自动化技术的形成是否标志着工业控制论的诞生?

2020-05-26来源: 21ic关键字:自动化技术  工业控制论  科学领域

自动化作为一个现代技术科学领域,是从本世纪四十年代中期开始形成的。其实,要探索自动机械的历史,可以追溯到古代。早在三千多年前,我国就发明了“铜壶诚漏”的自动计时装置。大约在两千年前,发明了自动记录行程的“记里鼓车”和自动指示方向的“指南车”。东汉张衡利用铜壶滴漏装置制成了水力天文仪,北宋苏颂又在此基础上增加了一个相当于自动调节器的天衡装置,该装置对铜壶滴漏中的受水壶作了改进,使得36个均匀分布的受水壶所盛之水均保持一定重量,从而使天衡装置内的机构尽可能保持恒定的转速,以提高水力天文仪的精度。


用今天目动化的观点来看,铜壶滴漏装置属于自动检测或参数恒定系统,指南车是自动定向系统,天衡装置则是个自动调节器,而张衡利用齿轮系、杆、凸轮传动机构,完成一系列的顺序动作,来自动表示水力天文仪上的每个月的日期,则属于程序控制的范畴。十八世纪中叶蒸汽机问世后,蒸汽机的控制问题成为其推广应用的关键。1784年英国瓦特采用了能自动调节蒸汽机速度的离心式调速器,才使蒸汽机成为安全实用的动力装置,得到了广泛的应用,1829年法国数学家蓬斯莱制造了一种按扰动调节原理工作的蒸汽机转速调节器。


1874年俄国工程师契柯列夫提出并在实际上应用了作为现代电机自动调节基础的调整方法,开始应用了按调节量偏差和按扰动进行调节的原理。与此同时,麦克斯韦在离心式调速器应用了几十年的基础上,总结出调速器的一些理论。由于对蒸汽机控制的实践,1877年英国的劳斯和德国的赫尔维茨提出了至今还在用的系统稳定性判据。他们方法的优点是,只需根据系统的特征方程式的系数,应用代数方法就能判别自动调节系统的稳定性,而不必求出其特征根。


至此,自动装置随着生产的需要,初步积累了一些设计、应用的经验,也逐步建立了一些自动化技术的理论基础,孕育着控制技术的迅速发展。二十世纪自动控制技术得到了飞速发展,并开始形成为一个现代科学技术领域。通常,设计控制系统的首要要求就是稳定性,要求系统在各种不利因素的影响下能保持预定的工作状态。继劳斯和赫尔维茨提出了稳定性判据之后,李雅普诺夫在力学中广泛研究了运动的稳定性问题,所提出的理论和方法,在自动控制理论中得到了广泛应用,至今仍未失其作用。

自动化技术的形成标志着工业控制论的诞生

在上述理论与应用的基础上,1923年英国希维赛德为了简化控制系统的分析与设计,提出了算子法。瑞典的尼魁斯特于1932年研制了电子管振荡器,提出以传递函数为依据的稳定性判别准则。由于组成控制系统的各个部件的频率特性的数据通常可用实验方法来确定,因而形成尼氏法的一大优点。苏联的米哈依洛夫第一个应用频率法来研究调节器的稳定性,提供了以应用柯西幅角原理为基础的线性目动调节系统稳定性的判据,把自动调节系统环节按动态特性加以典型化作为进行结构分析的基础。


四十年代中,美国的伊文思提出了一种找特征方程的根的简单图解方法,即所谓“根轨迹法”,这是一个研究特征方程的根与系统中某一参数关系的图解方法,弥补了上述尼氏法不能确定系统可以稳定到何种程度的缺点,特别适用于迅速获知系统的响应,并可使设计者能够了解满足系统性能指标可以达到何种程度的近似结果。1945年美国伯德总结了负反馈放大器原理,出版了《网络分析和反馈放大器设计》一书,利用对数频率特性,形成了尼魁斯特—伯德法。


战后陆续公开了这些理论并推广应用于一般工业生产。如,由美国麻省理工学院物理学家詹姆斯、工程师尼克尔斯和数学家非利浦于1947年出版的《伺服机构原理》一书,系统总结了战时共同研究的成果,从而促进了向民用工业的移植。在实现生产过程自动化的进程中,除需要了解被控对象的特性外,往往也需要了解人在控制生产过程中的作用,以便有所借鉴,研制出具有相应作用的自动检测仪表、自动调节装置和执行机构,从而模仿或代替人的视觉、思维判断以及手和脚的若干功能,以自动控制取代人工控制。


此外,由于一些自动化系统还需要人参与操纵、调度、管理,对于这种人一机系统,既要研究人,又要研究机器,特别是要研究人和机器的信息交换和控制过程,而且要研究自动机器与生勃机体之间存在着的共同规律,因而一门以数学为纽带,把研究自动控制、通讯、计算技术等工程技术与生物科学中神经系统的生理和病理等学科共同关心的共性问题,提炼出来而形成的边缘学科—控制论诞生了。其标志是1949年出版的维纳的《控制论》,该书揭示了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律。


与此同时,美国应用数学家,当时在贝尔实验室工作的申农发表了《通讯的数学理论》,宣告了信息论的诞生。这也主要是由于第二次世界大战后,一部分数学工作者和电子学工作者,总结了多年来通讯系统的丰富实践和二次大战中得到迅速发展的雷达系统的实践,加以提高而创立的一门研究各种信息传输系统共同规律的学科,它的高度概括性和联系多种学科的广泛性,对自动控制理论的形成,起了有力的促进作用。在上述成果和其他有关理论基础上,经典控制理论渐趋成熟,它大大促进了自动化技术的发展,至此,逐渐形成了自动化学科。

关键字:自动化技术  工业控制论  科学领域 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/qrs/ic498295.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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