В2. Краткая история развития теории управления

Первым опытом технического применения САУ в современной технике принято считать САУ уровнем воды в паровом котле, которая была построена в 1763 году русским механиком Н. Н. Ползуновым. Очень существенное влияние на развитие техники оказало изобретение Уатта в 1783 году (автоматический регулятор скорости паровой машины). Первое время после изобретения регуляторы нормально функционировали и выполняли свое назначение. Однако, по мере развития технологий и увеличения мощности паровых машин стали наблюдаться явления ненормальной работы, когда скорость не поддерживалась на заданном уровне, а наоборот машина либо останавливалась, либо ее скорость резко возрастала. В связи с этим и появилась необходимость теоретического анализа процессов регулирования.

Первой теоретической работой, посвященной анализу теории регулирования, по-видимому, является работа Максвелла, вышедшая в 1840 году, которая практически не оказала какого-либо влияния на развитие теории регулирования.

Поэтому первой работой, посвященной теории регулирования, принято считать работу Вышнеградского (1876 год), который провел теоретическое исследование паровой машины и регулятора и установил, что:

– характер процесса регулирования зависит как от регулятора, так и от машины, то есть их работу нужно рассматривать совместно, как единую систему;

– на ход процесса регулирования существенное влияние оказывает трение, а также все параметры элементов регулятора и характеристики самой машины;

– существует критерий устойчивости, связывающий параметры регулятора машины и характеристики трения, при которых процесс регулирования устойчив (возникшие отклонения уменьшаются с течением времени).

Дальнейшее развитие теории и практики автоматического управления связано, с одной стороны, с расширением областей применения автоматических систем (регулирования скоростей двигателей внутреннего сгорания, электрических двигателей; регулирования дуговых ламп, напряжения и тока электрических генераторов, применения регуляторов в военном деле, на производстве и т. д.).

Параллельно развивалась и теория регулирования. Так в 1877 был установлен критерий устойчивости Рауса, а в 1895 – критерий Гурвица, которые широко применяются до сих пор. Существенное обобщение теория регулирования получила в работах А. М. Ляпунова, который в работе, опубликованной в 1892, дал теоретическое обоснование правомерности методов первого приближения.

Начиная с 30-х годов нашего века в теории и практике систем управления (СУ) широкое распространение получили частотные методы и в связи с этим были предложены частотные критерии устойчивости: Найквиста, Михайлова и частотные методы синтеза: Солодовникова, Боде и других авторов. Одновременно начала развиваться теория инвариантности управления (Щипанов, Кулебакин) и теория оптимального управления (Фельдбаум, Понтрягин,Беллман). В конце 50-х годов развивается современная теория управления, связанная с понятием "состояние" системы (Калман, Летов).