控制理论各历史阶段发展的特点
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
控制理论的三个发展阶段：经典控制理论、现代控制理论、智能控制理论
经典控制理论是以传递函数为基础的一种控制理论，控制系统的分析与设计是建立在某种近似的和(或)试探的基础上的、控制对象一般是单输入单输出、线性定常系统；对多输入多输出系统、时变系统、非线性系统等．则无能为力。
经典抑制理论主要的分析方法有频率特性分析法、根轨迹分析法、描述函数法、相平面法、波波夫法等。
控制策略仅局限于反馈控制、PID控制等。
这种控制不能实现最优控制。
现代控制理论是建立在状态空间上的一种分析方法，它的数学模型主要是状态方程，控制系统的分析与设计是精确的。
控制对象可以是单输入单输出控制系统．也可以是多输人多输出控制系统，可以是线件定常控制系统，也可以是非线性时变控制系统，可以是连续控制系统，也可以是离散和(或)数字控制系统。
因此，现代控制理论的应用范围更加广泛。
主要的控制策略有极点配置、状态反馈、输出反馈等。
由于现代控制理论的分析与设计方法的精确性，因此，现代控制可以得到最优控制。
但这些控制策略大多是建立在已知系统的基础之上的。
严格来说．大部分的控制系统是一个完全未知或部分未知系统，这里包括系统本身参数未知、系统状态未知两个方面，同时被控制对象还受外界干扰、环境变化等的因素影响。
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智能控制是一种能更好地模仿人类智能的、非传统的控制方法，它采用的理论方法则主要来自自动控制理论、人工智能和运筹学等学科分支。
内容包括最优控制、自适应控制、鲁棒控制、神经网络控制、模糊控制、仿人控制等。
其控制对象可以是已知系统也可以是未知系统，大多数的控制策略不仅能抑制外界干扰、环境变化、参数变化的影响，还能有效地消除模型化误差的影响。
1/ 1。
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。
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）
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。
控制理论与控制系统的发展历史及发展趋势
控制理论与控制系统的发展历史及趋势姓名：学号：指导教师：专业：所在学院：机电工程学院时间：2011年11月3号控制理论与控制系统的发展历史及趋势摘要：由于自动控制理论和自动控制系统的的广泛运用，各行业的专业人员对它的学习，研究也在不断的进行。
本文叙述了自动控制理论和自动控制系统的发展历史（三个阶段：经典控制，现代控制，智能控制）和发展的趋势。
前言控制是人类对事物的认识思考，进而作出决策并作出相应反应的过程。
人类在漫长的生产与生活实践中不断总结，积累经验，形成理论，进而指导实践使生产力不断发展。
随着生产力的不断发展，人们开始要求生活的高质量，一方面要从繁重的体力劳动中解放自己，另一方面要有更高质量的产品来满足生活的需要。
自动控制理论自动控制系统就随之而产生了。
控制理论和控制系统经过漫长的发展，其研究范围和应用范围很广泛。
控制理论研究的对象和应用领域不但涉及到工业、农业、交通、运输等传统产业，还涉及到生物、通讯、信息、管理等新兴行业。
由于自动控制理论和自动控制系统获得了如此广泛的应用，所以自动控制的发展必将受到各行各业的关注。
本文就是对控制理论和控制系统的发展历史进行综述，叙述控制发展的各个阶段。
还有就是控制理论和控制系统的今后的发展趋势。
一，控制理论的发展历史及趋势1，早期的自动控制装置及自动控制技术的形成古代人类在长期生产和生活中，为了减轻自己的劳动，逐渐产生利用自然界动力代替人力畜力，以及用自动装置代替人的部分繁难的脑力活动的愿望，经过漫长岁月的探索，他们互不相关地造出一些原始的自动装置。
约在公元前三世纪中叶，亚历山大里亚城的斯提西比乌斯首先在受水壶中使用了浮子。
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）。
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。
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一门研究控制系统行为的学科，它的发展经历了多个阶段。
本文将对控制论的发展各阶段及其特点进行简述，并进行适当的解释和扩展。
