PDF《自动控制的故事》

自动控制的故事 hartcomm 注:作者 晨枫 旅居加拿大 据说是老三届的 文章很通俗 涉及自动控制的方方面 面 理论及应用 很通俗 远比教科书清楚 揭开了一些看似神秘的概念 掩盖在复杂数学公式 下的思想 不过如此 以及理论的实践应用 历史由来 真是一篇自动控制科普的雄文.

写完聚乙烯的故事, 就有写自动控制的故事的念头, 但一直没有动笔. 这个题目太大了 , 大得都不知道从何说起.既然大家看聚乙烯的故事还有一点意思,四一在催,马鹿要 一 什么的,那就接着写自动控制的故事吧.反正是故事,别太当真,看着好玩就接着看,看着 枯燥就拍桌子,看着有错就提个醒,看着糊涂的尽管问,看着不耐烦了呢,也言语一声,我 好闭上嘴不再烦人.哈哈.

(一) 小时候喜欢看杂书,没什么东西看,不正在文化大革命嘛?不过看进去了两个 化 :机 械化和自动化.打小就没有弄明白,这机械化和自动化到底有什么差别,机器不是自己就会 动的吗?长大了,总算稍微明白了一点,这机械化是力气活,用机器代替人的体力劳动,但 还是要人管着的,不然机器是不知道该干什么不该干什么的;

这自动化嘛,就是代替人的重 复脑力劳动,是用来管机器的.也就是说,自动化是管着机械化的,或者说学自动化的是管 着学机械的……啊,不对,不对,哪是哪啊! 有人考证古代就有自动化的实例, 但现代意义上的自动控制开始于瓦特的蒸汽机. 据说 纽考门比瓦特先发明蒸汽机,但是蒸汽机的转速控制问题没有解决,弄不好转速飞升,机器 损坏不说, 还可能说大事故. 瓦特在蒸汽机的转轴上安了一个小棍, 棍的一端和放汽阀连着 , 放气阀松开来就关闭,转速增加;

按下去阀就打开,转速降低;

棍的另一端是一个小重锤, 棍中间某个地方通过支点和转轴连接.转轴转起来的时候,小棍由于离心力的缘故挥起来. 转速太高了,小棍挥会挥得很高,放汽阀就被按下去打开,转速下降;

转速太低了,小棍挥 不起来,放汽阀就被松开来关闭,转速回升.这样,蒸汽机可以自动保持稳定的转速,即保 证安全, 又方便使用. 也就是因为这个小小的转速调节器, 瓦特的名字和工业革命连在一起 , 而纽考门的名字就要到历史书里去找了. 类似的例子在机械系统里很多, 家居必备的抽水马 桶是另一个例子.放水冲刷后,水箱里水位降低,浮子随水面下降,进水阀打开.随着水位 的升高,进水阀逐渐关闭,直到水位达到规定高度,进水阀完全关闭,水箱的水正好准备下 一次使用.这是一个非常简单但非常巧妙的水位控制系统,是一个经典的设计,但不容易用 经典的控制理论来分析,不过这是题外话了. 这些机械系统设计巧妙,工作可靠,实在是巧夺天工.但是在实用中,如果每次都需要 这样的创造性思维,那太累,最好有一个系统的方法,可以解决 所有 的自动控制问题,这 就是控制理论的由来. 从小大人就教我们,走路要看路.为什么呢?要是不看着路,走路走歪了也不知道,结 果就是东撞西撞的. 要是看着路呢?走歪了, 马上就看到, 赶紧调整脚步, 走回到正道上来 . 这里有自动控制里的第一个重要概念:反馈(feedback) . 反馈是一个过程:

1、设定目标,对小朋友走路的例子来说,就是前进的路线.

2、测量状态,小朋友的眼睛看着路,就是在测量自己的前进方向.