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1、瓦特离心调速器瓦特的另一项重要发明是在蒸汽机上安装了离心调速器，这大约是1782年前后的事情。据说调速器并不一定是瓦特的发明，不过瓦特想到把它装在蒸汽机上，也是一件了不起的创新。这种调速器的构造是利用蒸汽机带动一根竖直的轴转动，这根轴的顶端有两根铰接的等长细杆，细杆另一端各有一个金属球。当蒸汽机转动过快时，竖轴也转动加快，两个金属小球在离心力作用下，由于转动快而升高，这时通过与小球连接的连杆便将蒸汽阀门关小， 从而蒸汽机的转速也便可以降低。反之，若蒸汽机的转速过慢，则竖轴转动慢了，小球的位置也便下降，这时连杆便将阀门开大，从而使蒸汽机转速加快。离心调速器是一个基于力学原理的发明，是蒸汽机所以能
2、普及应用的关键，也是人类自动调节与自动控制的开始。由于人们能够自由地控制蒸汽机的速度，才使蒸汽机应用于纺织、火车、轮船、机械加工等行业，才使人类大量使用自然原动力成为可能，这才有产业革 命的第二阶段。瓦特的改进蒸汽机的普及速度是很快的，到1790年老式的纽可曼蒸汽机已经看不见了，到1790年大约有500台蒸汽机在英国工作。经过了大约不到100年，到了 1868年， 仅仅在英国就有75,000台蒸汽机之多。1805年，在美国蒸汽机被装上了汽车作为动力。 1807年，美国的富尔顿(Robert Fulton,1765 1815 )发明以蒸汽机为动力的轮船。1825 年斯梯文森( George St
3、ephenson, 1781 1848 )造成了可以在轨道上行驶的蒸汽 机车。 1800 年英国的特里维希克( Richard Trevithik,1771 1833 )发明了高压蒸汽 机。 1801 年美国人埃文思( Oliver Evens,1755? 1819 )造出了真正合用的高压蒸汽 机。调速器使用后，初期运行很正常。但是当蒸汽机的速度提高后，调速器就不能稳定运 转了， 会出现时快时慢的现象。 这就是反馈控制系统的第一个理论问题：稳定性问题。 最早 研究调速器的稳定性问题的是英国物理学家麦克斯韦( James Clerk Maxwell ， 1831 1879 )。 1868 年麦克
4、斯韦发表的论调节器最早把调速器的运动状态用微分方程来描 述，他导出了调节器的微分方程， 并在平衡点附近进行线性化处理， 指出稳定性取决于特征 方程的根是否具有负的实部。 麦克斯韦在论文中对三阶微分方程描述的具体系统以及具有五 阶微分方程的特殊系统进行了研究，并给出了系统的稳定性条件。后来他的学生劳斯 ( Edward John Routh,1831 1907 )得到了更一般性的判别方法，就是自控原理中的劳 斯稳定判据。正是因为麦克斯韦用数学的方法来分析此类反馈问题，并且得到了这类问题的一般规律，后人将此文论调节器作为控制理论研究的第一篇论文。后来，俄国的李亚普诺夫(A刃 ekcaHgp Muxau 刃 obu 耳刃刃 nyHOB ,1857 1918 )分别在 1877 年和 1892 年发表对于运动系统普遍稳定性的理论研究的论文， 才最后从理论上比较完全地 解决了力学系统的稳定性问题。