自動化技術(shù)史目錄

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引言

自動裝置的出現(xiàn)和應用（18世紀以前）

古代自動裝置

近代自動裝置

自動化技術(shù)形成時期（18世紀末～20世紀30年代）

自動調(diào)節(jié)器的廣泛應用

自動調(diào)節(jié)器的穩(wěn)定性問題

反饋控制和頻率法

程序控制和自動機

經(jīng)典控制理論的誕生

局部自動化時期（20世紀40～50年代）

經(jīng)典控制理論的形成和發(fā)展

局部自動化的廣泛應用

電子數(shù)字計算機的發(fā)明

綜合自動化時期（20世紀50年代末起至今）

現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展

系統(tǒng)辨識、建模與仿真

自適應控制和自校正調(diào)節(jié)器

遙測、遙控和遙感

綜合自動化

大系統(tǒng)理論的誕生

人工智能和模式識別

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自古以來，人類就有創(chuàng)造自動裝置以減輕或代替人勞動的想法。自動化技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展經(jīng)歷了漫長的歷史過程。古代中國的銅壺滴漏（簡稱漏壺）、指南車以及17世紀歐洲出現(xiàn)的鐘表和風磨控制裝置，雖然都是毫無聯(lián)系的發(fā)明，但對自動化技術(shù)的形成卻起到了先導作用。

自動化技術(shù)的發(fā)展歷史，大致可以劃分為自動化技術(shù)形成、局部自動化和綜合自動化三個時期。

社會的需要是自動化技術(shù)發(fā)展的動力。自動化技術(shù)是緊密圍繞著生產(chǎn)、軍事設備的控制以及航空航天工業(yè)的需要而形成和發(fā)展起來的。1788年，J.瓦特為了解決工業(yè)生產(chǎn)中提出的蒸汽機的速度控制問題，把離心式調(diào)速器與蒸汽機的閥門連接起來，構(gòu)成蒸汽機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使蒸汽機變?yōu)榧劝踩謱嵱玫膭恿ρb置。瓦特的這項發(fā)明開創(chuàng)了自動調(diào)節(jié)裝置的研究和應用。在解決隨之出現(xiàn)的自動調(diào)節(jié)裝置的穩(wěn)定性的過程中，數(shù)學家提出了判定系統(tǒng)穩(wěn)定性的判據(jù)，積累了設計和使用自動調(diào)節(jié)器的經(jīng)驗。

20世紀40年代是自動化技術(shù)和理論形成的關(guān)鍵時期，一批科學家為了解決軍事上提出的火炮控制、魚雷導航、飛機導航等技術(shù)問題，逐步形成了以分析和設計單變量控制系統(tǒng)為主要內(nèi)容的經(jīng)典控制理論與方法。機械、電氣和電子技術(shù)的發(fā)展為生產(chǎn)自動化提供了技術(shù)手段。1946年，美國福特公司的機械工程師D.S.哈德首先提出用自動化一詞來描述生產(chǎn)過程的自動操作。1947年建立第一個生產(chǎn)自動化研究部門。1952年J.迪博爾德第一本以自動化命名的《自動化》一書出版,他認為“自動化是分析、組織和控制生產(chǎn)過程的手段“。實際上,自動化是將自動控制用于生產(chǎn)過程的結(jié)果。50年代以后，自動控制作為提高生產(chǎn)率的一種重要手段開始推廣應用。它在機械制造中的應用形成了機械制造自動化；在石油、化工、冶金等連續(xù)生產(chǎn)過程中應用，對大規(guī)模的生產(chǎn)設備進行控制和管理，形成了過程自動化。電子計算機的推廣和應用，使自動控制與信息處理相結(jié)合，出現(xiàn)了業(yè)務管理自動化。

50年代末到60年代初，大量的工程實踐，尤其是航天技術(shù)的發(fā)展，涉及大量的多輸入多輸出系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題，用經(jīng)典的控制理論已難于解決，于是產(chǎn)生了以極大值原理、動態(tài)規(guī)劃和狀態(tài)空間法等為核心的現(xiàn)代控制理論。現(xiàn)代控制理論提供了滿足發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星的控制手段，保證了其后的若干空間計劃（如導彈的制導、航天器的控制）的實施?？刂乒ぷ髡邚倪^去那種只依據(jù)傳遞函數(shù)來考慮控制系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系，過渡到用狀態(tài)空間法來考慮系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是控制工作者對控制系統(tǒng)規(guī)律認識的一個飛躍。

60年代中期以后，現(xiàn)代控制理論在自動化中的應用，特別是在航空航天領(lǐng)域的應用。產(chǎn)生一些新的控制方法和結(jié)構(gòu),如自適應和隨機控制、系統(tǒng)辨識、微分對策、分布參數(shù)系統(tǒng)等。與此同時，模式識別和人工智能也發(fā)展起來，出現(xiàn)了智能機器人和專家系統(tǒng)?，F(xiàn)代控制理論和電子計算機在工業(yè)生產(chǎn)中的應用，使生產(chǎn)過程控制和管理向綜合最優(yōu)化發(fā)展。

70年代中期，自動化的應用開始面向大規(guī)模、復雜的系統(tǒng)，如大型電力系統(tǒng)、交通運輸系統(tǒng)、鋼鐵聯(lián)合企業(yè)、國民經(jīng)濟系統(tǒng)等，它不僅要求對現(xiàn)有系統(tǒng)進行最優(yōu)控制和管理，而且還要對未來系統(tǒng)進行最優(yōu)籌劃和設計，運用現(xiàn)代控制理論方法已不能取得應有的成效，于是出現(xiàn)了大系統(tǒng)理論與方法。80年代初，隨著計算機網(wǎng)絡的迅速發(fā)展，管理自動化取得較大進步，出現(xiàn)了管理信息系統(tǒng)、辦公自動化、決策支持系統(tǒng)。與此同時，人類開始綜合利用傳感技術(shù)、通信技術(shù)、計算機、系統(tǒng)控制和人工智能等新技術(shù)和新方法來解決所面臨的工廠自動化、辦公自動化、醫(yī)療自動化、農(nóng)業(yè)自動化以及各種復雜的社會經(jīng)濟問題。研制出柔性制造系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、智能機器人和專家系統(tǒng)等高級自動化系統(tǒng)。

自動化技術(shù)的發(fā)展歷史是一部人類以自己的聰明才智延伸和擴展器官功能的歷史，自動化是現(xiàn)代科學技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的結(jié)晶，它的發(fā)展充分體現(xiàn)了科學技術(shù)的綜合作用。

自動裝置的出現(xiàn)和應用

（18世紀以前）

古代人類在長期生產(chǎn)和生活中，為了減輕自己的勞動，逐漸產(chǎn)生利用自然界動力代替人力畜力，以及用自動裝置代替人的部分繁難的腦力活動的愿望，經(jīng)過漫長歲月的探索，他們互不相關(guān)地造出一些原始的自動裝置。

