经典控制理论发展史
1.2 经典控制理论
二战期间（ 1938-1945 年）奈奎斯特（ H.Nyquist ）提出了频率响应理论 1948 年，伊万斯（ W.R.Evans ）提出了根轨迹法。至此，控制理论发展的 第一阶段基本完成，形成了以频率法和根轨迹法为主要方法的经典控制理 论。
经典控制理论的基本特征
（ 1 ）主要用于线性定常系统的研究，即用于常系数线性微分方程 描述的系统的分析与综合； （2）只用于单输入，单输出的反馈控制系统； （ 3 ）只讨论系统输入与输出之间的关系，而忽视系统的内部状态， 是一种对系统的外部描述方法。 基本方法：根轨迹法，频率法，PID调节器 （频域）
经典控制理论
控制理论的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用 于工业控制。第二次世界大战期间，为了设计和制造飞机及船用自 动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统等基于反馈原理的军用装 备，进一步促进和完善了自动控制理论的发展。
1868年，马克斯威尔（J.C.Maxwell）提出了低阶系统的稳定性代数判据 。
反馈控制是一种最基本最重要的控制方式，引入反馈信号后，系统 对来自内部和外部干扰的响应变得十分迟钝，从而提高了系统 的抗干扰能力和控制精度。与此同时，反馈作用又带来了系统 稳定性问题，正是这个曾一度困扰人们的系统稳定性问题激发 了人们对反馈控制系统进行深入研究的热情，推动了自动控制 理论的发展与完善。因此从某种意义上讲，古典控制理论是伴 随着反馈控制技术的产生和发展而逐渐完善和成熟起来的。
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
简述控制论发展各阶段及特点
简述控制论发展各阶段及特点控制论是研究控制系统的一门学科，它起源于20世纪40年代末的美国，经过几十年的发展，已经成为现代科学技术中的一个重要分支。
控制论的发展经历了几个阶段，每个阶段都有其特点和代表性的成果。
第一阶段是控制论的萌芽阶段（1940年代末-1950年代初）。
在这个阶段，控制论主要集中于对线性控制系统的研究。
美国数学家诺伯特·维纳（Norbert Wiener）提出了“香农-维纳信息论”，奠定了控制论的理论基础。
此外，数学家理查德·贝尔曼（Richard Bellman）提出了动态规划的概念，为控制论的发展奠定了数学基础。
第二阶段是控制论的发展阶段（1950年代-1970年代）。
在这个阶段，控制论的研究范围逐渐扩大，不再局限于线性系统，开始研究非线性系统和复杂系统。
此时，控制论的重点从单个控制系统转向了多个系统之间的协调与优化。
数学家约翰·卡尔曼（John Kalman）提出了卡尔曼滤波器，为非线性系统的控制提供了一种有效的方法。
此外，数学家雅克·梅耶尔森（Jacques-Louis Lions）提出了分布参数系统的控制理论，为控制论的应用拓宽了领域。
第三阶段是控制论的成熟阶段（1970年代-1990年代）。
在这个阶段，控制论的理论基础更加完善，应用领域更加广泛。
控制论开始与其他学科相结合，如计算机科学、人工智能等。
此时，控制论的研究重点逐渐从线性系统和非线性系统转向了复杂系统和混杂系统。
数学家斯特凡·德费尔（Stefan Deffner）提出了混杂系统的控制理论，为控制论的应用提供了新的思路。
此外，控制论开始应用于实际问题，如交通控制、自动化生产等。
第四阶段是控制论的前沿阶段（1990年代至今）。
在这个阶段，控制论的研究重点逐渐从传统的控制系统转向了复杂网络和自适应控制。
控制论开始与网络科学、复杂系统等学科相结合，探索复杂网络的控制原理和方法。
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。
1868年以前，这一百年来，自动控制装置的设计还出于“直觉”阶段，没有系统的理论指导，因此在控制系统的各项性能（稳、准、快）的协调方面经常出现问题。
控制理论的发展
宇宙哥伦布-加加林
Capsule used in first manned orbit of earth
In 1961, the first human to pilot a spacecraft, Yuri Gagarin, was launched by the Soviet Union aboard Vostok I.
