社 2008
【4】《微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》 于海生 清華大學(xué)出版社 2011
計(jì)算機(jī)測控論文范文二：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)
摘要
在科技高速發(fā)展的今天，自動控制技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，都有著十分重要的作用。在短短一百年中，自動控制理論得到了令人吃驚的發(fā)展，對人類社會產(chǎn)生了巨大的影響。從瓦特的蒸汽機(jī)、阿波羅的登月到海灣戰(zhàn)爭，無處不顯示著控制技術(shù)的威力。隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展，自動控制技術(shù)在不斷進(jìn)步、不斷完善起來。控制理論目前還在向更縱深、更廣闊的領(lǐng)域發(fā)展，無論在數(shù)學(xué)工具、理論基礎(chǔ)、還是在研究方法上都產(chǎn)生了實(shí)質(zhì)性的飛躍，在信息與控制學(xué)科研究中注入了蓬勃的生命力，啟發(fā)并擴(kuò)展了人的思維方式，引導(dǎo)人們?nèi)ヌ接懽匀唤绺鼮樯羁痰倪\(yùn)動機(jī)理。自動控制理論的不斷發(fā)展，必將會給提高社會生產(chǎn)力，提高人民的生活水平，促進(jìn)人類的發(fā)展。
關(guān)鍵字：自動控制理論 發(fā)展 現(xiàn)狀 未來展望
1 自動控制理論簡介
1.1控制思想起源的意義
控制思想與技術(shù)的存在至少已有數(shù)千年的歷史了。“控制”這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(shù)也自然而然地在人們認(rèn)識自然與改造自然的歷史中發(fā)展起來。
1.2自動控制的定義
自動控制是指應(yīng)用自動化儀器儀表或自動控制裝置代替人自動地對儀器設(shè)備或工生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，使之達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)或性能指標(biāo)。對傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)過程采用動控制技術(shù)，可以有效提高產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。對一些惡劣環(huán)境下的控操作，自動控制顯得尤其重要。
1.3自動控制理論的基本概念
在已知控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的基礎(chǔ)上，求取系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，兵找出這些性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)間的關(guān)系就是對自動控制系統(tǒng)的分析，而在給定對象特性的基礎(chǔ)上，按照控制系統(tǒng)應(yīng)具備的性能指標(biāo)要求，尋求能夠全面滿足這些性能指標(biāo)要求的控制方案并合理確定控制器的參數(shù)，則是對自動控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。
1.4自動控制的歷史
利用反饋來控制系統(tǒng)有著悠久的歷史。最早的反饋控制出現(xiàn)在公元前330年的古希臘，運(yùn)用在一種改進(jìn)的浮球控制器裝置上。Ktesibios的水鐘就運(yùn)用了浮球控制器的遠(yuǎn)離。大約在公元前250年，為了燃油在油泵中能保持恒定的液位，philon在一種油泵裝置中采用了浮球控制器。在公元1世紀(jì)，亞歷山大港的Heron出版了一本名為Pneumatica的書，概述了很多種應(yīng)用浮球控制器的例子。
現(xiàn)代歐洲的第一個反饋系統(tǒng)出現(xiàn)在荷蘭人Cornelis Drebble(1572-1633)發(fā)明的溫度控制器中。在1681年，Dennis Papin(1647-1712)發(fā)明了第一臺用于蒸汽鍋爐的壓力控制器，這是一種與高壓鍋爐閥門相識的安全壓力控制器。18世紀(jì)，瓦特(James Watt)的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器被公認(rèn)是第一臺應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中的自動反饋控制器，這是將自動控制技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)中的最早代表。它是在1769年為了控制蒸汽機(jī)速度改良而來的。在1765年俄國聲稱發(fā)明了歷史上第一套反饋系統(tǒng)，急I.Polzunov發(fā)明的浮球水位控制器。在1868年以前的整個時(shí)期，自動控制系統(tǒng)的發(fā)展僅僅是靠直覺和發(fā)明。為了提高控制系統(tǒng)精度，不得不減慢瞬變震蕩的衰減，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，有必要發(fā)展一套自動控制的理論。J.C.Maxwell總結(jié)了一套與控制理論結(jié)合的學(xué)理論，而這套控制理論用用了控制器不同的等效模型。
1 自動控制理論簡介
1.1控制思想起源的意義