古代自動裝置公元前14～前11世紀，中國、埃及和巴比倫出現(xiàn)了自動計時裝置──漏壺，為人類研制和使用自動裝置之始。中國的漏壺最初使用泄水型漏壺,后來采用受水型漏壺，經(jīng)過不斷改進，又發(fā)展成三級漏壺。1135年，中國的燕肅在一種名叫蓮化漏的三級漏壺中采用了自動裝置調(diào)節(jié)液位。在中國的三國時期，使用了自動指向的指南車，據(jù)分析這是利用開環(huán)或閉環(huán)原理制成的自動裝置。

公元 1世紀古埃及和希臘的發(fā)明家也創(chuàng)造了一些機器人或機器動物來適應當時宗教活動的需要。如教堂廟門自動開啟、銅祭司自動灑圣水、投幣式圣水箱和教堂門口自動鳴叫的青銅小鳥等自動裝置。

中國天文學家張衡（公元 78～139）曾經(jīng)發(fā)明了對天體運行情況自動仿真的漏水轉(zhuǎn)渾天儀和自動檢測地震征兆的候風地動儀。1086～1092年中國蘇頌等人把渾儀（天文觀測儀器）、渾象（天文表演儀器）和自動計時裝置結(jié)合在一起建成了水運儀象臺。

近代自動裝置17世紀以來，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，在歐洲的一些國家相繼出現(xiàn)了多種自動裝置，其中比較典型的有：法國物理學家B.帕斯卡在1642年發(fā)明能自動進位的加法器;荷蘭機械師C.惠更斯于1657年發(fā)明鐘表,提出鐘擺理論,利用錐形擺作調(diào)速器;英國機械師E.李1745年發(fā)明帶有風向控制的風磨，利用尾翼來使主翼對準風向；俄國機械師И.И.波爾祖諾夫1765年發(fā)明浮子閥門式水位調(diào)節(jié)器，用于蒸汽鍋爐水位的自動控制。

自動化技術(shù)形成時期 （18世紀末～20世紀30年代）

1788年英國機械師J.瓦特發(fā)明離心式調(diào)速器（又稱飛球調(diào)速器），并把它與蒸汽機的閥門連接起來，構(gòu)成蒸汽機轉(zhuǎn)速的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)（見圖）。瓦特的這項發(fā)明開創(chuàng)了近代自動調(diào)節(jié)裝置應用的新紀元，對第一次工業(yè)革命及后來控制理論的發(fā)展有重要影響。

自動調(diào)節(jié)器的廣泛應用在這一時期中，由于第一次工業(yè)革命的需要，人們開始采用自動調(diào)節(jié)裝置，來對付工業(yè)生產(chǎn)中提出的控制問題。這些調(diào)節(jié)器都是一些跟蹤給定值的裝置，使一些物理量保持在給定值附近。自動調(diào)節(jié)器應用標志著自動化技術(shù)進入新的歷史時期。

1854年俄國機械學家和電工學家К．И．康斯坦丁諾夫發(fā)明電磁調(diào)速器。1868年法國工程師J.法爾科發(fā)明反饋調(diào)節(jié)器，并把它與蒸汽閥連接起來，操縱蒸汽船的舵。他把這種自動控制的氣動船舵稱為伺服機構(gòu)。到了20世紀20～30年代,美國開始采用 PID調(diào)節(jié)器。PID調(diào)節(jié)器是一種模擬式調(diào)節(jié)器，現(xiàn)在還有許多工廠采用這種調(diào)節(jié)器。

自動調(diào)節(jié)器的穩(wěn)定性問題由于瓦特發(fā)明的離心式調(diào)速器有時會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使蒸汽機產(chǎn)生劇烈的振蕩。到了19世紀又發(fā)現(xiàn)船舶上自動操舵機的穩(wěn)定性問題。這就迫使一些數(shù)學家用微分方程來描述和分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。1868年英國物理學家J.C.麥克斯韋發(fā)表《論調(diào)速器》的文章,總結(jié)了無靜差調(diào)速器的理論。1876年俄國機械學家И．А．維什涅格拉茨基在法國科學院院報上發(fā)表《論調(diào)節(jié)器的一般理論》的文章，進一步總結(jié)了調(diào)節(jié)器的理論。維什涅格拉茨基用攝動理論使調(diào)節(jié)問題大為簡化。他用線性微分方程來描述整個系統(tǒng)（調(diào)節(jié)器與被調(diào)對象組成的系統(tǒng)），把問題變成只要研究齊次方程的通解所決定的運動情況，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性僅決定于兩個參量。由此推得系統(tǒng)的穩(wěn)定條件，把參量平面劃分成穩(wěn)定域和不穩(wěn)定域(后稱維什涅格拉茨基圖)。1877年英國數(shù)學家E.J.勞思提出代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)，即著名的勞思穩(wěn)定判據(jù)。1895年德國數(shù)學家A.胡爾維茨提出代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)的另一種形式，即著名的胡爾維茨穩(wěn)定判據(jù)。勞思－胡爾維茨穩(wěn)定判據(jù)是當時能事先判定調(diào)節(jié)器穩(wěn)定性的重要判據(jù)。1892年俄國數(shù)學家А.М.李雅普諾夫發(fā)表《論運動穩(wěn)定性的一般問題》的專著，從數(shù)學方面給運動穩(wěn)定性的概念下了嚴格的定義，并研究出解決穩(wěn)定性問題的兩種方法。李雅普諾夫第一法又稱一次近似法,明確了用線性微分方程分析穩(wěn)定性的確切適用范圍。李雅普諾夫第二法又稱直接法，不僅可以用來研究無窮小偏移時的穩(wěn)定性（小范圍內(nèi)的穩(wěn)定性），而且可以用來研究一定限度偏移下的穩(wěn)定性(大范圍內(nèi)的穩(wěn)定性)。李雅普諾夫穩(wěn)定性理論至今仍是分析系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要方法。

反饋控制和頻率法進入20世紀以后，工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用各種自動調(diào)節(jié)裝置，促進了對調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行分析和綜合的研究工作。這一時期雖然在自動調(diào)節(jié)器中已廣泛應用反饋控制的結(jié)構(gòu)，但從理論上研究反饋控制的原理則是從20世紀20年代開始的。1927年美國貝爾電話實驗室的電氣工程師H.S.布萊克在解決電子管放大器失真問題時首先引入反饋的概念。

1925年英國電氣工程師O.亥維賽把拉普拉斯變換應用到求解電網(wǎng)絡的問題上，提出了運算微積。不久拉普拉斯變換就被應用到分析自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的問題上，并取得了顯著成效。傳遞函數(shù)就是在拉普拉斯變換的基礎(chǔ)上引入的描述線性定常系統(tǒng)或線性元件的輸入輸出關(guān)系的函數(shù)，是分析自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要工具。在傳遞函數(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的頻率響應的方法即頻率法已成為經(jīng)典控制理論中分析和綜合自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要方法。1932年美國電信工程師H.奈奎斯特提出著名的奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)，可以直接根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來判定反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1938年蘇聯(lián)電氣工程師A.B.米哈伊洛夫應用頻率法來研究自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提出著名的米哈伊洛夫穩(wěn)定判據(jù)。