(4) 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. Shannon
第二阶段。时间为20世纪60～70年代，称为“现代控制理论”时期。 第二阶段。时间为20世纪60～70年代，称为“现代控制理论”时期。 20世纪60 年代 这个时期，由于计算机的飞速发展，推动了空间技术的发展。 这个时期，由于计算机的飞速发展，推动了空间技术的发展。
数学与应用数学08-4班 王刚琦
控制理论的发展
更早 的探索
经典控制 理论时期
现代控制 理论时期 智能控制时期
20世纪40年代之前，科学家的早期探索。 20世纪40年代之前，科学家的早期探索。 世纪40年代之前
1）、我国北宋时期(1086～1089年)天 文学家苏颂、韩公廉建造的水运仪 象台。
2）、1681年法国物理学家、发明家巴本(D.Papin)，发明了用作安全调节装置 的锅炉压力调节器。 3）、1765年，俄国人普尔佐诺夫(I.Polzunov)发明了蒸汽锅炉水位调节器。 4）、1788年，英国人瓦特(J.Watt)在他发明的蒸汽机 上使用了离心调速器，解决了蒸汽机的速度控制问题。
第一阶段。时间为20世纪40～60年代，称为“经典控制理论”时期。 第一阶段。时间为20世纪40～60年代，称为“经典控制理论”时期。 20世纪40 年代
控制理论的进展
朗道 ndau
与此同时，关于系统辨识、最优控制、离散时 间系统和自适应控制的发展大大丰富了现代控制理 论的内容。
美国George 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Joseph Engelberger创立了第 一家机器人公司。
第三个时期 大系统理论时期 70年代
规模庞大 结构复杂 变量参数多 目标不单一 生物系统 社会系统 机器人
计算机集成制造系统
美国“哥伦比亚”号航天飞机首次发射成功 (1981年) 。
李雅普诺夫
1895年英国数学家劳斯(E.J. Routh)和德国数学家胡 尔维茨(A. Hurwitz)把麦克斯韦的思想扩展到高阶微 分方程描述的更复杂的系统中，各自提出了两个著 名的稳定性判据—劳斯判据和赫尔维茨判据。基本 上满足了二十世纪初期控制工程师的需要。
劳斯
赫尔维茨（Hurwitz）
由于第二次世界大战需要控制 系统具有准确跟踪与补偿能力， 1932年美国物理学家奈奎斯特 （H.Nyquist）提出了频域内研 究系统的频率响应法，为具有 高质量的动态品质和静态准确 度的军用控制系统提供了所需 的分析工具。
控制理论的进展
课程介绍
过程控制 通讯技术 电力电子技术 计算机技术
自动控制 原理
自动控制理论
现代控 制理论
线性系统 理论
古典控 制理论
复变函数
积分变换
微积分
线性代数
现代控制理论基础的内容和发展
线性系统理论
最优估计理论 自适应控制理论
最优控制理论
系统辨识理论 智能控制理论
以“三论”（系统论、信息论、控制论）为代表的科 学方法论，是二十实际以来最伟大的成果。它的崛起 为人类认识世界和改以维纳的《控制论》为标志，1948年正式形成。
自动控制理论发展简史
自动控制理论发展简史（经典部分）牛顿可能是第一个关注动态系统稳定性的人。
1687年，牛顿在他的《数学原理》中对围绕引力中心做圆周运动的质点进行了研究。
他假设引力与质点到中心距离的q 次方成正比。
牛顿发现，假设q>-3 ,则在小的扰动后，质点仍将保留在原来的圆周轨道附近运动。
而当q≤-3时，质点将会偏离初始的轨道，或者按螺旋状的轨道离开中心趋向无穷远，或者将落在引力中心上。
在牛顿引力理论建立之后，天文学家曾不断努力以图证明太阳系的稳定性。
特别地，拉格朗日和拉普拉斯在这一问题上做了相当的努力。
1773年，24岁的拉普拉斯“证明了行星到太阳的距离在一些微小的周期变化之内是不变的”。
并因此成为法国科学院副院士。
虽然他的论证今天看来并不严格，但他的工作对后来李亚普诺夫的稳定性理论有很大的影响。
直到十九世纪中期，稳定性理论仍集中在对保守系统研究上。
主要是天文学的问题。
在出现控制系统的镇定问题后，科学家们开始考虑非保守系统的稳定性问题。
James Clerk Maxwell是第一个对反馈控制系统的稳定性进行系统分析并发表论文的人。
