在這個(gè)里邊，還有一個(gè)人，也應(yīng)該提一下的。就是我們用的是個(gè)負(fù)反饋，真正使用負(fù)反饋是誰(shuí)呢？是貝爾實(shí)驗(yàn)室的布萊克，也是一個(gè)年輕的工程師。在1927年的8月2號(hào)發(fā)明的，都有日子。怎么發(fā)明的呢？有人說(shuō)可能是靈感，一天他去上班，那時(shí)候20年代，在美國(guó)也是上下班要坐船、坐車(chē)，他坐在渡輪上面。所以這樣的話，負(fù)反饋是1927年，布萊克首先提出來(lái)的，我現(xiàn)在為什么要提呢？就是說(shuō)他到底是不是個(gè)靈感，其實(shí)推究他實(shí)際上是必然性。

    布萊克已經(jīng)在這個(gè)之前，專(zhuān)門(mén)研究了電子振蕩器，電子振蕩器是用反饋工作的，當(dāng)然是正反饋了，所以他有這個(gè)基礎(chǔ)。完了正好這么一想，我這個(gè)線性化為什么不用這個(gè)方法呢？就是他有工作的積累，布萊克有很多用反饋原理構(gòu)成振蕩器線路的這些工作基礎(chǔ)，完了老在想這個(gè)問(wèn)題，這樣靈感就出來(lái)了，就做出來(lái)這個(gè)負(fù)反饋放大器，這是一個(gè)人，應(yīng)該要提一下。

    還有下面要上的是尼可爾斯（Nichols），我們下面還要提一下的，尼可爾斯（Nichols），他提出來(lái)的一個(gè)，大家現(xiàn)在學(xué)控制的可能都知道，PID的整定法。整定法是尼可爾斯（Nichols）在二十世紀(jì)40年代提出來(lái)的，他做了PID，他這人很有才能，他做了PID，他想辦法把PID調(diào)出來(lái)，想辦法參數(shù)應(yīng)該怎么整定，需要用模擬機(jī)。當(dāng)時(shí)美國(guó)惟一一臺(tái)模擬機(jī)，當(dāng)時(shí)的模擬機(jī)叫微分分析儀，麻省理工學(xué)院的。這個(gè)模擬機(jī)的制造人是誰(shuí)呢？就是剛才說(shuō)的，當(dāng)時(shí)是維布什（Vannevar Bush），后來(lái)他是美國(guó)總統(tǒng)的科學(xué)顧問(wèn)，原來(lái)就是搞自動(dòng)控制的，他設(shè)計(jì)了這個(gè)微分分析儀，現(xiàn)在叫模擬機(jī)。尼可爾斯（Nichols）就在這個(gè)模擬機(jī)上做了大量的仿真實(shí)驗(yàn)，最后列出來(lái)這個(gè)PID的整定表，50年過(guò)去了現(xiàn)在大家還在用。有一樣工作50年不變的就是這個(gè)PID整定表，現(xiàn)在還在用，就是尼可爾斯（Nichols）發(fā)明的。

    所以這個(gè)呢。因?yàn)樗墓ぷ鞑拍埽?dāng)時(shí)MIT（麻省理工學(xué)院），還有一個(gè)飛機(jī)機(jī)載雷達(dá)的控制系統(tǒng)在調(diào)試。調(diào)試不下來(lái)，老出問(wèn)題。從現(xiàn)在看呢！也就是我們現(xiàn)在說(shuō)的叫頻帶問(wèn)題，調(diào)不出來(lái)，他在儀器廠，與MIT（麻省理工學(xué)院）不在一個(gè)地方。他是來(lái)做仿真實(shí)驗(yàn)，模擬機(jī)實(shí)驗(yàn)，完了呢！也參加了一些討論，結(jié)果他發(fā)表了很多觀點(diǎn)，提出了好多方法。結(jié)果MIT（麻省理工學(xué)院）把他看上了，就要他留下來(lái)，別回到調(diào)節(jié)器工廠那兒去了，所以PID的整定方法提出來(lái)以后，他就留在MIT（麻省理工學(xué)院），做了很多伺服系統(tǒng)的工作。

    這個(gè)是最后的，戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束以后，他們才把工作展現(xiàn)出來(lái)。這一本書(shū)呢，現(xiàn)在是一本經(jīng)典著作，當(dāng)時(shí)我們國(guó)家解放了，當(dāng)時(shí)這些資料都沒(méi)有，我們只能是看到俄文的。俄文的是1953年翻譯出來(lái)的。

