2.7 早期的机电计算机

　　人们很早就认识到，计算机可以在缺少数学解时用来模拟动态系统，并了解其行为。实际上，对微分方程积分的机械设备已经在1876年由威廉汤姆斯(开尔文勋爵) (Thomson,1876, 1878)设计出来了，他使用了球盘摩擦式积分器来执行积分运算。为了模拟电力系统网络， Vannevar. Bush显著地改善了机械设计，并设计了扭矩放大器来避免过载(Paynter, 1989) 。Bush的第一个机械式微分分析仪具有六个积分器(Bush, 1931)。在麻省理工学院，该微分分析仪还被用在了电力系统以外的各种应用中。

　　第一步是“乘积分器”，这是一个用来对两个函数的乘积积分的设备(Bush, Gage, & Stewart, 1927)，它在网路分析中是一个重要的组成部分。这个设备需要人工跟踪函数的每一个输入波形，波形接着会产生一个电子信号送到电能表，电能表的输出则是一个转轮。 如果此次计算的输出要用作下一次的输入，为了避免轮子过载，一个伺服电机被用来复制此动作。它在电话网络中作为放大器中继器的机械模拟。在1931年进步到下一阶段，这时是将伺服机构后面的积分器输出信号反馈到输入端，这样就具有了求解微分方程的功能。伺服机构在连接计算各环节中发挥了关键作用。因此，控制在早期的机电模拟计算机的构建中扮演了核心角色。

　　反过来，那时“计算机 ”的开发促使Hazen （Hazen，1934a）继续进一步研究伺服机构。然而这项研究表面上并没有同更早时的奈奎斯特和Bode的工作关联起来。但他引用了更早的Minorsky的工作，后者曾引入了PID控制器同美国海军船只的驾驶相联系(Minorsky,1922)。贝尔实验室(Bomberg &Weber,1941;MacColl,1945)在早期也进行了伺服系统的研究工作。

　　下一代微分分析器是“洛克菲勒(Rockefeller )”微分分析器，此微分分析器用电子装置传输数据，因此可以通过重置电话交换机而不是通过更耗时的机械转轴对系统进行重新配置。，这个项目是在麻省理工学院由洛克菲勒基金会的Warren.Weaver资助的，这种合作伙伴关系在后来的防空火力控制发展中扮演了非常重要的角色。穿孔的纸带可以用来对这台计算机“编程” ，使它成为'“复合”的数字/模拟系统。受此启发，克劳德.香农（Claude Shannon）研究了在他麻省理工学院硕士毕业论文中的开关电路问题并且展示了布尔代数如何用于设计(Shannon, 1938)。后来，George. Sibitz 以他的工作为基础，在数字计算机方向取得了进展。香农后来研究了可以被微分分析仪解决的一类问题（Shannon，1941年）。

　　几所大学和研究机构制造了微分分析器的复制品。在麻省理工学院时，尼克尔斯使用了微分分析仪，开发了用于PID控制的整定规则(Blickley,1990)。曼彻斯特大学使用了模拟计算机来分析带延迟系统的控制(Callender, Hartree, & Porter, 1935)。

　　1938年,Foxboro公司的George. Philbric发明了电子模拟计算机，名为Polyphemus，用于仿真过程控制系统(Holst, 1982)。该系统被广泛用于Foxboro公司的培训和演示。模拟计算后来将在控制领域产生重大影响。

（进译）