我国古代自动装置工作原理

1. 万百五的科学成就

中国古代自动装置及其原理分析的研究
1963年起万百五在西安交通大学学报上以“我国古代在自动调整系统方面的成就”为题发表两篇论文，介绍初步收集到的不少珍贵材料及其成就探讨。1965年他汇合成论文“我国古代自动装置的原理分析及其成就的探讨”，发表于自动化学报。论文认为我国古代劳动人民在自动装置上的创造和成就是极其突出的。1991年他又补充新材料为《中国大网络全书：自动控制与系统工程卷》写成新条目“我国古代自动装置”。文中例举：指南车是采用扰动补偿原理的方向开环自动调整系统；铜壶滴漏计时装置是采用非线性限制器的多级阻容滤波；浮子式阀门是用于铜壶滴漏计时装置中保持水位恒定的闭环自动调节系统，又用于饮酒速度自动调节器；记里鼓车是备有路程自动测量装置的车；漏水转浑天仪是天文表现仪器，采用仿真原理的水运浑象；候风地动仪是观测地震用的自动检测仪器；水运仪象台采用仿真原理演示或观测天象的水力天文装置，内有枢轮转速恒定系统采用内部负反馈并进行自振荡的系统。
大工业过程递阶稳态模型辩识
1991年万百五提出利用工业过程在随机噪声下的动态信息辨识过程的稳态模型。
他和课题组以设定点的正常阶跃变动作为输入激励信号，取得过程的输出数据，进行对线性近似动态模型的开环辨识，采用最小二乘估计模型的参数。最后由线性近似动态模型建立稳态模型。重要的是，他们证明：阶跃激励信号对于稳态模型是充分激励的。课题组将该方法推广到多输入多输出工业过程以及一类非线性工业过程。对于双线性、Hammerstein型和Wiener型非线性过程，采用稳态辨识方法和动态辨识方法结合的集成辨识技术，先求整体稳态模型结构，然后再用数次设定点变动所得数据进行模型参数估计，所得的整体稳态模型以及过程导数都是强一致性的。
非凸静态大系统的凸化
静态大系统在分解后采用目标协调法进行协调，这就要求它的目标函数具有严格凸性、存在鞍点，并Lagrange函数具有可分性。对于大工业过程常常采用一些经济指标（如能耗、成本、利润等）作为目标函数，它是非凸的。1986年万百五和课题组采用二次等价性原理及点凸化技术法、梯度偏移，来解决线性系统具有线性约束及目标函数具有非严格凸性的凸化问题，以及输出预估和平衡凸化法来解决非线性系统并具有不等式约束问题。但对一般可分问题具有等式和不等式约束，他们采用乘子及部分罚函数凸化方法。上述诸方法求得的非凸静态大系统最优解都是局部最优解。1998年万百五和课题组把此问题嵌入到一个多目标优化问题中，然后通过p次幂凸化非劣前沿，再从非劣解中挑出原问题的全局最优解。
基于模型未知的大工业过程稳态优化算法
对于模型未知的（大）工业过程，英国P.Roberts教授提出基于系统优化与参数估计集成研究法（ISOPE）的修正两步法。万百五和课题组采用ISOPE算法与分解—协调相结合的自适应法，可以解决工业过程含有与输出相关不等式约束和非凸目标函数问题。课题组提出的双模型法也能解决含有与输出相关不等式约束。他和课题组提出的利用变量增广技术的凸化目标函数法，可以应用于上述诸方法，从而增加它们的在线迭代效率和便于使用者选择增益因子。后他们提出的三环迭代法，一般能进一步减少设定点变动次数，当工业过程呈线性或以线性为主时，效果更为明显。他和课题组将序列模型逼法与分解—协调结合推广应用到大工业过程并形成单迭代、双迭代两种算法，为大工业过程建模与稳态优化开辟新途径。
工业过程的广义稳态优化
工业过程的稳态优化过去都指常值稳态的优化控制。1998 年万百五和课题组提出稳态的概念除常值稳态外，应予以扩充即包括随机稳态、周期稳态、拟周期稳态和混沌稳态。1989年他们对大工业系统建立一套随机稳态优化理论与方法。利用动态信息辨识目标函数及其导数的估价值的基础上，将随机稳态优化问题等价为一个确定性优化问题，子系统模型则采用递阶稳态辨识方法。辨识和优化可以集成在一起形成单迭代及双迭代算法。他们将二次方差分析引入到上述问题中使原最优解获得改善。对广义稳态（特别是混沌稳态），他们利用遍历理论的Borel不变测度积分定义广义稳态集合的中心名义值，并据此对广义稳态进行描述。并给出等效优化问题存在条件及其求解算法步骤。对混沌稳态的优化控制，他和课题组研究和提出等效优化问题及其求解算法步骤。
大工业过程的智能控制
1993年万百五将它定义为应用人工智能的概念和方法，来解决大系统的辨识、
镇定、优化、协调、决策以及故障检测、诊断和定位、处理等问题，其中特别是总结和模拟人在控制和决策进程中的经验和规律。具体而言就是运用神经网络、迭代学习、模糊控制以及由知识库、数据库、学习机、推理机所组成的智能决策单元（专家系统）等来解决大系统的上述问题。他和合作者在大工业过程智能稳态优化方面作了开创性工作。诸如利用（大）工业过程动态信息基于三层或四层前向神经网络建立（大）工业过程稳态模型，可以离线训练、在线更新，优化时可仍使用像SUMT那样的优化算法。基于规则的智能推理决策机构的利用，将大系统理论和知识工程相结合，可以解决问题智能协调、智能稳态优化等问题，简便而实用。具有模糊参数的大工业过程智能稳态优化问题，也是采用基于规则的智能推理决策机构求解。迭代学习控制的引用，使得大工业过程的多次迭代而引起的设定点变动，减轻对工业过程的扰动，避免工业过程的振荡或失稳，缩短动态时间。基于Hopfield神经网络的大系统各种递阶优化智能智能算法，具有非迭代性和快速性。特别是将大系统稳态优化问题通过Hopfield神经网络转化为具有非迭代性和快速性的网络求解一组微分方程问题，对于存在模型与实际差异采用闭环控制的稳态优化问题，一次迭代就可求得最优解。

