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篇(1)

論文摘要：網(wǎng)絡(luò)與控制的學(xué)科交叉研究與產(chǎn)品的研發(fā)是我們面臨的一個(gè)機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的控制中都有不少問題可研討。

二十年前，面對計(jì)算機(jī)與控制交叉發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)工控機(jī)專委會(huì)(其前身:中國電子學(xué)會(huì)電子計(jì)算機(jī)專業(yè)委員會(huì)工業(yè)計(jì)算機(jī)學(xué)組)誕生。二十年后的今天，我們又面臨新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，其特征之一就是，信息科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展所引發(fā)的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)與控制科學(xué)技術(shù)的交叉發(fā)展，本文簡稱為“網(wǎng)絡(luò)控制”對此#已有不少論述。本文只是簡要討論一些看法。

1網(wǎng)絡(luò)控制的機(jī)遇

近年來信息科學(xué)技術(shù)與信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展十分迅猛，新思想、新技術(shù)相繼問世，網(wǎng)絡(luò)方面的新技術(shù)和產(chǎn)品迅速進(jìn)入市場。而在經(jīng)歷一個(gè)大發(fā)展后，自動(dòng)化及控制理論在其發(fā)展中也出現(xiàn)一此“困惑”，各國均十分關(guān)注自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。1986年IEEE與美國國家基金委專家高峰會(huì)發(fā)表“對控制的挑戰(zhàn)”一文;1990-1993年IFAC組織了“控制在工業(yè)中的應(yīng)用而臨計(jì)算機(jī)的挑戰(zhàn)”調(diào)研……我國也十分重視這個(gè)問題:1999年宋健在IFAC大會(huì)報(bào)告:21世紀(jì)的控制;2002年中國國家自然科學(xué)基金委召開“中國自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略高層學(xué)術(shù)討論會(huì)”在這此討論中，信息的控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對控制的沖擊等都是一個(gè)議題。維納《控制論》一書的副標(biāo)題是:“關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制和通信的科學(xué)”;而在《控制論》第一版序言中他又指出“如果一門新的科學(xué)學(xué)科是真正有生命力的，它的引人興趣的中心就必須而且應(yīng)該隨著歲月而轉(zhuǎn)移……因此，控制論學(xué)家應(yīng)該繼續(xù)走向新的領(lǐng)域，應(yīng)該把大部分注意力轉(zhuǎn)移到近十年發(fā)展的新的思想上去……”。從歷史上看，控制與通信確實(shí)是相互依存交叉發(fā)展的，而當(dāng)今在“網(wǎng)絡(luò)的連通性無所不在”的形勢下，我們確有必要討論網(wǎng)絡(luò)對控制的挑戰(zhàn)是什么，信息的控制或網(wǎng)絡(luò)控制是否應(yīng)該列為一個(gè)“引人興趣的中心”。

“網(wǎng)絡(luò)控制”的提法早已有過，而對其內(nèi)涵與外延井不十分統(tǒng)一，我們覺得網(wǎng)絡(luò)控制泛指通信網(wǎng)絡(luò)與控制科學(xué)技術(shù)的交叉以及相應(yīng)的產(chǎn)品。主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的控制與管理，網(wǎng)絡(luò)主要是做為技術(shù)手段或環(huán)境#而控制對象是傳統(tǒng)的對象（如電機(jī)、化工過程、航天……）也包括交通服務(wù)等系統(tǒng)。本文簡稱為”網(wǎng)絡(luò)化控制”"網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)本身的控制與管理。信息與網(wǎng)絡(luò)成為控制的對象，而采用控制的手段來滿足用戶的要求。本文簡稱為“網(wǎng)絡(luò)的控制”。這也可以說是從兩個(gè)視角來研究網(wǎng)絡(luò)控制。我們在網(wǎng)絡(luò)控制的這兩個(gè)視角上都面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)，前者延伸了諸如數(shù)字控制。計(jì)算機(jī)控制等的概念，而后者則延伸了電機(jī)控制，機(jī)床控制等的概念。

2網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)化控制

網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)化控制有多種提法，如Telematic Sys-terns，Networked Systems，Networked Control Systems(NCS)，Integra ted Communication and Control

