自动控制理论

                                         --------------------------发展，现状以及展望

 

 摘要:近一个世纪以来,科学技术日新月异.在人类征服自然的生产实践活动中孕育、产生的自
动控制理论随着社会生产和科学技术的进步而不断发展、完善起来。实践中出现的问题，促
使科学家们从理论上进行探索研究。控制理论目前还在向更纵深、更广阔的领域发展，无论
在数学工具、理论基础、还是在研究方法上都产生了实质性的飞跃，在信息与控制学科研究
中注入了蓬勃的生命力，启发并扩展了人的思维方式，引导人们去探讨自然界更为深刻的
运动机理。控制理论的深入发展，必将有力地推动社会生产力的发展，提高人民的生活水平，
促进人类社会的向前发展

. 

关键字

: 自动控制理论

  发展  现状  展望 

正文

: 

    在人类征服自然的生产实践活动中孕育、产生的自动控制理论随着社会生产和科学技术的
进步而不断发展、完善起来。在

1868 年至今的短短一百年中，自动控制理论无论在深度和广

度上都得到了令人吃惊的发展，对人类社会产生了巨大的影响。从瓦特的蒸气机、阿波罗登
月到海弯战争，无处不现示着控制技术的威力。在哲学领域，反馈理论的建立与成功应用，
也使

“因果关系”进一步发展为“因果－果因关系”，反馈的概念受到人们的重视。 

      以反馈控制为其主要研究内容的自动控制理论的历史，若从目前公认的第一篇理论论文,
 J.C.Maxwell 在 1868 年发表的

“论调节器”算起，至今不过一百多年。然而控制思想与技 术

的存在至少已有数千年的历史了。

“控制”这一概念本身即反映了人们对征服自然与外在 的

渴望，控制理论与技术也自然而然地在人们认识自然与改造自然的历史中发展起来。

 具有

反馈控制原理的控制装置在古代就有了。这方面最有代表性的例子当属古代的计时器

 “水

钟

”( 在中国叫作“刻漏”，也叫“漏壶” )。据古代锲形文字记载和从埃及古墓出 

土的实物可以看到，巴比伦和埃及在公元前

1500 年以前便已有很长的水钟使用历史了。

 约

在公元前三世纪中叶，亚历山大里亚城的斯提西比乌斯

(Ctesibius)首先在受水壶中使用

 了

浮子

(phellossive tympanum)。按迪尔斯(Diels)本世纪初复原的样品，注入的水是由圆

 锥形的

浮子节制的。而这种节制方式即已含有负反馈的思想

 (尽管当时并不明确)。[1] 中国有着灿烂

的古代文明。中国古代的科学家们对水钟十分得重视，并进行了长期的研究

 。据<<周礼>>

记载，约在公元前

 500 年，中国的军队中即已用漏壶作为计时的装置。约在   公元 120 年，

著名的科学家张衡

 (78-139,东汉)又提出了用补偿壶解决随水头降低计时不准确问题的巧妙

方法。在他的

“漏水转浑天仪”中，不仅有浮子，漏箭，还有虹吸管和至少一个补偿壶。最有

名的中国水钟

“铜壶滴漏”由铜匠杜子盛和洗运行建造于公元 1316 年(元代延佑三年)，并一

直连续使用到

1900 年。现保存在广州市博物馆中，但仍能使用。[2][3] 

北宋时期，苏颂等于

1086 年-1090 年在开封建成

“水运仪象台”。仪象台上的浑仪附有窥管 ，

能够相当准确地跟踪天体的运行，

“使它自动地保持在窥管的视场中”。这种仪象台的 动力

装置中就利用了

“从定水位漏壶中流出的水，并由擒纵器(天关、天锁)加以控制”。苏 颂把时

钟机械和观测用浑仪结合起来，这比西方罗伯特

.胡克早六个世纪。[4] 

     公元 235(三国时期)的马均及公元 477 年(刘宋时期)祖冲之等还曾制造过具有开环控制特
点的指南车。并发明了齿轮及差动齿轮机

[5][27][29]。另外，我国在公元前 350 年已经用在结

构上与水轮相似的水臼来碾米；在公元前

50 年用水轮来引水灌溉；在公元前 31 年在锻冶

场里使用水动风箱等。大大地减轻了人们的劳动

[29]。十八世纪，随着人们对动力的需求，

各种动力装置也成为人们研究的重点。

1750 年，安得鲁. 米克尔(1719-1811)为风车引入了

“扇尾”传动装置，使风车自动地面向风。随后，威廉.丘比特对自动开合的百叶窗式翼板进
行改进，使其能够自动地调整风车的传动速度。这种可调整的调节器在

1807 年取的专利权 。

18 世纪的风车中还成功地使用了离心调速器。

 托马斯.米德(1787 年)和斯蒂芬.胡泊(1789 年)