一、起源阶段：控制论的起源可以追溯到20世纪40年代。
在这个阶段，控制论主要集中在线性系统的稳定性和控制方法上。
由于当时计算机技术的限制，研究者们主要关注线性系统的分析与设计，研究方法主要基于数学模型和数学推导。
起源阶段的控制论主要解决了线性系统的稳定性和控制问题，为后续的发展奠定了基础。
二、成熟阶段：20世纪50年代至70年代是控制论的成熟阶段。
在这个阶段，控制论开始从线性系统扩展到非线性系统，并且开始关注系统的优化和鲁棒性。
研究者们提出了一系列针对非线性系统的分析和设计方法，如状态空间法、最优控制理论和鲁棒控制理论等。
成熟阶段的控制论在理论和方法上取得了重要突破，为控制系统的实际应用提供了坚实的理论基础。
三、应用阶段：20世纪80年代至今，控制论进入了应用阶段。
在这个阶段，控制论开始广泛应用于各个领域，如工业控制、交通控制、航空航天等。
应用阶段的控制论注重实际问题的解决和系统的实际应用。
研究者们不仅关注系统的数学模型和理论分析，还注重系统的实际操作和实验验证。
应用阶段的控制论在理论和方法上进一步发展，提出了许多新的技术和方法，如自适应控制、模糊控制和神经网络控制等。
在控制论的发展过程中，有几个重要的特点值得注意：控制论是一门跨学科的学科。
它涉及到数学、物理、工程等多个学科的知识，需要研究者具备多学科的综合能力。
控制论的跨学科性使得它能够应用于各个领域，并提供了解决复杂问题的方法和思路。
控制论是一门实用的学科。
它的目标是设计和实现具有预期行为的控制系统，解决实际问题。
因此，控制论注重系统的实际操作和实验验证，研究者们不仅关注理论的推导和证明，还注重系统的实际应用和效果评估。
控制论是一门不断发展的学科。
随着科学技术的进步和实际问题的需求，控制论不断发展和完善。
控制理论各历史阶段发展的特点
控制理论各历史阶段发展的特点经典控制理论在20世纪30到40年代，奈奎斯特、伯德、维纳等人的著作为自动控制理论的初步形成奠定了基础；二次大战以后，又经过众多学者的努力，在总结了以往的实践和关于反馈理论、频率响应理论并加以发展的基...经典控制理论（20世纪40-50年代）在20世纪30到40年代，奈奎斯特、伯德、维纳等人的著作为自动控制理论的初步形成奠定了基础；二次大战以后，又经过众多学者的努力，在总结了以往的实践和关于反馈理论、频率响应理论并加以发展的基础上，形成了较为完整的自动控制系统设计的频率法理论。
1948年又提出了根轨迹法。
至此，自动控制理论发展的第一阶段基本完成。
这种建立在频率法和根轨迹法基础上的理论，通常被称为经典控制理论。
经典控制理论以拉氏变换为数学工具，以单输入－单输出的线性定常系统为主要的研究对象。
将描述系统的微分方程或差分方程变换到复数域中，得到系统的传递函数，并以此作为基础在频率域中对系统进行分析和设计，确定控制器的结构和参数。
通常是采用反馈控制，构成所谓闭环控制系统。
经典控制理论具有明显的局限性，突出的是难以有效地应用于时变系统、多变量系统，也难以揭示系统更为深刻的特性。
当把这种理论推广到更为复杂的系统时，经典控制理论就显得无能为力了，这是因为它的以下几个特点所决定。
1．经典控制理论只限于研究线性定常系统，即使对最简单的非线性系统也是无法处理的；出描述方式，这就从本质上忽略了系统结构的内在特性，也不能处理输入和输出皆大于1的系统。
实际上，大多数工程对象都是多输入－多输出系统，尽管人们做了很多尝试，但是，用经典控制理论设计这类系统都没有得到满意的结果；2．经典控制理论采用试探法设计系统。
即根据经验选用合适的、简单的、工程上易于实现的控制器，然后对系统进行分析，直至找到满意的结果为止。
虽然这种设计方法具有实用等很多优点，但是，在推理上却是不能令人满意的，效果也不是最佳的，人们自然提出这样一个问题，即对一个特定的应用课题，能否找到最佳的设计。
自动控制理论发展概况
自动控制理论发展概况前控制是自动控制理论的起源阶段，主要在19世纪末至20世纪初发展起来。
当时主要研究控制系统的开-闭锁问题，即如何实现不同位置之间的切换控制。
此时的控制系统主要采用开放系统结构，输入信号与输出信号之间没有反馈环路。
该阶段的主要理论包括勒贝格同位、双位同位和电气继电器方法。
随着现代化生产的需要，自动控制理论的研究逐渐转向反馈控制。
反馈控制是通过不断感知系统输出信号，与给定的目标输出信号之间的差异来调整输入信号。
这种控制方式可以使系统对外部扰动和参数变化具有较好的鲁棒性。
控制技术的快速发展促使了反馈控制的普及和应用。
