轮机自动化基础
•自动控制发展概况
• 公元前1400－1100 年，中国、埃及和 巴比伦相继出现自 动计时漏壶，人类 产生了最早期的控 制思想。
• 公元前300年秦昭王时，由李冰父子主持设计修 筑的著名水利工程都江堰，是一种液面控制， 是“系统”观念的杰出体现。
• 公元100年，亚历山大的希罗发明开闭庙 门和分发圣水的自动计时装置。
ST
V2 Q2
H F
V1 Q1
图1-1 液位控制系统示意图
ST
V2 +E
Q2 浮子
电动机 控制器 +E
H F
V1 Q1
图1-2 液位控制闭环系统示意图
ST
§1-2 自动控制的基本方式
3．复合控制
Fig.1-3◎
在一个控制系统中同时采用开环控制和闭环控制。
开环控制——粗调
闭环控制——细调
ST
前馈 装置
土卫六探测器（欧盟，2005年）
“作为技术科学的控制论，对工程技术、
生物和生命现象的研究和经济科学，以及
对社会研究都有深刻的意义，比起相对论
和量子论对社会的作用有过之无不及．我
们可以毫不含糊地说从科学理论的角度来
看，二十世纪上半叶的三大伟绩是相对论、
量子论和控制论，也许可以称它们为三项
科学革命，是人类认识客观世界的三大飞
第一颗人造卫星（苏联，1957年）
第一颗载人飞船（苏联，1961年）
人类首次登上月球（美国，1969年）
首架航天飞机（美国，1981年）
首次冲出太阳系（美国，1989年）
仿人机器人（日本，2001年）
神州五号载人航天成功（中国，2003年）
勇气号、机遇号火星探测器（美国，2004年）
2. 控制器（或称调节器）：根据偏差按一定规律输出控制量， 送至执行机构。它有两个输入，即设定值输入和测量值输 入。偏差=设定值－测量值
3. 3. 执行器（执行机构）：接受控制器送来的控制信号，驱 动调节机构，作用于被控对象。
4. 4. 测量变送器（测量单元）：将被控对象的物理输出量， 即 被控量转换为标准信号输出（也称测量输出），送到调 节器，作为反馈信号。
• 公元1788年，英国人J.Watt用离心式调速 器控制蒸汽机的速度，由此产生了第一次
工业革命。
• 维纳，MIT教授，曾 于1936年到清 二战期间参与火炮控 制研究，提炼出负反 馈概念。 1948年，维纳所 著《控制论》的出版， 标志着这门学科的正 式诞生。
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§1-2 自动控制的基本方式
1. 开环控制系统
Fig.1-1◎
控制系统的输出对系统的控制作用没有影响。
(1)按给定值进行控制
(2)按扰动补偿进行控制
2．闭环控制系统
Fig.1-2◎
控制系统的输出对系统的控制作用有影响，即控制器的输
出作用于控制对象，控制对象的输出（系统的输出）将送 回到控制器，控制器根据偏差进行控制。因此，又称为反 馈控制。
跃。”
——钱学森
船舶自动化发展史
1960年以前，单个装置自动化 60年代至70年代，实现了机舱集中监视、遥控和无人机舱 70年代以后，由于计算机电子设计、制造与应用技术的日 益成熟，应用电子计算机在驾驶、机舱和装货等各方面实 现全盘控制 未来的船舶自动化，用智能化的计算机进行全船智能管理， 其运行可靠，能预先检测故障，确定预防保养和维修，保 证安全、经济地操作。
• 公元132年，中国科学家张衡（公元78~139）发 明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动 仪。
• 公元235年， 中国马钧研 制出用齿轮 传动的自动 指示方向的 指南车(司南 车）
另有发明 击鼓记里
• 公元1637年， 中国明代宋 应星所著 《天工开物》 记载有程序 控制思想的 提花织机结 构图。
• 根据自动控制理论的内容和发展的不 同阶段，控制理论可分为“经典控制 理论”和“现代控制理论”两大部分。 “经典控制理论”的内容是以传递 函数为基础，以频率法和根轨迹法作 为分析和综合系统基本方法，主要研 究单输入，单输出这类控制系统的分 析和设计问题。
• “现代控制理论”是在“经典控制理论” 的基础上，于60年代以后发展起来的。它 的主要内容是以状态空间法为基础，研究 多输入，多输出、时变参数、分布参数、 随机参数、非线性等控制系统的分析和设 计问题。最优控制、最优滤波、系统辨识、 自适应控制等理论都是这一领域重要的研 究课题，近代计算机技术和现代应用数学 的结合，又使现代控制理论在大系统理论 和模仿人类智能活动的人工智能控制等诸 多领域有了重大发展。
控制论的奠基人
美国科学家维纳 （Wiener,N.， 1894~1964）
1954年，我国科学家钱学
森在美国运用控制论思想和 方法，用英文出版《工程控 制论》，首先把控制论推广 到工程技术领域。
“工程控制论是关于工程技术领域各个系统自动控制和 自动调节的理论。维纳博士40年代提示了控制论的基本思 想后，不少工程师和数学博士曾努力寻找通往这座理论顶 峰的道路，但均半途而废。工程师偏重于实践，解决具体 问题，不善于上升到理论高度；数学家则擅长于理论分析 ，却不善于从一般到个别去解决实际问题。钱学森则集中 两者优势于一身，高超地将两只轮子装到一辆战车上，碾 出了工程控制论研究的一条新途径。”
机舱控 制室
主机组全气 遥控系统
§1-1 引言
所谓自动控制，是指在没有人参与的情况下利用控制器 使被控对象（即生产设备或生产过程）自动地按预定的规 律运行。包括参数控制和程序控制 例如： （1）锅炉水位和压力保持在规定的范围或设定值上； （2）船舶的舵角按发出的舵令变化； （3）柴油主机的起动按规定的操作规程进行； （4）分油机的排渣过程按预定的程序进行。
给定 +信号
控制 装置
扰动 补偿
执行 机构
反馈 装置
外部 扰动
控制 被控量 对象
fig.1-3 复合控制系统结构方框图
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§1-3 反馈控制系统的概念
1. 反馈控制系统的组成◎ 2. 反馈控制系统的结构方框图◎ 3. 反馈控制系统的分类◎
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1. 反馈控制系统的组成
Fig.1-5a◎
1. 控制对象：被控制的设备或过程（冷却器）。系统的输出 就是指被控对象的输出（或称被控量）。
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手动控制过程
主 机