现代控制理论发展史香港科技大学李泽湘教授的报告
香港科技大学李泽湘教授《科技创业的孵化密码》：我错了，为什么工程意识比上最好的大学都重要？
香港科技大学李泽湘教授《科技创业的孵化密码》：我错了，为什么工程意识比上最好的大学都重要？高考报考什么类型的专业，与4年后大学毕业面临的选择有很大关系。
人人都相信，最好的专业，在毕业的时候能赶上行业红利。
目前，我国正在经历从“人口红利”转向“工程师红利”的转变，处于向高端制造和科技行业发展的新一轮时期。
同时，恰逢数字化时代，传统工程正向智能化演变，接受高等教育、具备创新能力的中高端人才会在这轮转变和升级中成为关键一环。
有理由相信，优秀的工程师在未来的创新、创业中大有可为。
成功孵化出全球无人机领导者大疆创新、“水上特斯拉”逸动科技等一系列明星科技创业公司后，香港科技大学教授李泽湘曾经在混沌的讲台上，分享过创业成功的核心思维模型——工程意识。
李泽湘说：“以前我招学生，都是找最好的学校、成绩最好的，最后发现错了，工程意识比成绩更重要。
”*以下根据李泽湘2017年9月2日在混沌的课程《科技创业的孵化密码》整理而成。
授课老师｜李泽湘香港科技大学电子与计算机工程学系教授创业往往分为两个步骤：发现问题和解决问题。
发现问题只是完成了一半，选择一个好的模式解决问题或许能让创业者们少走许多弯路。
目前，解决问题主要有以下几种模式：第一，“山寨”模式。
对标同类企业或者遇到相同问题的企业，参照他们的方式做调整。
第二，根据长期培养出来的工程意识做决策。
第三，通过数学、物理等科学方法，将复杂问题简单化，通过找出问题的核心关键点来解决问题。
在这三种模式中，第一种模式难有突破性创新，第三种模式最优但一般人难以做到，第二种模式——工程意识是非常重要且值得培养的，也是能把学术研究和商业实践进行有机结合的核心能力。
我无法给工程意识下一个清晰的定义，但通过这次课程，我可以告诉大家，工程意识是如何培养的，以及工程意识在提高创业成功率方面的重要作用。
工程意识比考试成绩重要得多我在恢复高考后的第一年考入了中南矿业学院，并在入学后就去美国留学。
1绪论：现代控制理论的产生与发展
瓦特JamesWatt
（JamesWatt,1736～1819）英国发明家、工程师。1736年1月19 日生于苏格兰的一个小镇格里诺克。1753年他在家钟表店学手艺。 15岁学完了《物理学原理》并获得了丰富的木工、金属冶炼和加 工等工艺技术。1753年他在一家钟表店学手艺。 1753年又跟有名 的机械师摩尔根当学徒。经过刻苦学习，努力实践，他已能制造 难度较高的象限仪、罗盘、经纬仪等。1756年在格拉斯哥大学当 了仪器修理员。1765年发明了把冷凝过程从汽缸中分离出来的分 离式冷凝器。冷凝器的发明在蒸汽机的发展中起了关键性的作用。 1768年他制成了一台单动作蒸汽机 。1781年，他发明了行星式齿 轮，将蒸汽机活塞的往运动变为旋转运动 1782年他发明了大动力 的“双动作蒸汽机”并获得专利 1784年他发明了平行运动连杆机 构，解决了双动作蒸汽机的结构问题。1788年他发明了离心式调 速器和节气阀，用来自动控制蒸汽机的运转速度。1790年发明了 蒸汽机配套用压力计。 到此为止，瓦特完成了对蒸汽机的整套发明过程。经过他的一系列重大的发 明和改进，使蒸汽机的效率提高到原来纽科门机的3倍多，而且配套齐全、性能 优良、切合实用。瓦特由此博得了第一部现代蒸汽机——高效率瓦特蒸汽机的发 明者称号。
等各个领域。
倒立摆稳定控制
单级倒立摆稳定控制
二级倒立摆稳定控制
导弹稳定控制
地空导弹稳定控制
空空导弹稳定控制
航天器控制
卫星控制
月球车控制
机器人控制
空间机器人控制
足球机器人控制
[课堂小结]
1. 现代控制理论的产生、发展、内容、研究方法和应 用； 2. 经典控制理论与现代控制理论的差异； 3. 现代控制理论的应用。 End
“智能控制理论”和“复杂系统理论”的方向发
第一章 控制理论的发展历程简介
代线性系统理论又有了新发展，出现了线性系统几何理论、线性
系统代数理论和多变量频域方法等研究多变量系统的新理论和新 方法。随着计算机技术的发展，以线性系统为对象的计算方法和 计算辅助设计问题也受到普遍的重视。
1.1.2 现代控制理论
⑴ 现代控制理论的形成和发展
① 在20世纪50年代形成
动态规划法
极大值原理
综合方面以时域方法为主而经典理论主要采用频域
方法；使用更多数据工具。
1.2 现代控制理论的主要内容
⑵ 最优滤波理论 滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和 防止干扰的一项重要措施。分经典滤波和现代滤波。 卡尔曼滤波: 最优滤波一定是“渐近稳定”的。大致 说来，就是由初始误差、舍入误差及其他的不准确性 所引起的效应，将随着滤波时间的延长而逐渐消失或
第一章 绪 论
1.1 控制理论的发展历程简介 1.2 现代控制理论的主要内容
1.1 控制理论的发展历程简介
1.1.1 经典控制理论 ⑴ 形成和发展 ① 在20世纪30-40年代，初步形成。
② 在20世纪40年代形成体系。
频率理论
根轨迹法
⑵ 以SISO线性定常系统为研究对象。 ⑶ 以拉氏变换为工具，以传递函数为基础在
(3) 神经网络控制理论。
(4) 智能控制（专家系统、模糊控制、神经网络
控制„）
1.2 现代控制理论的主要内容
⑴ 线性系统理论 以状态空间法为主要工具研究多变量线性系统的理 论。与经典线性控制理论相比，现代线性系统主要 特点：研究对象一般是多变量线性系统，而经典线 性理论则以单输入单输出系统为对象；除输入和输 出变量外，还描述系统内部状态的变量；在分析和
