計算機測控論文
計算機測控論文
計算機測控技術(shù)課程在教學內(nèi)容、教學組織、教學方式方法等方面的現(xiàn)狀和存在的問題是教材內(nèi)容更新跟不上學科的發(fā)展,課程組織方式需要完善,教學手段、方法還需要豐富。下面是學習啦小編為大家整理的計算機測控論文，供大家參考。
計算機測控論文范文一：淺談計算機控制技術(shù)
引言：
計算機控制系統(tǒng)是自動控制技術(shù)和計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，利用計算機 (通常稱為工業(yè)控制計算機，簡稱工控機)來實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制的系統(tǒng)，它由控制計算機本體(包括硬件、軟件和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu))和受控對象兩大部分組成。隨著計算機技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的快速發(fā)展，計算機控制技術(shù)誕生并迅速蓬勃發(fā)展起來，其應用遍及國防、航空航天、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學等多種領(lǐng)域。本文將主要針對計算機控制技術(shù)的發(fā)展歷史、當今現(xiàn)狀以及計算機控制技術(shù)的發(fā)展趨勢做一介紹，并結(jié)合它的具體實例介紹計算機控制技術(shù)的一些主要應用領(lǐng)域。
正文：
一、計算機控制技術(shù)的概述
1、計算機控制的定義：
計算機控制是自動理論和計算機技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興學科，計算機控制技術(shù)是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。
2、計算機控制的發(fā)展歷史：
計算機控制技術(shù)的思想始于上世紀五十年代中期，美國TRW航空公司與美 國德克薩斯州的一個煉油廠合作，進行計算機控制的研究，他們設計出了一個利用計算機控制實現(xiàn)反應器供料最佳分配，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)。這項具有跨時代意義的工作為計算機控制技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，從此，計算機控制技術(shù)迅速發(fā)展，并被各行各業(yè)廣泛應用。 伴隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制技術(shù)也緊隨其后，迅猛的發(fā)展起來?，F(xiàn)如今，微型計算機的出現(xiàn)和發(fā)展使計算機控制技術(shù)又進入了一個嶄新的階段。
二、計算機控制技術(shù)的應用領(lǐng)域
1、計算機控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應用實例
在農(nóng)業(yè)日趨機械化及自動化的今天，自動控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應用也越來越廣泛，利用計算機控制技術(shù)管理控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已成為目前研究的一個重點。農(nóng)業(yè)大棚、智能化養(yǎng)殖場等等都是計算機控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應用的鮮明例子。 智能溫室大棚中利用計算機進行遠程監(jiān)控和操作，還可設計自動控制無人管理溫室大棚。根據(jù)遠程傳感器搜集來的溫度、濕度、光照等模擬信息，經(jīng)輸入通道進行AD轉(zhuǎn)換，傳入計算機，計算機既可以利用這些數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，同時又可以利用這些數(shù)據(jù)對大棚進行控制，進行加濕、加溫、增加光照等控制，從而實現(xiàn)溫室大棚的自動化智能控制。
2、計算機控制技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應用實例
根據(jù)某污水處理生產(chǎn)工藝流程的特點和生產(chǎn)過程控制的要求，結(jié)合我國污水生產(chǎn)廠的實際情況，采用“EIC三電一體化”計算機集散控制技術(shù)，設計整個污水處理生產(chǎn)過程的分布式計算機控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，通過采用優(yōu)化設定控制技術(shù)、自適應自整定PI控制技術(shù)等先進技術(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)、計算機控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
根據(jù)污水處理過程的工藝特點、控制要求，針對該廠投資少，占地小等具 體特點，計算機控制系統(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)實現(xiàn)通訊處理達到節(jié)約投資、提高系統(tǒng)安全性、實現(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：中央控制室計算機監(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;同時與中控室計算機控制系統(tǒng)交換工藝、設備數(shù)據(jù)和控制命令。控制命令分送至各分控站后，通過輸出模塊輸出至現(xiàn)場控制設備，完成控制過程。
(2)、自動化系統(tǒng)功能
在計算機控制方式下，系統(tǒng)功能主要包括以下幾個方面：(1)數(shù)據(jù)采集和設備控制;(2)過程控制;(3)工藝過程監(jiān)控。如下圖所示。設備與回路控制集成在一起進行控制，它構(gòu)成了綜合自動化系統(tǒng)中的過程控制級。電氣設備的起動與停止可通過計算機屏幕上的軟鍵實現(xiàn)，回路控制可實現(xiàn)自動閉環(huán)調(diào)節(jié)和軟手動調(diào)節(jié)?？刂茀?shù)的優(yōu)化設定旨在基于污水處理生產(chǎn)目標的優(yōu)化控制模型，運用先進的控制思想和控制技術(shù)，實現(xiàn)對過程控制級的優(yōu)化設定及對過程監(jiān)控級的操作指導。
監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖
總之，計算機控制技術(shù)已經(jīng)遍及各種應用領(lǐng)域，其前景十分廣闊，在科學技術(shù)日新月異的當代，隨著計算機技術(shù)、高級控制策略、現(xiàn)場總線智能儀表和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，計算機控制技術(shù)水平必將大大提高。
三、計算機控制技術(shù)的發(fā)展趨勢
長期以來，計算機控制技術(shù)的發(fā)展始終緊隨著計算機技術(shù)的發(fā)展步伐，如今計算機控制技術(shù)的發(fā)展又多了許多新的方向。