在他1868年的论文“论调节器”(Maxwell J C.On Governors. Proc. Royal Society of London,vol.16:270-283,1868)中，导出了调节器的微分方程，并在平衡点附近进行线性化处理，指出稳定性取决于特征方程的根是否具有负的实部。
Maxwell的工作开创了控制理论研究的先河。
Maxwell是一位天才的科学家，在许多方面都有极高的造诣。
他同时还是物理学中电磁理论的创立人(见其论文“A dynamical theory of the electromagnetic field”，1864)。
目前的研究表明，Maxwell事实上在1863年9月即已基本完成了其有关稳定性方面的研究工作。
约在1875年，Maxwell担任了剑桥Adams Prize的评奖委员。
控制理论与控制系统的发展历史及趋势
控制理论与控制系统的发展历史及趋势控制论一词Cybernetics，来自希腊语，原意为掌舵术，包含了调节、操纵、管理、指挥、监督等多方面的涵义。
因此“控制”这一概念本身即反映了人们对征服自然与外在的渴望，控制理论与技术也自然而然地在人们认识自然与改造自然的历史中发展起来。
根据控制理论的理论基础及所能解决的问题的难易程度，我们把控制理论大体的分为了三个不同的阶段。
这种阶段性的发展过程是由简单到复杂、由量变到质变的辩证发展过程。
一、经典控制论阶段（20世纪50年代末期以前）经典控制理论，是以传递函数为基础，在频率域对单输入---单输入控制系统进行分析与设计的理论。
1、控制系统的特点单输入---单输出系统的，线性定常或非线性系统中的相平面法也只含两个变量的系统。
2、控制思路基于频率域内传递函数的“反馈”和“前馈”控制思想，运用频率特性分析法、根轨迹分析法、描述函数法、相平面法、波波夫法，解决稳定性问题。
3、发展事件回顾1）我国古人发明的指南车就应用了反馈的原理2）1788年J.Watt在发明蒸汽机的同时应用了反馈思想设计了离心式飞摆控速器，这是第一个反馈系统的方案。
3）1868年J.C.Maxwell为解决离心式飞摆控速器控制精度和稳定性之间的矛盾，发表《论调速器》，提出了用基本系统的微分方正模型分析反馈系统的数学方法。
4）1868年，韦士乃格瑞斯克阐述了调节器的数学理论。
5）1875年E.J.Routh和A.Hurwitz提出了根据代数方程的系数判断线性系统稳定性方法6）1876年俄国学者N.A.维什涅格拉诺基发表著作《论调速器的一般理论》，对调速器系统进行了全面的理论阐述。
7）1895年劳斯与古尔维茨分别提出了基于特征特征根和行列式的稳定性代数判别方法。
8）1927年H.S.Black发现了采用负反馈线路的放大器，引入负反馈后，放大器系统对扰动和放大器增益变化的敏感性大为降低。
9）1932年H.Nyquest采用频率特性表示系统，提出了频域稳定性判据，很好地解决了Black 放大器的稳定性问题，而且可以分析系统的稳定裕度，奠定了频域法分析与综合的基础。
控制理论的简要发展历史(经典控制与现代控制之间的联系等)
自动化科学作为一门学科起源于20 世纪初，自动化科学与技术的基础理论来自于物发展中有着重要的地位，起着重要的作用。
在第40 届IEEE 决策与控制年会的全会开篇点：“控制将是21 世纪的物理学”。
稳定的条件是其特征根均有负实部，Roth 和Hurwitz 等人提出了间接的稳定判据，研究的，其研究成果可以看成是现代广泛应用的PID 控制器的前身，而1942 年，Ziegler 和Nichols 提出了调节PID（Proportion Integration Differentiation，比例积分微分）控制器参数的经验公式方法，此方法对当今的PID 控制器整定仍有影响。
自动控制理论是自动控制技术的理论基础，是一门理论性较强的科学。
按照自动控制理论发展的不同阶段，自动控制理论一般可分为“经典控制理论”和“现代控制理论”两大部分。
这些理论主要是以传递函数为基础，研究单输入单输出自动控制系统的分析和设计问题。
分析设计和运行发挥了重要的作用，并积累了丰富的经验，成功地解决了一系列以输出反馈为主要控制手段的自动控制问题。
20 世纪60 年代开始，由于生产的发展，自动控制系统日趋复杂、规模日趋庞大，特别是空间技术的发展，使自动控制理论有了一次新的飞跃，逐渐形成了“现代控制统的分析设计问题。