2. 举例说明我国古代的自动装置

传说中最早的机器人 诸葛亮的 木牛流马
在南方河边常见的利用水力的 水车
。。。。。。

3. 自动控制的历史发展

最早的自动化控制要追溯到我国古代的自动化计时器和漏壶指南车，而自动化控制技术的广泛应用则开始于欧洲的工业革命时期。英国人瓦特在发明蒸汽机的同时，应用反馈原理，于1788年发明了离心式调速器。当负载或蒸汽量供给发生变化时，离心式调速器能够自动调节进气阀的开度，从而控制蒸汽机的转速。
150多年前第一代过程控制体系是基于5－13psi的气动信号标准（气动控制系统PCS，Pneumatic Control System）。简单的就地操作模式，控制理论初步形成，尚未有控制室的概念。
第二代过程控制体系（模拟式或ACS,Analog Control System）是基于0－10mA或4－20mA的电流模拟信号，这一明显的进步，在整整25年内牢牢地统治了整个自动控制领域。它标志了电气自动控制时代的到来。控制理论有了重大发展，三大控制论的确立奠定了现代控制的基础；控制室的设立，控制功能分离的模式一直沿用至今。
第三代过程控制体系（CCS，Computer Control System）.70年代开始了数字计算机的应用，产生了巨大的技术优势，人们在测量，模拟和逻辑控制领域率先使用，从而产生了第三代过程控制体系（CCS，Computer Control System）。这个被称为第三代过程控制体系是自动控制领域的一次革命，它充分发挥了计算机的特长，于是人们普遍认为计算机能做好一切事情，自然而然地产生了被称为“集中控制”的中央控制计算机系统，需要指出的是系统的信号传输系统依然是大部分沿用4－20mA的模拟信号，但是时隔不久人们发现，随着控制的集中和可靠性方面的问题，失控的危险也集中了，稍有不慎就会使整个系统瘫痪。所以它很快被发展成分布式控制系统（DCS）。
第四代过程控制体系（DCS，Distributed Control System分布式控制系统）：随着半导体制造技术的飞速发展，微处理器的普遍使用，计算机技术可靠性的大幅度增加，目前普遍使用的是第四代过程控制体系（DCS，或分布式数字控制系统），它主要特点是整个控制系统不再是仅仅具有一台计算机，而是由几台计算机和一些智能仪表和智能部件构成一个了控制系统。于是分散控制成了最主要的特征。除外另一个重要的发展是它们之间的信号传递也不仅仅依赖于4－20mA的模拟信号，而逐渐地以数字信号来取代模拟信号。
第五代过程控制体系（FCS，Fieldbus Control System现场总线控制系统）：FCS是从DCS发展而来，就象DCS从CCS发展过来一样，有了质的飞跃。“分散控制”发展到“现场控制”；数据的传输采用“总线”方式。但是FCS与DCS的真正的区别在于FCS有更广阔的发展空间。由于传统的DCS的技术水平虽然在不断提高，但通信网络最低端只达到现场控制站一级，现场控制站与现场检测仪表、执行器之间的联系仍采用一对一传输的4-20mA模拟信号，成本高，效率低，维护困难，无法发挥现场仪表智能化的潜力，实现对
现场设备工作状态的全面监控和深层次管理。所谓现场总线就是连接智能测
量与控制设备的全数字式、双向传输、具有多节点分支结构的通信链路。简
单地说传统的控制是一条回路，而FCS技术是各个模块如控制器、执行器、检测器等挂在一条总线上来实现通信，当然传输的也就是数字信号。主要的总
线有Profibus，LonWorks等。
1、 40年代--60年代初：
需求动力：市场竞争,资源利用，减轻劳动强度，提高产品质量，适应批量生产需要。主要特点：此阶段主要为单机自动化阶段，主要特点是:各种单机自动化加工设备出现，并不断扩大应用和向纵深方向发展。典型成果和产品：硬件数控系统的数控机床。
2、60年代中--70年代初期：
需求动力：市场竞争加剧，要求产品更新快，产品质量高，并适应大中批量生产需要和减轻劳动强度。主要特点：此阶段主要以自动生产线为标志，其主要特点是:在单机自动化的基础上，各种组合机床、组合生产线出现，同时软件数控系统出现并用于机床，CAD、CAM等软件开始用于实际工程的设计和制造中，此阶段硬件加工设备适合于大中批量的生产和加工。典型成果和产品：用于钻、镗、铣等加工的自动生产线。
3、70年代中期--至今：需求动力：市场环境的变化，使多品种、中小批量生产中普遍性问题愈发严重，要求自动化技术向其广度和深度发展，使其各相关技术高度综合，发挥整体最佳效能。主要特点：自70年代初期美国学者首次提出CIM概念至今，自动化领域已发生了巨大变化，其主要特点是:CIM已作为一种哲理、一种方法逐步为人们所接受；CIM也是一种实现集成的相应技术，把分散独立的单元自动化技术集成为一个优化的整体。所谓哲理，就是企业应根据需求来分析并克服现存的“瓶颈”，从而实现不断提高实力、竞争力的思想策略；而作为实现集成的相应技术，一般认为是:数据获取、分配、共享；网络和通信；车间层设备控制器；计算机硬、软件的规范、标准等。同时，并行工程作为一种经营哲理和工作模式自80年代末期开始应用和活跃于自动化技术领域，并将进一步促进单元自动化技术的集成。典型成果和产品：CIMS工厂，柔性制造系统(FMS)。
随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段——现代控制理论。主要研究具有高性能，高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论，信息论，仿生学为基础的智能控制理论深入。
为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度，压力或飞行航迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。
在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。

