自动控制原理与系统论文

第一章

回顾自动控制原理的历史渊源

1769 年瓦特发明的蒸

汽机，推动了工业革命的进一步发展。但是，当时的蒸汽机需要人不断地调节
蒸汽阀门才能保持蒸汽机的速度稳定，蒸汽机的应用受到调速精度的限制。为
了解决蒸汽机的速度控制问题，瓦特于

1788 年又发明了飞球调节器，把离心

式调速器与蒸汽机的阀门连接起来，构成了蒸汽机转速调节系统。飞球调节器
的发明进一步推动了蒸汽机的应用，促进了工业生产的发展。但是，有时为了
提高调速精度，反而使蒸汽机速度出现大幅度震荡，其后出现的其它自动控制
系统也有类似现象发生。由于当时还没有自动控制理论，所以不能从理论上解
释这一现象。

1868 年，英国物理学家 J·C·麦克斯韦发表了《论调速器》一文，首先解释了

瓦特速度控制系统中出现的不稳定现象，指出振荡现象与描述系统特性的代数
方程根的分布有关，开辟了用数学方法研究控制系统中运动现象的途径，成为
自动控制领域中的第一篇学术论文，这就是被公认的自动控制理论的开端。

进入

20 世纪后，在工业生产中广泛应用的各种自动控制装置促进了对控制

系统的分析和设计工作。

1927 年，美国贝尔实验室的电子工程师 H·S·布莱克

“

”

在解决电子管放大器失真问题时首先引入了 反馈 的概念。

20 世纪 40 年代是自动控制技术和理论形成的关键时期。在第二次世界大战

期间德国的空中优势和英国的防御地位，迫使美国、英国和西欧各国科学家集
中精力解决了防空控制和飞机自动导航等军事技术问题，在此过程中逐步形成
了分析和设计单变量控制系统的经典控制理论。

1948 年，美国科学家 W·R·埃文斯提出了名为根轨迹的分析方法，研究系统

参数对反馈控制系统稳定性和运动特性的影响，并于

1950 年进一步应用于反

馈控制系统的设计，构成了经典控制理论的另一个核心方法

---根轨迹法。

现代控制理论是在

20 世纪 50 年代中期迅速兴起的空间技术的推动下发展起

来的。空间技术的发展迫切要求建立新的控制原理，以解决诸如把宇宙火箭和