频率域中分析与设计。
⑷ 经典控制理论的局限性
现代控制理论的发展史
2
现代控制理论
现代控制理论以多变量控 最优控制为主要内容， 制、最优控制为主要内容， 采用时域法，以状态方程 采用时域法， 为数学模型。数学工具： 为数学模型。数学工具： 线性代数， 线性代数， 泛函分析
经典控制理论
• 经典控制理论，以单变量控制，随动/ 调节为主要内容，以微分方程和传递 函数为数学模型，所用的方法主要以 频率响应法为主。数学工具： 微分方 程， 复变函数
3
人才培养： 人才培养：多学 科交叉、 科交养宽口径、多 面手、 面手、复合型人 才
我国控制理论的教学
–1949. 上海交大 张钟俊 伺服系统 1949. – 1950 清华大学 钟士模 自动调节原理 – 50－60年代 随动系统，自动调节原理 － 年代 随动系统， – 70年代末－80年代 现代控制理论，最优控制 ，自适 年代末－ 年代 现代控制理论， 年代末 应控制，系统辨识， 随机控制，大系统理论（ 应控制，系统辨识， 随机控制，大系统理论（运筹 ），鲁棒控制 学），鲁棒控制 – 90年代 模糊控制， 智能控制，系统集成 年代 模糊控制， 智能控制， – 新世纪 网络技术，生物信息技术，嵌入式系统－－信 网络技术，生物信息技术，嵌入式系统－－信 －－ 息自动化 要求： 要求：厚基础 宽口径 学科交叉 科学思维方法 勇于实践和探索
目前的发展趋势
1
突出含机、 突出含机、电、 计算机、 计算机、通信网 络的大系统、 络的大系统、复 杂系统与人机交 互系统的集成； 互系统的集成；
2
控制论的根本是 信息的控制， 信息的控制， 包 括模型的建立 数学特征）， （数学特征）， 信息的处理（ 信息的处理（计 算机微电子技术） 算机微电子技术） 与实体的控制 领域知识， （领域知识，工 程特征） 程特征）
.何谓现代控制理论？与经典控制理论之间是什么样的关系或联络？在解决控制问题时各有什么不同的优缺点？
.何谓现代控制理论？与经典控制理论之间是什么样的关系或联络？在解决控制问题时各有什么不同的优缺点？.何谓现代控制理论？与经典控制理论之间是什么样的关系或联络？在解决控制问题时各有什么不同的优缺点？现代控制理论以状态空间描述（实质上是一阶微分或差分方程组）作为数学模型，利用计算机作为系统建模分析，设计乃至控制的手段，适应于多变数、非线性、时变系统。
状态空间方法属于时域方法，其核心是做优化技术。
经典控制理论分析和设计控制系统采用的方法是频率特性法和根轨迹法。
这两种方法用来分析和设计线性、定常单变数系统是很有效地。
但是，对于非线性系统，时变系统，多变数系统等，经典控制理论就显得无能为力了。
同时，随着生产过程自动化水平的提高，控制系统的任务越来越复杂，控制精度要求也越来越高，因此，建立在状态空间分析方法基础上的现代控制理论便迅速地发展起来。
经典控制理论与模糊控制理论的特点、区别及关系是什么？1）它是一种非线性控制方法，工作范围宽，适用范围广，特别适合非线性系统的控制。
（2）它不依赖于物件的数学模型，对无法建模或很难建模的复杂物件，也能利用人的经验知识来设计模糊控制器完成控制任务。
而传统的控制方法都要已知被控物件的数学模型，才能设计控制器。
（3）它具有内在的并行处理机制，表现出极强的鲁棒性，对被控物件的特性变化不敏感，模糊控制器的设计引数容易选择调整。
演算法简单，执行快，容易实现。
不需要很多的控制理论知识，容易普及推广。
正因为模糊控制具有以上显著的优点，很多国际著名的专家学者指出：“模糊控制是21世纪的控制技术”，将有非常广阔的发展前途和产品市场。
从经典控制理论发展到现代控制理论，实现了哪些转变主要的基础课程有：控制理论（包括经典控制理论和现代控制理论），电路和数位电路类比电路，控制电机等。
控制理论是讲述系统控制科学中具有新观念、新思想的理论研究成果及其在各个领域中，特别是高科技领域中的应用研究成果，但是在民用领域即实际生活中有很严重的脱节。
现代控制理论应用-00-----
应用
do
something
控制理论的产生和发展
经典控制理论
现代控制理论
智能控制理论
1、 状态空间描述2、系统的运动与离散化3、系统的能控性与能观性4、系统的状态反馈与状态观测器5、系统的李亚普诺夫稳定性理论
现代控制理论的基础部分
现代控制理论的基本理论
1、最优控制2、最佳估计3、自适应控制4、鲁棒控制
自 适 应 控 制
任何一个动态系统，通常都具有程度不同的不确定性。这种不确定性因素的产生主要由于：
以上两者又称为不确定性的（或随机的）环境因素。
⑶ 系统数学模型的参ຫໍສະໝຸດ 甚至结构具有不确定性。如导弹控制系统中气动力参数随导弹飞行高度、速度、导弹质量及重心的变化而变化。
自适应控制的提法可归纳为：在系统数学模型不确定的条件下（工作环境可以是基本确定的或是随机的），要求设计控制规律，使给定的性能指标尽可能达到及保持最优。
到目前为止，在先进的科技领域出现了许多形式不同的自适应控制方案，但比较成熟并已获得实际应用的可以概括成两大类： ⑴ 模型参考自适应控制； ⑵ 自校正控制。
在控制系统分析中，经常使用如下两类数学模型：
自适应PID控制吸收了自适应控制与常规PID控制器两者优点。有能够适应被控过程参数变化又具有结构简单、鲁棒性好、可靠性高的优点，而使其成为过程控制的一种较理想的自动化装置。