4. 我国古代都有哪些奇妙的“高科技”令人叹为观止

5. 我国古代有哪些简单机械说说他们的原理。

一、汉唐以来的耕犁
我国很早就发明了耒耜，用耒耜来翻整土地，播种庄稼，进行农业生产。随着生产的发展，耒耜发展成犁。不过在战国时期以前，人们使用的只是石制、木制、骨制和少量的铜制整地工具。后来由于牛耕的出现和冶铁业的兴起，战国时期便出现了铁制的耕犁，河北易县燕下都遗址和河南辉县都出土过战国时期的铁犁铧。铁犁铧的发明是一个了不起的成就，它标志着人类社会发展的新时期，也标志着人类改造自然的斗争进入一个新的阶段。
汉代大力推广先进的生产工具和耕作方法，耕犁也得到了进一步的发展，并且在全国各地广泛使用。解放后出土的一百多件汉代的铁犁中，有铁口犁铧、尖锋双翼犁铧、舌状梯形犁铧，还有大型的犁铧。从山西平陆等地汉墓中出土的几幅犁耕图中，可以看出汉代耕犁的构造形式。当时的耕犁是铁制的犁铧，已经有犁壁的装置。山东安丘、河南中牟和陕西西安、咸阳、礼泉等地都有汉代铁犁壁出土。犁壁的发明是耕犁的一个重大发展。没有犁壁的耕犁达不到碎土松土起垅作亩的目的，还必须靠锄类和铲类农具的帮助才行；有了犁壁就能翻土碎土，犁壁有一定的方向，向一侧翻转土垡，把杂草埋在下面作肥料，同时还有杀虫的作用。欧洲的耕犁直到公元十一世纪才有犁壁的记载，我国至迟到汉代就有了犁壁的装置，比欧洲要早近一千年。汉代耕犁的木质部分由犁辕、犁梢（犁柄）、犁底（犁床）、犁箭、犁横等部件组成。由此可以看出，汉代的耕犁已经基本定型，它除了有先进的犁壁装置外，还有能调节耕地深浅的犁箭的装置。汉代的犁有双辕和单辕的，基本上是二牛抬扛式的。由于是直辕长辕犁，耕地的时候，回头转弯都不够灵活，起土费力，效率也不很高。尽管这样，它比战国时期的耕犁已经有了很大的进步。
唐代，陆龟蒙的《耒耜经》详细记述了当时耕犁的部件、尺寸和作用。这种犁的构造是由金属制造的犁镵和犁壁，以及由木材制造的犁底、压镵、策（é）、犁箭、犁辕、犁梢、犁评、犁建、犁槃等十一个部件组成。这些部件都各有特殊的功能和合理的形式。犁壁在犁镵之上，它们是成一个曲面的复合装置，用来起土翻土的；犁底和压鑱把犁头紧紧地固定下来，增强犁的稳定性；策是捍卫犁壁的；犁箭和犁评是调节犁地深浅的装置，通过调整犁评和犁箭，使犁辕和犁床之间的夹角张大或缩小，这样就使犁头深入或浅出；还可以通过犁梢来掌握耕地的宽窄；它的犁辕是短辕曲辕，辕头又有可以转动的犁槃，牲畜是用套耕索来挽犁的。整个耕犁是相当完备、相当先进的，也很轻巧，耕地的时候回头转弯都很灵便，而且入土深浅容易控制，起土省力，效率比较高。
陆龟蒙所叙述的耕犁是中国耕犁发展到比较完备阶段的典型，它的构造要比秦汉时期的犁完备和复杂得多，和现代的耕犁基本相同。这是广大劳动人民在长期的生产斗争实践中不断摸索创造的成果，是劳动人民智慧的结晶。
宋元以后，耕犁的形式更加多样化，各地创造了很多新式的耕犁。南方水田用犁镵，北方旱地用犁铧，耕种草莽用犁镑，开垦芦苇蒿莱等荒地用犁刀，耕种海堧地用耧锄。
根据史料记载，在整个古代社会，我国耕犁的发展水平一直处于世界农业技术发展的前列。

二、汉代的播种机——三脚耧
我国在战国时期就有了播种机械。汉武帝的时候，赵过在一脚耧和二脚耧的基础上，创造发明了能同时播种三行的三脚耧。一头牛拉着，一人牵牛，一人扶耧，一天就能播种一顷地，大大提高了播种效率。汉武帝曾经下令在全国范围里推广这种先进的播种机。
汉代三脚耧复原模型，现在陈列在中国历史博物馆里。它的构造是这样的：下面三个小的铁铧是开沟用的，叫做耧脚，后部中间是空的，两脚之间的距离是一垅。三根木制的中空的耧腿，下端嵌入耧铧的銎里，上端和子粒槽相通。子粒槽下部前面由一个长方形的开口和前面的耧斗相通。耧斗的后部下方有一个开口，活装着一块闸板，用一个楔子管紧。为了防止种子在开口处阻塞，在耧柄的一个支柱上悬挂一根竹签，竹签前端伸入耧斗下部系牢，中间缚上一块铁块。耧两边有两辕，相距可容一牛。后面有耧柄。
播种前，要根据种子的种类、子粒的大小、土壤的干湿等情况，调节好耧斗开口的闸板，使种子在一定的时间流出的多少刚好合适。然后把要播种的种子放入耧斗里，用牛拉着，一人牵牛，一人扶耧。扶耧人控制耧柄的高低，来调节耧脚入土的深浅，同时也就调整了播种的深浅，一边走一边摇，种子自动地从耧斗中流出，分三股经耧腿再经耧铧的下方播入土壤。在耧后边的木框上，用两股绳子悬挂一根方形木棒，横放在播种的垅上，随着耧前进，自动把土耙平，把种子覆盖在土下，这样一次就把开沟、下种、覆盖的任务完成了。再另外用砘子压实，使种子和土紧密地附在一起，发芽生长。
现代最新式的播种机的全部功能也不过把开沟、下种、覆盖、压实四道工序接连完成，而我国两千多年前的三脚耧早已把前三道工序连在一起由同一机械来完成。在当时能够创造出这样先进的播种机，确实是一项很重大的成就。这是我国古代在农业机械方面的重大发明之一。