控制思想與技術(shù)的存在至少已有數(shù)千年的歷史了。“控制”這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(shù)也自然而然地在人們認(rèn)識自然與改造自然的歷史中發(fā)展起來。
1.2自動控制的定義
自動控制是指應(yīng)用自動化儀器儀表或自動控制裝置代替人自動地對儀器設(shè)備或工生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，使之達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)或性能指標(biāo)。對傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)過程采用動控制技術(shù)，可以有效提高產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。對一些惡劣環(huán)境下的控操作，自動控制顯得尤其重要。
1.3自動控制理論的基本概念
在已知控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的基礎(chǔ)上，求取系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，兵找出這些性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)間的關(guān)系就是對自動控制系統(tǒng)的分析，而在給定對象特性的基礎(chǔ)上，按照控制系統(tǒng)應(yīng)具備的性能指標(biāo)要求，尋求能夠全面滿足這些性能指標(biāo)要求的控制方案并合理確定控制器的參數(shù)，則是對自動控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。
1.4自動控制的歷史
利用反饋來控制系統(tǒng)有著悠久的歷史。最早的反饋控制出現(xiàn)在公元前330年的古希臘，運(yùn)用在一種改進(jìn)的浮球控制器裝置上。Ktesibios的水鐘就運(yùn)用了浮球控制器的遠(yuǎn)離。大約在公元前250年，為了燃油在油泵中能保持恒定的液位，philon在一種油泵裝置中采用了浮球控制器。在公元1世紀(jì)，亞歷山大港的Heron出版了一本名為Pneumatica的書，概述了很多種應(yīng)用浮球控制器的例子。
現(xiàn)代歐洲的第一個反饋系統(tǒng)出現(xiàn)在荷蘭人Cornelis Drebble(1572-1633)發(fā)明的溫度控制器中。在1681年，Dennis Papin(1647-1712)發(fā)明了第一臺用于蒸汽鍋爐的壓力控制器，這是一種與高壓鍋爐閥門相識的安全壓力控制器。18世紀(jì)，瓦特(James Watt)的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器被公認(rèn)是第一臺應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中的自動反饋控制器，這是將自動控制技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)中的最早代表。它是在1769年為了控制蒸汽機(jī)速度改良而來的。在1765年俄國聲稱發(fā)明了歷史上第一套反饋系統(tǒng)，急I.Polzunov發(fā)明的浮球水位控制器。在1868年以前的整個時(shí)期，自動控制系統(tǒng)的發(fā)展僅僅是靠直覺和發(fā)明。為了提高控制系統(tǒng)精度，不得不減慢瞬變震蕩的衰減，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，有必要發(fā)展一套自動控制的理論。J.C.Maxwell總結(jié)了一套與控制理論結(jié)合的學(xué)理論，而這套控制理論用用了控制器不同的等效模型。他的研究還
1 自動控制理論簡介
1.1控制思想起源的意義
控制思想與技術(shù)的存在至少已有數(shù)千年的歷史了。“控制”這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(shù)也自然而然地在人們認(rèn)識自然與改造自然的歷史中發(fā)展起來。
1.2自動控制的定義
自動控制是指應(yīng)用自動化儀器儀表或自動控制裝置代替人自動地對儀器設(shè)備或工生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，使之達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)或性能指標(biāo)。對傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)過程采用動控制技術(shù)，可以有效提高產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。對一些惡劣環(huán)境下的控操作，自動控制顯得尤其重要。
1.3自動控制理論的基本概念
在已知控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的基礎(chǔ)上，求取系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，兵找出這些性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)間的關(guān)系就是對自動控制系統(tǒng)的分析，而在給定對象特性的基礎(chǔ)上，按照控制系統(tǒng)應(yīng)具備的性能指標(biāo)要求，尋求能夠全面滿足這些性能指標(biāo)要求的控制方案并合理確定控制器的參數(shù)，則是對自動控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。
