自动控制技术与人类科技文明Automatic Control & Human Civilization前言从远古的漏壶和计时容器到公元前的水利枢纽工程，从中世纪的钟摆、天文望远镜到工业革命的蒸汽机、蒸汽机车和蒸汽轮船，从百年前的飞机、汽车和电话通讯到半个世纪前的电子放大器和模拟计算机，从二战期间的雷达和火炮防空网到冷战时代的卫星、导弹和数字计算机，从六十年代的登月飞船到现代的航天飞机、宇宙和星球探测器，这些著名的人类科技发明直接催生和发展了自动控制技术。
源于实践，服务于实践，在实践中升华。
经过千百年的提炼，尤其是近半个世纪工业实践的普遍应用，自动控制技术已经成为人类科技文明的重要组成部分，在日常生活中不可或缺。
随着新型制造业的兴起和网络信息技术的进步，自动控制技术的发展与应用将进入一个全新的时代，新的维纳和卡尔曼将陆续诞生。
数风流人物，还看今朝。
1I.前期控制(Early Control)(1400B.C. - 1900)(0)中国，埃及和巴比伦出现自动计时漏壶(1400B.C. ~1100B.C.)。
孙武著《孙子兵法》(600B.C.)(1)秦昭王时，李冰主持修筑都江堰体现的系西汉漏壶统观念和实践(300B.C.)2(2)亚历山大的希罗发明开闭庙门和分发圣水等自动装置(100年)(3)中国张衡发明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动仪(132年)3(4)中国马钧研制出用齿轮传动的自动指示方向的指南车(235年)(5)中国定向驾驶舵（1180年）（人类首台控制机构）(6)中国明代宋应星所著《天工开物》记载有程序控制思想(CNC)的提花织机结构图(1637年)4(7)英国J. Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年)5(8) 英国 G.B. Airy（1801-1892) 系统的研究了天文望远镜的速度控制，并根据倒立摆离心力原理，发现了系统的不稳定性。
首次提出反馈系统的稳定性问题研究，以及利用微分方程来研究反馈控制动力学系统。
C. Hugens(1629-1695)利用反馈控制原理发明了高性能的钟摆与天文望远镜。
67(9) J.C. Maxwell (1831- 1879), 法国科学家，于1868年发表文章“On Governors, 成功解决了二阶及三阶系统的稳定性。
随后，剑桥大学的E.J.Routh 与瑞典的Hurwitz 解决了多阶系统的稳定性判断。
32213=+++a s a s a s 03222133=+++x a dtdx a dt x d a dt x d(10)俄国A.M. Lyapunov博士论文“论运动稳定性的一般问题” (1892年)(11)英国J. M. Gray设计出第一艘全自动蒸汽轮船“东方”号(Great Eastern)(1866年)8(12)由徐寿设计的中国第一艘蒸汽轮船“黄鹄”号(L20m, 25T,10km/hr)在安庆内军械所下水(1866)。
次年，中国第一艘木质明轮蒸汽舰船“恬古”号在江南造船厂下水。
操江号(62mx10m), 392匹马力，600T排水，备炮9门9II.经典控制前期(The Pre-classical Period)(1900-1935) (0)Wright Brothers 于1903年12月17完成了人类历史上首次动力飞行，开创了航空业的新篇章。
(1)美国福特(Ford Motor)汽车公司建成最早的汽车装配流水线(1913)10(2) E. Sperry(1860-1930), 创立Sperry公司。
由他们设计和制造的陀螺仪和各种控制装置被广泛的应用到二战时期的美军军舰、鱼雷、火炮、雷达和飞机上。
L.Sperry(1892-1923), 在1914年的巴黎航展中，成功地演示了陀螺仪全自动机身平衡与稳定，为航空业的快速发展做出了重要的贡献。
11(3)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)(4)美国MIT的Vannevar Bush研制成第一台大型模拟计算机(Differential Analyzer)(1928)12(5)美国H.S. Black提出放大器性能的负反馈方法(Negative Feedback Amplifier)(1927)H. S. Black13(6)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：14(7)美国E. Sperry以及C. Mason研制出火炮控制器(1925)，气压反馈控制器(1929)15III. 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16(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)N.B. Nichols(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. Wiener, shownhere in 1954 withYuk Wing Lee(left) and Amar G.Bose, discussingan aspect ofstatisticalcommunicationtheory17(4)美国的H. Hazen发表“关于伺服结构理论”(Theory of Servome-chanism)(1934)，并在MIT建立伺服机构实验室(Servomechanism Laboratory)(1939)H. Hazen18(5)英国A. M. Turine提出图灵计算机的设想(1937)(6)J. Von Neuman (1903-1957)发明首台数字计算机，创立Game theory19(7)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. Shannon20（8）李郁荣（Y.W. Lee, 1904-1989), 广东人，麻省理工学院N. Wiener的首位博士生(1930年)，曾任职于清华大学电机系（1931-1937），早期为Wiener理论的工程应用与推广作了大量的工作。
1946年回到MIT电机系（1946-1969），与Shannon一起成为该系最知名的两个学科带头人。
其主要工作包括随机通讯（statistical communication theory）和电路理论，培养了大批电子工程领域中的知名学者和工程师，被誉为MIT的最伟大的教育家之一。
L.J. Chu(1913-1973)，毕业于上海交大，MIT电机系教授，Radiation Lab 雷达研究最重要的奠基者。
21(8) MIT Radiation Laboratory在研究SCR-584雷达控制系统的过程中，创立了Nichols Chart Design Method，R. S. Philips的工作On Noise in Servomechanisms，以及Hurwicz (1947)的数字控制系统(Sampled Data System)(9)美国W. Evans提出根轨迹法(Root Locus Method) (1948)，以单输入线性系统为对象的经典控制研究工作完成。
(10)多本有关经典控制的经典名著相继出版，包括Ed. S. Smith的Automatic Control Engineering (1942)，H. Bode的Network Analysis and Feedback Amplifier(1945)，L.A. MacColl的Fundamental Theory of Servomechanisms (1945)，以及钱学森的《工程控制论》(Engineering Cybernetics) (1954)22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)。
23(1)苏联L.S. Pontryagin发表“最优过程数学理论”，提出极大值原理(Maximum Principle)(1956)L.S. Pontryagin(2)美国R. Bellman在RAND Coporation数学部的支持下，发表著名的DynamicProgramming，建立最优控制的基础(1957)(3)国际自动控制联合会(IFAC)成立(1957)，中国为发起国之一，第一届学术会议于莫斯科召开(1960)24(4)美国MIT的Servomechanism Laboratory研制出第一台数控机床(1952)25(5)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公司开发成功NC铣床。
26(6)世界第一颗人造地球卫星(Sputnik)由苏联发射成功(1957)1957. Laika. Sputnik 2Sputnik 1 was the first artificial satellite launched into space27Oct. 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 Soviet documentary film.K.S. Pavlovitch(1906-1966),Russian spacecraft designerand header of the Vostok andVoskhod projects.28(7)美国G. 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J. Engelberger创立了第一家机器人公司，Unimation29(8)1968年，日本Kawasaki公司从Unimation买进技术。