1、計算機控制技術(shù)的網(wǎng)絡化
在當今，計算機技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)正以迅猛的速度發(fā)展著，與此同時，各種 層次的計算機網(wǎng)絡在控制系統(tǒng)中的應用也越來越廣泛，規(guī)模越來越大，控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡化時代漸漸到來。
將控制系統(tǒng)網(wǎng)絡化，使控制作用的實現(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立完成各自的工作，然后再通過網(wǎng)絡進行彼此間的信息交換和組織，并相互協(xié)作，最終實現(xiàn)預定完成的控制任務。這種近似于模塊化的思想，可以使各部分獨立工作，不產(chǎn)生干擾，有可以根據(jù)需要增減控制網(wǎng)絡中的個體，大大增強了系統(tǒng)的實用性。
2、計算機控制技術(shù)的集成化
計算機集成制造系統(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。CIMS將成為21世紀占主導地位的新型生產(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)界支持的計劃，用以推動計算機集成制造系統(tǒng)的開發(fā)與應用。計算機控制系統(tǒng)的集成化也已經(jīng)成為當今計算機控制技術(shù)的又一發(fā)展趨勢。
3、計算機控制技術(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、時變性以及時滯性等影響，實現(xiàn)簡單，適應面廣，但是其對控制規(guī)則的制定要求較高，對于復雜的工業(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計方法，但是其作為一種智能控制形式，在實際中有著很廣闊的應用前景。神經(jīng)網(wǎng)絡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，具有自適應和自學習的功能，但實時性方面還存在問題。
目前的各種智能控制方法各有優(yōu)缺點，因此，將各種控制策略相互滲透，相互結(jié)合，取長補短，發(fā)展成更新型更實用的合成智能控制策略已經(jīng)成為了計算機控制技術(shù)的必然趨勢之一。
4、計算機控制技術(shù)的標準化
任何技術(shù)的發(fā)展最終都會趨向于標準化，計算機控制技術(shù)也不例外，將計算機控制技術(shù)標準化，可大大促進計算機控制技術(shù)的發(fā)展。目前國際公認的標準尚未建立，但已有很多廠商愿意采用一些通用性較強的產(chǎn)品，相信不久的將來，計算機控制技術(shù)必將建立一套國際化通用標準。
四、總結(jié)
計算機控制技術(shù)是順應時代發(fā)展而產(chǎn)生的先進的自動控制技術(shù)，利用計算機快速處理數(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，計算機控制技術(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，計算機控制系統(tǒng)在各領(lǐng)域的應用實踐中所提出來的一系列理論與工程上的問題，又進一步促進了控制理論和計算機技術(shù)的發(fā)展。
計算機控制技術(shù)已經(jīng)應用到多種控制領(lǐng)域，隨著計算機技術(shù)、高級控制策略、現(xiàn)場總線智能儀表和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，計算機控制技術(shù)水平必將大大提高，同時也為自動化控制理論的發(fā)展提供了一個新的方向。
作為當代大學生的我們，在學好這門知識的同時，我覺得我們更應該學會開拓自己的思維，提高自己的創(chuàng)新意識，將計算機控制技術(shù)進一步提升，適應更多領(lǐng)域的應用，并將計算機控制技術(shù)與其他技術(shù)結(jié)合，開創(chuàng)新的發(fā)展空間，以適應未來快速變化的時代。
五、參考文獻
【1】《計算機控制技術(shù)》 于海生 機械工業(yè)出版社 2007
【2】《微型計算機控制技術(shù)》 高國琴 機械工業(yè)出版社 2008
【3】《計算機控制理論及應用》 孫增圻 清華大學出版社 2008
【4】《微型計算機控制技術(shù)》 于海生 清華大學出版社 2011
計算機測控論文范文二：計算機控制技術(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、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)和科學技術(shù)發(fā)展，自動控制技術(shù)在不斷進步、不斷完善起來?？刂评碚撃壳斑€在向更縱深、更廣闊的領(lǐng)域發(fā)展，無論在數(shù)學工具、理論基礎(chǔ)、還是在研究方法上都產(chǎn)生了實質(zhì)性的飛躍，在信息與控制學科研究中注入了蓬勃的生命力，啟發(fā)并擴展了人的思維方式，引導人們?nèi)ヌ接懽匀唤绺鼮樯羁痰倪\動機理。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備或工生產(chǎn)過程進行控制，使之達到預期的狀態(tài)或性能指標。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)的各項性能指標，兵找出這些性能指標與系統(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)應具備的性能指標要求，尋求能夠全面滿足這些性能指標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)的分析和設計。
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，運用在一種改進的浮球控制器裝置上。Ktesibios的水鐘就運用了浮球控制器的遠離。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，亞歷山大港的Heron出版了一本名為Pneumatica的書，概述了很多種應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，瓦特(James Watt)的蒸汽機離心調(diào)速器被公認是第一臺應用在工業(yè)生產(chǎn)中的自動反饋控制器，這是將自動控制技術(shù)應用到工業(yè)中的最早代表。它是在1769年為了控制蒸汽機速度改良而來的。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備或工生產(chǎn)過程進行控制，使之達到預期的狀態(tài)或性能指標。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)的各項性能指標，兵找出這些性能指標與系統(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)應具備的性能指標要求，尋求能夠全面滿足這些性能指標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)的分析和設計。
