机械工程控制 第一章 绪论.ppt

控制原理机械工程控制基础本课程在机械设计制造及自动化专业
课程体系中的地位课程安排考核办法主要内容与讲课学时分配第一章绪论引言1.1自动控制理论的发展脉络●J.C.Maxwell(麦克斯韦尔)总结出一些调速器的理
论
●1877英国人劳斯和德国人赫尔维茨的系统稳定性
判据
●1892年俄·李亚普诺夫的一般稳定性理论
●1932年瑞典H.Nyquist研制了电子管振荡器,提出
以传递函数为依据的稳定性判别准则
●1930s末米哈依诺夫（苏）应用频率法的稳定性
判据（柯西幅角原理）
●1940s伊文思（美）—根轨迹法
●1945年美国人伯德（H.W.Bode）的对数频率性
—伯德法●第二次世界大战中，对火炮﹑雷达﹑战斗机等设计
和生产需要，研究者在总结以往自动调节器﹑反馈
放大器等控制技术的基础上，逐渐形成了调节原
理﹑伺服系统理论

●1947年美国MIT物理学家H.M.James﹑工程师
N.B.Nichols和数学家R.S.Philips出版了《伺服机
构原理》一书，系统总结了战时共同研究的成果，
从而促进了向民用工业的转移.
3.控制论学科建立以后自动控制理论的发展
﹡1940s：最优滤波，采样数据系统，控制论的建立
﹡1950s：最大原理，动态规划，数值优化，工程控
制论的建立
﹡1960s：现代控制理论的建立，阿波罗数字导航
仪，飞机稳定性增量，LQG设计，惯性导航，微
处理器
﹡1970s：汽车发动机的反馈控制，飞机自动着陆
﹡1980s：计算机辅助控制设计，内模控制
﹡1990s：全球定位系统，无人驾驶飞机，高精度磁
盘控制
﹡2000s：汽车稳定性增量系统，借助GPS的农场
拖拉机自动操纵系统1.1.2控制论的建立和发展生物控制论

1954年英国生物学家艾比什的《大脑设计》为代表作。生物控制论用控制论的观点和方法，从信息和反馈的角度去研究生物机体内各种生理调节系统尤其是神经系统的控制机理。

延伸发展：仿生学，人工智能，神经网络理论工程控制论—自动控制理论

1954年钱学森的英文著作《工程控制论》一书是这一学科的奠基性著作.工程控制论是在控制论的基本概念和方法以及伯德的反馈放大理论﹑奈奎斯特的伺服机器的理论基础上产生的.经典控制理论

截至1950s的工程控制论，以自动调节为基础，主要处理单输入单输出的线性自动调节系统，采用建立在传递函数或频率特性上的动态系统分析和综合方法。截至今日，经典控制理论在控制工程中应用仍然十分广泛，也是所有控制课程的基础.
●以LTI（LinearTimeInvariant）系统为研究对
象
●以输入/输出模型为工具
●以Routh判据和根轨迹（时域法）、Nyuist图和
Bode图（频域法）为分析和设计方法经典控制理论

经典名著

Ed.S.Smith:《AutomaticCongtrolEngineering》
(1942)
H.W.Bode:《NetworkAnalysisandFeedback
Amplifier》(1945)
H.M.JameandR.S.Phillips:《TheoryofServo-
mechanisms》(1947)
H.S.Tsien(钱学森):《EngineeringCybernetics》
(1954)现代控制理论
1960年代以后，由于导弹﹑航天技术和空间技术发展的需要和计算机的出现，以时域法为主的多
输入多输出的多变量系统的研究得以迅猛发展。它
使用状态空间法和微分方程组，以计算机作为技术
手段，并发展了最优控制理论。七十年代的大系统
理论是控制论向广度的发展，是综合自动化的理论
基础。

重要成就
●1957年美国数学家R.Bellman提出的动态规划
(DynamicProgranmming)●1958年前苏联数学家L.S.Pontryagin提出的求解控
制受约束的极大值原理(MaximumPrinciple)
●1960年美籍匈牙利科学家R.E.Kalman引入状态空
间描述模型、能控性、能观性、最佳滤波、
Lyapunov稳定性等概念和方法，奠定了现代控制
理论的基础
●1967年，瑞典学者K.J.Astrom提出在线最小二乘辨
识算法，解决了LTI系统参数估计和定阶问题；
1973年，他又提出自校正调节器，将现代控制理论
和方法成功地应用于工业生产过程●1979年，加拿大学者G.Zames从早期的频域控制
理论中借鉴了一些关键思想，基于严格的现代数
学理论，提出求解最佳扰动抑制问题的优化
控制理论–鲁棒控制，解决模型不确定性问题。●1970年代中期以来，基于模糊逻辑（源于
L.Zadah在1965年提出的模糊数学理论）、神经
元网络模型和遗传算法等智能控制方法得到充分
研究并取得成效。1983年，哈佛大学的华裔学者
Y.C.H