三、灌溉机械——龙骨水车
龙骨水车是我国古代最著名的农业灌溉机械之一。龙骨车，古书上都叫翻车，据《后汉书》记载，这一灌溉机械是东汉末年发明的。最初是利用人力转动轮轴灌水，后来由于轮轴的发展和机械制造技术的进步，发明了以畜力、风力和水力作为动力的龙骨水车，并且在全国各地广泛使用。根据动力的不同，龙骨水车有下列几种。
人力龙骨水车是以人力做动力，多用脚踏，也有用手摇的。元代《王祯农书》和清代麟庆的《河工器具图说》中关于龙骨车的叙述比较详细。它的构造除压栏和列槛桩外，车身用木板作槽，长二丈，宽四寸到七寸不等，高约一尺，槽中架设行道板一条，和槽的宽窄一样，比槽板两端各短一尺，用来安置大小轮轴。在行道板上下，通周由一节一节的龙骨板叶用木销子连结起来，很像龙的骨架一样，所以名叫龙骨车。在上端的大轴的两端，各带四根拐木，作脚踏用，放在岸上的木架之间，人扶着木架，用脚踩动拐木，就带动下边的龙骨板叶沿木槽往上移动，把水刮上岸来，流入田间。龙骨板叶绕过上端大轴，又在行道板上边往下移动，绕过下端的轴，重新刮水。这样循环不已，水从低处源源不断地被车上岸来。这就是龙骨车的构造和工作过程。
人力龙骨水车因为用人力，它的汲水量不够大，但是凡临水的地方都可以使用，可以两个人同踏或摇，也可以只一个人踏或摇，很方便，深受人们的欢迎，是应用很广的农业灌溉机械。
大约在南宋初年，龙骨水车有了新的发展，出现了用畜力做动力的龙骨水车，这是龙骨水车发展的一个新阶段。它的水车部分的构造和前面讲的相同，只是动力机械方面有了新的改进。在水车上端的横轴上装有一个竖齿轮，旁边立一根大立轴，立轴的中部装上一个大的卧齿轮，让卧齿轮和竖齿轮的齿相衔接。立轴上装一根大横杆，让牛拉着横杆转动，经过两个齿轮的传动，带动水车转动，把水刮上来。因为畜力比较大，能把水车上比较大的高度，汲水量也比较大。
在元代《王祯农书》上还有水转龙骨水车的记载，可知这一机械的发明应该在《农书》成书之前，大约在元初，也有近七百年的历史了。它的装置，水车部分完全和以前的各种水车相同。它的动力机械装在水流湍急的河边，先树立一个大木架，大木架中央竖立一根转轴，轴上装有上、下两个大卧轮。下卧轮是水轮，在水轮上装有若干板叶，以便借水的冲击使水轮转动。上卧轮是一个大齿轮，和水车上端轴上的竖齿轮相衔接。把水车装在河岸边挖的一条深沟里，流水冲击水轮转动，卧齿轮带动水车轴上的竖齿轮转动，也就带动水车转动，把水从河中深沟里车上岸来，流入田间，灌溉庄稼。
如果水源比较高，可以作大的立式水轮，直接安装在水车的转轴上，带动水车转动，这样可以省去两个大齿轮。
在利用流水作动力的灌溉机械上应用了一对大的木齿轮，把水轮的转动传递到水车的轴上，来带动水车把水刮上来，进行灌溉，这是元代机械制造方面的一个巨大的进步，也是人们利用自然力造福于人类的一项重大成就。

四、先进的粮食加工机械——水碓和水磨
谷物收获脱粒以后，要加工成米或面才能食用。我国古代在粮食加工方面发明了不少机械，如磨、碾、碓、扇车、罗等，后来又发明了用水力做动力的水碓和水磨，这些机械效率高，应用广，是农业机械方面的重要发明。
水碓是利用水力舂米的机械，在西汉末年就出现了，汉代桓谭（约前23—后50）的《桓子新论》里有关于水碓的记载。
水碓的动力机械是一个大的立式水轮，轮上装有若干板叶，轮轴长短不一，看带动的碓的多少而定。转轴上装有一些彼此错开的拨板，一个碓有四块拨板，四个碓就要十六块拨板。拨板是用来拨动碓杆的。每个碓用柱子架起一根木杆，杆的一端装一块圆锥形石头。下面的石臼里放上准备要加工的稻谷。流水冲击水轮使它转动，轴上的拨板就拨动碓杆的梢，使碓头一起一落地进行舂米。利用水碓，可以日夜加工。
凡在溪流江河的岸边都可以设置水碓。根据水势的高低大小，人们采取一些不同的措施。如果水势比较小，可以用木板挡水，使水从旁边流经水轮，这样可以加大水流的速度，增强冲动力。带动碓的多少可以按水力的大小来定，水力大的地方可以多装几个，水力小的地方就少装几个。设置两个碓以上的叫做连机碓，常用的都是连机碓，一般都是四个碓。
磨，最初叫硙，汉代才叫做磨，是把米、麦、豆等加工成面的机械。磨用两块有一定厚度的扁圆柱形的石头制成，这两块石头叫做磨扇。下扇中间装有一个短的立轴，用铁制成，上扇中间有一个相应的空套，两扇相合以后，下扇固定，上扇可以绕轴转动。两扇相对的一面，留有一个空膛，叫磨膛，膛的外周制成一起一伏的磨齿。上扇有磨眼。磨面的时候，谷物通过磨眼流入磨膛，均匀地分布在四周，被磨成粉末，从夹缝中流到磨盘上，过罗筛去麸皮等就得到面粉。磨有用人力的、畜力的和水力的。用水力作为动力的磨，大约在晋代就发明了。水磨的动力部分是一个卧式水轮，在轮的立轴上安装磨的上扇，流水冲动水轮带动磨转动，这种磨适合于安装在水的冲动力比较大的地方。假如水的冲动力比较小，但是水量比较大，可以安装另外一种形式的水磨：动力机械是一个立轮，在轮轴上安装一个齿轮，和磨轴下部平装的一个齿轮相衔接。水轮的转动是通过齿轮使磨转动的。这两种形式的水磨，构造比较简单，应用很广。
随着机械制造技术的进步，后来人们发明一种构造比较复杂的水磨，一个水轮能带动几个磨同时转动，这种水磨叫做水转连机磨。《王祯农书》上有关于水转连机磨的记载。这种水力加工机械的水轮又高又宽，是立轮，须用急流大水，冲动水轮。轮轴很粗，长度要适中。在轴上相隔一定的距离，安装三个齿轮，每个齿轮又和一个磨上的齿轮相衔接，中间的三个磨又和各自旁边的两个磨的木齿相接。水轮转动通过齿轮带动中间的磨，中间的磨一转，又通过磨上的木齿带动旁边的磨。这样，一个水轮能带动九个磨同时工作。