1.4自動控制的歷史
利用反饋來控制系統(tǒng)有著悠久的歷史。最早的反饋控制出現(xiàn)在公元前330年的古希臘，運(yùn)用在一種改進(jìn)的浮球控制器裝置上。Ktesibios的水鐘就運(yùn)用了浮球控制器的遠(yuǎn)離。大約在公元前250年，為了燃油在油泵中能保持恒定的液位，philon在一種油泵裝置中采用了浮球控制器。在公元1世紀(jì)，亞歷山大港的Heron出版了一本名為Pneumatica的書，概述了很多種應(yīng)用浮球控制器的例子。
現(xiàn)代歐洲的第一個反饋系統(tǒng)出現(xiàn)在荷蘭人Cornelis Drebble(1572-1633)發(fā)明的溫度控制器中。在1681年，Dennis Papin(1647-1712)發(fā)明了第一臺用于蒸汽鍋爐的壓力控制器，這是一種與高壓鍋爐閥門相識的安全壓力控制器。18世紀(jì)，瓦特(James Watt)的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器被公認(rèn)是第一臺應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中的自動反饋控制器，這是將自動控制技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)中的最早代表。它是在1769年為了控制蒸汽機(jī)速度改良而來的。在1765年俄國聲稱發(fā)明了歷史上第一套反饋系統(tǒng)，急I.Polzunov發(fā)明的浮球水位控制器。在1868年以前的整個時(shí)期，自動控制系統(tǒng)的發(fā)展僅僅是靠直覺和發(fā)明。為了提高控制系統(tǒng)精度，不得不減慢瞬變震蕩的衰減，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，有必要發(fā)展一套自動控制的理論。J.C.Maxwell總結(jié)了一套與控制理論結(jié)合的學(xué)理論，而這套控制理論用用了控制器不同的等效模型。他的研究還注意到了和系統(tǒng)性能密切相關(guān)的不同參數(shù)的影響。與此同時(shí)，I.A.Vyshnegradskii也總結(jié)出一套控制器的數(shù)學(xué)理論來。1932年奈奎斯特(H.Nyquist)提出了研究控制系統(tǒng)的頻率發(fā)。1948年伊文思提出了根軌跡法，這兩大重大貢獻(xiàn)，是自動控制理論和控制技術(shù)發(fā)展史上的里程碑。建立在頻率法和根軌跡法基礎(chǔ)上的控制理論成為經(jīng)典控制理論。
第二次世界大戰(zhàn)前，美國和西歐的自動控制理論，在發(fā)展方式上與俄國和東歐有很大差別。在美國，應(yīng)用反饋的主要促進(jìn)因素是電話系統(tǒng)的發(fā)展，以及Bell電話實(shí)驗(yàn)室的Bode、Nyquist和Black對電子反饋放大器的改進(jìn)，主要是用頻域來描述整個控制過程。與此相反，前蘇聯(lián)接觸的數(shù)學(xué)家和機(jī)械學(xué)家在控制理論領(lǐng)域占主流。因此，俄國的理論更傾向與運(yùn)用不同方程的時(shí)域公式。第二次世界大戰(zhàn)是自動控制理論的理論和實(shí)踐得到巨大發(fā)展的時(shí)期。因?yàn)楫?dāng)時(shí)必須設(shè)計(jì)和制造自動領(lǐng)航系統(tǒng)、火炮位置系統(tǒng)、雷達(dá)天線控制系統(tǒng)和其他建立在反饋控制方法基礎(chǔ)上的軍事系統(tǒng)。這些軍事系統(tǒng)的復(fù)雜性和優(yōu)良的性能都要求必須發(fā)展不同的控制技術(shù)，提高控制系統(tǒng)的性能以及發(fā)展新的理論和方法等。
在1940年前，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一種伴隨著不斷試驗(yàn)和失敗的過程。而在20世紀(jì)40年代后，越來越多的數(shù)學(xué)和分析方法得到應(yīng)用，控制工程才真正成為一門獨(dú)立的工程學(xué)科。
第二次世界大戰(zhàn)后，隨著拉氏變換和復(fù)頻面得到越來越多的應(yīng)用，頻域技術(shù)漸漸成為控制領(lǐng)域的主流。20世紀(jì)50年代，控制工程領(lǐng)域的重點(diǎn)放在s平面法(特別是根軌跡法)的發(fā)展和運(yùn)用上。而在20世紀(jì)80年代，數(shù)字計(jì)算機(jī)作為控制元件日漸普遍。這種有著快速精確計(jì)算性能的控制元件的技術(shù)，在以前的控制工程中是無法實(shí)現(xiàn)的。這些計(jì)算機(jī)特別適用于同時(shí)測量和控制多種變量的系統(tǒng)中。
20世紀(jì)50年代末到60年代初，核能、電子計(jì)算機(jī)以及空間技術(shù)的科學(xué)發(fā)展，對自動控制科學(xué)提供了更高的要求。隨著人造衛(wèi)星和空間時(shí)代的來臨，控制工程擁有了新的巨大推動力，因?yàn)橛斜匾獮檫\(yùn)載火箭和空間探測器設(shè)計(jì)一種復(fù)雜、高精度的控制系統(tǒng)。由前蘇聯(lián)人L.S.Pontryagin,美國人R.Bellman發(fā)展的最優(yōu)化控制的現(xiàn)代理論，以及進(jìn)來對魯棒系統(tǒng)的研究，也對時(shí)域方法作出了貢獻(xiàn)。大型復(fù)雜系統(tǒng)的控制，高速度控制操作及高精度控制品質(zhì)的要求，使經(jīng)典控制理論的局限性暴露出來，促使人們尋找更完善的控制理論和更高級的控制技術(shù)。在這種背景下，貝爾漫等人提出了狀態(tài)空間法。