1.2.1 古代阶段

早在古代，劳动人民就凭借生产实践中积累的丰富经验和对反馈的直观认识，发明了许多蕴含控制思想的伟大杰作。这方面最具有代表性的例子就是公元前1400～前1100年，中国、古埃及和古巴比伦相继出现的能够实现自动计时的漏刻。漏是指带孔的壶，刻是指附有刻度的浮箭，也叫刻漏或漏壶。有泄水型和受水型两种。早期多为泄水型漏刻，水从漏壶孔流出，漏壶中的浮箭随水面下降，浮箭上的刻度指示时间。受水型漏刻，水从漏壶以恒定的流量注入受水壶，漏刻的浮箭在受水壶中，随水面上升指示时间。为了获得恒定的流量，首先要使漏壶的水位保持恒定。古代的方法是在漏壶上方多加几个补偿壶或者布置多级受水壶。保持水位恒定的系统属于自动控制系统分类中的恒值控制系统。

约在公元前256年，李冰父子修筑的都江堰水利工程充分体现了自动控制系统的观念，科学地解决了江水自动分流，以及控制进水流量等问题。

约在公元120年，著名的东汉科学家张衡提出用虹吸管和补偿壶解决计时不准确的问题。他用一套转动机械，把浑象和漏壶结合起来发明浑天仪。以漏壶流水控制浑象，使浑象与天球同步转动，以显示星空的周日视运动。

北宋天文学家苏颂（1020—1101）发明了水运仪象台。仪象台可通过动力装置控制漏壶的水流。

三国时期，马钧研制出了用齿轮传动的指南车，它成功地应用了自动控制的思想。车内有一种图1-2所示的自动离合的齿轮系定向装置，可保持木人的手臂始终指向南方。所谓自动离合的齿轮系是包括一个中心大轮和左右两个小轮，直行时，不接触。左右两个小轮都在上面。如果向右转，那么滑块滑到左边，右端的绳子拉紧，右端小轮上升，左端小轮下降，左端的小轮与中心大轮接触，插入到中心大轮和车轮的传动齿轮之间，三者发生转动，因此，中心大轮的转动控制了木人的转向。

17世纪以后，随着生产的发展和科学的进步，在欧洲出现了各种自动装置。其中包括：1642年法国物理学家Blaise Pascal（1623—1662）发明了能自动进位的加法器；1657年荷兰机械师Christiaan Huygens（1629—1695）发明了钟表；1745年英国机械师E.Lee发明了带有风向控制的风磨，这种风磨可以利用尾翼的调节作用使主翼对准风向；1765年俄国机械师波尔祖诺夫发明了浮子阀门式水位调节器，可以自动控制蒸汽锅炉的水位。这一时期，自动控制技术都是由于生产发展的需求而产生的。

图1-2 指南车右转工作原理图