6. 水钟的工作原理

水钟工作原理
要讲“泄水型”、受水型 具有自动报时装置的水钟被认为是韩国科学史上的一大成就。其工作原理是利用水量来测量时间。
水钟有大、中、小三个容器。把水注入最上面的、也是最大的容器中，水就会自动往下流。当最下面的、最小的容器中的水位不断升高并达到一定高度时，容器中的木条触动方木，方木中的小金属球就一路向下滚动，触动与铜锣、鼓和钟相连的大球。因而，每20分钟铜锣响一次，每100分钟鼓响一次，而每两小时也就是一个时辰，钟就响一次。在钟响的同时，水钟窗口也会显现出代表十二个时辰的标志形象。
古代的计时器“水钟”( 在中国叫作“刻漏”，也叫“漏壶” )。据古代锲形文字记载和从埃及古墓出土的实物可以看到，巴比伦和埃及在公元前1500年以前便已有很长的水钟使用历史了。约在公元前三世纪中叶，亚历山大里亚城的斯提西比乌斯(Ctesibius)首先在受水壶中使用了浮子(phellossive tympanum)。按迪尔斯(Diels)本世纪初复原的样品，注入的水是由圆锥形的浮子节制的。而这种节制方式即已含有负反馈的思想 (尽管当时并不明确)。[1]中国有着灿烂的古代文明。中国古代的科学家们对水钟十分得重视，并进行了长期的研究。据<<周礼>>记载，约在公元前 500年，中国的军队中即已用漏壶作为计时的装置。约在公元120年，著名的科学家张衡 (78-139,东汉)又提出了用补偿壶解决随水头降低计时不准确问题的巧妙方法。在他的“漏水转浑天仪”中，不仅有浮子，漏箭，还有虹吸管和至少一个补偿壶。最有名的中国水钟“铜壶滴漏”由铜匠杜子盛和洗运行建造于公元1316年(元代延佑三年)，并一直连续使用到1900年。现保存在广州市博物馆中，但仍能使用。[2][3]北宋时期，苏颂等于1086年-1090年在开封建成“水运仪象台”。仪象台上的浑仪附有窥管，能够相当准确地跟踪天体的运行，“使它自动地保持在窥管的视场中”。这种仪象台的动力装置中就利用了“从定水位漏壶中流出的水，并由擒纵器(天关、天锁)加以控制”。苏颂把时钟机械和观测用浑仪结合起来，这比西方罗伯特.胡克早六个世纪。

7. 它用水激轮自转，一天一夜转一周，还安置了自动报时器，是哪项古代天文发明啊

开元水运浑天仪

唐代一行与梁令瓒合作制造了一台开元水运浑天仪。据《旧唐书·天文志》回所载，其答主体是一个缀有星象、赤道和刻度的铜球，铜球有轴可以转动，球外设置两个圆环，是为赤道与白道。环上分别有太阳与月球，日月可与铜球同时运行。该仪装在木柜中，并以木柜为地平。仪器半在地下，其运转以水为动力。“注水激轮，令其自转，一日一夜，天转一周”。是一种自动机械计时器。此仪器除表演天象外还能报时，地平之上立有二木人，每刻自动击鼓，每晨自动撞钟，从而使这台仪器成为了具有钟表和表演给定时刻的星象及日月位置功能的多用途综合天文仪器。开元水运浑天仪展现了盛唐时期天文仪器的风貌也特点，北宋苏颂、韩公廉等正是在开元水运浑天仪的基础上加以改进和创新，制出了举世闻名的水运仪象台。

8. 我国古代很早就发明了齿轮传动和皮带传动的装置.

机械传动机械传动机械传动有很多形式，主要可分为两大类：①依靠机械摩擦驱动器之间的摩擦，包括转让的力量和运动的皮带传动，绳传动和摩擦四轮驱动系统。摩擦传动容易实现无级变速器，其中大多数是可以适应的轴间距较大的驱动器的场合，也能起到缓冲的作用和保护齿轮过载单，但该驱动器是高功率的场合，但不保证准确的传动比。 ②依靠活跃的成员和追随者参与的中间件啮合传递动力或运动的齿轮传动装置，齿轮，链传动，螺旋传动和谐波传动装置。啮合传动可用于高功率的情况下，传动比准确，但一般要求较高的制造精度和安装精度。
产品类别：减速机，制动器，离合器，联轴器，无级变速机，螺杆，滑动

