自動(dòng)控制原理及應(yīng)用

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(duì)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。二戰(zhàn)后，已形成完整的自動(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)。

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(duì)象組成的，把這個(gè)控制對(duì)象的輸出信號(hào)把它取回來，測(cè)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(duì)象的輸出跟蹤我所需要的要求的信號(hào)?？刂茖?duì)象的輸出量一般來說都是一個(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(cè)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(guó)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。