韦氏字典指出“ 适应指改变其自身, 使得其行为适合于新的或者已经改变了的环境。”自适应控制就是具有适应能力的控制器, 即能改变控制器自身的控制系统。自适应控制除了一般控制系统有的反馈回路外, 还有一个用以改变控制器自身的内回路, 称为适应机构。由于增加了这个适应回路，使控制器能在线地降低被控对象或环境变化的不确定性影响。它体现了一种“ 以动制动”的思想。
李泽湘——如何培养创新人才
目 录
CONTENTS
01
新工科教育与创新体系建设
02
03 04
工 程 教 育 的 几 次 重 要 改 革
新工科教育改革的重点案例介绍
新工科教育实践定位、措施、评估
05
总
结
01
新工科教育与创新 体 系 建 设
新工科教育与创新体系建设
改革开放四十年、中国经济与社会发生了翻天覆地 的变化。国家 GDP 从 1978 年的 3000 亿人民币、人均 60 美元增加到 2017 年的 82 万亿人民币、人均 8650 美元。从 2010 年 起，中国已超越美国成为世界第大制 造大国， 2017 年中国制造业占 GDP 比例达到 30% （美国 15%，英国 5%）。中国生产了世界 75% 的智 能手机， 80% 的电脑， 30% 的汽车， 50% 的钢铁和 40%的船舶产品。中国的高铁和高速公路运营哩数以及 电力、能源等基础设施建设规模也傲视全球、枝独秀。 中国用 40 年的时间走完了西方国家几百年的工业发展 历程[1]。
创新创业人才培养不只是工程教育改革的关键也是创新机制建设的核心，新工科教育的最终目的就是要打造从创新创业人才培养到创业
孵化平台建设再到新经济培育这么一个相辅相成的全生态系统。
02
工程教育的几次 重 要 改 革
工程教育的几次重要改革
?
众所周知，学科建设是高等教育的项重要的战略任务，也是高校建设的核心内容。 高校设置一个学科需要考虑三个核心问题：
毕业设计课程（英文叫 Capstone Project ）让学生把之前所有学到的知识 整合起来。人文与社会科学课程不少于 8 门。这个课程体系的最大挑战是 学生要有耐心按班就序的学好学完前面的科学、专业基础和专业课程知识
李泽湘：大湾区搞科创需要转变思路
李泽湘：大湾区搞科创需要转变思路“创新创业就是利用新兴科技，突破产业转型升级的瓶颈，使国家更富强。
” 在2017年9月全国双创周宣传片中，李泽湘强调。
党的十九大报告指出，中国要加快建设创新型国家。
创新是引领发展的第一动力，是建设现代化经济体系的战略支撑。
日前，李泽湘教授接受南方都市报专访，阐述科技创新对于粤港澳大湾区经济发展的重要性。
在他看来，“科技是第一生产力”没错，但科技本身需要转化才能变成生产力，当前大湾区最大的短板还是基础研究的不足。
李泽湘，香港科技大学电子与计算机工程学系教授，港科大自动化技术中心（ATC）和机器人研究所（RI）创始人。
与学生一道成功创办了大疆创新、李群自动化、逸动科技等公司，还先后创办了香港清水湾创业基金、松山湖机器人产业基地和松山湖机器人研究院，推动了珠三角地区机器人产业的发展、促进制造业的转型升级。
去年，他联合发起成立香港X 科技创业平台，推动香港创新创业文化发展。
谈科创要重视科创人才的培养南都：当前大湾区城市都在瞄准科技创新，您如何看？李泽湘：过去中国经济是百分之十几的增长，现在中国经济进入新常态。
在这个新常态情况下，我们靠的不是中国的经济高速发展，而是要靠科技。
学校的人才培养模式，所有的转化最后都是靠学生。
能发现问题，找出问题，解决问题，这样的学生才能创新。
人才培养不仅是从大学，从中学就应该开始。
我认为，可以像设立深圳经济特区一样，通过设立一个中学、大学的特区，有一些新的尝试，反省过去的模式。
南都：所以有了建立湾区科创大学的想法？李泽湘：是的，一方面考虑人才培养模式，第二方面考虑科技转化能力。
当前，我们大量的科研成果，真正转化的只有1%或者3%。
不管广州市政府、深圳市政府、香港特区政府，要发展科技产业就需要考虑科技在哪儿，怎么将积累的科技进行转化。
政府在投入经费时，制定政策时就需要考虑这一些环节。
这一所大学选址可考虑位于港深交界正在规划中的河套科技园。
腾讯主席马化腾先生曾建议取名叫“湾区科技大学”。
自动控制的发展
三、古典阶段(1400B.C.-1705年)
1637 年 中 国 明 代 宋应星所著《天 工开提花织机 结构图。
15
四、萌芽阶段(1705年-1872年)
代表作：
水位自动调节器 fly-ball governor On Governors 论调整器的一般原理 “东方”号蒸汽船 代表人物： и.и.Полэунов(波尔祖诺夫) James Watt James Clerk Maxwell и.А .维什聂格拉斯基 J. M. Gray
同年，国际自动 控制联合会(IFAC)成 立。
Richard Bellman (1920-1984)
40
六、现代控制（1950年至今）
R. E. Kalman On the general theory of control systems Research Institute for Advanced Study, Baltimore, MD, USA; IRE Transactions on Automatic Control, Publication Date: Dec. 1959 Volume: 4, Issue: 3 On page(s): 110- 110
35
五、经典控制(1872年-1950年)
1948年，在贝尔实验室工作的C. Shannon 发表专著《The Mathematical Theory of Communication》。