Systems(ICCS通信與控制系統(tǒng))等，其內(nèi)涵各有所側(cè)重，但有共同點(diǎn):是依靠網(wǎng)絡(luò)(主要是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò))組成的分布式系統(tǒng);具有資源共享、集成自動(dòng)化、協(xié)調(diào)下作等特點(diǎn)，從應(yīng)用角度可包括:網(wǎng)絡(luò)化控制、網(wǎng)絡(luò)化制造、電子政務(wù)、電子商務(wù)、數(shù)字家庭、大型電網(wǎng)、城市交通、軍事上的41SR指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)以及情報(bào)、監(jiān)視、偵察)等。可以是下業(yè)對象也可以是服務(wù)業(yè)或其他對象。

網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)一般是大范疇的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，從功能層次上可包括企業(yè)網(wǎng)的外聯(lián)網(wǎng)[xtranet，企業(yè)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)Intranet ，控制網(wǎng)、傳感網(wǎng)等，從網(wǎng)絡(luò)類型上也可以說包括因特網(wǎng)、無線移動(dòng)通信、以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在控制領(lǐng)域的’泛且深入的應(yīng)用，必然引起網(wǎng)絡(luò)與控制交叉學(xué)科的發(fā)展，或者引起Thomas Kahn在“The Strutureof Scientific Revolutions”中指出的在控制領(lǐng)域的范例轉(zhuǎn)移(Paradigm Shift)或出現(xiàn)從連續(xù)時(shí)間控制理論到離散時(shí)間控制理論的發(fā)展。

網(wǎng)絡(luò)化控制與管理系統(tǒng)，可以不同程度地實(shí)現(xiàn)各層次自動(dòng)化系統(tǒng)的集成使企業(yè)在企業(yè)協(xié)作、資源共享、提高效率、增強(qiáng)市場競爭能力等方面得到好處;同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的引入必然帶來信息傳輸時(shí)延，延時(shí)的抖動(dòng)信息(數(shù)抓包)去失等問題，也必將引發(fā)一此研究課題，包括:網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下復(fù)雜系統(tǒng)的集成優(yōu)化控制;基于連續(xù)時(shí)間和基于事件控制理論(在網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中的)的應(yīng)用與發(fā)展;各種網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用系統(tǒng)的建模與分析;基于網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的分布控制;網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的信息女全，現(xiàn)場總線，工業(yè)以太網(wǎng)，傳感器網(wǎng)絡(luò)等等，從某種意義說工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展必須定位于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，從網(wǎng)絡(luò)控制著手。

3網(wǎng)絡(luò)的控制與答理

網(wǎng)絡(luò)的控制，基于網(wǎng)絡(luò)的控制(Network一Based Control)或網(wǎng)絡(luò)空間中的控制問題是自接涉及到網(wǎng)絡(luò)木身的控制問題，這里控制的對象是信息、數(shù)抓、網(wǎng)絡(luò)……。在自動(dòng)化科學(xué)發(fā)展的歷史中，自動(dòng)控制的對象是不斷發(fā)展變化的，這種發(fā)展體現(xiàn)了自動(dòng)化科學(xué)理論與實(shí)際相結(jié)合，學(xué)科交叉和與時(shí)俱進(jìn)的特性，從某種意義上說控制論的著眼點(diǎn)是信息與控制或信息的控制而網(wǎng)絡(luò)的控制是信息的控制中的重要內(nèi)容。

網(wǎng)絡(luò)的控制或基于網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)在資源共享提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)集成自動(dòng)化和整體優(yōu)化以及和諧人機(jī)協(xié)調(diào)等方而都有優(yōu)勢或潛力;由于網(wǎng)上的傳輸時(shí)延，數(shù)抓包去失，以及用戶對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的不同需求等，引出了網(wǎng)絡(luò)的控制中一系列研究課題。涉及相關(guān)的協(xié)議，系統(tǒng)的控制策略，穩(wěn)定性、魯棒性、算法的收斂性以及控制系統(tǒng)產(chǎn)品化等問題。

以復(fù)雜媒體網(wǎng)絡(luò)的控制為例，復(fù)雜媒體可視為一個(gè)廣義的系統(tǒng)，其所究內(nèi)容包括信息結(jié)構(gòu)、復(fù)雜媒體的管理.、服務(wù)質(zhì)量(QOS)控制，流量控制等。例如，在流媒體系統(tǒng)中，可以利用自適應(yīng)等控制策略使用戶在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境卜享受到盡可能好的QoS保證。

