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1、1,机电控制基础与实践王田苗 丑武胜,自动控制是人类在认识世界和发明创新的过程中发展起来的一门重要的科学技术。它是推动现代机电控制系统的技术革命关键技术。让我们记住在历史上对机电控制方面做出杰出贡献的科学家，学习他们追求真理精神，结合社会发展需求思路，相互交流合作学风。,2,自动控制技术与人类进步Automatic Control&Human Civilization,前言,自动控制是人类在认识世界和发明创新的过程中发展起来的一门重要的科学技术。依靠它，人类可以从笨重，重复性的劳动中解放出来，从事更富创造性的工作。自动化技术是当代发展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一，是推动新的技术革命和
2、新的产业革命的关键技术。自动化也即现代化。,3,(6)英国J.Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年),(7)英国J.C.Maxwell发表“论调速器”(On Governors)论文(1868年),4,II.经典控制前期(The Pre-classical Period)(1900-1935),(1)美国福特(Ford Motor)汽车公司建成最早的汽车装配流水线(1913),(2)美国N.Minorsky研制出用于船舶驾驶的伺服结构，提出PID控制方法(1922),(3)美国MIT的Vannevar Bush研制成第一台大型模拟计算机(Differential Analyzer
3、)(1928),V.Bush,5,III.经典控制(Classical Control)(1935-1950),(1)美国贝尔实验室的H.Bode(1938)，以及Nyquist(1940)提出频率响应法,(2)美国Taylor仪器公司的J.G.Ziegler和N.B.Nichols提出PID参数的最佳调整法(1942),(3)美国MIT的N.Wiener研究随机过程的预测(1942)，提出Wiener滤波理论(1942)，发表控制论(Cybernetics)一书(1948)，标志着控制论学科的诞生。,N.B.Nichols,N.Wiener,N.Wiener,shown here in 19
4、54 with Yuk Wing Lee(left)and Amar G.Bose,discussing an aspect of statistical communication theory,6,(5)自动控制的基础为闭环控制。控制论的奠基人N.Wiener 给出的定义为：“Feedback is a method of controlling a system by inserting into it the result of its past performance”,闭环控制系统的结构框图：,7,(4)美国的H.Hazen发表“关于伺服结构理论”(Theory of Servom
5、e-chanism)(1934)，并在MIT建立伺服机构实验室(Servomechanism Laboratory)(1939),H.Hazen,8,(5)英国A.M.Turine提出图灵计算机的设想(1937),(6)在贝尔实验室Bode领导的火炮控制系统研究小组工作的C.Shannon提出继电器逻辑自动化理论(1938)，随后，发表专著通信的数字理论(The Mathematical Theory of Communication)，奠定了信息论的基础(1948),C.E.Shannon,9,现代控制(Modern Control)(1950-),二次世界大战中火炮，雷达，飞机以及通讯系统
6、的控制研究直接推动了经典控制的发展。五十年代后兴起的现代控制起源于冷战时期的军备竞赛，如导弹(发射，操纵，指导及跟踪)，卫星，航天器和星球大战，以及计算机技术的出现(英国科学家A.J.G.MacFarlane)。,10,(4)美国MIT的Servomechanism Laboratory研制出第一台数控机床(1952),11,(8)继MIT CNC Project 之后，NC技术迅速进入商品化时代。1957年，Giddings&Lewis把NC装置装在Skin Miller上，制成NC工作母机。1958年，Kearney&Trecker开发了NC加工中心。同一年，日本富士通和牧野FRAICE公
7、司开发成功NC铣床。,12,(5)世界第一颗人造地球卫星(Sputnik)由苏联发射成功(1957),Sputnik 1 was the first artificial satellite launched into space,1957.Laika.Sputnik 2,13,Oct.4,1957:Launch of the rocket carrying Sputnik,the first man-made satellite.Photos of the launch were not initially released.This photo is a still from a 1967
8、 Soviet documentary film.,K.S.Pavlovitch(1906-1966),Russian spacecraft designer and header of the Vostok and Voskhod projects.,14,(6)美国George Devol研制出第一台工业机器人样机(1954)，两年后，被称为机器人之父的Joseph Engelberger创立了第一家机器人公司，Unimation,(7)美籍匈牙利人R.E.Kalman发表“On the General Theory of Control Systems”等论文，引入状态空间法分析系统，提
9、出能控性，能观测性，最佳调节器和kalman 滤波等概念，奠定了现代控制理论的基础(1960),R.E.Kalman,15,(10)1968年，日本Kawasaki公司从Unimation买进技术。目前，Yaskawa公司已成为世界最大机器人公司。,16,(8)苏联东方-号飞船载着加加林进入人造地球卫星轨道，人类宇航时代开始了(1961),1961,at the age of 27,Gagarin left the earth.It was April the 12th,9.07 Moscow time(launch-site,Baikonur).108 minutes later,he wa
10、s back.The period of orbital revolution was 89:34 minutes(this figure was calculated by electronic computers).The missions maximum flight altitude was 327 000 meters.The maximum speed reached was 28 260 kilometers per hour.,宇宙哥伦布-加加林,A stamp issued by Russia to memorize Y.Gagarin,Capsule used in fir
11、st manned orbit of earth,In 1961,the first human to pilot a spacecraft,Yuri Gagarin,was launched by the Soviet Union aboard Vostok I.,17,(9)1963年,美国的Lofti Zadeh与C.Desoer发表Linear Systems-A State Space Approach。1965年，Zadeh提出模糊集合和模糊控制概念,(10)美国的E.I.Jury 发表“数字控制系统”(Sampled-Data Control System)，建立了数字控制及数字
12、信号处理的基础(1958),C.Desoer,18,(11)苏联发射“月球”9号探测器，首次在月面软着陆成功(1966)，三年后(1969)，美国“阿波罗”11号把宇航员N.A.Armstrong送上月球。,N.A.Armstrong,19,(14)美国的M.E.Merchant提出计算机集成制造的概念(1969),20,(13)为适应市场为核心的多品种，小批量的需求，以计算机控制为核心的FMS(Flexible Manufacturing System)，CIMS和FA(Factory Automation)技术应运而生(1975),21,(11)机器人技术体现了电子控制和驱动，传感器以及运
13、动机构一体化的新思想。日本安川(Yaskawa)公司的工程师把这叫做Mechatronics(机电一体化技术)(1972),22,(15)美国ARPA计算机网络初步建成(1971),(16)日本Fanuc公司研制出由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元(1976),23,(12)自1973年的石油危机以后，电气伺服成为市场主导。随着微电子技术的发展，交流伺服日趋成熟。,24,(15)为适应电子芯片制造的需求，机电一体化技术被广泛应用于Mask Alignment，Wire Bonding，Die Bonding，Trim Forming等高速高精度的芯片制造设备中去。,25,(16)PCB制造设备。,26,(17)其他机械。,电伺服注塑机,弯管机,绕线机,27,木工机械,印刷设备,纺织设备,自动仓储设备,28,(18)加拿大G.Zames提出H 鲁棒控制设计方法(1981年),(19)美国“哥伦比亚”号航天飞机首次发射成功(1981年),Gorge Zames,29,(23)第一台火星探测器Sojourner在火星表面软着陆(1996),(24)旅行者Voyager 一号，二号开始走出太阳系，对茫茫太空进行探索,