20世纪30年代，现代自动控制理论框架初步建立，产生了控制系统的数学描述、线性系统的稳定性分析和根轨迹法等方法。
20世纪40年代至70年代，现代控制理论得到了迅速发展和广泛应用。
控制系统的数学理论不断深化，控制效果逐渐得到提高。
特别是在航空、导弹、火箭、军事、化工和能源等领域，自动控制理论的应用取得了巨大成功。
在这一时期，经典控制理论和现代控制理论逐渐发展完善，研究了最优控制、鲁棒控制、自适应控制和模糊控制等控制方法。
20世纪70年代以后，现代控制理论进入了第三个阶段，即多模型自适应控制系、模型预测控制、神经网络控制和模糊分级控制系统等理论成果的出现。
同时，计算机技术和信息技术的迅猛发展也为控制理论的研究和应用提供了良好的条件。
现代控制理论注重系统建模、系统特性分析和系统控制方法的研究，提高了控制系统的鲁棒性和优化性能。
此外，随着科学技术的进一步发展，自动控制理论还涌现出一些新的理论和方法，如非线性控制理论、科学计量管控理论、模块化控制理论、混杂动态系统建模与分析方法等。
综上所述，自动控制理论经历了前控制、反馈控制和现代控制三个阶段的发展。
从最早的开-闭锁问题研究到现代的控制系统建模与优化控制，自动控制理论在科学研究和工程实践中发挥着重要作用，并且不断创新和完善。
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。
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。
控制理论发展
二、控制科学与工程学科
1
控制理论与控制工程
2
检测技术与自动化装置
3
4
模式识别与智能系统，导航
下设五 个二级 学科
系统工程
5
制导与控制
控制理论与控制工程
学科介绍 控制理论是学科的重要基础和核心内容，控制工程是学科的背景动力和 发展目标。控制理论与控制工程是研究运动系统的行为、受控后的运动 状态以及达到预期动静态性能的一门综合性学科。
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.
“电力电子技术”是 建立在电子学、电 工原理和自动控制 三大学科上的新兴 学科,是电气工程、 控制科学与工程等 专业的专业基础课 。现已成为现代电 气工程与自动化专 业不可缺少的一门 专业基础课。
电子技术分类
A
电子技术
B
电力电子技术
信息电子技术：主要用于信息处理 电力电子技术：应用于电力领域的 电子技术
就集成化而言，这一时期主要出现了超大规模的集成电路。1975年 出现超大规模集成电路VLSI(Very large Scale Integration),每片集成电子元 件一万个以上。而到现在每个晶体管的体积变得非常微小，但是集成度 却是很高。比如，一个指尖上可以容纳3000万个45毫微米大小的晶体管。
R.E. Kalman
(5) 1963年, 美国的Lofti Zadeh与C. Desoer发表 Linear Systems - A State Space Approach。1965 年，Zadeh提出模糊集合和模糊控制概念
自动控制理论发展历史
自动控制理论发展历史
自动控制理论作为一种科学技术，其发展史可以追溯到古代，但真正有效的自动控制系统实施是在20世纪。
在这一时期，微型计算机、微处理器和数字信号处理技术的发展为自动控制的发展提供了技术支持。
主要发展历史如下：
第一阶段：20世纪50年代，美国大规模投入军事科研，开发了许多用于无线电导航和飞机控制领域的自动控制系统，这个阶段以科研方面的发展为主，自动控制理论初步形成，但受到当时计算机能力有限的制约。
第二阶段：20世纪60年代，随着微机电子技术的迅猛发展，芯片电子技术和数字信号的处理技术的出现，推动了自动控制领域的发展。
这个时期，计算机的能力和性能得到了极大的改进，微型机控制也得到了广泛的应用，这样自动控制理论也不断完善，不同的控制算法也不断提出。
第三阶段：20世纪70年代，计算机技术、微处理机结构设计和控制算法等都得到了长足发展。
特别是当时的专家系统优化的控制算法和系统仿真技术的发展，极大地推动了虚拟自动控制技术的建立，使自动控制领域的研究有了更大的发展空间。
第四阶段：20世纪80年代，计算机技术的发展也不断提升。
自动控制理论发展
自动控制理论是一门研究如何设计稳定、鲁棒和高性能控制系统的学科。
自动控制理论的发展可以分为以下几个阶段：
1. 经典控制理论阶段：20世纪前半叶，经典控制理论主要集中在线性系统的研究上，包括PID控制器、根轨迹法、频域分析等方法。