1999年，木尼迪克特(Bendidt)提出了“網(wǎng)絡(luò)空間”（Cyberspace)的概念，稱這種“由計(jì)算機(jī)支持，由計(jì)算機(jī)進(jìn)入和由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的全球網(wǎng)絡(luò)化，是多維度的，人造或‘慮擬’的真實(shí)。它是真實(shí)的，每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都是一個(gè)窗口;它是慮擬的，所看到的或所聽到的既不是物質(zhì)也不是物質(zhì)的表現(xiàn)，相反它們都是純粹的數(shù)抓或信息組成的”。可以說，它是介于慮擬和現(xiàn)實(shí)之間的特殊空間，即“網(wǎng)絡(luò)空間”，由此而可能發(fā)展網(wǎng)絡(luò)科學(xué)。網(wǎng)絡(luò)空間有許多控制和答理問題，有人稱之為“慮擬控制”或網(wǎng)絡(luò)的控制。近年來，關(guān)于下一代互聯(lián)網(wǎng)、智能網(wǎng)、網(wǎng)格等的討論也較多，網(wǎng)格（Grid)一般認(rèn)為是繼傳統(tǒng)因特網(wǎng)、Web之后的第三代因特網(wǎng)其主旨是實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上所有資源的全而連通，在氣象、能源、教育以及企業(yè)信息化中都有廣’泛應(yīng)用。美國《福布斯特》雜志預(yù)期網(wǎng)格技術(shù)到2020年將產(chǎn)生年產(chǎn)伯20萬億美元的大下業(yè)。在網(wǎng)格中分布資源管理與控制、資源共享、網(wǎng)格監(jiān)控以及系統(tǒng)女全等方而的研究都是受人關(guān)汁的四。有人建議，在網(wǎng)格的體系上要體現(xiàn)服務(wù)第一，協(xié)議第一的觀念。另外，在下一代網(wǎng)關(guān)中，可能會(huì)將大部分控制功能(呼叫控制、接入控制、資源控制、服務(wù)質(zhì)量控制等)統(tǒng)一交由一個(gè)控制層來完成。可見，網(wǎng)絡(luò)的控制及管理.是日益受到重視，控制的一此基本概念，控制策略和控制理論不能簡的一地搬用到網(wǎng)絡(luò)的控制中，但應(yīng)可以在網(wǎng)絡(luò)的控制中得到發(fā)展。

以網(wǎng)絡(luò)為控制對象的網(wǎng)絡(luò)控制所要解決的主要是用戶對網(wǎng)絡(luò)各種服務(wù)質(zhì)量:需求與網(wǎng)絡(luò)資源間的矛盾與協(xié)調(diào)。從信息傳送結(jié)構(gòu)上講，可以在核心網(wǎng)上增強(qiáng)控制功能;也可以在邊緣網(wǎng)上引入系統(tǒng)與控制的方法。在這此系統(tǒng)建模與分析中，多會(huì)遇到系統(tǒng)規(guī)模大、異構(gòu)件、時(shí)變性、人機(jī)協(xié)調(diào)、隨機(jī)性等問題、在已見的一此研究成果中，排隊(duì)論、小波分析、自適應(yīng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、混雜系統(tǒng)等理論與方法都有應(yīng)用。在因特網(wǎng)或非實(shí)時(shí)局域網(wǎng)的控制系統(tǒng)中，離散控制時(shí)間的確定性或定常性已不存在，要發(fā)展網(wǎng)絡(luò)控制理論或改造經(jīng)典的方法或按離散事件動(dòng)力學(xué)考慮新途徑，學(xué)科交叉研究勢在必行。

4對下控機(jī)系統(tǒng)及專委會(huì)工作的一此思考

二十年前，在個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)技術(shù)成熱并大舉進(jìn)入市場之際，我們成立了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)專業(yè)委員會(huì)，在學(xué)術(shù)交流、產(chǎn)品研發(fā)等方面做了許多工作，得到了廣泛的認(rèn)可。當(dāng)前，信息網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展，而對網(wǎng)絡(luò)控制等的機(jī)遇，工控機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)人員應(yīng)多交流討論。各種工控機(jī)系統(tǒng)，現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)，分布控制系統(tǒng)，傳感器仍是工業(yè)自動(dòng)化與下控機(jī)的主要課題，而網(wǎng)絡(luò)控制的機(jī)遇與挑戰(zhàn)也是專委會(huì)需認(rèn)真思考的:

1)當(dāng)前，我國在網(wǎng)絡(luò)化控制(網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化制造……)方面的研究與產(chǎn)品研發(fā)已有一此成果，尚待深入與普及;而在網(wǎng)絡(luò)的控制方而的研究下作剛剛開始。我們可能需要在理論探索、技術(shù)研究以及協(xié)議（標(biāo)準(zhǔn))制定、產(chǎn)品研發(fā)等層面上挑戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)控制的機(jī)遇。

2)需要面對網(wǎng)絡(luò)控制的挑戰(zhàn)，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制等學(xué)術(shù)交叉性的研討，可與兄弟專委會(huì)聯(lián)合組織。計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制等不同專業(yè)背景的人員在從事網(wǎng)絡(luò)控制這類學(xué)科交叉研究中，往往有不同的思路、視角、方法或切入點(diǎn)，其成果也各有特色。多交流互補(bǔ)是大有益處的。

篇(2)

論文關(guān)鍵詞：電氣工程技術(shù)；電氣學(xué)科；發(fā)展史

一、電氣工程技術(shù)的發(fā)展史

電氣工程（Electrical Engineering）是現(xiàn)代科技領(lǐng)域核心學(xué)科之一，傳統(tǒng)的電氣工程定義為用于創(chuàng)造產(chǎn)生電氣與電子系統(tǒng)的有關(guān)學(xué)科的總和。21世紀(jì)的電氣工程概念已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出這一范疇，如今電氣工程涵蓋了幾乎所有與電子、光子有關(guān)的工程行為。電氣工程的發(fā)展程度直接體現(xiàn)了國家的科技進(jìn)步水平，因此，電氣工程的教育和科研在發(fā)達(dá)國家大學(xué)中始終占據(jù)重要地位。

1.電磁學(xué)理論的建立及通訊技術(shù)的發(fā)展

大自然中的雷電使人類對電有了最早、最樸素的認(rèn)識(shí)，天然磁石吸鐵是人類對磁現(xiàn)象的最早觀察，然而，人類對電磁現(xiàn)象的研究始于16世紀(jì)的英國，1663年德國科學(xué)家蓋利克發(fā)明了摩擦起電的儀器，1729年英國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)電荷可以通過金屬傳導(dǎo)等等，這是人類對電的早期實(shí)驗(yàn)，之后又出現(xiàn)了一系列具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明。

（1）庫侖定律。1785年法國物理學(xué)家?guī)靵鐾ㄟ^扭秤測量靜電力和磁力總結(jié)出：兩個(gè)電荷之間的作用力與它們間距離的平方成反比，與它們所帶電荷量的乘積成正比，這就是著名的庫侖定律。這一發(fā)現(xiàn)的歷史意義在于它標(biāo)志著人類對電磁現(xiàn)象的研究從定性階段進(jìn)入了定量階段。

（2）“伏打電池”。1799年意大利物理學(xué)家伏特經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)把任何潮濕物體放到兩個(gè)不同金屬之間都會(huì)產(chǎn)生電流，一年后伏特發(fā)明了世界上第一個(gè)電池，自此人類對電的研究由靜電擴(kuò)大到了動(dòng)電，開辟了電學(xué)研究的新領(lǐng)域。

（3）奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)和安培右手定則。1820年奧斯特偶然發(fā)現(xiàn)通電鉑絲周圍的小磁針發(fā)生輕微晃動(dòng)，之后他經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn)。其后安培進(jìn)行了更深入的研究，提出了右手定則，發(fā)現(xiàn)了電流方向與磁針轉(zhuǎn)動(dòng)方向之間的關(guān)系。安培還通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)通電導(dǎo)體和兩個(gè)通電線圈之間相互作用的規(guī)律，從而奠定了電動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。

（4）法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)。英國科學(xué)家法拉第是第一個(gè)成功完成磁生電實(shí)驗(yàn)的人，并歸納出產(chǎn)生感應(yīng)電流的五種情況：一是變化著的電流；二是變化著的磁場；三是運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定電流；四是運(yùn)動(dòng)的磁場；五是在磁場中運(yùn)動(dòng)的電線。法拉第把這一現(xiàn)象叫做“電磁感應(yīng)”。電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)使生產(chǎn)電成為可能，至今，發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器都是運(yùn)用電磁感應(yīng)原理工作的。