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，運用在一種改進的浮球控制器裝置上。Ktesibios的水鐘就運用了浮球控制器的遠離。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，亞歷山大港的Heron出版了一本名為Pneumatica的書，概述了很多種應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，瓦特(James Watt)的蒸汽機離心調(diào)速器被公認是第一臺應用在工業(yè)生產(chǎn)中的自動反饋控制器，這是將自動控制技術(shù)應用到工業(yè)中的最早代表。它是在1769年為了控制蒸汽機速度改良而來的。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備或工生產(chǎn)過程進行控制，使之達到預期的狀態(tài)或性能指標。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)的各項性能指標，兵找出這些性能指標與系統(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)應具備的性能指標要求，尋求能夠全面滿足這些性能指標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)的分析和設計。
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，運用在一種改進的浮球控制器裝置上。Ktesibios的水鐘就運用了浮球控制器的遠離。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，亞歷山大港的Heron出版了一本名為Pneumatica的書，概述了很多種應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，瓦特(James Watt)的蒸汽機離心調(diào)速器被公認是第一臺應用在工業(yè)生產(chǎn)中的自動反饋控制器，這是將自動控制技術(shù)應用到工業(yè)中的最早代表。它是在1769年為了控制蒸汽機速度改良而來的。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，I.A.Vyshnegradskii也總結(jié)出一套控制器的數(shù)學理論來。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，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，應用反饋的主要促進因素是電話系統(tǒng)的發(fā)展，以及Bell電話實驗室的Bode、Nyquist和Black對電子反饋放大器的改進，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)學家和機械學家在控制理論領(lǐng)域占主流。因此，俄國的理論更傾向與運用不同方程的時域公式。第二次世界大戰(zhàn)是自動控制理論的理論和實踐得到巨大發(fā)展的時期。因為當時必須設計和制造自動領(lǐng)航系統(tǒng)、火炮位置系統(tǒng)、雷達天線控制系統(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)的設計是一種伴隨著不斷試驗和失敗的過程。而在20世紀40年代后，越來越多的數(shù)學和分析方法得到應用，控制工程才真正成為一門獨立的工程學科。
第二次世界大戰(zhàn)后，隨著拉氏變換和復頻面得到越來越多的應用，頻域技術(shù)漸漸成為控制領(lǐng)域的主流。20世紀50年代，控制工程領(lǐng)域的重點放在s平面法(特別是根軌跡法)的發(fā)展和運用上。而在20世紀80年代，數(shù)字計算機作為控制元件日漸普遍。這種有著快速精確計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現(xiàn)的。這些計算機特別適用于同時測量和控制多種變量的系統(tǒng)中。
20世紀50年代末到60年代初，核能、電子計算機以及空間技術(shù)的科學發(fā)展，對自動控制科學提供了更高的要求。隨著人造衛(wèi)星和空間時代的來臨，控制工程擁有了新的巨大推動力，因為有必要為運載火箭和空間探測器設計一種復雜、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，以及進來對魯棒系統(tǒng)的研究，也對時域方法作出了貢獻。大型復雜系統(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，被認為是現(xiàn)代控制理論發(fā)展的開端。20世紀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、自適應控制、專家系統(tǒng)、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、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)、大型交通運輸網(wǎng)等大型系統(tǒng)控制需要涉及運籌學、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)學原理》中對圍繞引力中心做圓周運動的質(zhì)點進行了研究。在牛頓引力理論建立之后，天文學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?shù)牧?。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。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)定性進行系統(tǒng)分析并發(fā)表論文的人。麥氏在論文中對三階微分方程描述的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。同一時期在俄國，1872年N.A.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。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(Bell Labs)的科學家們?yōu)楹诵?，又建立了控制系統(tǒng)分析與設計的頻域方法。Black首先提出了基于誤差補償?shù)那梆伔糯笃鳎诖嘶A(chǔ)上最終提出了負反饋放大器并對其進行了數(shù)學分析。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。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)。這一時期，Bell實驗室的另一位理論專家，Hendrik Bode(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。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、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。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)設計的頻域方法“波德圖”(Bode plots)方法，已基本建立了。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。有些學