36
五、经典控制(1872年-1950年)
1954年，我国科学家钱学森完成了专著《工程
控制论》（Engineering Cybernetics）。
3
三、古典阶段(1400B.C.-1705年)
大疆创新成长史上不为人知的故事
大疆创新成长史上不为人知的故事从2006年建立大疆，汪滔掌舵的大疆创新(简称DJI)默默无闻走过了大部分日子，没有过多包装，也没什么游说；汪滔自己还曾用“偏执”的股权分配，让公司濒临分崩离析。
汪滔不炒概念汪滔甚至不喜欢别人在他面前过多提及时下火热的互联网概念。
并非冥顽不化，而是在他看来，对一家科技公司而言，科研本身更为重要，而互联网仅仅只是个工具。
“套上互联网这层皮，感觉好像很高大上，但事情的本质还是掩盖不了;比如一件产品还是没办法将欧美变成核心市场，当它在中国卖饱和后，跑到一个更落后的地方，在一个更没品位的地方卖出去”。
汪滔在接受网易科技的独家专访时说。
言下之意，似有所指。
DJI的产品在欧美很受欢迎，其拥趸不乏一些社会名流，包括苹果联合创始人沃兹，也有传言称，微软创始人比尔盖茨为了DJI的无人机，买了台iPhone。
作为公司创始人，汪滔觉得这样的成果必然不是来自于某种商业模式的胜利。
他的确对所谓“互联网营销”很不感冒，并坚持，起码DJI不会在这个问题上花什么功夫，哪怕公司会因此过的更加顺风顺水。
汪滔不想在这种事情上变得“聪明”。
机器人王国虽然在外界眼中，DJI只是家无人机公司，但其未来可能并非与无人机的未来完全重叠。
背靠着世界最大的制造业中心深圳，DJI也许一开始就不满足于做一家无人机制造商。
在DJI纯白色调的新办公楼里，DJI副总裁潘农菲告诉网易科技的记者，去年《经济学人》曾将DJI的无人机列在“全球最具影响力的15个机器人产品”之中，是入选的唯一中国产品，这让大疆上下振奋。
说到这里，这个腾讯产品经理出身的DJI高管，略显激动，如同是自己多年的苦心难得被人理解一般释怀。
同样做机器人的石金博也表达了类似的看法。
石金博与汪滔同出一门，是汪滔的师妹，她认为机器人需要完成感知、计算、传输、执行这四件事，DJI做到了，“在空中DJI无人机的自主规划、避障等等，已经在机器人范畴之中”。
而汪滔、石金博的导师李泽湘，是香港科技大学的一位机器人技术教授。
现代控制理论发展史
现代控制理论发展史发表时间：2013-10-18T13:04:10.780Z 来源：《职业技术教育》2013年第8期供稿作者：张泽泽[导读] 控制理论向广度与深度发展大系统，是指规模大，结构复杂变量众多的信息与控制系统。
张泽泽（青岛市技师学院山东青岛266200）摘要：理论归根结低是从实践发展而来的，它来之于实践，但又反过来指导实践。
控制理论的发展又一次说明了这一真理。
远在控制理论形成之前，就有蒸汽机的飞轮调速器、鱼雷的导向控制系统、航海罗经的稳定器、放大电路的镇定等自动化系统和装置。
这些都是不自觉的应用了反馈控制概念而构成的自动控制器件和系统的成功例子。
关键词：现代控制理论后现代控制理论智能控制一、现代控制理论、后现代控制理论1.现代控制理论现代控制理论是上世纪60年代初形成并迅速发展起来的。
现代控制理论是在航天、航空、导弹等军事尖端技术的发展，对自动控制系统提出越来越高的要求的推动下发展起来的。
要求设计高精度、快速响应、低消耗、低代价的控制系统；被控制对象越来越大型、复杂、综合化，从单个局部自动化发展成综合集成自动化。
2.后现代控制理论80年代以后，控制理论向广度与深度发展大系统，是指规模大，结构复杂变量众多的信息与控制系统。
在系统理论中，采用状态方程和代数方程相结合的数学模型，状态空间，运筹学等相结合的数学方法。
智能控制，是具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统，其中最典型的是智能机器人、智能主体等。
21世纪网络、通讯、人机交互为代表的信息自动化，集成的理论与技术。
20世纪60年代初，在原有“经典控制理论”的基础上，形成了所谓的“现代控制理论” 。
为现代控制理论的状态空间法的建立作出贡献的有，1954年贝尔曼(R.Bellman)的动态规划理论，1956年庞特里雅金(L.S.Pontryagin)的极大值原理，和1960年卡尔曼（R.E.Kalman）的多变量最优控制和最优滤波理论。
20世纪70年代开始，出现了一些新的控制方法和理论。
7.1 现代控制理论-发展历程回顾
7.1 现代控制理论—发展历程回顾（参考译文）引言本文介绍现代控制理论的主要方法及其发展的数学基础-控制系统理论。
现在，学术界认为控制理论是一个跨学科的研究领域，有许多数学概念和方法，这些概念和方法使现代控制理论成为一个重要的、引人注目的应用数学分支。
控制系统理论有各种各样的方法并经历了不同的发展阶段。
本文将简单地进行描述。
对控制系统理论的方法基础、起源、历史和各种应用进行总体回顾，它与数学和技术的相互作用促进了这一学科的发展。
可以这样说：控制论的这些方法都有它们各自的价值并且继续在理论和实践中作出重要的贡献。
控制一词有两个主要的含义。
首先，检测实物或数学装置是否能够达到令人满意的性能。
其次，对装置进行操作或施加影响，使其按要求运行。
控制就是使装置“从混乱到有序”（拉丁铭文）。
控制论的思想可以追溯到亚里士多德时期。
在他的最有影响的著作“政治”一书中，写道：“……如果每个仪器可以完成自己的工作，遵循或预见其它装置的意愿……，如果梭子编织纬纱和拨子弹奏七弦琴而不需要手引导他们，那么首领将不需要仆人，主人也不需要奴隶。