程序控制和自動機1833年英國數(shù)學家C.巴貝奇在設計分析機時首先提出程序控制的原理。他想用法國發(fā)明家J.M.雅卡爾設計的編織地毯花樣用的穿孔卡方法來實現(xiàn)分析機的程序控制。1936年英國數(shù)學家A.M.圖靈提出著名的圖靈機，用來定義可計算函數(shù)類，建立了算法理論和自動機理論。1938年美國電氣工程師C.E.香農(nóng)和日本數(shù)學家中島，以及1941年蘇聯(lián)科學家В．И．舍斯塔科夫，分別獨立地建立了邏輯自動機理論，用僅有兩種工作狀態(tài)的繼電器組成了邏輯自動機，實現(xiàn)了邏輯控制。

經(jīng)典控制理論的誕生 1922年 N.米諾爾斯基發(fā)表《關(guān)于船舶自動操舵的穩(wěn)定性》，1934年美國科學家H.L.黑曾發(fā)表《關(guān)于伺服機構(gòu)理論》,1934年蘇聯(lián)科學家И．Н．沃茲涅先斯基提出《自動調(diào)節(jié)理論》，1938年蘇聯(lián)電氣工程師A.B.米哈伊洛夫提出《頻率法》。這些論文標志著經(jīng)典控制理論的誕生。1939年蘇聯(lián)科學院成立自動學和遠動學研究所（1969年改名為控制問題研究所）。同年美國麻省理工學院建立伺服機構(gòu)實驗室。這是世界上第一批系統(tǒng)與控制的專業(yè)研究機構(gòu)，為20世紀40年代形成經(jīng)典控制理論和發(fā)展局部自動化作了理論上和組織上的準備。

局部自動化時期

（20世紀40～50年代）

第二次世界大戰(zhàn)時期形成的經(jīng)典控制理論對戰(zhàn)后發(fā)展局部自動化起了重要的促進作用。在第二次世界大戰(zhàn)期間,德國的空軍優(yōu)勢和英國的防御地位,迫使美國、英國和西歐各國科學家集中精力解決了防空火力控制系統(tǒng)和飛機自動導航系統(tǒng)等軍事技術(shù)問題。在解決這些問題的過程中形成了經(jīng)典控制理論，設計出各種精密的自動調(diào)節(jié)裝置，開創(chuàng)了系統(tǒng)和控制這一新的科學領(lǐng)域。

經(jīng)典控制理論的形成和發(fā)展這一新的學科當時在美國稱為伺服機構(gòu)理論，在蘇聯(lián)稱為自動調(diào)整理論，主要是解決單變量的控制問題。經(jīng)典控制理論這個名稱是1960年在第一屆全美聯(lián)合自動控制會議上提出來的。在這次會議上把系統(tǒng)與控制領(lǐng)域中研究單變量控制問題的學科稱為經(jīng)典控制理論，研究多變量控制問題的學科稱為現(xiàn)代控制理論。當時在分析和設計反饋伺服系統(tǒng)時廣泛采用傳遞函數(shù)和頻率響應的概念。最常用的方法是奈奎斯特法(1932)、波德法(1945)和埃文斯法(1948)。埃文斯法又稱根軌跡法，是美國電信工程師W.R.埃文斯于1948年提出來的。在20世紀30～40年代為適應單變量調(diào)節(jié)和隨動系統(tǒng)的設計而發(fā)展起來的頻率法奠定了經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)，后來頻率法成為分析和設計線性自動控制系統(tǒng)的主要方法。這種方法不僅能定性地判明設計方向，而且它本身就是近似計算的簡便工具。因此，對于在很大程度上仍然需要依靠經(jīng)驗和嘗試的控制系統(tǒng)的工程設計問題來說，這種方法是特別有效和特別受歡迎的。

1945年后由于戰(zhàn)時出版禁令的解除，出現(xiàn)了系統(tǒng)闡述經(jīng)典控制理論的著作。1945年美國電信工程師H.W.波德發(fā)表專著《網(wǎng)絡分析和反饋放大器設計》。同年，美國電信工程師L.A.麥科爾發(fā)表第一本關(guān)于經(jīng)典控制理論的專著《伺服機構(gòu)的基本理論》。1947年美國麻省理工學院的物理學家H.M.詹姆斯、電信工程師N.B.尼科爾斯和數(shù)學家R.S.菲利普斯三人合著的第一本經(jīng)典控制理論的教材《伺服機構(gòu)理論》正式出版。從20世紀40年代末開始在美國和西歐的一些大學里給工科專業(yè)的大學生和研究生開設伺服機構(gòu)理論的課程，在蘇聯(lián)的工業(yè)大學里則開設自動調(diào)節(jié)理論的課程。到了50年代在一些大學的電氣工程系里設有自動化方面的專業(yè)，專門培養(yǎng)系統(tǒng)與控制方面的人才。

1945年美國數(shù)學家N.維納把反饋的概念推廣到一切控制系統(tǒng)。1946年由美國生理學家W.S.麥卡洛克倡議在紐約召開關(guān)于反饋作用的跨學科科學討論會。1948年維納發(fā)表<控制論>一書,為控制論奠定了基礎(chǔ)。同年,美國電信工程師C.E.香農(nóng)發(fā)表<通信的數(shù)學理論>，為信息論奠定了基礎(chǔ)。維納和香農(nóng)從控制和信息這兩個側(cè)面來研究系統(tǒng)的運動，維納還從信息的觀點來研究反饋控制的本質(zhì)。從此人們對反饋和信息有了較深刻的理解。1954年中國系統(tǒng)科學家錢學森全面地總結(jié)了經(jīng)典控制理論，并進一步把它提高到更高的理論高度上,在美國出版<工程控制論>一書。工程控制論的目的是研究控制論這門科學中能夠直接用在工程上設計受控系統(tǒng)的那些部分。工程控制論使我們有可能有更廣闊的眼界用更系統(tǒng)的方法來觀察有關(guān)的問題，因而往往可以得到解決舊問題的更有效的新方法，還可能揭示新的以前沒有看到過的前景。

50年代以后,經(jīng)典控制理論有了許多新的發(fā)展。1951年蘇聯(lián)科學家Я．З．齊普金提出了脈沖系統(tǒng)（一種離散時間系統(tǒng)）的分析和設計方法。1952年美國哥倫比亞大學教授J.R.拉加齊尼領(lǐng)導的一個小組詳細研究了采樣系統(tǒng)（一種離散時間系統(tǒng)）的分析和設計方法。與此同時，一些歷史上早已提出的問題又得到了新的研究。如1938年C.E.香農(nóng)等人提出的邏輯控制，1943年И．Н．沃茲涅先斯基提出的協(xié)調(diào)控制，1941年蘇聯(lián)數(shù)學家A.H.柯爾莫戈羅夫和美國數(shù)學家N.維納分別獨立研究出來的最優(yōu)線性濾波器，1951年美籍中國科學家李耀滋等人提出的自尋最優(yōu)控制,1952年美籍匈牙利數(shù)學家J.von諾伊曼提出的冗余技術(shù)，以及1952年英國精神病醫(yī)生W.R.阿什比提出的自鎮(zhèn)定和自適應等概念，逐漸滲入到控制理論的研究中來。高速飛行、核反應堆、大電力網(wǎng)和大化工廠提出的新的控制問題，促使一些科學家對非線性系統(tǒng)、繼電系統(tǒng)、時滯系統(tǒng)、時變系統(tǒng)、分布參數(shù)系統(tǒng)和有隨機輸入的系統(tǒng)的控制問題進行了深入的研究。經(jīng)典控制理論的方法基本上能滿足第二次世界大戰(zhàn)中軍事技術(shù)上的需要和戰(zhàn)后工業(yè)發(fā)展上的需要。但是到了50年代末就發(fā)現(xiàn)把經(jīng)典控制理論的方法推廣到多變量系統(tǒng)時會得出錯誤的結(jié)論。經(jīng)典控制理論的方法有其局限性。