    這個(gè)就是相當(dāng)于我們剛才說(shuō)的，逐漸的一些經(jīng)驗(yàn)都總結(jié)起來(lái)，都形成理論了。這是一本在美國(guó)出版的書(shū)。下一本呢，第二本要介紹的是錢(qián)學(xué)森的《工程控制論》。錢(qián)學(xué)森是1954年寫(xiě)的書(shū)，當(dāng)時(shí)他在美國(guó)寫(xiě)的書(shū)，我們這里也拿不到英文版，但是前蘇聯(lián)很重視，前蘇聯(lián)馬上把它翻成俄文。我們看到的前蘇聯(lián)是1956年把他的俄文，翻譯出來(lái)了，我們當(dāng)時(shí)看到的是俄文版，這是在大概二十世紀(jì)50年代形成過(guò)程里邊的幾個(gè)主要的過(guò)程，把經(jīng)驗(yàn)都總結(jié)出來(lái)。下一本是魯里葉（Lurie）的非線性的一個(gè)經(jīng)典著作，這個(gè)是1951年出版的魯里葉（Lurie）的那本書(shū)。魯里葉（Lurie） 在前蘇聯(lián)大概1944年他提出來(lái)，大家現(xiàn)在搞非線性可能都知道，提出來(lái)一個(gè)魯里葉問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題一直解決不了，他后來(lái)寫(xiě)成書(shū)了，就是留著這問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題，開(kāi)始到什么時(shí)候呢？我這里說(shuō)一下這兩個(gè)風(fēng)格，英美的剛才大家已經(jīng)聽(tīng)出來(lái)了，都是搞工程的人在搞控制，前蘇聯(lián)是應(yīng)用數(shù)學(xué)家跟力學(xué)家在搞控制，所以兩個(gè)起的作用都不一樣。他這本書(shū)1951年當(dāng)時(shí)是非常難看懂的，很難讀懂。這個(gè)工作，他提出來(lái)的魯里葉（Lurie）問(wèn)題，一直到1960年才有人解決，提出來(lái)一個(gè)解決方案，大家可能知道的，就是波波夫（Popov）的絕對(duì)穩(wěn)定性。后來(lái)就提出來(lái)超穩(wěn)定性，是解決的這個(gè)魯里葉（Lurie）問(wèn)題。就是說(shuō)這本書(shū)當(dāng)時(shí)二十世紀(jì)50年代，二十世紀(jì)40年代后期，50年代初的一些工作，一直影響到二十世紀(jì)60年代，而且還影響到目前一些非線性的理論工作，都是以他這個(gè)為基礎(chǔ)。

    我剛才說(shuō)的，是整個(gè)在二十世紀(jì)40年代，前面的是個(gè)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，慢慢形成理論了。我現(xiàn)在接下來(lái)就是談到發(fā)展了，我習(xí)慣上用這么一個(gè)時(shí)間表來(lái)表示。50年代的時(shí)候，一般都叫經(jīng)典控制理論； 60年代叫狀態(tài)空間法，實(shí)際上就是狀態(tài)空間方法，但是呢，當(dāng)時(shí)的名稱(chēng)，把它叫做現(xiàn)代控制理論了；后來(lái)70年代是現(xiàn)代頻域法，這么一個(gè)過(guò)程。接下來(lái)現(xiàn)在就是要說(shuō)明一下?tīng)顟B(tài)空間法，完了就叫現(xiàn)代控制理論。這個(gè)狀態(tài)空間法誰(shuí)先提出來(lái)的呢？是剛才的第三本書(shū)，前蘇聯(lián)的這些學(xué)者。他們搞應(yīng)用數(shù)學(xué)、搞力學(xué)的，他們從來(lái)就是用的是狀態(tài)空間法。1960年卡爾曼把它介紹到英語(yǔ)世界，這個(gè)世界用英語(yǔ)來(lái)說(shuō)是English speaking country ，就是說(shuō)英語(yǔ)的國(guó)家里邊去，因?yàn)楸緛?lái)大家都不知道，卡爾曼是個(gè)斯拉夫名字。他1960年的時(shí)候，他把狀態(tài)空間法介紹給美國(guó)。但是加上人為炒作，就把這個(gè)現(xiàn)代控制理論炒作得好像非常神一樣，當(dāng)時(shí)也有些人寄予希望也是比較大。這個(gè)就是發(fā)展了十年以后，就發(fā)現(xiàn)期望過(guò)大了，好像也只不過(guò)如此吧！有些問(wèn)題你也沒(méi)解決了。所以那個(gè)時(shí)候，又有人回到頻域法，就是最早50年代是頻域法，60年代狀態(tài)空間，70年代又回到頻域法。