”我们看到，亚里士多德用非常明晰的方式描述了控制理论的目标：使生产过程自动运行，完成人们要求的目标，并让人类获得自由。
首先，人类至高无上。
自然或人工系统的描述更多的是人为的，往往不是它们是什么，而更多的是它们像什么。
即使由欧几里得和亚历山大时期（200 - 284年）的丢番图的工作综合形成的古代数学，都是用三段论法进行描述。
可以将世界看作是一个名词或动词。
古代哲学家断言，世界在“没有太多”戒律下按照法律、所有生物体支配的方法进行论述。
斐波那契（1170年至1250年）在他的书《算术宝典》中第一次尝试引入计算。
然而，经过三个世纪后计算的重要性才得到体现。
笛卡尔（1596 〜1650年）提出了方法的概念。
伽利略（1564年〜1642年）开始使用物理实验，后来艾萨克·牛顿爵士（1642年〜1727年）和拜伦·戈特弗里德·莱布尼茨（1646年至1716年）引入微积分学，完成科学的第一次质变，将科学的运算基础（这主要是继承了亚里士多德的思想）转变成我们今天所知的现代形式。
现代控制理论发展史
现代控制理论综述一、前言现代控制理论是以状态变量概念为基础，利用现代数学方法和计算机来分析、综合复杂控制系统的新理论，适用于多输入、多输出，时变的或非线性系统。
较之经典控制理论，现代控制理论的研究对象要广泛得多，原则上讲，它既可以是单变量的、线性的、定常的、连续的，也可以是多变量的、非线性的、时变的、离散的。
现代控制理论本质上是时域法，是建立在状态空间基础上，它不用传递函数，而是以状态向量方程作为基本工具，从而大大简化了数学表达方法。
现代控制理论从理论上解决了系统的能控性、能观测性、稳定性以及许多复杂系统的控制问题。
二、发展历史现代控制论的形成主要标志是贝尔曼的动态规划法、庞特里亚金的极大值原理和卡尔曼的滤波理论。
现代控制理论是在20世纪50年代中期迅速兴起的空间技术的推动下基于经典控制理论的基础上发展起来的。
由于航空航天技术的推动和计算机技术飞速发展，特别是空间技术的发展，迫切要求解决更复杂的多变量系统、非线性系统的最优控制问题(例如火箭和宇航器的导航、跟踪和着陆过程中的高精度、低消耗控制，到达目标的控制时间最小，把宇宙火箭和人造卫星用最少燃料或最短时间准确地发射到预定轨道一类的控制问题等)。
这类控制问题十分复杂，而采用经典控制理论难以解决。
科学技术的发展不仅需要迅速地发展控制理论，而且也给现代控制理论的发展准备了两个重要的条件—现代数学和数字计算机。
现代数学，例如泛函分析、现代代数等，为现代控制理论提供了多种多样的分析工具；而数字计算机为现代控制理论发展提供了应用的平台，促使控制理论由经典控制理论向现代控制理论转变。
因此，控制理论在1960年前后有了重大的突破和创新。
1892年，俄国数学家李雅普诺夫创立的稳定性理论被引入到控制中。
1954年，美国学者贝尔曼创立了动态规划,并在1956年应用于控制过程，广泛用于各类最优控制问题。
1956年，前苏联科学家庞特里亚金提出极大值原理，解决了空间技术中出现的复杂控制问题，并开拓了控制理论中最优控制理论这一新的领域。
从一门课诞生大疆：独角兽背后的科学家｜视频
从一门课诞生大疆：独角兽背后的科学家｜视频李泽湘演讲视频编者按：2016年9月27日，在香港举行的瑞银创新科技行业CEO高峰会上，香港科技大学教授李泽湘发表演讲。
李泽湘长期从事机器人、制造科学与自动化领域的教学和科研工作，他开拓了机器人在非完整约束下的运动规划这一学术领域，并努力推动中国研究生工程教育改革和创新人才培养体系的建立。
演讲中，李泽湘回顾了和学生创建大疆创新等高科技公司的过程，并分享了自己独特的创业孵化方法。
演讲 | 李泽湘听译 | 李林彭若诗（《知识分子》编译小组）校译 | 张弘毅责编 | 陈晓雪●●●香港科技大学教授李泽湘感谢邀请，我很高兴来到这里分享我们的一些经验。
我特别喜欢大会主题里“颠覆性技术(Disruptive Technology)”这个词，颠覆性技术也正是香港所需要的。
为了让颠覆性技术得到发展，我们需要培育一个利于其生长的生态系统。
这也是今天想要与大家分享的内容。
我将通过一些例子来说明我们是如何做的，以及未来我们打算怎么做。
希望在座诸位中也有更多的人加入到构建这一生态系统的重要努力中。
在今天的分享中，我会先从我们如何走出大学、去到深圳发展讲起，这也就是我们从清水湾走到深圳湾的过程。
之后我们更进一步，又从深圳湾走到内陆地区，也就是松山湖。
这一路上我们积累了不少经验，走到现在，我们觉得是时候回馈香港了，于是就有了香港X科技创业平台。
未来我们还希望能走得更远。
让实验室发生的事情影响社区我想先从我的个人经历说起。
1992年我从美国回来就加入了香港科技大学。
和许多教授一样，我要做很多常规性的事，比如上课、做研究、建立实验室、培养学生。
然而我一直在想，我们在实验室里做的事情能否对我们身处的社区产生影响？这个问题困扰了我好些年。
虽然我喜欢写论文之类的事情，但如果这辈子都用来写论文的话就没那么好玩了。
第一个创业项目是由一系列的事件引发的。
最初是有一个香港商人在广东省佛山市顺德区开了一家工厂。
数智化背景下“现代控制理论”课程教学改革探索