（5）麥克斯韋建立電磁場理論。英國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家麥克斯韋總結(jié)了前人的一系列成果，用數(shù)學(xué)方程式表示電磁場，建立了完整的電磁理論體系，揭示了光、電、磁本質(zhì)上的統(tǒng)一，并預(yù)言了電磁波的存在。1873年他出版的電磁場理論經(jīng)典著作《電磁學(xué)通論》是里程碑式的自然科學(xué)理論巨著。

任何科學(xué)發(fā)明與發(fā)現(xiàn)都是許許多多的科學(xué)家不懈努力的成果，德國物理學(xué)家歐姆、高斯、赫茲，美國物理學(xué)家亨利，俄國物理學(xué)家楞次等等都為電磁理論的形成作出過貢獻(xiàn)，本文不在一一類舉。

電磁理論的建立為無線電通信揭示的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，19世紀(jì)通信技術(shù)取得了突破性成果，先后發(fā)明了有線電報(bào)、有線電話和無線通信。

2.電工技術(shù)的初期發(fā)展

人類社會(huì)發(fā)展歷程中經(jīng)歷了三次工業(yè)革命，對人類的進(jìn)步起到了巨大的作用。第一次工業(yè)革命從18世紀(jì)中葉到19世紀(jì)中葉，以瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)為標(biāo)志，以機(jī)械化為特征，中心在英國；第二次工業(yè)革命從19世紀(jì)后半期到20世紀(jì)中葉，以工業(yè)生產(chǎn)電氣化為主要標(biāo)志，其成果是電力、鋼鐵、化工“三大技術(shù)”與汽車、飛機(jī)和無線電通信“三大文明”，其中心在美國和德國；第三次工業(yè)革命從20世紀(jì)中葉到21世紀(jì)初，以社會(huì)生產(chǎn)、生活信息化為特點(diǎn)，又叫新技術(shù)革命。第二次工業(yè)革命就是從電工技術(shù)初創(chuàng)和應(yīng)用開始的。

（1）直流發(fā)電機(jī)的誕生。1831年英國企業(yè)家研制出了史上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)——蒸汽動(dòng)力永磁發(fā)電機(jī)；1832年法國科學(xué)家匹克斯發(fā)明了世界上第一臺(tái)直流發(fā)動(dòng)機(jī)；1866年西門子發(fā)明了自激式勵(lì)磁直流發(fā)電機(jī)；1870年格拉姆發(fā)明了實(shí)用自激直流發(fā)電機(jī)，結(jié)構(gòu)可靠，電流穩(wěn)定，輸出功率大，被各國廣泛采用作為照明燈電源。

（2）遠(yuǎn)距離輸電和電力工業(yè)技術(shù)體系的初步建立。1875年法國巴黎火車站建成世界上最早的一座火力發(fā)電廠。愛迪生不僅發(fā)明了燈泡，他還在1882年建立了美國第一家直流發(fā)電廠，裝有6臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，通過電纜輸送照明用電，不過當(dāng)時(shí)的最大輸送距離只有1.6km。之后愛迪生還建立了一座水電站，形成了電力工業(yè)體系的雛形。

（3）交流發(fā)電機(jī)電荷電動(dòng)機(jī)的誕生。1876～1878年俄國人亞布洛切科夫成功試驗(yàn)了單相交流輸電技術(shù)。1885年，英國工程師菲爾安基設(shè)計(jì)的第一座交流單相發(fā)電站建成。同年，美國人威斯汀豪率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)完成了交流發(fā)電、供電系統(tǒng)，并創(chuàng)建了交流配電網(wǎng)。1883年，美籍電氣工程師特斯拉發(fā)明了世界上第一臺(tái)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，5年后他又發(fā)明了兩相異步電動(dòng)機(jī)和交流電傳輸系統(tǒng)。1888年，俄國工程師德布羅夫斯基和德爾伏發(fā)明了三相交流制。1891年，德國安裝了世界上第一臺(tái)三相交流發(fā)電機(jī)，并建成了第一條三相交流輸電線路。自此，三相異步電動(dòng)機(jī)得到了廣泛應(yīng)用，電能逐步取代了蒸汽成為動(dòng)力源，電力工業(yè)得到了迅速發(fā)展。

