1.2.1 古代階段

早在古代，勞動(dòng)人民就憑借生產(chǎn)實(shí)踐中積累的豐富經(jīng)驗(yàn)和對(duì)反饋的直觀認(rèn)識(shí)，發(fā)明了許多蘊(yùn)含控制思想的偉大杰作。這方面最具有代表性的例子就是公元前1400～前1100年，中國(guó)、古埃及和古巴比倫相繼出現(xiàn)的能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)計(jì)時(shí)的漏刻。漏是指帶孔的壺，刻是指附有刻度的浮箭，也叫刻漏或漏壺。有泄水型和受水型兩種。早期多為泄水型漏刻，水從漏壺孔流出，漏壺中的浮箭隨水面下降，浮箭上的刻度指示時(shí)間。受水型漏刻，水從漏壺以恒定的流量注入受水壺，漏刻的浮箭在受水壺中，隨水面上升指示時(shí)間。為了獲得恒定的流量，首先要使漏壺的水位保持恒定。古代的方法是在漏壺上方多加幾個(gè)補(bǔ)償壺或者布置多級(jí)受水壺。保持水位恒定的系統(tǒng)屬于自動(dòng)控制系統(tǒng)分類中的恒值控制系統(tǒng)。

約在公元前256年，李冰父子修筑的都江堰水利工程充分體現(xiàn)了自動(dòng)控制系統(tǒng)的觀念，科學(xué)地解決了江水自動(dòng)分流，以及控制進(jìn)水流量等問題。

約在公元120年，著名的東漢科學(xué)家張衡提出用虹吸管和補(bǔ)償壺解決計(jì)時(shí)不準(zhǔn)確的問題。他用一套轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，把渾象和漏壺結(jié)合起來(lái)發(fā)明渾天儀。以漏壺流水控制渾象，使渾象與天球同步轉(zhuǎn)動(dòng)，以顯示星空的周日視運(yùn)動(dòng)。

北宋天文學(xué)家蘇頌（1020—1101）發(fā)明了水運(yùn)儀象臺(tái)。儀象臺(tái)可通過動(dòng)力裝置控制漏壺的水流。

三國(guó)時(shí)期，馬鈞研制出了用齒輪傳動(dòng)的指南車，它成功地應(yīng)用了自動(dòng)控制的思想。車內(nèi)有一種圖1-2所示的自動(dòng)離合的齒輪系定向裝置，可保持木人的手臂始終指向南方。所謂自動(dòng)離合的齒輪系是包括一個(gè)中心大輪和左右兩個(gè)小輪，直行時(shí)，不接觸。左右兩個(gè)小輪都在上面。如果向右轉(zhuǎn)，那么滑塊滑到左邊，右端的繩子拉緊，右端小輪上升，左端小輪下降，左端的小輪與中心大輪接觸，插入到中心大輪和車輪的傳動(dòng)齒輪之間，三者發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，中心大輪的轉(zhuǎn)動(dòng)控制了木人的轉(zhuǎn)向。

17世紀(jì)以后，隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，在歐洲出現(xiàn)了各種自動(dòng)裝置。其中包括：1642年法國(guó)物理學(xué)家Blaise Pascal（1623—1662）發(fā)明了能自動(dòng)進(jìn)位的加法器；1657年荷蘭機(jī)械師Christiaan Huygens（1629—1695）發(fā)明了鐘表；1745年英國(guó)機(jī)械師E.Lee發(fā)明了帶有風(fēng)向控制的風(fēng)磨，這種風(fēng)磨可以利用尾翼的調(diào)節(jié)作用使主翼對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向；1765年俄國(guó)機(jī)械師波爾祖諾夫發(fā)明了浮子閥門式水位調(diào)節(jié)器，可以自動(dòng)控制蒸汽鍋爐的水位。這一時(shí)期，自動(dòng)控制技術(shù)都是由于生產(chǎn)發(fā)展的需求而產(chǎn)生的。

圖1-2 指南車右轉(zhuǎn)工作原理圖