局部自動化的廣泛應用戰(zhàn)后在工業(yè)控制上已廣泛應用PID調(diào)節(jié)器,并用模擬電子計算機來研究和實現(xiàn)這種調(diào)節(jié)器的功能。與此同時，工業(yè)控制中開始應用由繼電器構(gòu)成的邏輯控制器,出現(xiàn)了程序控制。局部自動化(即單個過程或單個機器的自動化)得到了迅速的發(fā)展。在工廠中可以看到各種各樣的自動調(diào)節(jié)裝置或自動控制裝置。這種裝置一般都可以分裝兩個機柜。一個機柜裝各種PID調(diào)節(jié)器，另一個機柜則裝許多繼電器和接觸器，作起動、停止、聯(lián)鎖和保護之用。當時大部分PID調(diào)節(jié)器是電動的或機電的，也有氣動的和液壓的（直到1958年才引入第一代電子控制系統(tǒng)）,因而在結(jié)構(gòu)上顯得相當復雜,控制速度和控制精度都有一定的局限性，可靠性也不是很理想的。現(xiàn)在在許多工廠中還可以看到這種模擬式調(diào)節(jié)器。

生產(chǎn)自動化的發(fā)展促進了自動化儀表的進步，出現(xiàn)了測量生產(chǎn)過程的溫度、壓力、流量、物位、機械量等參數(shù)的測量儀表。最初的儀表大多屬于機械式的測量儀表，一般只作為主機的附屬部件被采用，結(jié)構(gòu)簡單，功能單一。20世紀30年代末至40年代初，出現(xiàn)了氣動儀表，統(tǒng)一了壓力信號，研制出氣動單元組合儀表。50年代出現(xiàn)了電動式的動圈式毫伏計、電子電位差計和電子測量儀表，電動式和電子式的單元組合式儀表。

電子數(shù)字計算機的發(fā)明20世紀40年代中發(fā)明的電子數(shù)字計算機開創(chuàng)了數(shù)字程序控制的新紀元，雖然當時還局限于自動計算方面，但為60～70年代自動化技術(shù)的飛速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 1925年美國麻省理工學院的 V.布什領(lǐng)導的一個研究小組設計制造第一臺大型模擬計算機──微分分析器，可以用來解常微分方程。第一代樣機是純機械式的。第二代樣機是機電式的，于1942年完成，在第二次世界大戰(zhàn)期間被廣泛用于計算炮擊表。布什的微分分析器開創(chuàng)了機器計算的新時代。1939～1944年間美國哈佛大學的物理學家H.艾肯在美國商業(yè)機器公司 (IBM)的支持下用普通的電話繼電器研制成功世界上第一臺程序控制的通用數(shù)字計算機，稱為自動順序控制計算器“馬克Ⅰ“。這臺機電式的通用數(shù)字計算機于1944年在哈佛投入運行，可以自動按照程序員編制的一系列指令進行運算。指令由穿孔紙帶送入計算機，在執(zhí)行指令時參加運算的數(shù)放在寄存器內(nèi)。“馬克Ⅰ“開創(chuàng)了程序控制的新紀元。1943～1946年美國賓夕法尼亞大學莫爾電工學院的電氣工程師J.P.埃克脫和物理學家J.W.莫奇利為美國陸軍軍械部研制世界上第一臺電子數(shù)字計算機──電子數(shù)字積分和自動計算器(ENIAC)。ENIAC于1945年11月制成，1946年2月正式公開表演。它用了18000個電子管,重30噸,占地1500平方英尺。裝在美國馬里蘭州亞伯丁武器試驗場的彈道實驗室。參加ENIAC研究工作的普林斯頓高級研究所的美籍匈牙利數(shù)學家 J.von諾伊曼和賓夕法尼亞大學的戈德斯坦合寫過一份總結(jié)報告，標題是《關(guān)于電子計算機的邏輯設計的初步討論》，在這份報告中提出了存儲程序的設想。這份報告于1946年6月28日由美國陸軍軍械部出版。1950年賓夕法尼亞大學莫爾小組研制成功第二臺存儲程序式電子數(shù)字計算機──離散變量電子自動計算機 (EDVAC)。這臺計算機也裝備在亞伯丁武器試驗場的彈道實驗室。ENIAC和EDVAC的制造成功，開創(chuàng)了電子數(shù)字程序控制的新紀元。電子數(shù)字計算機的發(fā)明為60～70年代在控制系統(tǒng)中廣泛應用程序控制和邏輯控制以及廣泛應用電子數(shù)字計算機直接控制生產(chǎn)過程奠定了基礎(chǔ)。

綜合自動化時期

（20世紀50年代末起至今）

20世紀50年代末空間技術(shù)迅速發(fā)展，迫切需要解決多變量系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題。許多學者試圖把經(jīng)典控制理論推廣到多變量系統(tǒng)的控制，都遭到了失敗。需要尋求新的理論和方法，于是誕生了現(xiàn)代控制理論。現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展為綜合自動化奠定了理論基礎(chǔ)。在這一時期，微電子技術(shù)有了新的突破。1958年出現(xiàn)晶體管計算機，1965年出現(xiàn)集成電路計算機，1971年出現(xiàn)單片微處理機。微處理機的出現(xiàn)對控制技術(shù)產(chǎn)生了重大影響，控制工程師可以很方便地利用微處理機來實現(xiàn)各種復雜的控制，使綜合自動化成為現(xiàn)實。

1957年 9月12日國際自動控制聯(lián)合會（IFAC）在巴黎召開成立大會。有18個國家的代表團出席了這次大會。中國是發(fā)起國之一。會上通過了大會的章程和細則，選舉美國自動控制專家H.切斯特納為IFAC第一屆主席。從1960年起每三年召開一次國際自動控制學術(shù)大會，并出版《自動學》、《IFAC通訊》等期刊，IFAC的成立標志著自動控制這一學科已經(jīng)成熟，通過國際合作來推動系統(tǒng)和控制領(lǐng)域的新發(fā)展。