近年来，由于计算机技术的迅猛发展和应用数学研究的进展，特别是一些新型控制技术，诸如最优控制、自适应控制、预测控制、模糊控制、人工神经网络控制、鲁棒控制等的出现，使自动控制理论又有了日新月异的发展。
目前主要是庞大的系统工程的基础上发展起来的大系统理论和在模仿人类智能活动的基础上发展起来的智能控制方面，都取得了许多重大进展。
“经典控制理论”和“现代控制理论”是自动控制理论发展的两个阶段，但它们又是相互联系，相互促进的。
“现代控制理论”不能看成是“经典控制理论”简单的延伸和推广，在所采用的数学工具、理论基础、研究方法、研究对象等多方面有着明显的不同，可以说是一次质的飞跃。
控制理论产生及发展概要
绪论0.1控制理论产生及发展18世纪中叶英国第一次工业革命1765年瓦特发明蒸汽机→调速问题→稳定性问题1868年调节器一文发表1872年劳斯和1890年赫尔威茨→代数判据1892年李雅普诺夫“运动稳定性的一般问题”1932年乃奎斯特判据1948 维纳发表《控制论—或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》0.2 控制理论发展三个阶段：第一代：古典控制理论（经典控制理论）40-60年代第二代：现代控制理论60-80年代第三代：智能控制及大系统理论80-至今三代控制理论对比简表0.3 智能控制的产生及发展20世纪60年代 Smith 用模式识别器用于最优控制1965年 Zadeh 发表模糊集合论文，付京孙讲人工智能用于学习控制 1976年 Mendel 提出人工智能概念—智能控制70年代初 傅京孙、Gloriso 和Saridis 等人提出递阶智能控制的系统结构 1974年 马丹尼提出世界上第一个模糊控制器(fuzzy logic controller) 20世纪80年代初 建立了多种专家系统20世纪80年代中后期 神经网络的研究又开始兴起 1992年 美国自然基金启动支持“智能控制”的研究0.4 传统控制与智能控制结论：智能控制理论是对传统控制理论的发展，传统控制理论是智能控制理论的低级阶段。
0.5 智能控制论控制三要素： 信息—反馈—控制 智能控制——智能信息反馈控制图0.1 反馈控制系统的原理框图0.6思维科学与智能模拟1. 什么是思维科学研究思维规律和方法的科学。
思维是意识的一部分，而且是最重要的部分，思维是人脑对客观事物间接的反映过程，包括回想、联想、想像、思考、推想等。
人们通过思维活动反映客观事物的特点、本质属性、内部联系及发展规律。
因此思维是人们认识过程的高级阶段。
2.思维的类型(1) 抽象思维（逻辑思维）：抽去表象的思维，例如小学生的算数。
(2)形象思维（直觉思维）：既看形又看象的思维。
控制理论发展史
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
指南车
指南车是我国古代伟大的发明之一，也是世 界上最早的控制论机械之一。用英国著名科学史 专家李约瑟的话说，中国古代的指南车“可以说 是人类历史上迈向控制论机器的第一步”，是人 类“第一架体内稳定机”。 指南车与司南、指南针等相比在指南的原理上截然不同。它的车箱 里装着非常巧妙而复杂的机械。是一种双轮独辕车。它的中央有一个大 平轮，木头人就竖立在上面。在大平轮两旁，装着很多小齿轮。如果车 子向左转，右边的车轮就会带动小齿轮，小齿轮再带动大平轮，使大平 轮相反地向右转。如果车子向右转，同样地，大平轮则向左转。因此， 只要指南车开动以前，先让木头人的右手指向南方，以后车子不论是向 左转还是向右转，木头人的右手就总是指向南方。指南车是利用齿轮的 原理造成的。这种齿轮传动类似现代汽车用的差动齿轮，相当于汽车中 差动齿轮的逆向使用原理。这种指南车，可以说是世界上最早的自动化 设备。
水运仪象台
水运仪象台是我国古代一种大型的天文仪器，由宋 朝天文学家苏颂等人创建。它是集观测天象的浑仪、演 示天象的浑象、计量时间的漏刻和报告时刻的机械装置 于一体的综合性观测仪器，实际上是一座小型的天文台。 整个水运仪象台高12米，宽7米，共分3层，相当于一幢四层楼的建筑物。最上 层的板屋内放置着1台浑仪， 屋的顶板可以自由开启，平时关闭屋顶，以防雨淋， 这已经具有现代天文观测室的雏型了；中层放置着一架浑象；下层又可分成五小层 木阁，每小层木阁内均安排了若干个木人，5层共有162个木人，它们各司其职：每 到一定的时刻，就会有木人自行出来打钟、击鼓或敲打乐器、报告时刻、指示时辰 等。在木阁的后面放置着精度很高的两级漏刻和一套机械传动装置，可以说这里是 整个水运仪象台的“心脏”部分，用漏壶的水冲动机轮，驱动传动装置，浑仪、浑 象和报时装置便会按部就班地动作起来。 这台仪器的制造水平堪称一绝，充分体现了我国古代人民的聪明才智和富于创造 的精神。
