自動(dòng)控制(Automatic Control)是指在沒有人直接參與的情況下,利用外加的設(shè)備或裝置,使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)自動(dòng)地、高效率地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。
自動(dòng)控制的目的就是改造世界。
瑞典的工程師、發(fā)明家、實(shí)業(yè)家,尼爾斯·古斯塔夫·達(dá)倫,Nils Gustaf Dalén, 在1912年,由于“發(fā)明了與儲(chǔ)氣器一起使用的,用于燈塔和浮標(biāo)照明的自動(dòng)調(diào)節(jié)器”(automatic regulators,自動(dòng)控制系統(tǒng)的器件 device),而獲得1912年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。被世人譽(yù)為“航海者的恩人”。
發(fā)明用于燈塔和浮標(biāo)照明儲(chǔ)氣器自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的達(dá)倫 1869-1937
在夜間,航船需要海上燈塔或浮標(biāo)導(dǎo)航。為使得海員看得見它們,燈塔或浮標(biāo)需要光源發(fā)光。早期,通過燃燒煤油等化學(xué)物質(zhì),產(chǎn)生光亮,從而在夜里導(dǎo)引航船。這些導(dǎo)航標(biāo)志,往往遠(yuǎn)離陸地,長期無人管理。如何使得這些導(dǎo)航設(shè)備,只在夜間工作,從而節(jié)省燃料,不需要維護(hù)人員頻繁補(bǔ)充,一直是燈塔設(shè)計(jì)工程師們追求的目標(biāo)。另一方面,人們也在致力于尋找高效率的可燃材料,從而改善光源發(fā)光強(qiáng)度。
1901年前后,早期以自學(xué)為主的機(jī)械工程師,達(dá)倫開始致力于相關(guān)工作。他首先發(fā)明了乙炔儲(chǔ)氣罐,以解決安全性和高強(qiáng)度的光源問題。隨后,設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)氣閥,使得光源能以某一頻率自動(dòng)閃爍,從而引起航船夜間注意。后來,他又發(fā)明了太陽能自動(dòng)調(diào)節(jié)器。在達(dá)倫的照明、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,頻閃乙炔燈作為光源。這套系統(tǒng)能夠在日出時(shí)就自動(dòng)把頻閃乙炔燈滅掉,日落時(shí)又自動(dòng)將頻閃乙炔燈點(diǎn)燃。由于達(dá)倫發(fā)明了頻閃開關(guān)和太陽能自動(dòng)控制器,使乙炔燃料可節(jié)約原消耗量的百分之九十三,從而燈塔等設(shè)備可長期擺脫人類維護(hù)。整個(gè)系統(tǒng)大約完成于1907年。
![]() 達(dá)倫發(fā)明的頻閃開關(guān)和太陽能自動(dòng)控制器用于 Stockholm 附近的無人管理的燈塔,其中的太陽能筏從1912年工作到1980年,沒有經(jīng)過大修。1980年,燈塔采用了電氣化系統(tǒng)。
正是由于發(fā)明了燈塔自動(dòng)照明系統(tǒng),1912年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了發(fā)明家達(dá)倫。在諾獎(jiǎng)委員會(huì)決定的前兩個(gè)月,9月12日,達(dá)倫在實(shí)驗(yàn)時(shí)因爆炸而至雙目失明,無法出席諾貝爾授獎(jiǎng)典禮。他的兄弟代替 (stand in)他出席了在瑞典斯德哥爾摩舉行的諾貝爾授獎(jiǎng)典禮, 會(huì)上既沒有慣例的諾貝爾獲獎(jiǎng)演講,會(huì)后也沒有印發(fā)達(dá)倫的獲獎(jiǎng)研究成果,僅在瑞典皇家科學(xué)院院長索德巴姆的授獎(jiǎng)辭中提到達(dá)倫的貢獻(xiàn)。
據(jù)發(fā)表在 IEEE control systems magazine 的文章介紹(見注),當(dāng)年有17人被提名,包括 M. 普朗克、愛因斯坦。一瑞典皇家科學(xué)院院士、杰出的工業(yè)家提名達(dá)倫。
值得注意的是,在1896年達(dá)倫曾到瑞士蘇黎世工學(xué)院(ETH),在斯托多拉(Stodola)教授指導(dǎo)下學(xué)習(xí)了一年。而正是斯托多拉,在研究瑞士達(dá)沃斯電廠的一個(gè)蒸汽機(jī)的一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí),向數(shù)學(xué)家胡爾維茨(Hurwitz,和Hilbert,Minkowski,并稱為哥尼斯堡三劍客) 提出了其中的穩(wěn)定性問題,胡爾維茨在1895年獨(dú)立于劍橋的數(shù)學(xué)家勞斯(Routh,1877年,麥克斯韋的同學(xué)),給出了有用的代數(shù)判據(jù)。這就是著名的 Routh-Hurwitz 穩(wěn)定性判據(jù)。
達(dá)倫是胡爾維茨文章發(fā)表后,成為斯托多拉的學(xué)生。想必達(dá)倫在 ETH 的一年,一定受到斯托多拉的影響。很有可能,達(dá)倫在那里學(xué)習(xí)了機(jī)械自動(dòng)控制技術(shù)。可以肯定的是,他回到瑞典后,在蒸汽機(jī)公司的車間,除了做一些熱空氣汽輪機(jī)、壓縮機(jī)和空氣泵的實(shí)驗(yàn),也對蒸汽機(jī)做了一些具體的改進(jìn)。
1912年,達(dá)倫眼睛失明后,仍繼續(xù)從事實(shí)驗(yàn)工作,直到1937年逝世。”水手恩人”的達(dá)倫生前也獲得了其它榮譽(yù),比如在1913年,他成為瑞典皇家科學(xué)院院士。
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