現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展1956年蘇聯(lián)數(shù)學家Л.С.龐特里亞金提出極大值原理。同年，美國數(shù)學家R.貝爾曼創(chuàng)立動態(tài)規(guī)劃。極大值原理和動態(tài)規(guī)劃為最優(yōu)控制提供了理論工具。動態(tài)規(guī)劃還包含了決策最優(yōu)化的基本原理，并發(fā)現(xiàn)了維數(shù)災難問題。1959年美國數(shù)學家R.E.卡爾曼提出著名的卡爾曼濾波器?？柭鼮V波器是一種遞推濾波器，可直接從信號模型出發(fā)，用遞推的方法求最優(yōu)線性濾波器的結(jié)構(gòu)和最優(yōu)增益，得到動態(tài)跟綜系統(tǒng)?？柭鼮V波器適合于用電子計算機來實現(xiàn)，可用來解決隨機最優(yōu)控制問題。1960年卡爾曼提出能控性和能觀測性兩個結(jié)構(gòu)概念，揭示了線性系統(tǒng)許多屬性間的內(nèi)在聯(lián)系。卡爾曼還引入狀態(tài)空間法，提出具有二次型性能指標的線性狀態(tài)反饋律，給出最優(yōu)調(diào)節(jié)器的概念。這些新概念和新方法的出現(xiàn)標志著現(xiàn)代控制理論的誕生。控制的主要目標是解決多變量系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題，它主要是建立在狀態(tài)空間法（時域法）的基礎(chǔ)上。在1960年召開的第一屆全美聯(lián)合自動控制會議上確認了現(xiàn)代控制理論這一學科。

20世紀60～70年代，現(xiàn)代控制理論得到很大的發(fā)展，確立了許多與狀態(tài)空間相聯(lián)系的新概念，并引入許多新的數(shù)學方法，形成各種新的學派。60年代時域法在空間技術(shù)上獲得卓有成效的應用，但用到工業(yè)過程控制上卻遇到了障礙。其主要原因是難以得到受控對象的精確的數(shù)學模型，性能指標不能以明確的形式表達出來，直接采用最優(yōu)控制和最優(yōu)濾波的綜合方法所得到的控制器往往結(jié)構(gòu)過于復雜，甚至無法實現(xiàn)。于是恢復了對頻域法的興趣。60年代中期卡爾曼就提出用頻域法描述最優(yōu)控制問題。1969年英國曼徹斯特大學教授H.H.羅森布羅克發(fā)表著名論文《用逆奈奎斯特陣列法設計多變量控制系統(tǒng)》，開創(chuàng)了現(xiàn)代頻域法的新紀元。逆奈奎斯特陣列法(INA)的基本思想是:先在受控對象前面或后面加一個預補償器，來削弱各回路間的關(guān)聯(lián)作用，使系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)矩陣成為對角優(yōu)勢矩陣，因而系統(tǒng)的設計可簡化為若干單回路系統(tǒng)的補償設計問題。1973年英國曼徹斯特大學教授D.Q.梅恩根據(jù)羅森布羅克的設計思想，結(jié)合波德的回差概念,提出序列回差法(SRD)。序列回差設計方法的特點是順序地每次閉合一個回路，用經(jīng)典頻域法計算反饋對整個閉環(huán)傳遞函數(shù)的影響,根據(jù)回差概念,順序迭代進行，逐步完成整個系統(tǒng)的設計。它不要求加預補償器，進行對角優(yōu)勢處理，因而簡便直觀。1973年英國學者D.H.歐文斯把經(jīng)典控制理論和狀態(tài)空間法結(jié)合起來提出并矢展開法，并用這種方法成功地分析了核反應堆模型。并矢展開法是用控制器直接補償受控對象的特征傳遞函數(shù),因而控制器結(jié)構(gòu)簡單,易于實現(xiàn)。但此法有一定的局限性。1975年英國曼徹斯特大學教授A.G.J.麥克法蘭把經(jīng)典控制理論中的波德－奈奎斯特法和狀態(tài)空間法結(jié)合起來提出特征軌跡法。這種方法是通過變換求出特征傳遞函數(shù)和特征方向，用經(jīng)典控制理論中的奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)，由開環(huán)的特征軌跡判定閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和整體特性，由特征方向判定系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)程度。因此這是一種比較完整的分析設計法,也是一種試湊法,設計者的經(jīng)驗非常重要?，F(xiàn)代頻域法已成功地用于石油、化工、造紙、原子反應堆、飛機發(fā)動機和自動駕駛儀等設備中多變量系統(tǒng)的分析和設計上，取得了令人滿意的結(jié)果。在控制系統(tǒng)計算機輔助設計程序包中現(xiàn)代頻域法也占有重要地位。

現(xiàn)代控制理論的迅速發(fā)展，使控制理論與數(shù)學緊密地聯(lián)系在一起，成為應用數(shù)學的一個分支。1969年卡爾曼等人用模論創(chuàng)立了代數(shù)系統(tǒng)理論。1974年加拿大數(shù)學家W.M.旺納姆引入不變子空間的概念，創(chuàng)立了幾何系統(tǒng)理論。赫爾斯特朗等人提出的量子力學系統(tǒng)理論則具有完全不同的形式，很可能應用到激光那樣的系統(tǒng)中。現(xiàn)代控制理論變得相當復雜,使它的應用一度受到限制。因而從60年代末到70年代初開始出現(xiàn)控制系統(tǒng)計算機輔助設計(CADCS)?？刂乒こ處熆梢岳肅ADCS軟件包借助于電子計算機在短時間內(nèi)設計出優(yōu)良的控制系統(tǒng)。

系統(tǒng)辨識、建模與仿真現(xiàn)代控制理論中最優(yōu)控制器的設計、觀察器的設計和零極點配置等都是在已知系統(tǒng)的動態(tài)方程或狀態(tài)方程的前提下進行的。這些系統(tǒng)綜合方法往往選擇一種使用方便的描述形式，而不考慮如何獲得這些數(shù)學模型。在實際應用中系統(tǒng)的模型往往是未知的。對于復雜系統(tǒng)用已知的物理規(guī)律來建立模型常常遇到難以克服的困難。于是根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)來建立數(shù)學模型的方法便發(fā)展起來，逐步形成了系統(tǒng)辨識的理論和方法。1962年美國數(shù)學家L.A.扎德首先提出系統(tǒng)辨識的概念，把系統(tǒng)辨識定義為在輸入輸出的基礎(chǔ)上從一類系統(tǒng)中確定一個與所測系統(tǒng)等價的系統(tǒng)。1967年瑞典自動控制專家K.J.阿斯特勒姆提出最小二乘辨識，解決了線性定常系統(tǒng)參數(shù)估計問題和定階方法，證明了白噪聲下線性二乘估計的一致性。1971年阿斯特勒姆和P.艾克霍夫發(fā)表系統(tǒng)辨識綜述的文章，提出著名的論斷：“多變量系統(tǒng)的本質(zhì)困難是找出系統(tǒng)的一個適當表示形式，一旦確定了這種表示形式，辨識方法方面與單變量系統(tǒng)相比并沒有多大困難。”把系統(tǒng)辨識歸結(jié)為用一個系統(tǒng)模型來表示客觀系統(tǒng)（或要構(gòu)造的系統(tǒng)）本質(zhì)特征的演算，并用這個模型把對客觀系統(tǒng)的理解表示為有用的形式。1978年瑞典自動控制專家L.楊把系統(tǒng)辨識重新定義為按照一個準則在模型類中選擇一個與數(shù)據(jù)擬合得最好的模型。1967年在捷克斯洛伐克首都布拉格召開第一屆IFAC系統(tǒng)辨識學術(shù)討論會,此后每三年召開一次,促進了系統(tǒng)辨識的迅速發(fā)展。系統(tǒng)辨識的應用也日益廣泛。在工程技術(shù)界主要用來建立動態(tài)模型，以便進行各種控制；在生物醫(yī)學界主要是用數(shù)據(jù)建立模型來了解系統(tǒng)的機理，從外部可測數(shù)據(jù)來探測內(nèi)部生理參數(shù)的變化；在社會經(jīng)濟界主要用來建立預測模型，對未來的發(fā)展作出合理的推測。