自动控制理论发展史
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(一)、经典控制理论阶段闭环的自动控制装置的应用，可以追溯到1788年瓦特（J.Watt）发明的飞锤调速器的研究。
然而最终形成完整的自动控制理论体系，是在20世纪40年代末。
最先使用反馈控制装置的是希腊人在公元前300年到1年中使用的浮子调节器。
凯特斯比斯（Kitesibbios）在油灯中使用了浮子调节器以保持油面高度稳定。
19世纪60年代期间是控制系统高速发展的时期，1868年麦克斯韦尔（J.C.Maxwell）基于微分方程描述从理论上给出了它的稳定性条件。
1877年劳斯（E.J.Routh）,1895年霍尔维茨（A.Hurwitz）分别独立给出了高阶线性系统的稳定性判据；另一方面，1892年，李雅普诺夫（A.M.Lyapunov）给出了非线性系统的稳定性判据。
在同一时期，维什哥热斯基（I.A.Vyshnegreskii）也用一种正规的数学理论描述了这种理论。
1922年米罗斯基(N.Minorsky)给出了位置控制系统的分析，并对PID三作用控制给出了控制规律公式。
1942年，齐格勒（J.G.Zigler）和尼科尔斯(N.B.Nichols)又给出了PID控制器的最优参数整定法。
上述方法基本上是时域方法。
1932年柰奎斯特(Nyquist)提出了负反馈系统的频率域稳定性判据，这种方法只需利用频率响应的实验数据。
1940年，波德(H.Bode)进一步研究通信系统频域方法，提出了频域响应的对数坐标图描述方法。
1943年，霍尔(A.C.Hall)利用传递函（复数域模型）和方框图，把通信工程的频域响应方法和机械工程的时域方法统一起来，人们称此方法为复域方法。
频域分析法主要用于描述反馈放大器的带宽和其他频域指标。
第二次世界大战结束时，经典控制技术和理论基本建立。
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。
1868年以前，这一百年来，自动控制装置的设计还出于“直觉”阶段，没有系统的理论指导，因此在控制系统的各项性能（稳、准、快）的协调方面经常出现问题。
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。
控制理论发展简史
控制理论发展简史控制理论经过数十年世界范围的发展，研究成果十分丰富，其中一些研究经过不断发展完善已经成为成熟的独立学科，还有一些研究经过一段时间的繁荣昌盛，大大促进了控制理论的发展，完成了其历史使命，现在看起来，其本身的理论及应用价值却是有限的。
当前，控制理论已渗透到几乎所有工程技术领域，新的问题、专题及学科分支大量涌现，五彩缤纷，但也使人有迎接不暇，无所适从之感。
当前，高新技术的发展提出了形形色色的新问题，难度大，亟待解决。
面对这些新问题，现有的控制理论常常显得无能为力，使得一些问题甚至等不到理论上的准备及指点，已在实际中用各种技术手段着手加以解决了。
控制理论发展的历史可追溯到十八世纪中叶英国的第一次技术革命。
1765年，瓦特（Jams Wate，1736～1819）发明了蒸汽机，进而应用离心式飞锤调速器原理控制蒸汽机，标志着人类以蒸汽机为动力的机械化时代的开始。
后来，工程界用自动控制理论讨论调速系统的稳定性问题。
1868年发表的"关于调节器"一文中指出，控制系统的品质可用微分方程来描述，系统的稳定性可用特征方程根的位置和形式来研究。
1872年劳斯（E.J.Routh，1831～1907）和1890年赫尔维茨（Hurwitz）先后找到了系统稳定性的代数判据，即系统特征方程根具有负实部的充分必要条件。
1892年俄国学者李亚普诺夫（1857～1918）发表了"论运动稳定性的一般问题"的博士论文，提出了用适当的能量函数–李亚普诺夫函数的正定性及其倒数的负定性来鉴别系统的稳定性准则，从而总结和发展了系统的经典时域分析法。