数智化背景下“现代控制理论”课程教学改革探索目录一、内容简述 (2)1.1 背景与意义 (2)1.2 研究目的与任务 (4)1.3 国内外研究现状综述 (4)二、现代控制理论概述 (6)2.1 现代控制理论的发展历程 (6)2.2 主要内容与特点 (7)2.3 在工业领域的应用 (8)三、数智化背景下的教学改革需求 (9)3.1 数智化环境下的教学挑战 (10)3.2 教学改革的必要性 (11)3.3 教学改革的目标与方向 (12)四、“现代控制理论”课程教学现状分析 (13)4.1 课程设置与教学内容现状 (14)4.2 教学方法与手段现状 (15)4.3 学生学习效果现状 (17)五、教学改革探索与实践 (18)5.1 教学内容与方法的改革 (19)5.1.1 引入案例教学 (20)5.1.2 加强实践教学环节 (21)5.1.3 利用信息技术提升教学效果 (23)5.2 教学资源配置的优化 (24)5.2.1 建设智能化教学平台 (25)5.2.2 整合优质教学资源 (26)5.2.3 提高教师教学能力 (27)5.3 学生学习激励机制的构建 (28)5.3.1 设立创新实践项目 (30)5.3.2 实施个性化教学辅导 (30)5.3.3 建立多元化的评价体系 (31)六、教学改革效果评估与展望 (33)6.1 教学改革效果的初步评估 (34)6.2 教学改革的持续改进策略 (35)6.3 未来发展趋势与展望 (37)七、结论 (38)7.1 研究成果总结 (39)7.2 研究不足与局限性分析 (40)7.3 对后续研究的建议 (41)一、内容简述随着信息技术的快速发展和数字化转型的不断深化，现代控制理论课程面临着新的挑战和机遇。
在数智化背景下，对现代控制理论课程教学改革进行深入探索，具有重要的现实意义。
本次教学改革旨在适应新时代的需求，将传统课程内容与现代技术相结合，培养学生的创新能力和实践技能。
现代控制理论
3.智能控制理论 （60年代末至今）
❖ 1970——1980 大系统理论 控制管理综合 ❖ 1980——1990 智能控制理论 智能自动化 ❖ 1990——21c 集成控制理论 网络控制自动化
(1) 教授系统；(2)模糊控制，人工智能 (3) 神经网络，人脑模型；(4)遗传算法 控制理论与计算机技术相结合→计算机控制技术
当代控制理论
Modern Control Theory
绪论
❖ 学习当代控制理论旳意义： 1.是所学专业旳理论基础 2.是硕士阶段提升理论水平旳主要环节。 3. 是许多专业考博士旳必考课。
一、控制旳基本问题
❖ 控制问题：对于受控系统（广义系统）S， 谋求控制规律μ(t)，使得闭环系统满足给 定旳性能指标要求。
当代控制理论发展旳主要标志 (1)卡尔曼：状态空间法； (2)卡尔曼：能控性与能观性； (3)庞特里雅金：极大值原理；
当代控制理论旳主要特点
❖ 研究对象: 线性系统、非线性系统、时变系统、多 变量系统、连续与离散系统
❖ 数学上：状态空间法
❖ 措施上：研究系统输入/输出特征和内部性能
❖ 内容上：线性系统理论、系统辩识、最优控制、自 适应控制等
பைடு நூலகம்
4、控制理论发展趋势
❖ 企业：资源共享、因特网、信息集成、 信息技术+控制技术 (集成控制技术)
❖ 网络控制技术
❖ 计算机集成制造CIMS：（工厂自动化）
三、当代控制理论与古典控制理论旳对比
❖ 共同 对象－系统 主要内容 分析：研究系统旳原理和性能 设计：变化系统旳可能性（综合性能）
古典 ❖ 区别
描述建模，发明了许多经验模式。 分析法 状态空间 基于数字旳精确分析。 几何法
控制理论发展历史
控制理论发展历史控制理论发展历史综述一：20世纪40年代末-50年代的经典控制理论时期，着重解决单输入单输出系统的控制问题，主要数学工具是微分方程、拉氏变换、传递函数；主要方法是时域法、频域法、根轨迹法；主要问题是系统的稳、准、快。
二：20世纪60年代的现代控制理论时期，着重解决多输入多输出系统的控制问题，主要数学工具是以此为峰方程组、矩阵论、状态空间法主要方法是变分法、极大值原理、动态规划理论；重点是最优控制、随即控制、自适应控制；核心控制装置是电子计算机。
三：20世纪70年代之后的先进控制理时期，先进控制理论是现代控制理论的发展和延伸。
先进控制理论内容丰富、涵盖面最广，包括自适应控制、鲁棒控制、模糊控制、人工神经网络控制等。
经典控制理论经典控制理论适用于单输入、单输出的线性定常（参数不随时间而变）系统。
发展过程1.原始阶段中国，两千年前我国发明的指南车：一种开环自动调节系统，它利用差速齿轮原理，利用齿轮传动系统，根据车轮的转动，由车上木人指示方向。
不论车子转向何方，木人的手始终指向南方，“车虽回运而手常指南”。
2.起步阶段人类社会发展，有一个点把人类社会的发展分成两大部分，那就是工业革命。
18世纪中叶之前，不管你什么怎么划分人类社会也好（农业牧业手工业），社会的发展始终离不开人力，就是必须得有人亲自去做。
18世纪中叶之后，机器的出现，使得以机器取代了人力，所以称之为革命。
然后机器的出现变革了人类的整个历史，直至现代社会文明的如此进步。
工业革命的开始的标志为哈格里夫斯发明的珍妮纺纱机，而工业革命的标志是瓦特改良蒸汽机，为什么扯这么多？如果机器不能控制，那和工具又有什么区别？所以工业革命的标志是瓦特改良蒸汽机。
钱学森也在最新一版的工程控制论中提到技术革命。
1769年，控制思想首次应用于工业控制的是瓦特，发明用来控制蒸汽机转速的飞球离心控制器。
以后人们曾经试图改善调速器的准确性，却常常导致系统产生振荡。