机械驱动机构，可以提供电源的方式，方向或速度的发展历史运动将被改变，即，要使用的机械发送目的地。中国古代变速机构是许多类型的应用是非常广泛的，除了上述的，像一个地震仪，鼓风机等，是产品的机械传动。中国古代的传动机构，主要齿轮传动，绳传动和链传动。
1个齿轮。时报不迟引导车在西汉时期，西汉时期，记里鼓车，东汉张衡发明了液压天文仪器，是非常复杂的齿轮传动装置。这些用来传递运动，强度要求不高的齿轮。至于生产中所用的齿轮，通过一个大的功率，它是必要的力通常是较大的，更高的强度要求。古代畜力，水力和风力提水，食品加工，如齿轮的应用。上翻车，例如，需要使用的齿轮传动机构，定位和交付的运动去改变，去适应工作要求的翻车。
2，链传动。链条，线束，在古老的中国商代早期，有铜链，也可在其他青铜器和玉器的装饰链。秦铜车马出土于西安，一个非常精致的金属链。但是，这不能被视为一个链驱动器。作为动力传动链，出现在东汉。东汉时完成兰发明了第一台翻车的转移。根据其工作原理和运动的关系，可以看出，作为一个驱动链条。朝天上，下链轮，主动，从动的皮瓣周围的四轮驱动链，传动链满足抬水件，因此，翻车是一个特殊的情况下，链传动。平台到了宋代，苏颂的浑天仪“阶梯”实际上是一条铁索，在水平轴驱动横轴上通过的“阶梯”，从而形成一个真正的链传动。
3，盛带驱动器。一种摩擦驱动模式。在西汉时期，四川产盐在下沉，运水，牛带动大滑轮，滑轮的绳索绕提高下沉工具，盐水等。在西汉时期的手摇纺车，是一个典型的绳子驱动器。在西汉时期的石刻浮雕，手摇纺车图件，你可以清楚地看到：大型机械传动轮主动，用绳子主轴，大绳，手轮一转，主轴旋转数十个星期，非常高效率高。后出现的三，五，纺车，效率更高。元代游泳纺轮，绳驱动器。东汉末年，冶金工艺品的一项重要发明水排，爆炸。这根绳子驱动器的工作原理是：水电水平水车旋转，和水车轴的配有一个大轮带动小轮绳，小滑轮轴的上端的曲轴旋转，通过连杆鼓风机鼓风驱动。这水是行爆炸有效性高价值数亿马爆炸。它的出现标志着东汉开发的机器已经出现在国内，因而具有十分重要的意义。 /> <br传输类
机械驱动力传输来分，可分为：
1摩擦传动。
链传动。
3档。
4皮带传动。
涡轮蜗杆传动。
6的棘轮驱动器。
7曲轴，连杆驱动
8气动驱动器。
9液压传动液压刨
10万向节传动
11钢丝绳驱动器（电梯是使用最广泛的）
12耦合驱动器
13花键驱动。
传输模式详解，
皮带传动皮带传动皮带传动的中间灵活的成员驱动器的机械传动较为常见，特别是与V型皮带驱动器驱动器，广泛的应用。

皮带传动皮带驱动类型是作为一个中间传递运动或动力驱动器的柔性构件使用的频带。
传输原理，在带驱动器中被分为摩擦型（平带驱动器，V型带驱动器）和相互啮合的类别。
大多在机械设备摩擦皮带传动皮带驱动应用下面的例子来介绍的皮带传动V带传动的基本知识。
其次，皮带驱动
传动带套在驱动带轮1和从动带轮2，施加一定的张力带正压带和带轮的接触面之间产生的;绞盘的基本原理转动时，依靠皮带和皮带轮之间的摩擦驱动被驱动的轮子转动。
皮带传动的基本原理是依靠皮带与皮带轮之间的摩擦力来传递运动和动力。
特点和传动带驱动器比
皮带驱动器的功能
弹性和摩擦传动，因此，它具有结构简单，传动平稳，噪音低，可缓冲减震过载的皮带打滑皮带轮和其他部分从过载施加到中心的距离大的传输的优点。
皮带驱动器也具有很多的缺点是：不能保证的精度的传动比，传动效率低（约0.90至0.94），与寿命短，不能在高温下，易燃，油和水的场合。
2，驱动皮带驱动比
皮带驱动，驱动轮被称为速度和从动车轮速度比的传动比，一个符号表示。
4两种形式，共同的皮带驱动器
皮带驱动，平带驱动器和V型皮带传动。
1，的
平带传动平矩形横截面的，工作是环状的内表面与滑轮接触的外表面的。平带驱动器的结构简单，平皮带更薄，弯曲和扭转，并因此适合于高速传输，交叉传染或交错轴平行的轴线之间的半交叉传动
2，V型皮带传动
截面是一个等腰梯形，带轮槽，两侧的表面接触放置在工作中，产生较大的摩擦力，传输能力。
5，皮带驱动的张紧装置
皮带驱动，磁带以获得所需的张力，在两个皮带轮中心距离应该是能够调整;皮带的张力，在驱动器中很长一段时间绑定到塑性变形和松弛现象，其传输容量降低，因此应是一般性的皮带驱动张紧装置。张紧的带驱动器的方法来调整的中心距离和2种张紧轮，他们每个人都有不同形式的张力和自动张紧定期使用。
6，安装和维护
做传输安装，维修和维护工作必须是正确的顺序，以提高效率的V形皮带驱动器“中的V形皮带的使用寿命延长，并确保皮带驱动器的正常操作。 /> 1，V形带必须被正确地安装在正受皮带轮槽，一般与轮辋的外边缘平齐。 /> 2，保持平行的轴线的两个滑轮的V形皮带驱动器，和两个相应的平面对称的V形槽应重合。
3，拆卸，安装的V型皮带应该强调的小的中心距的两个滑轮，以避免硬撬损坏V型皮带或设备。设置好带，中心距调整到正确的位置，松紧带，中度。
4，V型带驱动器必须安装一个保护盖，以防止影响由于润滑剂，切割或其他碎片飞溅到V型带驱动器，以防止发生意外的损伤。
5，一组V带，损伤一般组替换，与新老混合。
齿轮
齿轮传动装置被安装在驱动轴和从动轴制成的相互啮合的齿轮的齿轮。该齿轮是最广泛使用的一种形式的传输。
首先，齿轮
1，在齿轮传动装置的范围的功率和速度，几百几千千瓦功率的基本特征，从非常小的圆周速度，从非常小的越百每秒米。齿轮尺寸小于1毫米，大于10m。
2，齿轮啮合传动的齿轮的齿廓的一个特定的曲线，瞬时传动比恒定，传动平稳和可靠的。
3，传动效率高，使用寿命长。
4，各种各样的齿轮，并能满足各种形式的传输的需求。
5，高精度齿轮的制造和安装。