随着通讯及信息处理技术的迅速发展，电气工程师们发展了以实验为基础的频率响应分析法，1932年美国贝尔实验室工程师奈奎斯特发表了反馈放大器稳定性的著名论文，给出了系统稳定性的奈奎斯特判据。
后来，苏联学者米哈依洛夫又把奈奎斯特判据推广到条件稳定和开环不稳定系统的一般情况。
经典控制理论发展史
A.M.Lyapunov
Lyapunov是一位天才的数学家。他是一位 天文学家的儿子。曾从师于大数学家 P.L.Chebyshev(车比晓夫)，和A.A.Markov(马 尔可夫)是同校同学（李比马低两级），并同他们 始终保持着良好的关系。他们共同在概率论方面 做出过杰出的成绩。在概率论中我们可以看到关 于矩的马尔可夫不等式、车比晓夫不等式和李亚 普诺夫不等式。李还在相当一般的条件下证明了 中心极限定理。
苏颂
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。
James Clerk Maxwell是第一个 对反馈控制系统的稳定性进行系统分 析并发表论文的人。在他1868年的论 文“论调节器” 中，导出了调节器的 微分方程，并在平衡点附近进行线性 化处理，指出稳定性取决于特征方程 的根是否具有负的实部。麦氏在论文 中对三阶微分方程描述的Thomson s governor, Jenkin s governor 以及 具有五阶微分方程的Maxwell s governor进行了研究，并给出了系统 的稳定性条件。Maxwell的工作开创 了控制理论研究的先河。
拉格朗日和拉普拉斯
在牛顿引力理论建立之后，天文学家曾不断努力以 图证明太阳系的稳定性。特别地，拉格朗日和拉普拉斯 在这一问题上做了相当的努力。1773年，24岁的拉普 拉斯“证明了行星到太阳的距离在一些微小的周期变化 之内是不变的”。并因此成为法国科学院副院士。虽然 他们的论证今天看来并不严格，但他们的工作对后来李 亚普诺夫的稳定性理论有很大的影响。
控制理论发展史
指 南 车
2. 公元1086－1089年 （北宋哲宗元祐初年）， 我国发明的水运仪象台， 就是一种闭环自动调节系 统。
水 运 仪 象 台
二 起步阶段
随着科学技术与工业生 产的发展，到十八世纪， 自动控制技术逐渐应用到 现代工业中。其中最卓越 的代表是瓦特（J.Watt） 发明的蒸汽机离心调速器， 加速了第一次工业革命的 步伐。
的稳定性判据—劳斯判据
和赫尔维茨判据。基本上 满足了二十世纪初期控制
工程师的需要。
赫尔维茨（Hurwitz）
3.由于第二次世界大战需要 控制系统具有准确跟踪与补 偿能力，1932年奈奎斯特 （H.Nyquist）提出了频域 内研究系统的频率响应法， 为具有高质量的动态品质和 静态 准确度的军用控制系 统提供了所需的分析工具。
奈奎斯特
4.1948年伊万斯（W.R.Ewans）提出了复数域内研究 系统的根轨迹法。 建立在奈奎斯特的频率响应法和伊万斯的根轨迹 法基础上的理论，称为经典（古典）控制理论（或 自动控制理论）。
四 标志阶段
1.1947年控制论的奠基人美国 数学家韦纳（N.Weiner）把控制 论引起的自动化同第二次产业革 命联系起来，并与1948年出版了 《控制论—关于在动物和机器中 控制与通讯的科学》，书中论述 了控制理论的一般方法，推广了 反馈的概念，为控制理论这门学 科奠定了基础。
控制理论的产生和发展要分为以下几个发展阶段：
第一阶段: 经典(自动)控制理论
经典控制理论即古典控制理论,也称为自动控制理论。它 的发展大致经历了以下几个过程：
一 萌芽阶段
如果要追朔自动控制技术的发展历史,早在两千年前中国 就有了自动控制技术的萌芽。
1. 两千年前我国发明的 指南车，就是一种开 环自动调节系 统。
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张衡
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(元代延祐三年)，并一直连续使用到 1900年。现保存在广州市博物馆中，且仍能使用。
拉格朗日和拉普拉斯
在牛顿引力理论建立之后，天文学家曾不断努力以 图证明太阳系的稳定性。特别地，拉格朗日和拉普拉斯 在这一问题上做了相当的努力。1773年，24岁的拉普 拉斯“证明了行星到太阳的距离在一些微小的周期变化 之内是不变的”。并因此成为法国科学院副院士。虽然 他们的论证今天看来并不严格，但他们的工作对后来李 亚普诺夫的稳定性理论有很大的影响。