    當(dāng)然這個(gè)是螺旋上升的，這個(gè)是我們不能再講得特別細(xì)。就這個(gè)時(shí)候的頻域法就加了個(gè)名字，叫現(xiàn)代頻域法。實(shí)際上是螺旋上升，又回到頻域法。覺(jué)得頻域里邊來(lái)考慮設(shè)計(jì)問(wèn)題還是比較恰當(dāng)?shù)模紤]一些設(shè)計(jì)要求，就出現(xiàn)了這個(gè)頻域法。正好在現(xiàn)代頻域法發(fā)展的這個(gè)勢(shì)頭上的時(shí)候，1981年有人寫(xiě)文章說(shuō)你這個(gè)沒(méi)有魯棒性，我們現(xiàn)在大家搞控制理論知道要魯棒設(shè)計(jì)。說(shuō)你這個(gè)現(xiàn)代頻域法沒(méi)有魯棒性，當(dāng)時(shí)人家不信、不服，經(jīng)過(guò)80年代的論證，爭(zhēng)議慢慢形成。到1991年，就是現(xiàn)在的有人當(dāng)然是你可能這個(gè)術(shù)語(yǔ)不一定統(tǒng)一，有人把它叫做現(xiàn)代后控制理論，Postmodern control theory.我們現(xiàn)在就回過(guò)來(lái)看看，為什么說(shuō)這個(gè)沒(méi)有魯棒性？這個(gè)要說(shuō)到，我們從多變量系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，多變量系統(tǒng)實(shí)際上是多入多出系統(tǒng)。多變量不太恰當(dāng)，輸入有好多個(gè)，輸出有好多個(gè)。多變量里一個(gè)問(wèn)題，叫做耦合，就是輸入輸出之間互相耦合。控制的時(shí)候，直觀的要求就是要解耦控制，解耦控制以后呢！就是這個(gè)1跟輸出1可以組成反饋系統(tǒng)，這個(gè)2呢！跟輸出2可以組成反饋系統(tǒng)，這個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)候就比較容易了。但是解耦設(shè)計(jì)是個(gè)什么概念？解耦設(shè)計(jì)實(shí)際上要求輸入輸出之間的關(guān)系，我1控制1，2控制2，用我們的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)這是響應(yīng)特性，并不表示我的反饋系統(tǒng)有些什么特點(diǎn)，有些什么要求。為了說(shuō)明這個(gè)響應(yīng)特性，我們?cè)賮?lái)看一個(gè)例子。

    這是大家只要學(xué)控制的，只要和控制原理有關(guān)的課，首先碰上的一個(gè)問(wèn)題，我一個(gè)控制器跟控制對(duì)象組成個(gè)系統(tǒng)。老師一開(kāi)始講的時(shí)候就這么講，完了呢，說(shuō)這個(gè)系統(tǒng)等效成為一個(gè)二階系統(tǒng)，這個(gè)二階系統(tǒng)輸入是階躍的時(shí)候，我輸出是什么要求，完了零極點(diǎn)怎么配置。在談這些問(wèn)題的時(shí)候，大家注意沒(méi)有。他忽略了一個(gè)最主要的什么問(wèn)題呢？這么在講的時(shí)候把上面的一個(gè)反饋控制忘了，只談?shì)斎胼敵隽恕Ｎ译A躍你只要響應(yīng)是什么樣，完了你極點(diǎn)怎么配置。再問(wèn)個(gè)問(wèn)題，你前邊的為什么用反饋呢？沒(méi)講！這就剛才這個(gè)多入多出系統(tǒng)里邊的解耦設(shè)計(jì)也是一樣。解耦設(shè)計(jì)就是個(gè)輸入輸出的響應(yīng)要求，并不是說(shuō)沒(méi)有這個(gè)要求，但是你光有要求，就譬如我這幾點(diǎn)，我當(dāng)然是有要求，但是光有要求，你還沒(méi)談到反饋。所以就讓人給抓住了，就說(shuō)你這沒(méi)有魯棒性。因?yàn)轸敯粜跃褪歉答佒苯佑嘘P(guān)系的問(wèn)題，你反饋設(shè)計(jì)的時(shí)候就沒(méi)有考慮魯棒性，那你怎么能設(shè)計(jì)完你一定有魯棒性，那你假如有魯棒性，那是碰上的，你就是沒(méi)有考慮反饋設(shè)計(jì)的魯棒性能，就是沒(méi)有設(shè)計(jì)，就是當(dāng)時(shí)在現(xiàn)代頻域法發(fā)展的高峰的時(shí)候，就有人提出來(lái)。