在分析、綜合和設計自動控制系統(tǒng)的過程中除了應用理論進行計算以外，常常要對系統(tǒng)的特性進行實驗研究。顯然，在系統(tǒng)未建立前是不可能對系統(tǒng)進行試驗的。對于已有的系統(tǒng)，如果系統(tǒng)十分復雜，在實際系統(tǒng)上進行試驗，不論出于經(jīng)濟還是安全的考慮，都是不能允許的，有時甚至是不可能的。為此，有必要在仿真設備上試驗系統(tǒng)，包括建立、修改、復現(xiàn)系統(tǒng)的模型，通常把這種試驗過程稱為系統(tǒng)仿真。20世紀40年代制成的第一臺電子模擬計算機就是用電子設備來復現(xiàn)各種不同物理本質(zhì)的動態(tài)系統(tǒng)的運動狀態(tài)。它是50～60年代主要仿真設備。電子數(shù)字計算機誕生以后，很快被用于系統(tǒng)仿真，并逐步取代模擬機而成為主要的仿真設備。50年代末由于空間技術(shù)的需要開始出現(xiàn)混合仿真。到了70年代幾乎所有的發(fā)達國家都建立了混合仿真實驗基地。70年代中期出現(xiàn)微型機陣列組成的全數(shù)字并行仿真系統(tǒng)。系統(tǒng)仿真還被用來構(gòu)成一種以訓練為目的的自動控制系統(tǒng)──訓練仿真器。1976年正式成立國際仿真數(shù)學與仿真計算機學會(IMCAS；其前身是1955年成立的國際模擬計算機學會)。每三年舉行一次國際學術(shù)會議,推動著仿真技術(shù)的迅速發(fā)展?，F(xiàn)在系統(tǒng)辨識、建模和仿真已成為系統(tǒng)和控制領(lǐng)域中十分活躍的重要學科。

自適應控制和自校正調(diào)節(jié)器50年代初為了設計飛機的自動導航系統(tǒng)，使其能在較寬的速度和高度范圍內(nèi)飛行，開始重視自適應控制的研究。60年代控制理論的發(fā)展加深了對自適應過程的理解。自適應控制可用隨機遞推過程來描述。到了70年代由于微電子學有了新的突破，可用簡單而經(jīng)濟的方法來實現(xiàn)自適應控制。目前對于參數(shù)自適應控制已研究出3種方法,即增益調(diào)整法、模型參考法和自校正調(diào)節(jié)器。自校正調(diào)節(jié)器的思想是1970年V.彼得卡首先提出來的。1973年阿斯特勒姆證明了在一定條件下自校正調(diào)節(jié)器收斂于最小方差控制器，從而建立了自校正調(diào)節(jié)器的理論基礎(chǔ)。自校正調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)簡單，適應性強，易用微處理機實現(xiàn)，已成功地用于飛機及導彈的自動導航裝置，超級油輪的自動導航，以及造紙廠、水泥廠、化工廠和鈦氧化爐等自適應控制。

遙測、遙控和遙感19世紀末已出現(xiàn)了遠距離測量和控制的嘗試。20世紀20年代遙測和遙控開始達到實用階段，用于鐵路上信號和道岔的控制。1930年發(fā)送了世界上第一個無線電高空探測儀，用以測量大氣層的氣象數(shù)據(jù)。這是第一臺比較完善的無線電遙測設備。到了40年代，大電力系統(tǒng)，石油、天然氣管道輸送系統(tǒng)和城市公用事業(yè)系統(tǒng)都需要通過遙測、遙信、遙控、遙調(diào)來對地理上分散的對象進行集中監(jiān)控，促進了遙測遙控系統(tǒng)的發(fā)展。蘇聯(lián)和東歐各國把這類系統(tǒng)稱為遠動系統(tǒng)。

遙測就是對被測對象的某些參數(shù)進行遠距離測量。一般是由傳感器測出被測對象的某些參數(shù)并轉(zhuǎn)變成電信號,然后應用多路通信和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),將這些電信號傳送到遠處的遙測終端，進行處理、顯示及記錄。遙信則是對遠距離被測對象的工作極限狀態(tài)（是否工作或工作是否正常）進行測量。遙控就是對被控對象進行遠距離控制。遙控技術(shù)綜合應用自動控制技術(shù)和通信技術(shù)，來實現(xiàn)遠距離控制，并對遠距離被控對象進行監(jiān)測。其中對遠距離被控對象的工作狀態(tài)的調(diào)整稱為遙調(diào)。對按一定導引規(guī)律運動的被控對象進行遠距離控制則稱為制導，即控制和導引，在航天、航空和航海上有廣泛的應用。

最初的遙測遙控系統(tǒng)采用有線信道，利用電信號的基本特征（如交流電的頻率、幅度、相位等）進行遙測和遙控，稱為直接式遙測遙控系統(tǒng)。為了適應多路傳輸，40～50年代發(fā)展了同步選擇式遙測遙控系統(tǒng)。60年代研制成循環(huán)式遙測遙控系統(tǒng)。70年代又出現(xiàn)可編程序遙測遙控系統(tǒng)，自適應遙測遙控系統(tǒng)和分集式遙測遙控系統(tǒng)。

無線電遙測遙控系統(tǒng)是在第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)展起來的，50年代以來由于空間技術(shù)的需要而得到迅速的發(fā)展。例如：航天飛機中航天員的工作情況可由飛機中電視攝像機攝取后通過無線電信道送至地面監(jiān)控站，航天員可與監(jiān)控站直接通話，接受指揮人員的指令。航天員的生理情況由傳感器測量后通過遙測通道傳至地面監(jiān)控站。人造衛(wèi)星和航天飛機利用遙感技術(shù)攝取的有關(guān)環(huán)境、資源、氣象等照片，也可通過同樣途徑傳至地面監(jiān)控站。監(jiān)控站也可對飛船中的設備進行操縱或控制。

60年代以后遙感技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。遙感就是裝載在飛機或人造衛(wèi)星等運載工具上的傳感器，收集由地面目標物反射或發(fā)射來的電磁波，利用這些數(shù)據(jù)來獲得關(guān)于目標物的信息。以飛機為主要運載工具的航空遙感發(fā)展到以地球衛(wèi)星和航天飛機為主要運載工具的航天遙感以后，使人們能從宇宙空間的高度上大范圍地周期性地快速地觀測地球上的各種現(xiàn)象及其變化，從而使人類對地球資源的探測和對地球上一些自然現(xiàn)象的研究進入了一個新的階段?，F(xiàn)已應用在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、地理、海洋、水文、氣象、環(huán)境保護和軍事偵察等領(lǐng)域。