齿轮在齿轮的分类很多不同的类型，可以用不同的方法进行分类。
啮合点，外齿轮传动，内啮合传动齿轮。
不同点，齿轮直齿圆柱齿轮传动，斜齿圆柱齿轮，人字齿圆柱齿轮，直齿锥齿轮的齿轮齿。
标准的直齿圆柱齿轮
直齿圆柱齿轮传动齿轮是最基本的形式，它被广泛地使用在机械传动。的
称为直齿圆柱齿轮的直齿圆柱齿轮的圆柱齿轮，被称为直母线节圆的齿列。的
直齿圆柱齿轮参数
（1）的齿轮齿数z齿的总数称为齿的数目。
（2）齿角一个
上的平坦的端部，横向齿廓和节圆的径向线的交叉处，在该点的切线的齿廓，锐角的多文件夹，名为牙形角。
标准要求的标准线齿轮的渐开线齿形角α= 20°。齿轮（3）的模数m
间距p除以圆周率π从供应商，称为弹性模量，弹性模量的单位为mm，并且已经被标准化。常用的
齿轮
在除了正齿轮驱动器在其他类型的齿轮，斜齿圆柱齿轮，直齿锥齿轮和蜗杆传动等。
1，斜齿圆柱齿轮
称为螺旋圆柱齿轮，斜齿圆柱齿轮的齿轮线。
所述的斜齿圆柱齿轮的螺旋角的方向，分为2种L-齿轮和右旋齿轮，旋转它的右手规则可用来确定。伸出右手，掌心朝上，四根手指点到齿轮的轴向方向，牙齿，以拇指方向一致相比，用右手，左手，反之亦然。
一对放置的圆柱形表面上的螺旋形的圆筒状的齿轮齿螺旋，所以这两个齿轮的齿面啮合逐渐接触迁出的对直齿圆柱齿轮2啮合在牙齿上的齿面在同一接触的整个长度，和购买而脱离的时间。斜齿圆柱齿轮稳定性，耐冲击更加明显，尤其是在高速重载。的
斜齿圆柱齿轮传动之间的数据传输的两个平行轴平稳要求适用于。
2，被称为锥齿轮直齿锥齿轮
索引表面的圆锥表面的齿轮，它是一个齿分布在齿轮的锥形表面，当它的牙齿的分界线的圆锥形面直线发电机，称为直齿锥齿轮。的
用于在空间中的锥齿轮传动的两个相交的轴之间的数据传输，并且更一般为两轴垂直相交的角度为90°的场合。齿轮<br故障的
形式/>损坏齿轮的操作期间，由于某些原因，它失去了正常的工作能力的现象称为失效。齿轮失效形式有很多种，常见的失效形式：
1，牙齿磨损
在传输过程中，牙齿之间的接触面相对滑动的齿轮。的力的情况下，齿轮的齿面的磨损的齿面间的相对滑动发生。磨损会破坏牙齿表面的形状，导致传输不流畅，戴牙齿变薄引起的齿侧间隙增加，牙齿强度下降。牙齿磨损的主要失效模式的润滑条件不好的开式齿轮（齿轮）暴露出来，打开蜗杆传动的主要失效模式。
2，牙坏了
齿轮齿受力状况相当于悬臂工作齿根的弯矩，应力集中。在接合过程中，齿根的弯曲力矩的遭受被交替地改变，因此，在该地区最有可能产生的疲劳裂纹，这种故障的齿断齿形式的齿称为疲劳断裂。齿轮坏了，是另一个长期过载或过大的冲击负荷突然被打破，所谓的过载打破。
3，齿塑性变形
，在牙齿表面暴露于低速重的工作条件下，由于这些力的影响很大的压力和摩擦，该材料是相对较软的部分齿轮齿表面可能会产生塑性流动，使齿面的凹部或凸锥，从而破坏的齿轮的齿廓形状，使齿轮丧失工作能力。该齿轮故障表被称为塑性变形的齿。

齿轮齿面工作时，点蚀，反复接触挤压，而当接触表面，从而产生的压力因过量或长期使用，牙齿表面会产生细微的疲劳裂纹。随着连续的齿轮沿的工作表面，裂纹将继续扩大，剥离一小块金属，形成在牙齿表面的点蚀和斑坑。这种故障的齿面的形式被称为在牙齿表面的点蚀。牙齿表面严重点蚀会损坏，导致传输是不光滑的，产生噪声，甚至丧失工作能力的齿轮的齿轮齿的表面。
牙齿表面点蚀的失效形式多在封闭的齿轮的润滑条件。
5，齿面胶合
封闭的高速重载齿轮齿面的润滑是比较困难的，产生局部加热的配合面结合在重负载下，当齿轮运动撕下部分的金属材料在一个相对较软的齿面撕裂在牙齿表面的贴面，如粘附在牙齿表面和撕裂引起的故障称为槽。齿面胶合现象，这将严重损害牙齿表面，并导致齿轮失效。封闭蜗杆传动可以很容易地发生此故障。
链条传动
链传动由两个特殊的齿轮和一个封闭的链的组合物，在工作时活跃的连接的一个链驱动了该书的链条相啮合的齿轮啮合的从动链轮驱动器。链驱动??器主要用于为寻求更准确，和两轴的距离是链传动的传动比，并且不应该被用来放置齿轮。这是我们共同的自行车链轮链条传动的原则。
链传输特性
1）可以确保更准确的比较）的传动比（和皮带驱动
2）的情况下，可以通过在两个轴中心的距离更远的力（与齿轮）