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。
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所從事的是飛機導航和控制，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
隨著計算機技術(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。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用，在差分方程中也開始加以應用。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)的頻率法都可應用，但由于Bode圖的應用大受限制，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，但過于繁復而無法應用。)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變換只能反應脈沖系統(tǒng)在采樣點的運動規(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但建立脈沖理論的許多工作都是由美國哥倫比亞大學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，能觀測性與能達性，分析與設計工具等)，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。約在公元前三世紀中葉，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)。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時不準確問題的巧妙方法。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。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(guān)、天鎖)加以控制”。蘇頌把時鐘機械和觀測用渾儀結(jié)合起來，這比西方羅伯特.胡克早六個世紀。
3.2指南車
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)控制指南車。并發(fā)明了齒輪及差動齒輪機。
3.3風車技術(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箱等。大大地減輕了人們的勞動。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)節(jié)器在1807年取的專利權(quán)。18世紀的風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)，和風車技術(shù)并行。
3.4蒸氣機
十八世紀也是蒸機取得突破發(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。“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速度大致均勻。這是當時反饋調(diào)節(jié)器最成功的應用。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。
4 歷史上的三本重要著作
4.1《通訊的數(shù)學理論》
(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)于在動物和機器中控制和通訊的科學》
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)于在動物和機器中控制和通訊的科學》(Cybernetics or Control andCommunication in the annimal and the machines. 1948)
4.3《工程控制論》
錢學森(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：中國科學圖書儀器公司.1954)。
5 自動控制理論發(fā)展的現(xiàn)實
5.1經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論在應用中面臨的難題
隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，形成了復雜的大系統(tǒng)，導致了控制對象、控制器以及控制任務和目的的日益復雜化，從而導致現(xiàn)代控制理論的成果很少在實際中得到應用。
5.2原因分析
經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論在應用中遇到了不少難題，影響了它們的實際應用，其主要原因有三：
?、龠@些控制系統(tǒng)的設計和分析都是建立在精確的數(shù)學模型的基礎(chǔ)上的，而實際系統(tǒng)由于存在不確定性、不完全性、模糊性、時變性、非線性等因素，一般很難獲得精確的數(shù)學模型; ②研究這些系統(tǒng)時，人們必須提出一些比較苛刻的假設，而這些假設在應用中往往與實際不符;
?、蹫榱颂岣呖刂菩阅?，整個控制系統(tǒng)變得極為復雜，這不僅增加了設備投資，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，是當今自動控制科學的出路之一。
6 未來展望
控制系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)展的目標是實現(xiàn)高度靈活和高度自動化?，F(xiàn)在用的工業(yè)用機器人實現(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了，但是這些機器人對于周圍的環(huán)境變化無法靈活響應，這也是計算機科學應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。先進的機器人系統(tǒng)通過革新傳感器的反饋功能可以達到靈活的目的。通過提高智能化，增加傳感器功能、計算機可視功能和離線式CAD/CAM編程功能將使系統(tǒng)更經(jīng)濟且得到更廣泛的應用，使控制系統(tǒng)正朝高度自動化方向買進?？刂扑降奶岣?，旨在減少人類操作的負擔，對人機對話模式方向的研究和計算機數(shù)據(jù)庫管理等，將使控制更高效、更可靠、大量關(guān)于機器人和自動控制方面的研究要求降低運行成本和拓寬其應用領(lǐng)域，這就要求更新人機交流方式和更換編程語言等。
8 參考文獻
1.自動控制理論基礎(chǔ). 左為恒，周林.北京：機械工業(yè)出版社，2007.
2.控制理論的發(fā)展. 盧強.電網(wǎng)技術(shù)，1993，04期
3.自動控制原理，王建輝、顧樹生主編，北京：清華大學出版社,2007
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