J.C.Maxwell
瓦特没有一位对调节器进行 理论分析，后来J.C.Maxwell从 微分方程角度讨论了调节器系统 可能产生的不稳定现象，从而开 始了对反馈控制动力学问题的理 论研究。
自动控制基本理论的发展简史
稳定性理论的早期发展
人们很早就开始关注稳定 性的问题。牛顿可能是第一 个关注动态系统稳定性的人。 1687年，牛顿在他的《数学 原理》中对围绕引力中心做 圆周运动的质点进行了研究。 他假设引力与质点到中心距 离的 q 次方成正比。牛顿发 现，假设q>-3 ,则在小的扰 动后，质点仍将保留在原来 的圆周轨道附近运动。而当 q≤-3时，质点将会偏离初始 的轨道，或者按螺旋状的轨 道离开中心趋向无穷远，或 者将落在引力中心上。
A. Hurwitz
Routh之后大约二十年，1895年， 瑞士数学家A. Hurwitz在不了解 Routh工作的情况下，独立给出了跟 据多项式的系数决定多项式的根是否 都具有负实部的另一中方法(Hurwitz A. On the conditions under which an equation has only roots with negative real parts. Mathematische Annelen,vol.46:273-284,1895)。 Hurwitz的条件同Routh的条件在本 质上是一致的。因此这一稳定性判据 现在也被称为Routh-Hurwitz稳定性 判据。
负反馈的思想的起源
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)。
苏颂
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。
A.M.Lyapunov
Lyapunov是一位天才的数学家。他是一位 天文学家的儿子。曾从师于大数学家 P.L.Chebyshev(车比晓夫)，和A.A.Markov(马 尔可夫)是同校同学（李比马低两级），并同他们 始终保持着良好的关系。他们共同在概率论方面 做出过杰出的成绩。在概率论中我们可以看到关 于矩的马尔可夫不等式、车比晓夫不等式和李亚 普诺夫不等式。李还在相当一般的条件下证明了 中心极限定理。
维纳：控制学科的鼻祖
更简单地说：控制论指 的是感觉和机器方面的 控制和通讯。控制论就 是研究动物 （包括人 类）、自动机器和有机 体的控制和通讯的理论。
从水钟（刻漏)谈起
具有反馈控制原理的控制装置 在古代就有了。这方面最有代表性 的例子当属古代的计时器 “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。 刻漏，主要由几个铜水壶组成， 又叫“漏壶”。除了最底下的那个， 每个壶的底部都有一个小眼。水从 最高的壶里，经过下面的各个壶滴 到最低的壶里，滴得又细又均匀。 最低的壶里有一个铜人，手里捧着 一支能够浮动的木箭，壶里水多了， 木箭浮起来，根据它上面的刻度， 就可以知道时间。
蒸气机之父：托马斯.纽可门和约翰.卡利
和风车技术并行，十八世纪也是蒸气 机取得突破发展的时期，并成为机械工程 最瞩目的成就。托马斯.纽可门和约翰.卡利 (又译为考力)是史学界公认的蒸气机之父。 到十八世纪中叶，已有好几百台纽可门式 蒸气机在英格兰北部和中部地区、康沃尔 和其他国家服务，但由于其工作效率太低， 难以推广。
Bell实验室的伟大贡献： 负反馈放大器及频域理论的建立
Bell实验室
在控制系统稳定性的代数理论建立之后， 1928年－1945年以美国AT&T公司Bell实 验室(Bell Labs)的科学家们为核心，又建 立了控制系统分析与设计的频域方法。
自动控制技术的早期发展
J.C.Maxwell ：控制理论的源头
以反馈控制为其主要研究内容的自动 控制理论的历史，若从目前公认的第一篇 理论论文, J.C.Maxwell 在1868年发表的 “论调节器”算起，至今不过一百多年。 然而控制思想与技术的存在至少已有数千 年的历史了。
维纳：控制学科的鼻祖
1894年11月26日维纳出生在 美国密苏里州哥伦比亚市的一 个犹太人的家庭中。他的父亲 是哈佛大学的语言教授。维纳 自幼聪慧，1906年（12岁） 便进入土夫兹学院学习，1909 年（15岁）时获数学学士学位。 1913年（19岁）以关于数理 逻辑的论文获哈佛大学博土学 位。