1960年貝爾漫在控制系統(tǒng)的研究中成功地應(yīng)用了狀態(tài)空間法，并提出了能控性和能觀測性的新概念，被認(rèn)為是現(xiàn)代控制理論發(fā)展的開端。20世紀(jì)60年代以后迅速發(fā)展的信控制理論，如模糊控制、最優(yōu)控制、系統(tǒng)辨識、多變量控制、自適應(yīng)控制、專家系統(tǒng)、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、大系統(tǒng)理論等，都屬于現(xiàn)代控制理論的范疇。與經(jīng)典控制理論相比，現(xiàn)代控制論內(nèi)涵十分豐富。例如20世紀(jì)70年代后期，提出了大系統(tǒng)理論，它是針對規(guī)模十分龐大的系統(tǒng)的控制理論。又如大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)、大型電力系統(tǒng)、大型通信網(wǎng)、大型交通運(yùn)輸網(wǎng)等大型系統(tǒng)控制需要涉及運(yùn)籌學(xué)、信息論、系統(tǒng)論等方面的理論，才能解決多級遞階控制、多目標(biāo)綜合優(yōu)化等問題。
2 自動控制基本理論的發(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(guān)注穩(wěn)定性的問題。牛頓可能是第一個關(guān)注動態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的人。1687年，牛頓在他的《數(shù)學(xué)原理》中對圍繞引力中心做圓周運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行了研究。在牛頓引力理論建立之后，天文學(xué)家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(dāng)?shù)牧?。在出現(xiàn)控制系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題后，科學(xué)家們開始考慮非保守系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。Clerk Maxwell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。James Clerk Maxwell是第一個對反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)分析并發(fā)表論文的人。麥?zhǔn)显谡撐闹袑θA微分方程描述的Thomson's governor, Jenkin's governor 以及具有五階微分方程的Maxwell's governor進(jìn)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。同一時(shí)期在俄國，1872年N.A.維什聶格拉斯基(1831-1895)也對蒸汽機(jī)的穩(wěn)定性問題進(jìn)行了研究。N.A.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。N.A.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。
2.2 負(fù)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(shí)驗(yàn)室(Bell Labs)的科學(xué)家們?yōu)楹诵?，又建立了控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的頻域方法。Black首先提出了基于誤差補(bǔ)償?shù)那梆伔糯笃鳎诖嘶A(chǔ)上最終提出了負(fù)反饋放大器并對其進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析。反饋放大器的振蕩問題給其實(shí)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。1932年Nyquist發(fā)表了包含著名的“乃奎斯特判據(jù)”(Nyquist criterion)的論文，并在1934年加入了Bell Labs。Black關(guān)于的負(fù)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)。這一時(shí)期，Bell實(shí)驗(yàn)室的另一位理論專家，Hendrik Bode(1905-1982)也和一些數(shù)學(xué)家開始對負(fù)反饋放大器的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行研究。1942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(guān)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(xué)、電學(xué)、等的描述，統(tǒng)一用傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)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(yīng)用到求解電網(wǎng)絡(luò)的問題上，提出了運(yùn)算微積。不久拉普拉斯變換就被應(yīng)用到分析自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)問題上，并取得了顯著成效。傳遞函數(shù)就是在拉普拉斯變換的基礎(chǔ)上引入的,至1945年，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的頻域方法“波德圖”(Bode plots)方法，已基本建立了。在這同一時(shí)期，蘇聯(lián)科學(xué)家也在控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻域分析方面取得了進(jìn)展。有些學(xué)
