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。
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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)获得这种装置的专利权。[6][29]和风车技术并行,十八世纪也是蒸气机
取得突破发展的时期,并成为机械工程最瞩目的成就。托马斯
.纽可门和约翰.卡利(又译为考
力
)是史学界公认的蒸气机之父。到十八世纪中叶,已有好几百台纽可门式蒸气机在英格兰
北部和中部地区、康沃尔和其他国家服务,但由于其工作效率太低,难以推广。
1765 年俄
国的波尔祖诺夫(
И.И.Полэунов)发明了蒸汽机锅炉的水位自动调节器(这在俄国被认
为是世界上的第一个自动调节器)
[21][23]。1760 年-1800 年,詹姆斯.瓦特对蒸气机进
行了彻底得改造,终于使其得到广泛的应用。在瓦特的改良工作中,
1788 年,他给蒸气机
“
”
“
”
添加了一个 节流 控制器即节流阀,它由一个离心 调节器 操纵,类似于磨房机工早已用
“
” “
”
来控制风力面分机磨石松紧的装置。 调节器 或 飞球调节器 用于调节蒸气流,以便确保
引擎工作时速度大致均匀。这是当时反馈调节器最成功的应用。
[7]瓦特是一位实干家,他没
有对调节器进行理论分析,后来
J.C.Maxwell 从微分方程角度讨论了调节器系统可能产生
的不稳定现象,从而开始了对反馈控制动力学问题的理论研究。
[8]
早在古代,劳动人民就凭借生产实践中积累的丰富经验和对反馈概念的直观认识,发明
了许多闪烁控制理论智慧火花的杰作。例如,我国北宋时代(公元
1086~1089 年)苏颂
和韩公廉利用天衡装置制造的水运仪象台,就是一个按负反馈原理构成的闭环非线性自动
控制系统;
1681 年 DennisPapin 发明了用做安全调节装置的锅炉压力调节器;1765 年
俄国人普尔佐诺夫(
I.Polzunov )发明了蒸汽锅炉水位调节器等等 1788,英国人瓦特
(
James Watt)在他发明的蒸汽机上使用了离心调速器,解决了蒸汽机的速度控制问题,
引起了人们对控制技术的重视。以后人们曾经试图改善调速器的准确性,却常常导致系统产
生振荡。
实践中出现的问题,促使科学家们从理论上进行探索研究。1868 年,英国物理学家麦克
斯韦(
J.C.Maxwell)通过对调速系统线性常微分方程的建立和分析,解释了瓦特速度
控制系统中出现的不稳定问题,开辟了用数学方法研究控制系统的途径。此后,英国数学家
劳斯
(E.J.Routh)和德国数学家古尔维茨(A.Hurwitz)分别在 1877 年和 1895 年独立
地建立了直接根据代数方程的系数判别系统稳定性的准则。这些方法奠定了经典控制理论中