60年代出現(xiàn)的遙操器是一種由人手操縱的機械、機電或機械液壓設備，可使人在現(xiàn)場以外的地方進行操縱。已廣泛用于核工程、海洋工程、石油鉆探和空間技術(shù)等部門。遙操器上常裝有觸覺和視覺傳感器。例如：航天飛機上航天員可操縱遙操器來捕捉待修理的人造衛(wèi)星，修復后再用遙操器重置于軌道上。

綜合自動化50年代末到60年代初開始出現(xiàn)電子數(shù)字計算機控制的化工廠，60年代末在制造工業(yè)中出現(xiàn)了許多自動生產(chǎn)線，工業(yè)生產(chǎn)開始由局部自動化向綜合自動化方向發(fā)展。70年代以來微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和機器人技術(shù)的重大突破，促進了綜合自動化的迅速發(fā)展。過程控制方面，1975年開始出現(xiàn)集散型控制系統(tǒng)，使過程自動化達到很高的水平。制造工業(yè)方面，在采用成組技術(shù)、數(shù)控機床、加工中心和群控的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的柔性制造系統(tǒng)（FMS）及計算機輔助設計(CAD)和計算機輔助制造 (CAM)系統(tǒng)成為工廠自動化的基礎(chǔ)。70年代開發(fā)出來的一批工業(yè)機器人、感應式無人搬運臺車、自動化倉庫和無人叉車成為綜合自動化的強有力的工具。柔性制造系統(tǒng)是從60年代開始研制的，1972年美國第一套柔性制造系統(tǒng)正式投入生產(chǎn)。70年代末到80年代初柔性制造系統(tǒng)得到迅速的發(fā)展，普遍采用搬運機器人和裝配機器人。1982年10月在英國的普賴頓召開第一屆柔性制造系統(tǒng)國際會議。據(jù)與會代表統(tǒng)計當時已有20個柔性制造系統(tǒng)投入生產(chǎn)。

70年代出現(xiàn)用專用機床組成的無人工廠，80年代初才出現(xiàn)用柔性制造系統(tǒng)組成的無人工廠。例如：日本富士通公司的一個無人工廠每月生產(chǎn)機械手50臺，線切割機床100臺，數(shù)控機床100臺，全廠共83人。白班有19名工人在加工車間，63名工人在裝配車間,夜班只有1人在中央控制室內(nèi)監(jiān)視所有工位的工作情況，實現(xiàn)了加工車間夜班無人化的目標。目前正致力于裝配自動化的研究，使整個工廠成為無人工廠。

柔性制造系統(tǒng)是在生產(chǎn)對象有一定限制的條件下有靈活應變能力的系統(tǒng)，其著眼點主要是放在具體的硬設備上。為了進一步實現(xiàn)生產(chǎn)的飛躍，自動機械上用的軟件就成為突出的問題。最終的目標就是要使整個生產(chǎn)過程軟件化，這就要研究計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)。它是指在生產(chǎn)中應用自動化可編程序，把加工、處理、搬運、裝配和倉庫管理等真正結(jié)合成一個整體，只要變換一下程序，就可以適用于不同產(chǎn)品的全部加工過程。

大系統(tǒng)理論的誕生系統(tǒng)和控制理論的應用從60年代中期開始逐漸從工業(yè)方面滲透到農(nóng)業(yè)、商業(yè)和服務行業(yè)，以及生物醫(yī)學、環(huán)境保護和社會經(jīng)濟各個方面。由于現(xiàn)代社會科學技術(shù)的高度發(fā)展出現(xiàn)了許多需要綜合治理的大系統(tǒng)，現(xiàn)代控制理論又無法解決這樣復雜的問題，系統(tǒng)和控制理論急待有新的突破。在計算機技術(shù)方面,60年代初開始發(fā)展數(shù)據(jù)庫技術(shù),1970年提出關(guān)系數(shù)據(jù)庫,到80年代數(shù)據(jù)庫技術(shù)已經(jīng)達到相當?shù)乃健?0年代末計算機技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生了數(shù)據(jù)通信。1969年美國國防部高級研究局的阿帕網(wǎng)(ARPA)的第一期工程投入使用取得成功,開創(chuàng)了計算機網(wǎng)絡的新紀元。數(shù)據(jù)庫技術(shù)和計算機網(wǎng)絡為80年代實現(xiàn)管理自動化創(chuàng)造了良好的條件。管理自動化的一個核心問題是辦公室自動化，這是從70年代開始發(fā)展起來的一門綜合性技術(shù)，到80年代已初步成熟。辦公室自動化為管理自動化奠定了良好的基礎(chǔ)。

60年代末生產(chǎn)過程自動化開始由局部自動化向綜合自動化方向發(fā)展。出現(xiàn)許多諸如化工聯(lián)合企業(yè)、鋼鐵聯(lián)合企業(yè)、大電力系統(tǒng)、交通管制系統(tǒng)、環(huán)境保護系統(tǒng)、社會經(jīng)濟系統(tǒng)等大系統(tǒng)。對于這類大系統(tǒng)的建模與仿真，優(yōu)化和控制，分析和綜合，以及穩(wěn)定性、能控性、能觀測性和魯棒性等的研究，統(tǒng)稱為大系統(tǒng)理論。早在1965年I.萊夫科維茨就提出大系統(tǒng)多層結(jié)構(gòu)的概念，即可以根據(jù)控制(管理)的功能將大系統(tǒng)分解為若干層次。1965～1970年M.梅薩羅維茨等人提出大系統(tǒng)多級結(jié)構(gòu)的概念，可把大系統(tǒng)分解成若干子系統(tǒng)，把總目標分解成許多子目標。1968年提出大系統(tǒng)的分散控制方法,可用一組只有局部信息的控制器來分別控制大系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)，實現(xiàn)大系統(tǒng)的次優(yōu)控制，以減少信息傳輸方面的困難和費用。國際自動控制聯(lián)合會(IFAC)于1976年在意大利的烏第納召開了第一屆大系統(tǒng)學術(shù)會議，于1980年在法國的圖魯茲召開第二屆大系統(tǒng)學術(shù)會議。美國電氣與電子工程師學會(IEEE)于1982年10月在美國弗吉尼亞州弗吉尼亞海灘舉行了一次國際大系統(tǒng)專題討論會。1980年在荷蘭正式出版國際性期刊《大系統(tǒng)──理論與應用》。這些活動標志著大系統(tǒng)理論的誕生。