者又將“乃奎斯特判據(jù)”稱為“乃奎斯特-米哈依洛夫判據(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(shí)間上領(lǐng)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(fù)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，而應(yīng)擾動作用的調(diào)節(jié)器的人是龐賽來。他在1829年曾提出一種有關(guān)蒸汽機(jī)軸轉(zhuǎn)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?dāng)時(shí)蒸汽機(jī)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(shí)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。
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的地位。它同時(shí)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Graphical AnalysisofControl System,AIEE Trans. Part II,67(1948),pp.547-551.”和“Control System Synthesis by Root Locus Method, AIEE Trans. Part II,69(1950),pp.66-69”即已基本上建立起根軌跡法的完整理論。Evans所從事的是飛機(jī)導(dǎo)航和控制，其中涉及許多動態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定問題，因此其已經(jīng)又回到70多年前Maxwell和Routh曾做過的特征方程的研究工作。但Evans用系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)特征方程的根變化軌跡來研究，開創(chuàng)了新的思維和研究方法。Evans方法一提出即受到人們的廣泛重視，1954年，錢學(xué)森即在他的名著“工程控制論”中專用兩節(jié)介紹這一方法，并將其成為Evans方法。
2.4 脈沖控制理論的建立與發(fā)展
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)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(xiàn)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(fù)現(xiàn)出來，每周期至少必須進(jìn)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。線性脈沖控制理論以線性差分方程為基礎(chǔ)，線性差分方程理論在三、四十年代中已逐步發(fā)展起來。隨著拉氏變換在微分方程中的應(yīng)用，在差分方程中也開始加以應(yīng)用。利用連續(xù)系統(tǒng)拉氏變換同離散系統(tǒng)拉氏變換的對應(yīng)關(guān)系，奧爾登伯格(R.C.Oldenbourg)和薩托里厄斯(H. Sartorious)于1944年，崔普金(Tsypkin)于1948年分別提出了脈沖系統(tǒng)的穩(wěn)定判據(jù)，即線性差分方程的所有特征根應(yīng)位于單位圓內(nèi)。由于離散拉氏變換式是函數(shù)，又提出了用保變換將Z平面的單位圓內(nèi)部轉(zhuǎn)換到新的平面的左半面的方法這樣即可以使用Routh-Hurwitz判據(jù)，又可將連續(xù)系統(tǒng)分析的頻域方法引入離散系統(tǒng)分析。求得離散型頻率特性后，乃氏穩(wěn)定判據(jù)和其他一切研究線性系統(tǒng)的頻率法都可應(yīng)用，但由于Bode圖的應(yīng)用大受限制，頻率法在離散系統(tǒng)研究也受到限制。(庫津(1961)曾試圖用Bode圖來表示離散型頻率特性，但過于繁復(fù)而無法應(yīng)用。)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(jìn)了一個變換用于對離散序列的處理。在此基礎(chǔ)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(yùn)算步驟并在此基礎(chǔ)上發(fā)展起脈沖控制系統(tǒng)理論。由于Z變換只能反應(yīng)脈沖系統(tǒng)在采樣點(diǎn)的運(yùn)動規(guī)律，崔普金、巴克爾(R.H.Barker)和朱利(E.I.Jury)又分別于1950年、1951年和1956年提出了廣義Z變換或修正Z變(modifiedZ-transform)的方法。對同一問題，林威爾(W.K.Linvill)也于1951年用描述函的方法進(jìn)行了有效的研究，不過這一方法目前已較少使用?；仡櫭}沖控制理論的發(fā)展，盡管俄國的崔普金及英國的巴克爾等都做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)但建立脈沖理論的許多工作都是由美國哥倫比亞大學(xué)的拉格茲尼和他的博士生們完成的。他們包括朱里(離散系統(tǒng)穩(wěn)定的朱里判具，能觀測性與能達(dá)性，分析與設(shè)計(jì)工具等)，卡爾曼(離散狀態(tài)方法，能控性與能觀性等。是自控界第二位獲IEEE Model of Honor者(1974))，扎德(Z變換定義等。是自控界第五位獲IEEE Model of Honor者(1995))。五十年代末，脈沖系統(tǒng)的Z變換法已臻成熟，好幾本教科書同時(shí)出版。