    但是，我看到國(guó)內(nèi)有些雜志，有人對(duì)這個(gè)觀點(diǎn)還不太同意，大家可能以后會(huì)接觸到。但是主流大家都是承認(rèn)，你這個(gè)現(xiàn)代頻域法當(dāng)時(shí)提出來(lái)的是沒(méi)有考慮魯棒性。這個(gè)魯棒性是個(gè)什么問(wèn)題呢？我們看下一個(gè)圖，我們?cè)O(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的時(shí)候，是控制器跟數(shù)學(xué)模型。你在紙面上，用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的時(shí)候，就是這么設(shè)計(jì)的。上面這一個(gè)反饋系統(tǒng)，你設(shè)計(jì)好了，數(shù)學(xué)模型是留在你的計(jì)算機(jī)里，你用的時(shí)候要跟下面的一個(gè)實(shí)際物理系統(tǒng)是連接，實(shí)際物理系統(tǒng)跟你數(shù)學(xué)模型總有點(diǎn)不一樣。假如我只允許你只能在我這樣的數(shù)學(xué)方程式下，系統(tǒng)是好的，那你沒(méi)用的，你做出來(lái)系統(tǒng)不能用。我們的設(shè)計(jì)要允許這兩個(gè)有差別，這個(gè)允許差別就叫有魯棒性，所以魯棒性不是我們一般數(shù)學(xué)上的問(wèn)題。就是實(shí)際上提出來(lái)的問(wèn)題，就是解決你這個(gè)設(shè)計(jì)到底能不能用的問(wèn)題。所謂我有魯棒性，就是你的設(shè)計(jì)允許有這個(gè)差別，允許有不確定性，你在紙面上設(shè)計(jì)的系統(tǒng)做成控制器以后，到實(shí)際上用，照樣有這個(gè)性能，這才叫你的設(shè)計(jì)具有魯棒性。所以這個(gè)魯棒性的概念就是80年代提出來(lái)的，逐漸形成了我們現(xiàn)在說(shuō)的現(xiàn)代后控制理論。

    我們把這個(gè)剛才說(shuō)的那個(gè)過(guò)程，就是把它歸成這個(gè)幾類(lèi)，一個(gè)經(jīng)典控制理論，現(xiàn)代控制理論，后邊現(xiàn)代后控制理論，這個(gè)里邊研究對(duì)象不一樣，一個(gè)傳遞函數(shù)，一個(gè)狀態(tài)空間模型。研究?jī)?nèi)容呢，我們講現(xiàn)在我們談的是奇異值、魯棒穩(wěn)定性的問(wèn)題，在前面的經(jīng)典的控制理論里邊，是講帶寬、講裕度，現(xiàn)代控制理論里邊是特征值、方差和范數(shù)，這些是在LQG，都是屬于現(xiàn)代控制理論的范疇，用的實(shí)際計(jì)算工具呢，就伯德（Bode）圖、奈奎斯特圖、尼可爾斯圖。

    他在那本1947年麻省理工學(xué)院出的教材里邊，提出來(lái)介紹這個(gè)尼可爾斯圖，這個(gè)尼可爾斯圖從40年代到現(xiàn)在，也是有50年了。尼可爾斯50年前提出來(lái)的PID整定表，提出來(lái)設(shè)計(jì)用的尼可爾斯圖。50年后的今天還在用，還在用它來(lái)做設(shè)計(jì)，可見(jiàn)到他這個(gè)人的水平。為了紀(jì)念這個(gè)尼可爾斯，從1996年開(kāi)始，世界自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)，就是IFAC（國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)），專(zhuān)門(mén)設(shè)立了一個(gè)尼可爾斯獎(jiǎng)，專(zhuān)門(mén)獎(jiǎng)給設(shè)計(jì)上做出貢獻(xiàn)的人。1996年給過(guò)一個(gè)獎(jiǎng)，1999年給過(guò)獎(jiǎng)。每三年IFAC開(kāi)會(huì)的時(shí)候評(píng)審一次，就知道這個(gè)尼可爾斯這個(gè)作用了。所以大家再要有機(jī)會(huì)的話，能看到他最早的這本書(shū)實(shí)際上是經(jīng)典著作。