3.電工理論的建立

（1）電路理論的建立。關(guān)于電路的早期研究有：1778年伏特提出了電容的概念，給出了導(dǎo)體上儲(chǔ)存電荷的計(jì)算方法Q=CU；1826年歐姆發(fā)表了歐姆定律；1831年法拉第提出了電磁感應(yīng)定律；1832年亨利提出了磁通量計(jì)算公式。

1845年德國物理學(xué)家基爾霍夫提出了關(guān)于任意電路中電流、電壓關(guān)系的基本定律：電流定律（任意時(shí)刻電路中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的各條支路電流的代數(shù)和為零）；電壓定律（任何時(shí)刻電路中任意一個(gè)閉合回路的各元件電壓的代數(shù)和為零）。這兩個(gè)定律發(fā)展了歐姆定律，奠定了電路系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)。

1853年英國物理學(xué)家湯姆遜推導(dǎo)出了電路震蕩方程，并得出了萊頓瓶發(fā)電過程中電流在反復(fù)震蕩且不斷衰減的結(jié)論，并計(jì)算出震蕩頻率與R、L、C參數(shù)之間的關(guān)系，奠定了動(dòng)態(tài)電路分析的基礎(chǔ)。1855年，湯姆遜還建立了長距離電纜的等效電路模型。

1893年美籍電氣學(xué)家施泰因梅茨提出了計(jì)算交流電路的方法——“相量法”，其實(shí)用、易懂，至今在分析正弦交流電路時(shí)依然沿用此法。

其間，赫爾姆霍茲提出的等效發(fā)電機(jī)原理、基爾霍夫建立的長距離架空線路參數(shù)電路模型、亥維賽德找出的求解電路暫態(tài)過程運(yùn)算法、傅立葉用數(shù)學(xué)方法建立的熱傳導(dǎo)定律等等都對電工理論的豐富和完善起到了重要作用。

（2）電網(wǎng)絡(luò)理論的建立。通信技術(shù)的興起推動(dòng)了電網(wǎng)絡(luò)理論的發(fā)展。1924年，福斯特給出了電感和電容二端網(wǎng)絡(luò)的電抗定理，建立了由給定頻率特性設(shè)計(jì)電路的電網(wǎng)絡(luò)理論。

1945年美國科學(xué)家伯德總結(jié)出了分析線性電路和控制系統(tǒng)的頻域分析方法。1953年梅森創(chuàng)建了采用信號(hào)流圖分析復(fù)雜回饋系統(tǒng)的方法，并被廣泛應(yīng)用。20世界50年代美國科學(xué)家達(dá)默制成了第一批集成電路，從此電路理論中增加了對含源器件的電路分析和綜合。20世紀(jì)70年代在L.O.Chua等科學(xué)家的努力下，器件建模理論逐漸日趨完善。20世紀(jì)中期計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使電網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)成為電路理論研究中的基本手段。

4.新技術(shù)革命對電氣工程技術(shù)的推動(dòng)

20世紀(jì)中葉開始的第三次技術(shù)革命又稱為新技術(shù)革命，以核能、宇航和電子計(jì)算機(jī)這三大技術(shù)為主要標(biāo)志。這個(gè)時(shí)期的主要理論是信息論、系統(tǒng)論和控制論，這三大理論的創(chuàng)立為通信工程技術(shù)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的研究提供了全新的科學(xué)方法。

（1）計(jì)算機(jī)的升級(jí)換代對電氣工程技術(shù)的推動(dòng)。自19世紀(jì)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)問世以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，計(jì)算機(jī)給人類社會(huì)帶來了翻天覆地的變化，人類社會(huì)從此走進(jìn)了信息時(shí)代。1952年出世的第一代計(jì)算機(jī)使用的是真空電子管，不僅體積巨大，而且耗電量驚人。1959年～1963年生產(chǎn)的第二代計(jì)算機(jī)用晶體管替代了真空電子管，大大提高了運(yùn)算速度，減少了耗電量，減小了體積，運(yùn)用在了軍事和科研領(lǐng)域。1964年～1970年生產(chǎn)的第三代計(jì)算機(jī)用集成電路替代了晶體管，不僅極大地提高了運(yùn)算速度而且降低了成本，計(jì)算機(jī)開始進(jìn)入到了普及階段。1971年至今生產(chǎn)的第四代計(jì)算機(jī)使用了超大規(guī)模集成電路，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，計(jì)算機(jī)普及到了個(gè)人。計(jì)算機(jī)的升級(jí)換代推動(dòng)了控制技術(shù)的發(fā)展，形成了計(jì)算機(jī)管理生產(chǎn)系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）電子信息技術(shù)的發(fā)展。電子信息技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和電信技術(shù)相結(jié)合而形成的技術(shù)手段。20世紀(jì)通信技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，人類社會(huì)生活也由此發(fā)生了巨大變革，人類從此進(jìn)入信息時(shí)代。