3 自動控制技術(shù)的早期發(fā)展
3.1水鐘
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(dāng)屬古代的計(jì)時(shí)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(shí)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。約在公元前三世紀(jì)中葉，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子(phellossive tympanum)。按迪爾斯(Diels)本世紀(jì)初復(fù)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(fù)反饋的思想 (盡管當(dāng)時(shí)并不明確)。中國有著燦爛的古代文明。中國古代的科學(xué)家們對水鐘十分得重視，并進(jìn)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(duì)中即已用漏壺作為計(jì)時(shí)的裝置。約在元120年，著名的科學(xué)家張衡(78-139,東漢)又提出了用補(bǔ)償壺解決隨水頭降低時(shí)不準(zhǔn)確問題的巧妙方法。在他的“漏水轉(zhuǎn)渾天儀”中，不僅有浮子，漏箭，還有虹吸管和至少一個補(bǔ)償壺。最有名的中國水鐘“銅壺滴漏”由銅匠杜子盛和洗運(yùn)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。北宋時(shí)期，蘇頌等于1086年-1090年在開封建成“水運(yùn)儀象臺”。儀象臺上的渾儀附有窺管，能夠相當(dāng)準(zhǔn)確地跟蹤天體的運(yùn)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(guān)、天鎖)加以控制”。蘇頌把時(shí)鐘機(jī)械和觀測用渾儀結(jié)合起來，這比西方羅伯特.胡克早六個世紀(jì)。
3.2指南車
公元235(三國時(shí)期)的馬均及公元477年(劉宋時(shí)期)祖沖之等還曾制造過具有開環(huán)控制指南車。并發(fā)明了齒輪及差動齒輪機(jī)。
3.3風(fēng)車技術(shù)
另外，我國在公元前350年已經(jīng)用在結(jié)構(gòu)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(fēng)箱等。大大地減輕了人們的勞動。十八世紀(jì)，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(diǎn)。1750年，安得魯米克爾(1719-1811)為風(fēng)車引入了“扇尾”傳動裝置，使風(fēng)車自動地面向風(fēng)。隨后，威廉丘比特對自動開合的百葉窗式翼板進(jìn)行改進(jìn)，使其能夠自動地調(diào)整風(fēng)車的傳動速度。這種可調(diào)節(jié)器在1807年取的專利權(quán)。18世紀(jì)的風(fēng)車中還成功地使用了離心調(diào)速器。 馬斯.米德(178年)和斯蒂芬.胡泊(1789年)獲得這種裝置的專利權(quán)，和風(fēng)車技術(shù)并行。
3.4蒸氣機(jī)
十八世紀(jì)也是蒸機(jī)取得突破發(fā)展的時(shí)期，并成為機(jī)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(xué)界公認(rèn)的蒸氣機(jī)之父。到十八世紀(jì)中葉已有好幾百臺紐可門式蒸氣機(jī)在英格蘭北部和中部地區(qū)、康沃爾和其他國家服務(wù)，但由于其共作效率太低，難以推廣。1765年俄國的波爾祖諾夫發(fā)明了蒸汽機(jī)鍋爐的水位自動調(diào)節(jié)器(這在俄國被認(rèn)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(jī)進(jìn)行了徹底得改造，終于使其得到廣泛的應(yīng)用。在瓦特的改良工作中，1788年 ，他給蒸氣機(jī)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(jī)工早已用來控制風(fēng)力面分機(jī)磨石松緊的裝置。“調(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(shí)速度大致均勻。這是當(dāng)時(shí)反饋調(diào)節(jié)器最成功的應(yīng)用。瓦特是一位實(shí)干家，他沒有對調(diào)節(jié)器進(jìn)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(xué)問題的理論研究。
4 歷史上的三本重要著作
4.1《通訊的數(shù)學(xué)理論》
(A Mathematical Theory of Communication)目前被作為信息論開端的香農(nóng)(Claude Elwood Shannon,1916-)的論文：《通訊的數(shù)學(xué)理論》(A Mathematical Theory of Communication)1948年發(fā)表在《貝爾系統(tǒng)技術(shù)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(Communication in Presence of Noise.Proc.IRE,37,10-21)奠定了信息論的基礎(chǔ)。
