自动控制原理传统、现在以及将来的发展

 

摘要：自动控制学科是近几十年来了发展起来的一门很重要的学科。它的发展很迅速，特别
是计算机的快速发展，更加快了它的发展，尤其是工业自动化技术近年来的发展。自动化学
科研究的范围也是很广泛的，对实现我国工业、农业、国防和科学技术现代化、对迅速提升我
国综合国力具有重要和积极作用。

 关键词：自动控制    工业自动化技术    发展前景 正文：

 
人类自开始进行劳动以来，就一直梦想着制造出能够无需人的参与就可以自己完成任务的
劳动工具。从刀耕火种的年代起，人们就梦想着省时省力地生产出更多的东西，来满足人们
生活的需要。人们在几千年的生产过程中，发明了很多节省力气的工具，如在河流上建造的
水车

,可以通过水的冲击带动轮子转动，实现灌溉、淘米等工作。工业革命的到来(1788 年)，

为自动化的发展带来了巨大的动力。此后的一百多年中，人们一直在探索，特别是，经过从
1934 年到 1947 年的十几年研究(二战期间),最终提出了自动化的理论基础著作

——控制论。

标志着自动化技术的正式诞生。从诞生到现在，自动化技术在各个领域大显身手，飞机导航、
交通运输、导弹控制中到处都是自动化技术的应用。

  

 所谓自动控制，就是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备（称为控制器）操作
被控对象（如机器、设备或生产过程）的某个状态或参数（称为被控量）使其按预先设定的
规律自动运行。如化工生产中合成氨反应塔内的温度和压力能够自动维持恒定不变，雷达跟
踪和指挥仪所组成的防空系统能使火炮自动地瞄准目标，无人驾驶飞机能按预定轨道自动
飞行，人造地球卫星能够发射到预定轨道并能准确回收等等，都是应用自动控制技术的结
果。

     

 随着生产的发展，控制技术也在不断地发展，尤其是计算机的更新换代，更加推动了控制
理论不断地向前发展。控制理论的发展过程一般可分为三个阶段：

 

（

1）第一阶段。时间为本世纪 40～60 年代，称为

“经典控制理论”时期。经典控制理论主要

是解决单输入单输出问题，主要采用传递函数、频率特性、根轨迹为基础的频域分析方法。此
阶段所研究的系统大多是线性定常系统，对非线性系统，分析时采用的相平面法一般也不
超过两个变量，经典控制理论能够

较好地解决生产过程中的单输入单输出问题。这一时期的主要代表人物有伯德（

H.W.Bode 1

905～）和伊文思（W.R.Evans）。伯德于 1945 年提出了简便而实用的伯德图法。1948 年，
伊文思提出了直观而又形象的根轨迹法。

 

（

2）第二阶段。时间为本世纪 60～70 年代，称为

“现代控制理论”时期。这个时期，由于计

算机的飞速发展，推动了空间技术的发展。经典控制理论中的高阶常微分方程可转化为一阶
微分方程组，用以描述系统的动态过程，即所谓状态空间法。这种方法可以解决多输入多输
出问题，系统既可以是线性的、定常的，也可以是非线性的、时变的。这一时期的主要代表人
物有庞特里亚金、贝尔曼（

Bellman），及卡尔曼（R.E.Kalman，1930～）等人。庞特里亚金

于

1961 年发表了极大值原理；贝尔曼在 1957 年提出了动态规化原则；1959 年，卡尔曼和

布西发表了关于线性滤波器和估计器的论文，即所谓著名的卡尔曼滤波。

 

（

3）第三阶段。时间为本世纪 70 年代末至今。70 年代末，控制理论向着

“大系统理论”和