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自动控制技术与人类科技文明Automatic Control & Human Civilization前言从远古的漏壶和计时容器到公元前的水利枢纽工程，从中世纪的钟摆、天文望远镜到工业革命的蒸汽机、蒸汽机车和蒸汽轮船，从百年前的飞机、汽车和电话通讯到半个世纪前的电子放大器和模拟计算机，从二战期间的雷达和火炮防空网到冷战时代的卫星、导弹和数字计算机，从六十年代的登月飞船到现代的航天飞机、宇宙和星球探测器，这些著名的人类科技发明直接催生和发展了自动控制技术。
源于实践，服务于实践，在实践中升华。
经过千百年的提炼，尤其是近半个世纪工业实践的普遍应用，自动控制技术已经成为人类科技文明的重要组成部分，在日常生活中不可或缺。
随着新型制造业的兴起和网络信息技术的进步，自动控制技术的发展与应用将进入一个全新的时代，新的维纳和卡尔曼将陆续诞生。
数风流人物，还看今朝。
1I.前期控制(Early Control)(1400B.C. - 1900)(0)中国，埃及和巴比伦出现自动计时漏壶(1400B.C. ~1100B.C.)。
孙武著《孙子兵法》(600B.C.)(1)秦昭王时，李冰主持修筑都江堰体现的系西汉漏壶统观念和实践(300B.C.)2(2)亚历山大的希罗发明开闭庙门和分发圣水等自动装置(100年)(3)中国张衡发明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动仪(132年)3(4)中国马钧研制出用齿轮传动的自动指示方向的指南车(235年)(5)中国定向驾驶舵（1180年）（人类首台控制机构）(6)中国明代宋应星所著《天工开物》记载有程序控制思想(CNC)的提花织机结构图(1637年)4(7)英国J. Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年)5(8) 英国 G.B. Airy（1801-1892) 系统的研究了天文望远镜的速度控制，并根据倒立摆离心力原理，发现了系统的不稳定性。
首次提出反馈系统的稳定性问题研究，以及利用微分方程来研究反馈控制动力学系统。
C. Hugens(1629-1695)利用反馈控制原理发明了高性能的钟摆与天文望远镜。
67(9) J.C. Maxwell (1831- 1879), 法国科学家，于1868年发表文章“On Governors, 成功解决了二阶及三阶系统的稳定性。
随后，剑桥大学的E.J.Routh 与瑞典的Hurwitz 解决了多阶系统的稳定性判断。
32213=+++a s a s a s 03222133=+++x a dtdx a dt x d a dt x d(10)俄国A.M. Lyapunov博士论文“论运动稳定性的一般问题” (1892年)(11)英国J. M. Gray设计出第一艘全自动蒸汽轮船“东方”号(Great Eastern)(1866年)8(12)由徐寿设计的中国第一艘蒸汽轮船“黄鹄”号(L20m, 25T,10km/hr)在安庆内军械所下水(1866)。
次年，中国第一艘木质明轮蒸汽舰船“恬古”号在江南造船厂下水。
操江号(62mx10m), 392匹马力，600T排水，备炮9门9II.经典控制前期(The Pre-classical Period)(1900-1935) (0)Wright Brothers 于1903年12月17完成了人类历史上首次动力飞行，开创了航空业的新篇章。
(1)美国福特(Ford Motor)汽车公司建成最早的汽车装配流水线(1913)10(2) E. Sperry(1860-1930), 创立Sperry公司。
由他们设计和制造的陀螺仪和各种控制装置被广泛的应用到二战时期的美军军舰、鱼雷、火炮、雷达和飞机上。
L.Sperry(1892-1923), 在1914年的巴黎航展中，成功地演示了陀螺仪全自动机身平衡与稳定，为航空业的快速发展做出了重要的贡献。
11(3)美国N. Minorsky研制出用于船舶驾驶的伺服结构，提出PID控制方法(1922)(4)美国MIT的Vannevar Bush研制成第一台大型模拟计算机(Differential Analyzer)(1928)12(5)美国H.S. Black提出放大器性能的负反馈方法(Negative Feedback Amplifier)(1927)H. S. Black13(6)自动控制的基础为闭环控制。
控制论的奠基人N.Wiener 给出的定义为：“Feedback is a method of controlling a system by inserting into it the result of its past performance”闭环控制系统的结构框图：14(7)美国E. Sperry以及C. Mason研制出火炮控制器(1925)，气压反馈控制器(1929)15III. 经典控制(Classical Control)(1935-1950)(1)美国贝尔实验室的H. Bode(1938)，以及Nyquist(1940)提出频率响应法16(2)美国Taylor仪器公司的J. G. Ziegler和N. B.Nichols提出PID参数的最佳调整法(1942)N.B. Nichols(3)美国MIT的N. Wiener研究随机过程的预测(1942)，提出Wiener滤波理论(1942)，发表《控制论》(Cybernetics)一书(1948)，标志着控制论学科的诞生。