3）只可用于驱动
平行轴4）链条磨损，链变长，容易起飞链现象。
辊子链
滚子链结构
机械传动，传动链的滚子链（也被称为套筒滚子链）。滚子链的链板外链板，内销3，套管4和辊5。
滚子链的链板与套筒内，外链板和引脚的使用干扰的固定销和套筒分别辊套之间的间隙配合;每个链路可以自由的弯曲和伸展，相对旋转的辊和套筒。滚子链与链轮的啮合，因为在辊的作用，直接与链轮齿的套筒的滑动摩擦接触转换成滚动摩擦，从而降低的链轮齿的磨损。
滚子链长会议。轻松连接链接数，应尽量选择开口销或弹簧夹锁定链的两端连接头。当奇数链条头需要使用的过渡段，过渡段不仅制造的复杂性和低的运输能力，并因此，应该避免使用。
2，商标
滚子链滚子链标准件，标记号
标签的例子：
链数 - 行数 - 总人数的链链接标准 /> 08A-1-88GB/T1243-1997说：链号08A（间距12.70毫米），单排滚子链，88。
3，使用
（1）的链传动链驱动，以确保正常的工作，两个链轮的轴应该是彼此平行的，并应位于两个链轮，在相同的垂直平面上。
（2）为了提高链传动的质量和使用寿命，应注意润滑。链传动可从时间来预压
（3），和张紧轮的移动设备可以在必要时使用。
（4）应加装带有保护盖的安全性和灰尘，链传动。
蜗杆传动
当一个齿轮有一个或多个螺旋齿和交错轴传动涡轮机（类似螺旋齿轮蜗轮蜗杆传动）的参与，该驱动器称为蜗杆传动。蜗杆齿轮的两个轴以90度角相交，但既不是彼此平行的，不交叉的情况下，通常在蜗轮传动，蜗轮是一个活跃的部件，并且是一个被动部件的蜗轮。
（1）蜗杆传动
单级传动的特点是能够得到很多的传动，结构紧凑，传动平稳，无噪音，低传输效率。
（2）蜗杆传动涡轮机操纵判定
蜗杆传动蜗轮蜗杆，涡轮机转向取决于两者之间，蜗轮旋转，其旋转方向的相对位置之间的关系。
判断涡轮右旋（蠕虫可以分为左，右旋转和斜齿轮方向的判断方法与判断方法相同）的右手定则，蠕虫左交给他的左手，而转向与他左手或右手定则，蜗轮蜗杆是相对的统治。拇指的相反方向弯曲四个手指点蜗轮的旋转方向（直箭头表示的可视侧的蜗杆的周向运动方向），是相对于涡轮机的运动方向的蜗杆。
丝杆传动
丝杆传动用螺丝和螺母丝杆副，主要表现为旋转运动变为直线运动，同时传递运动和动力传输的要求。
螺杆驱动分类：
1）传力螺旋的传输功率，扭矩较小，产生较大的轴向推力的工作，克服阻力。如提升或螺旋形的加压装置。这样的传力螺旋主要是承受较大的轴向力，一般简称的工作，每个工作很短的时间，运行速度不高。 [电子邮件= 7 _at_＆X]×[/电子邮件]
2）传导螺旋：，发送运动，有时也承受较大的轴向载荷。如机床的进给机构的螺旋。传导螺旋主要工作持续了很长一段的时间，较高的操作速度，因此，需要更高的传输精度。
3）调整螺钉：为了调整的固定部分的相对位置。如机床，仪器仪表和测试设备的微调机构的螺旋。不频繁的调节螺钉旋转一般卸载的调整。
螺杆传动的特点：传动精度高，工作平稳，无噪音，易于自锁，并能传递更大的功率。

工作机的重要性一般要依靠原动机提供某种形式的能量，但是，原动机和工作直接挂钩，往往需要添加的运动或变化的电源状态之间的传输齿轮：
（1）机器速度一般是不相符的最佳速度的主要推动者。 。
（2）大量的工作机的速度调整，根据生产要求，但依靠此目的的主要推动者的速度是不经济的，这是不可能的。
（3）在某些情况下，这是必要的原动机驱动若干不同的工作机的操作速度。
（4）安全和维护方便，由于机器的外形尺寸有限，或因不能直接连接在一起的原始动机和工作机。设计概要

当设计传输的发送功率，传动比和工作条件，如已设定时，不同类型的传输有其自己的优点和缺点。
1）的功率和效率
可以通过各种发射功率的传输原理，承载能力和负荷分配，速度制造精密机械效率，发热情况及其他因素的影响。
效率是评估传输性能的重要指标之一。
2）
速度的传输速度的主要运动特性之一。提高传输速度的机器是一个重要的发展方向。
3）的外形尺寸，质量，成本
驱动器以外的功率和速度的大小的尺寸和质量是密切相关的传动部件的机械性能。
传动比变速器的运动特性之一。
成本的重要经济指标的驱动器类型的选择。

9. 我国的古代，有哪些比较神奇的“高科技”

擒纵系统

上面这三个部分靠齿轮和轴承相互连接，其核心动力系统叫枢轮，用漏刻中流出的水来转动枢轮，进而带动齿轮轴承转动，使整个系统运作起来。同时控制运转还需要一个擒纵系统，平水壶中流出固定水量的水流而以等速均匀的方式一直间歇地运转不停，其原理运用在现代机械表中，因为擒纵系统使水运仪象台成为世界最早的机械表。

文史君说:

“科学技术是第一生产力”,科技的发展促进了社会的发展。我们回首古人，数不清的科技发明为日常生活带来了便利与欢乐。可惜古代的先进技术未能实现整个社会技术的变革，社会生产力的提高。我们常常自豪古人的科技远超同时期的世界，又感慨当今中国的很多科技落后于世界先进国家。时过境迁，古人不受重视的科学技术，或被后来西方国家借鉴并赶超，或逐渐消失在历史长河中。当今科学技术的发展日新月异，各国极为重视科学技术的发展。科学技术的发展速度越来越快，技术的垄断现象也频频出现。我们不应该囿于古人往日的辉煌，但或许可以从其中获取灵感。最后着眼于现在和未来，不断地实现科学技术的突破，实现社会生产力的新发展。

10. 古人对自动控制的贡献有哪些

自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制是相对人工控制概念而言的。

最早的自动化控制要追溯到我国古代的自动化计时器和漏壶指南车，而自动化控制技术的广泛应用则开始于欧洲的工业革命时期。英国人瓦特在发明蒸汽机的同时，应用反馈原理，于1788年发明了离心式调速器。当负载或蒸汽量供给发生变化时，离心式调速器能够自动调节进气阀的开度，从而控制蒸汽机的转速。

在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。

自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展

配电自动化

初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制，二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪，火炮定位系统，雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。