经典控制理论阶段深度剖析

正如先有房子，后有建筑学一样。一个闭环的自动控制装置的应用，可以追溯到1788年瓦特（J.Watt）发明的飞锤调速器。然而最终形成完整的自动控制理论体系，是在20世纪40年代末。现在该理论已经成熟，在工程实践中得到了广泛的应用。

反馈在控制系统中的使用有着吸引人的历史。最先使用反馈控制装置的是希腊人在公元前300年使用的浮子控制器。凯特斯比斯（Kitesibbios）在油灯中使用了浮子控制器以保持油面高度稳定。亚历山大时代的赫容（Heron），在公元1世纪时出版了一本叫《浮力学》的书，书中介绍了好几种用浮阀控制液位的方法。

现代欧洲最先发明反馈控制的是荷兰的德勒贝尔（C.Drebbel），它使用了温度反馈控制。

邓尼斯·帕平（Dennis Papin）最先发明了蒸汽阀的压力控制器。帕平的这项发明是一种安全阀，相当于现在的压力安全阀。

最早的在工业中使用的压力反馈控制器是瓦特（J.Watt）用于限制蒸汽机引擎速度的。这种全机械化装置测出转速，利用飞轮来控制进入引擎的蒸汽量。

最早的有历史意义的反馈系统是俄国人制作的控制液位的浮动控制器，据说是波朱诺夫（I.Polzunov）在1765年发明的。(www.xing528.com)

19世纪60年代期间是控制系统高速发展的时期，无论是理论还是实践上都有很多发展。1868年麦克斯韦尔（J.C.Maxwell）基于微分方程描述从理论上给出了它的稳定性条件。1877年劳斯（E.J.Routh），1895年赫尔维茨（A.Hurwitz）分别独立给出了高阶线性系统的稳定性判据；另一方面，1892年，李雅普诺夫（A.M.Lyapunov）给出了非线性系统的稳定性判据。在同一时期，维什哥热斯基（I.A.Vyshnegreskii）也用一种正规的数学理论描述了这种理论。

1922年米罗斯基（N.Minorsky）给出了位置控制系统的分析，并对PID三作用控制给出了控制规律公式。1931年，美国开始出售带有线性放大器和I（积分）作用的气动控制器。1934年，哈仁（H.L.Hazen）给出了伺服机构的理论研究成果。1942年，齐格勒（J.G.Zigler）和尼科尔斯（N.B.Nichols）又给出了PID控制器的最优参数整定法。上述方法基本上是时域方法。另一方面，针对美国长距离电话线路负反馈放大器应用中出现的失真等问题，1932年奈奎斯特（Nyquist）提出了负反馈系统的频率域稳定性判据，这种方法只需利用频率响应的实验数据，不用导出和求解微分方程。1940年，波德（H.Bode）进一步研究通信系统频域方法，提出了频域响应的对数坐标图描述方法。1943年，哈尔（A.C.Hall）利用传递函数（复数域模型）和方框图，把通信工程的频域响应方法和机械工程的时域方法统一起来，人们称此方法为复域方法。频域分析法主要用于描述反馈放大器的带宽和其他频域指标。

在二战时期使用和发展自动控制系统的主要动力就是设计和发展自动导航系统、自动瞄准系统、自动雷达探测系统和其他在自动控制系统基础上发展的军事系统。这些控制系统的高性能要求和复杂性使所能得到的控制装备和对控制系统的期望及新方法与手段得到了飞速发展。对高性能武器的要求还促进了对非线性系统，采样数据系统以及随机控制系统的研究。

第二次世界大战结束时，经典控制技术和理论基本建立。1948年伊万斯（W.Evans）又进一步提出了属于经典方法的根轨迹设计法，它给出了系统参数变换与时域性能变化之间的关系。至此，复数域与频率域的方法进一步完善。

复数域方法以传递函数作为系统数学模型，常利用图表进行分析设计，比求解微分方程简便。它可通过试验方法建立数学模型，且物理概念清晰，因而至今仍得到广泛的工程应用。但它只适应单变量线性定常系统，又对系统内部状态缺少了解，且复数域方法研究时域特性，得不到精确的结果，这是其缺点。