大系統(tǒng)理論的一個重要應用是管理自動化。例如：水資源系統(tǒng)的分級管理，大城市交通管制，以及聯(lián)合企業(yè)的管理自動化等。一般可用計算機收集和處理各種信息,建立計算機管理信息系統(tǒng),根據(jù)數(shù)學模型進行優(yōu)化計算，以便合理地利用生產(chǎn)能力、勞力和資金，減少庫存，壓縮新產(chǎn)品投產(chǎn)的準備時間,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量,降低成本。80年代以來管理的作用正在急劇增加，在保證國民經(jīng)濟和社會發(fā)展方面已成為一個決定性因素。自動化管理系統(tǒng)包括工藝過程管理系統(tǒng)和組織管理系統(tǒng)。建立并完善管理信息系統(tǒng)是管理自動化的基礎(chǔ)。生產(chǎn)綜合自動化與組織管理自動化相結(jié)合，將使人類的經(jīng)濟活動產(chǎn)生一個新的飛躍，人類社會的生活方式也將發(fā)生新的變化。

人工智能和模式識別用機器來模擬人的智能，雖然是人類很早以前就有的愿望，但其實現(xiàn)還是從有了電子計算機以后才開始的。1936年，A.M.圖靈提出了用機器進行邏輯推理的想法。50年代以來，人工智能的研究是基于使計算機更有用而展開的。

早期的人工智能研究是從探索人的解題策略開始，即從智力難題、弈棋、難度不大的定理證明入手，總結(jié)人類解決問題時的心理活動規(guī)律,然后用計算機模擬,讓計算機表現(xiàn)出某種智能。

1948年美國數(shù)學家N.維納在《控制論》一書的附注中首先提出制造弈棋機的問題。1954年美國國際商業(yè)機器公司(IBM)的工程師 A.L.塞繆爾應用啟發(fā)式程序編成跳棋程序,存儲在電子數(shù)字計算機內(nèi),制成能積累下棋經(jīng)驗的弈棋機。1959年該弈棋機擊敗了它的設計者。1956年A.紐厄爾、H.A.西蒙和J.C.肖研制了一個稱為邏輯理論家的程序，用電子數(shù)字計算機證明了懷特海和羅素的名著《數(shù)學原理》第二章52條定理中的33條定理。1956年M.L.明斯基，J.麥卡錫，紐厄爾和H.A.西蒙等10位科學家發(fā)起在達特茅斯大學召開人工智能學術(shù)討論會，標志人工智能這一學科正式誕生。1960年人工智能的 4位奠基人，即美國斯坦福大學的麥卡錫，麻省理工學院的明斯基,卡內(nèi)基-梅隆大學的紐厄爾和西蒙組成了第一個人工智能研究小組，有力地推動了人工智能的發(fā)展。從1967年開始出版不定期刊物《機器智能》,共出版了9集。從1970年開始出版期刊《人工智能》。從1969年開始每二年舉行一次人工智能國際會議 (IJCAI)。這些活動進一步促進了人工智能的發(fā)展。70年代以來微電子技術(shù)和微處理機的迅速發(fā)展，使人工智能和計算機技術(shù)結(jié)合起來。一方面在設計高級計算機時廣泛應用人工智能的成果，另一方面又利用超級微處理機實現(xiàn)人工智能，大大地加速了人工智能的研究和應用。人工智能的基礎(chǔ)是知識獲取、表示技術(shù)和推理技術(shù)，常用的人工智能語言則是LISP語言和PROLOG語言，人工智能的研究領(lǐng)域涉及自然語言理解、自然語言生成、機器視覺、機器定理證明、自動程序設計、專家系統(tǒng)和智能機器人等方面。人工智能已發(fā)展成為系統(tǒng)和控制研究的前沿領(lǐng)域。

1977年E.A.費根鮑姆在第五屆國際人工智能會議上提出了知識工程問題。知識工程是人工智能的一個分支，它的中心課題就是構(gòu)造專家系統(tǒng)。1973～1975年費根鮑姆領(lǐng)導斯坦福大學的一個研究小組研制成功一個用于診治血液傳染病和腦膜炎的醫(yī)療專家系統(tǒng)MYCIN,能學習專家醫(yī)生的知識,模仿醫(yī)生的思維和診斷推理,給出可靠的診治建議。1978年費根鮑姆等人研制成功水平很高的化學專家系統(tǒng) DENDRAL。1982年美國學者W.R.納爾遜研制成功診斷和處理核反應堆事故的專家系統(tǒng) REACTOR。中國也已經(jīng)研制成功中醫(yī)專家系統(tǒng)和蠶育種專家系統(tǒng)。現(xiàn)在專家系統(tǒng)已應用在醫(yī)學、機器故障診斷、飛行器設計、地質(zhì)勘探、分子結(jié)構(gòu)和信號處理等方面。

為了擴大計算機的應用，使計算機能直接接受和處理各種自然的模式信息，即語言、文字、圖像、景物等，模式識別研究受到人們的重視。1956年，O.塞爾弗里奇等人研制出第一個字符識別程序，隨后出現(xiàn)了字符識別系統(tǒng)和圖像識別系統(tǒng)，并形成了以統(tǒng)計法和結(jié)構(gòu)法為核心的模式識別理論，語音識別和自然語言理解的研究也取得了較大進展，為人和計算機的直接通信提供了新的接口。

60年代末到70年代初美國麻省理工學院、斯坦福大學和英國愛丁堡大學對機器人學進行了許多理論研究，注意到把人工智能的所有技術(shù)綜合在一起，研制出智能機器人，如麻省理工學院和斯坦福大學的手眼裝置、日立公司有視覺和觸覺的機器人等。由于機器人在提高生產(chǎn)率，把人從危險、惡劣等工作條件下替換出來，擴大人類的活動范圍等方面顯示出極大的優(yōu)越性，所以受到人們的重視，機器人技術(shù)發(fā)展很快，并得到越來越廣泛的應用，并在工業(yè)生產(chǎn)、核電站設備檢查、維修、海洋調(diào)查、水下石油開采、宇宙探測等方面大顯身手，正在研究中的軍用機器人也具有較大的潛在應用價值，關(guān)于機器人的設計、制造和應用的技術(shù)形成了機器人學。

總結(jié)人工智能研究的經(jīng)驗和教訓，人們認識到，讓機器求解問題必須使機器具有人類專家解決問題的那些和識，人工智能的實質(zhì)應是如何把人的知識轉(zhuǎn)移給機器的問題。1977年,費根鮑姆首倡專家系統(tǒng)和知識工程,于是以知識的獲取、表示和運用為核心的知識工程發(fā)展起來。自70年代以來，人工智能學者已研制出用于醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探、化學數(shù)據(jù)解釋和結(jié)構(gòu)解釋、口語和圖像理解、金融決策、軍事指揮、大規(guī)模集成電路設計等各種專家系統(tǒng)。智能計算機、新型傳感器、大規(guī)模集成電路的發(fā)展為高級自動化提供了新的控制方法和工具。

50年代以來，在探討生物及人類的感覺和思維機制，并用機器進行模擬方面，取得一些進展，如自組織系統(tǒng)、神經(jīng)元模型、神經(jīng)元網(wǎng)絡腦模型等，對自動化技術(shù)的發(fā)展有所啟迪。

同一時期發(fā)展起來的一般系統(tǒng)論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學和超循環(huán)理論等對自動化技術(shù)的發(fā)展提供了新理論和新方法。2100433B