4.2《控制論，或關(guān)于在動物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)》
控制論創(chuàng)立者維納(Norbert Wienner,1894-1964)的經(jīng)典論著：《控制論，或關(guān)于在動物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)》(Cybernetics or Control andCommunication in the annimal and the machines. 1948)
4.3《工程控制論》
錢學(xué)森(Tsien H S,1991-)的著作《工程控制論》(Engineering Cybernetics. 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(chǔ)理論：控制論，信息論和工程控制論。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(xué)圖書儀器公司.1954)。
5 自動控制理論發(fā)展的現(xiàn)實(shí)
5.1經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論在應(yīng)用中面臨的難題
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，形成了復(fù)雜的大系統(tǒng)，導(dǎo)致了控制對象、控制器以及控制任務(wù)和目的的日益復(fù)雜化，從而導(dǎo)致現(xiàn)代控制理論的成果很少在實(shí)際中得到應(yīng)用。
5.2原因分析
經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論在應(yīng)用中遇到了不少難題，影響了它們的實(shí)際應(yīng)用，其主要原因有三：
?、龠@些控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析都是建立在精確的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上的，而實(shí)際系統(tǒng)由于存在不確定性、不完全性、模糊性、時(shí)變性、非線性等因素，一般很難獲得精確的數(shù)學(xué)模型; ②研究這些系統(tǒng)時(shí)，人們必須提出一些比較苛刻的假設(shè)，而這些假設(shè)在應(yīng)用中往往與實(shí)際不符;
?、蹫榱颂岣呖刂菩阅?，整個控制系統(tǒng)變得極為復(fù)雜，這不僅增加了設(shè)備投資，也降低了系統(tǒng)的可靠性。
5.3尋求自動控制新出路的思考
自動控制工作者一直在尋求新的出路，他們在考慮：能否不要完全以控制對象為研究主體，而以控制器為研究主體呢?能否用20世紀(jì)50年代中期出現(xiàn)并得到快速發(fā)展的人工智能的邏輯推理、啟發(fā)式知識、專家系統(tǒng)等來解決難以建立精確數(shù)學(xué)模型的控制問題呢?第三代控制理論即智能控制理論就是在這樣的背景下提出來的，它是人工智能和自動控制交叉的產(chǎn)物，是當(dāng)今自動控制科學(xué)的出路之一。
6 未來展望
控制系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)展的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高度靈活和高度自動化?，F(xiàn)在用的工業(yè)用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了高度的自動化，即一旦程序確定，就不需要更多的人工干預(yù)了，但是這些機(jī)器人對于周圍的環(huán)境變化無法靈活響應(yīng)，這也是計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)該著重解決的一個問題?？刂葡到y(tǒng)的確非常有用，但這取決于人類思維的前瞻能力。先進(jìn)的機(jī)器人系統(tǒng)通過革新傳感器的反饋功能可以達(dá)到靈活的目的。通過提高智能化，增加傳感器功能、計(jì)算機(jī)可視功能和離線式CAD/CAM編程功能將使系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)且得到更廣泛的應(yīng)用，使控制系統(tǒng)正朝高度自動化方向買進(jìn)。控制水平的提高，旨在減少人類操作的負(fù)擔(dān)，對人機(jī)對話模式方向的研究和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫管理等，將使控制更高效、更可靠、大量關(guān)于機(jī)器人和自動控制方面的研究要求降低運(yùn)行成本和拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，這就要求更新人機(jī)交流方式和更換編程語言等。
8 參考文獻(xiàn)
1.自動控制理論基礎(chǔ). 左為恒，周林.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.
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3.自動控制原理，王建輝、顧樹生主編，北京：清華大學(xué)出版社,2007
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