N. Wiener, shownhere in 1954 withYuk Wing Lee(left) and Amar G.Bose, discussingan aspect ofstatisticalcommunicationtheory17(4)美国的H. Hazen发表“关于伺服结构理论”(Theory of Servome-chanism)(1934)，并在MIT建立伺服机构实验室(Servomechanism Laboratory)(1939)H. Hazen18(5)英国A. M. Turine提出图灵计算机的设想(1937)(6)J. Von Neuman (1903-1957)发明首台数字计算机，创立Game theory19(7)在贝尔实验室Bode领导的火炮控制系统研究小组工作的C. Shannon提出继电器逻辑自动化理论(1938)，随后，发表专著《通信的数字理论》(The Mathematical Theory of Communication)，奠定了信息论的基础(1948)C. E. Shannon20（8）李郁荣（Y.W. Lee, 1904-1989), 广东人，麻省理工学院N. Wiener的首位博士生(1930年)，曾任职于清华大学电机系（1931-1937），早期为Wiener理论的工程应用与推广作了大量的工作。
1946年回到MIT电机系（1946-1969），与Shannon一起成为该系最知名的两个学科带头人。
其主要工作包括随机通讯（statistical communication theory）和电路理论，培养了大批电子工程领域中的知名学者和工程师，被誉为MIT的最伟大的教育家之一。
L.J. Chu(1913-1973)，毕业于上海交大，MIT电机系教授，Radiation Lab 雷达研究最重要的奠基者。
21(8) MIT Radiation Laboratory在研究SCR-584雷达控制系统的过程中，创立了Nichols Chart Design Method，R. S. Philips的工作On Noise in Servomechanisms，以及Hurwicz (1947)的数字控制系统(Sampled Data System)(9)美国W. Evans提出根轨迹法(Root Locus Method) (1948)，以单输入线性系统为对象的经典控制研究工作完成。
(10)多本有关经典控制的经典名著相继出版，包括Ed. S. Smith的Automatic Control Engineering (1942)，H. Bode的Network Analysis and Feedback Amplifier(1945)，L.A. MacColl的Fundamental Theory of Servomechanisms (1945)，以及钱学森的《工程控制论》(Engineering Cybernetics) (1954)22现代控制(Modern Control)(1950- )二次世界大战中火炮，雷达，飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。
五十年代后兴起的现代控制起源于冷战时期的军备竞赛，如导弹(发射，操纵，指导及跟踪)，卫星，航天器和星球大战，以及计算机技术的出现(英国科学家A.J.G. MacFarlane)。
23(1)苏联L.S. Pontryagin发表“最优过程数学理论”，提出极大值原理(Maximum Principle)(1956)L.S. Pontryagin(2)美国R. Bellman在RAND Coporation数学部的支持下，发表著名的DynamicProgramming，建立最优控制的基础(1957)(3)国际自动控制联合会(IFAC)成立(1957)，中国为发起国之一，第一届学术会议于莫斯科召开(1960)24(4)美国MIT的Servomechanism Laboratory研制出第一台数控机床(1952)25(5)继MIT CNC Project之后，NC技术迅速进入商品化时代。
1957年，Giddings & Lewis把NC装置装在Skin Miller上，制成NC工作母机。
1958年，Kearney & Trecker开发了NC加工中心。
同一年，日本富士通和牧野FRAICE公司开发成功NC铣床。
26(6)世界第一颗人造地球卫星(Sputnik)由苏联发射成功(1957)1957. Laika. Sputnik 2Sputnik 1 was the first artificial satellite launched into space27Oct. 4, 1957: Launch of the rocket carrying Sputnik, the first man-made satellite. Photos of the launch were not initially released.This photo is a still from a 1967 Soviet documentary film.K.S. Pavlovitch(1906-1966),Russian spacecraft designerand header of the Vostok andVoskhod projects.28(7)美国G. Devol研制出第一台工业机器人样机(1954)，两年后，被称为机器人之父的J. Engelberger创立了第一家机器人公司，Unimation29(8)1968年，日本Kawasaki公司从Unimation买进技术。