經典控制理論肇端于1788J.Watt的蒸汽機離心調速器(一個自動調節系統)所帶來的離調速問題,這是一個典型的機械動力學問題。西方國家一般認為,1868J.C. Maxwel在倫敦皇家協會論文集( Proceedings of the Royal Society ofLondon)16卷上發表的《論調速器》是首次論述自動控制的論文,然而,我國在自動控制方面的發明比西方早幾個世紀甚至十幾個世紀。

    1027年宋代燕肅所造的指南車(見圖1.6.1)為例。其中,中心大平輪(大輪)裝在車轅上的一個立軸上,左、右附足立子輪是附裝在左、右足輪(車輪)內側的齒輪,左、右小平輪是傳動齒輪。車轅則裝在車軸中間的一個短立足上。木仙人裝在中心大平輪立軸(中心貫心輪)的最上端的位置,假定其正指向南方。當車向右轉彎時,轅的前端向右移,轅的后端必向左移,竹繩使左小平輪與中心大平輪和左附足立子輪嚙合(注意此時右小平輪被提起)。左足輪與左附足立子輪轉動左小平輪和中心大平輪,如圖1.6.1(a)所示,使中心大平輪逆時針轉動,其轉角恰能抵消車向右轉彎的影響,從而使木仙人所指的方向不變。當車左轉彎時,同理。根據自動控制理論分析這是一個開環的順饋控制系統(關于這一點將在6.6節順饋校正中討論)。

    在此,不介紹東漢張衡所研制成功的候風地動儀(這是一個極為巧妙的監測地震的大型儀器,我國現已成功地復制出來了),而來介紹水運儀象臺。水運儀象臺的發明也能充分說明我國古代在自動控制方面的杰出創造。公元1086-1089年蘇頌和韓公廉制成了一座水運儀象臺。該裝置是用水作為動力來轉動一個樞輪,而后者必須做恒速回轉(400r/d)以驅動渾象和渾儀兩個齒輪系。水運儀象臺的齒輪傳動系統和樞輪轉速恒定系統分別如圖1.6.2(a)、(b)所示,裝置利用張衡的銅壺滴漏原理。滴漏的最后一個壺(平水壺)內的水平面總保持恒定不變,這樣,在同一時間內由平水壺下邊出水口流出的水量就能保持恒值,流出的水注入樞輪輪輻上的受水壺,當積水到達一定的重量時,格叉處因壓力增大而下降,經過天條及天衡使天關被提上升,使樞輪順時針旋轉。轉過一個受水壺后,格叉處所受的壓力去除,關舌和格叉等受樞衡樞權的影響又行上升,同時經過天條及天衡又使天關下落,下一個輪輻上的受水壺被阻住,這樣,因漏水量的等時性而得到樞輪轉動的等時性(400r/d)從自動控制理論角度分析,顯然,該裝置是一個利用誤差來進行控制的、具有負反饋的自動調整系統。它比J.Watt的蒸汽機離心調速器要早近700。

    這些杰出的創造絕非偶然。因為在過去幾千年的歷史里,我國人民在科學、技術上有不少極有價值的發現、發明與創造,而且時間上都要比別的國家更早。英國學者Joseph Needham(1900-195)博士在其巨著《中國的科學與文明》( Science andCivilization in China)中公正而充分地揭示了這一事實。自動調整、自動控制等方面的課題,是人類的生產及與其相聯系的科學技術進步到一定階段時必然會遇到的同題。由于我國古代在天文、數學、水利、機械等科學技術方面都有突出的成就,發明和使用自動調整系統,就很自然了。


    2021年04月19日

    我國古代自動控制系統方面的成就 現代自動化機械 送料機科技學

    作者:YANXIAOWEI   來源:http://www.huoyuzhe.cn

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