维纳：控制学科的鼻祖
维什聂格拉斯基
同一时期在俄国，1872年维什聂格拉斯基 （1831-1895）也对蒸汽机的稳定性问题进行了 研究。维什聂格拉斯基的论文“论调整器的一般 原理”1876年发表在法国科学院院报上。维什聂 格拉斯基同样利用线性化方法简化问题，用线性 微分方程描述由调整对象和调整器组成的系统。 这使问题大大简化。1878年维什聂格拉斯基还对 非线性继电器型调整器进行了研究。维什聂格拉 斯基在苏联被视为自动调整理论的奠基人。
James Clerk Maxwell是第一个 对反馈控制系统的稳定性进行系统分 析并发表论文的人。在他1868年的论 文“论调节器” 中，导出了调节器的 微分方程，并在平衡点附近进行线性 化处理，指出稳定性取决于特征方程 的根是否具有负的实部。麦氏在论文 中对三阶微分方程描述的Thomson s governor, Jenkin s governor 以及 具有五阶微分方程的Maxwell s governor进行了研究，并给出了系统 的稳定性条件。Maxwell的工作开创 了控制理论研究的先河。
Edward John Routh
Edward John Routh 1831年1 月20日出生在加拿大的魁北克。他父 亲是一位在Waterloo服役的英国军官。 Routh 11岁那年回到英国，在de Morgan指导下学习数学。在剑桥学 习的毕业考试中，他获得第一名。 （Clerk Maxwell排在了第二位。尽 管Clerk Maxwell当时被称为最聪明 的人。）毕业后Routh开始从事私人 数学教师的工作。 Routh于1907年6月7日去世， 享年76岁。
开环控制
公元235(三国时期)的马均及公元477年祖 冲之等还曾制造过具有开环控制特点的指南车。 并发明了齿轮及差动齿轮机
安得鲁. 米克尔
十八世纪，随着人们对动力的需求，各种动力 装置也成为人们研究的重点。1750年，安得鲁. 米克尔(1719-1811)为风车引入了“扇尾”传动 装置，使风车自动地面向风。随后，威廉. 丘比 特对自动开合的百叶窗式翼板进行改进，使其能 够自动地调整风车的传动速度。这种可调整的调 节器在1807年取的专利权。18世纪的风车中还 成功地使用了离心调速器。 托马斯.米德(1787 年)和斯蒂芬.胡泊(1789年)获得这种装置的专利 权。
经典控制理论
经典控制理论是指五十年代末期所形 成的理论体系，它主要是研究单输入—单 输出线性定常系统的分析和设计问题，其 理论基础是描述系统输入—输出关系的传 递函数。多年来，经典控制理论在工程实 践中得到了成功的应用。
现代控制理论
现代控制理论是六十年代初期，为适应宇航 技术发展的需要而出现的新理论。现代应用数学 的研究和电子计算机的应用大大地推进了它的发 展，目前现代控制理论正向大系统理论和人工智 能理论等方而深入发展。 现代控制理论主要是研究具有高性能、高精 度的多输入—多输出、变参数系统的分析和设计 问题，如最优控制、最优滤波、自适应控制等。 描述系统的方法是基于系统状态这一内部特征量 的状态空间法。
1933年任美国国家科学院院士， 1948年他 发表了划时代的著作《控制论》。 控制论的基本含义是：现代的自动机器和人都 是由感觉装置(器官)、动作装置(器官)、传递 信息的系统(神经系统)所组成的一种系统。自动机器和人 都是在接收、处理、传递和存贮信息，并利用信息去完成 动作，实现与外界的联系。在系统工作中，反馈控制给定 控制信号使动作装置(器官)动作。动作结果由感觉装置 (器官)检测出来，并反馈回去与给定信号相比较。如果 比较有偏差，偏差信号会继续控制动作装置(器官)动作， 直到偏差信号消失为止。
瓦特
1765年俄国的波尔祖诺夫发明 了蒸汽机锅炉的水位自动调节器 （这在俄国被认为是世界上的第一 个自动调节器）。1760年－1800 年，詹姆斯.瓦特对蒸气机进行了彻 底得改造，终于使其得到广泛的应 用。在瓦特的改良工作中，1788年， 他给蒸气机添加了一个“节流”控 制器即节流阀，它由一个离心“调 节器”操纵，类似于磨房机工早已 用来控制风力面分机磨石松紧的装 置。“调节器”或“飞球调节器” 用于调节蒸气流，以便确保引擎工 作时速度大致均匀。这是当时反馈 调节器最成功的应用。