1920年人們發(fā)現(xiàn)電離層對無線電短波有反射作用。1935年人們發(fā)現(xiàn)了雷達(dá)并廣泛應(yīng)用于軍事和民用通信領(lǐng)域。1964年美國發(fā)射了第一顆地球同步靜止軌道通信衛(wèi)星，突破了大氣層對無線電波的屏蔽，實(shí)現(xiàn)了宇宙范圍的無線電通信。20世紀(jì)70年代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立使人們開始通過互聯(lián)網(wǎng)獲取信息。20世紀(jì)80年代以后尋呼機(jī)和移動(dòng)電話逐步得到廣泛使用，現(xiàn)今信息服務(wù)業(yè)已成為世界上發(fā)展最快的新興行業(yè)之一。

電氣工程技術(shù)發(fā)展史再次印證了這樣兩個(gè)真理：一是任何理論的創(chuàng)立和技術(shù)的進(jìn)步都要靠眾多科學(xué)家甚至一代代人的不懈努力而實(shí)現(xiàn)，特別是在學(xué)科相互融合交叉的今天。二是科學(xué)技術(shù)的每一次重大突破都會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展和人類社會(huì)的巨大進(jìn)步，科技是第一生產(chǎn)力，創(chuàng)新是社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)力。

二、電氣學(xué)科的形成與發(fā)展

按我國高等教育學(xué)科劃分，電氣信息學(xué)科類屬工學(xué)門類（門類編號(hào)08），其下設(shè)五個(gè)一級(jí)學(xué)科：電氣工程（一級(jí)學(xué)科編號(hào)0808）、電子科學(xué)與技術(shù)（0809）、信息與通信工程（0810）、控制科學(xué)與工程（0811）和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（0812）。這五個(gè)學(xué)科有著相同的學(xué)科基礎(chǔ)，都是研究電磁現(xiàn)象及其應(yīng)用的基礎(chǔ)學(xué)科與技術(shù)工程的綜合，電能的突出優(yōu)點(diǎn)在于：它既是易于傳輸?shù)墓I(yè)動(dòng)力，又是非常可靠的信息載體。電子科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)都是從電類專業(yè)派生出來的弱電學(xué)科，在19世紀(jì)末電工科學(xué)技術(shù)已形成了電力與電信兩大分支。

我國電氣工程一級(jí)學(xué)科下設(shè)五個(gè)二級(jí)學(xué)科：電機(jī)與電器（二級(jí)學(xué)科編號(hào)080801）、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化（080802）、高電壓與絕緣技術(shù)（080803）、電力電子與電力傳動(dòng)（080804）、電工理論與新技術(shù)（080805），電氣工程包含的專業(yè)基礎(chǔ)理論有電路原理、模擬電子、數(shù)字電子、微機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)原理、自動(dòng)控制原理、電磁理論、MATLAB仿真等。專業(yè)理論有電力系統(tǒng)及其暫態(tài)分析、電力電子、電機(jī)學(xué)、高電壓與絕緣、電力拖動(dòng)、輸配電、工廠企業(yè)供電、電力市場等。

19世紀(jì)末歐美大學(xué)先后設(shè)立了電氣工程（Electrical Engineering）專業(yè)，100多年來，其名稱雖然沒變，但內(nèi)涵已隨著科技的飛速發(fā)展有了非常大的變化。過去歐美的電氣工程專業(yè)是以電力工程為主，現(xiàn)在電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)已成為該專業(yè)的核心，美國一些著名高校甚至已不開設(shè)電力工程研究方向。有些大學(xué)把計(jì)算機(jī)技術(shù)從電氣工程系分離了出去，單獨(dú)成立了計(jì)算機(jī)科學(xué)系。