    現(xiàn)代控制理論用黎卡提方程。我們現(xiàn)在用的，現(xiàn)代后控制理論里用的是線性矩陣不等式，線性矩陣不等式的解法都是用MATLAB的軟件來(lái)解的，所以整個(gè)計(jì)算工具，就是我們考慮的對(duì)象、研究?jī)?nèi)容等等都出現(xiàn)了變化。所以有人把它叫做現(xiàn)代后控制理論，我們今天主要把這個(gè)過(guò)程，怎么從個(gè)別的技術(shù)最后形成一門(mén)學(xué)科？這個(gè)學(xué)科分成幾個(gè)階段？給大家介紹了一下。

    這個(gè)就是我主要介紹的一些內(nèi)容，我這里要說(shuō)的就是這里邊包括一些年份，有些事實(shí)。譬如說(shuō)他做了夢(mèng)，這個(gè)都是有據(jù)可查的，不是我瞎說(shuō)的。但是這里邊對(duì)人的評(píng)論，一些觀點(diǎn)可能就是我的，所以假如有說(shuō)錯(cuò)的希望大家批評(píng)指正。我主要介紹的內(nèi)容就這些，謝謝大家。

    提問(wèn)：聽(tīng)了您剛才的介紹，我有幾個(gè)地方想向您請(qǐng)問(wèn)一下，請(qǐng)問(wèn)王教授，您剛才介紹的是自動(dòng)控制發(fā)展的歷程，那么就您個(gè)人的意見(jiàn)和看法，那么咱們自動(dòng)控制的未來(lái)的發(fā)展方向，有可能是哪個(gè)方向？就培養(yǎng)我們這些學(xué)生而言，我們?cè)趺礃犹岣咦约鹤陨硭刭|(zhì)來(lái)向這個(gè)方向來(lái)靠攏。

    答：  自動(dòng)控制我比較是有這么一個(gè)觀點(diǎn)：你不能光從搞控制的人來(lái)說(shuō)，我能想出一些方向，我就指給你往前走，我能解決你好多問(wèn)題。我舉例子來(lái)說(shuō)，瓦特的離心調(diào)速器，這個(gè)控制系統(tǒng)是先有調(diào)速器，先有調(diào)節(jié)系統(tǒng)，為了提高精度，把這個(gè)球做大，做大了以后，系統(tǒng)不穩(wěn)定了，出了問(wèn)題去解決它。就是說(shuō)首先是技術(shù)推進(jìn)它的，這是一個(gè)大方向，大家可能現(xiàn)在學(xué)理論，就是一些新的理論里邊，可能是最優(yōu)控制吧，Pontryagin，中文叫龐特里亞金，龐特里亞金（Pontryagin）的那個(gè)極大值原理，到底怎么產(chǎn)生的，我倒想說(shuō)說(shuō)這個(gè)過(guò)程，所以就可能知道，我搞控制的人怎么搞。

    龐特里亞金（Pontryagin）的那個(gè)極大值原理，首先在1953年，前蘇聯(lián)開(kāi)了一個(gè)自動(dòng)控制會(huì)議，當(dāng)時(shí)是一些搞工程技術(shù)的人員，提出最優(yōu)控制，就是我們現(xiàn)在說(shuō)的Bang-Bang（開(kāi)關(guān)）控制。這個(gè)是有名的人，是費(fèi)爾德鮑曼（A.A.Feldbaum）他提出的。龐特里亞金（Pontryagin）是數(shù)學(xué)家，他在控制會(huì)議上聽(tīng)出點(diǎn)門(mén)道來(lái)了，他是數(shù)學(xué)所的，完了開(kāi)完會(huì)以后，他把費(fèi)爾德鮑曼請(qǐng)到他們數(shù)學(xué)所做講座，講他的最優(yōu)控制。講座完了以后，1956年龐特里亞金（Pontryagin）的那個(gè)極大值原理就出來(lái)了。我就說(shuō)他數(shù)學(xué)家先能把問(wèn)題抽象出來(lái)，也跟剛才瓦特的離心調(diào)速器一樣，受到當(dāng)時(shí)很多技術(shù)的影響，受到好多的一些知識(shí)的積累，各方面的知識(shí)積累，受到啟發(fā)，才出來(lái)那個(gè)極大值原理。

    所以我的想法，你從大的來(lái)說(shuō)，這個(gè)控制首先應(yīng)該是工業(yè)上有需要，就相當(dāng)于我剛才為什么要舉了一些例子呢，負(fù)反饋怎么提出來(lái)的，是這個(gè)人長(zhǎng)時(shí)間做了反饋的放大器，他有工作基礎(chǔ)才想出來(lái)的。所以我總覺(jué)得呢，我都要跟著工業(yè)發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)程，一點(diǎn)一點(diǎn)往前進(jìn)。

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