我國的電氣工程始于1908年上海南洋公學(xué)的電機(jī)電工學(xué)科，就是上海交大的前身，距今也有100多年的歷史了。1917年該校的電機(jī)專科設(shè)立了電訊門，即我國最早的無線電專業(yè)，如今的電子信息及計(jì)算機(jī)專業(yè)群都是由此發(fā)展演化而來的。1932年，清華大學(xué)設(shè)置了電機(jī)系。建國后，我國建立了一大批以工科為主的多科性大學(xué)，其中大多設(shè)立了電機(jī)工程系。1977年以后，大部分高校的“電機(jī)工程系”陸續(xù)更名為“電氣工程系”，近幾年來，部分高校又把“電氣工程系”發(fā)展成為“電氣工程學(xué)院”。我國的電氣工程雖然與國外名稱相同，但內(nèi)涵有很大區(qū)別，我國大學(xué)一般都是強(qiáng)弱電分開，即電氣類與電信類分設(shè)在不同的學(xué)院。

100多年以來，電氣工程學(xué)科已發(fā)展成為覆蓋多門類交叉學(xué)科、應(yīng)用領(lǐng)域廣闊的完善的學(xué)科，形成了強(qiáng)弱電結(jié)合、軟硬件結(jié)合、機(jī)電結(jié)合的學(xué)科特點(diǎn)。

國外發(fā)達(dá)國家電氣工程學(xué)科的發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢：

（1）在學(xué)科中融入大量信息技術(shù)知識(shí)。在全球信息化的當(dāng)今，信息技術(shù)以指數(shù)速度進(jìn)步，它曾對電氣工程學(xué)科的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用，還將為電氣工程領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供工具與技術(shù)支持，對電氣學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生了決定性作用。國外發(fā)達(dá)國家的著名大學(xué)（如耶魯大學(xué)、麻省理工學(xué)院等）大都把電氣工程、通信工程、計(jì)算機(jī)工程放在同一學(xué)院，以利于在電氣工程學(xué)科中融入大量的信息技術(shù)知識(shí)。

（2）與其他學(xué)科不斷交叉融合，拓展了研究領(lǐng)域，大量的研究都是在跨學(xué)科領(lǐng)域開展的。

（3）與企業(yè)聯(lián)系密切，科技成果轉(zhuǎn)換能力強(qiáng)，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)更新。

三、電氣技術(shù)的發(fā)展趨勢

與電氣工程學(xué)科相關(guān)的產(chǎn)業(yè)主要有電力工業(yè)、電氣裝備制造業(yè)以及幾乎所有使用電力的行業(yè)，電氣技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也主要集中在這些行業(yè)。

1.可再生能源技術(shù)

1995年全球可再生能源僅占一次能源的18%，預(yù)測到2050年可再生能源要占一次能源的22%，21世紀(jì)，光伏技術(shù)、風(fēng)電技術(shù)、生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)等得到了快速發(fā)展。下面著重介紹人類的未來能源——?dú)淠堋？茖W(xué)家們一直致力于研究把氫能作為人類未來的能源，氫能有其他能源無與倫比的優(yōu)勢：

（1）清潔。其反應(yīng)后的生成物為水和氮化氫，對環(huán)境沒有污染。

（2）儲(chǔ)量豐富。地球上的海水所含的氫用來發(fā)電就夠人類用數(shù)億年。

（3）熱值高。單位重量的發(fā)熱量叫熱值，氫的熱值是汽油的3倍，煤炭的4倍。現(xiàn)在世界上很多國家正在斥巨資研究這一能源，但目前還處在實(shí)驗(yàn)室階段，距工業(yè)應(yīng)用還有一段距離。

2.輸電信技術(shù)

超導(dǎo)技術(shù)在電氣工程中的廣泛應(yīng)用已成為發(fā)展趨勢。

（1）超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)。將電能轉(zhuǎn)換為電磁能，利用超導(dǎo)線圈儲(chǔ)存起來。超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)是除電池儲(chǔ)能系統(tǒng)之外的又一儲(chǔ)能系統(tǒng)，其使用將提高電網(wǎng)的安全性。

（2）超導(dǎo)故障限流器。利用超導(dǎo)體超導(dǎo)與正常狀態(tài)的轉(zhuǎn)變特性，快速限制電力系統(tǒng)故障短路電流，保障電網(wǎng)安全。

（3）超導(dǎo)大容量電纜。可大大降低輸電過程中的電耗，提高能源效率。

靈活交流輸電技術(shù)（FACTS）。用大功率電子器實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)電壓、參數(shù)、功率、相位角等的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和輸電過程中的能耗。