这些方法主要适用于线性、稳定、可预测的系统。
2. 现代控制理论阶段：20世纪60年代后期至70年代初期，现代控制理论开始崭露头角，状态空间方法、最优控制理论、鲁棒控制理论等相继涌现，为非线性、时变系统的分析与设计提供了新的思路。
3. 数字控制理论阶段：随着计算机技术的发展，数字控制理论应运而生。
数字信号处理技术的应用使得控制系统设计更加灵活，同时也促进了实时控制的发展。
4. 智能控制理论阶段：近年来，随着人工智能和机器学习的快速发展，智能控制理论逐渐引起关注。
模糊控制、神经网络控制、遗传算法等方法被引入到控制领域，为复杂系统的建模与控制提供了新的思路。
5. 网络化控制理论阶段：随着物联网和云计算技术的快速发展，网络化控制理论成为一个新的研究热点。
研究者们开始探索在网络环境
下的控制系统设计与实现，涉及到网络延迟、数据丢失、安全性等问题。
总的来说，自动控制理论的发展经历了经典理论、现代理论、数字化、智能化和网络化等多个阶段，不断地推动着控制理论与技术的进步，为各种工程和科学应用提供了强大支持。
控制理论的发展及应用
的多项式没有直接的求根公式，这给判断高阶系统的稳定
性代来了困难。
经典控制理论的发展
稳定性的早期发展-2
• 两年一次的Adams Prize奖授予在该委员会所选科学主题方
面竞争的最佳论文。1877年的主题是“运动的稳定性”。
• Routh E J.《A Treatise on the Stability of Motion》
控制器
(a)
受控对象
开环控制系统
控制量
输入量
﹢ ﹣
输出量
控制器
受控对象
反馈元件 (b) 闭环控制系统
输入量 输入量 控制量 控制器 (a) 输出量
控制量
控制器 ﹣ 受控对象
输出量
受控对象
﹢
反馈元件
(b) 闭环控制系统
开环控制系统
开环控制系统
特点：
— 最简单的控制方式
缺点： ● 对元器件的要求 比较高 ● 系统抗干扰能力差 ● 控制精度不高
III：上世纪70年代后：大系统理论时期。
控制论由工程控制论、生物控制论向经济控制论、社会控 制论发展。
三部经典著作
• 信息论开端：1948年香农(C.E.Shannon)的发表在 《贝尔系统技术杂志》上的论文 《A Mathematical Theory of Communication》 • 控制论创立: 1948年维纳（N. Wienner）的经典论
登伯格和崔普金等人于1944和1948年分别提出了脉冲系统
的稳定判据，即线性差分方程的所有特征根应位于单位圆 内。
经典控制理论的发展
脉冲控制理论的建立-2
• 由于离散拉氏变换式是超越函数，崔普金又提出了用保角
变换将Z平面的单位圆内部转换到新平面的左半面的方法，
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。
内部控制理论及其发展历史
内部控制理论及其发展历史内部控制理论及其发展历史控制是指一定的控制主体为了实现既定的控制目标以信息沟通为基础，采取一定的控制方法和手段，对控制客体所进行的约束、支配和驾驭。
全美反欺诈财务报告委员会在1992年发布了“内部控制-整体框架报告”（即COSO报告），在COSO报告中认为：内部控制是一个过程，它受到董事会、管理人员以及其他员工的影响，以便为实现经营效果及效率、财务报告的可靠性以及应遵守的相关法律法规提供合理保证。
同时，COSO报告指出：内部控制由控制环境、风险评估、控制活动、信息与沟通以及监控这五个相互联系的要素组成。
从上述定义不难看出，内部控制作为一种企业经营活动自我调节和自我约束的内在机制，在企业管理系统中具有重要的作用，有效的内部控制是公司高效管理的必要组成部分。
内部控制的产生最初来源于组织内部管理的需要。
随着现代企业制度的建立，特别是所有权与经营权相分离后，内部控制得到迅速发展，逐步形成了一系列组织、调节、制约和监控企业经营管理活动的方法，这也是内部控制的雏形。
目前为止，内部控制概念的发展大致可以分为五个阶段：20世纪40年代前为内部控制的萌芽期即内部牵制阶段。
控制活动是随着企业管理活动的出现而发展的。
在15世纪出现了复式记账法，它推动了内部控制的发展。
到了20世纪40年代，《柯氏会计词典》中将内部牵制描述为：“以提供有效的组织和经营，并防止错误和其他非法业务发生的业务流程设计。
其主要特点是以任何个人或者部门不能单独控制任何一项或者一部分业务权力的方式进行组织上的责任分工，每项业务通过正常的发挥其他个人或部门的功能进行交叉检查或者交叉控制。
” 这里的内部牵制建立在两个基本假设之上：一.两个或两个以上的个人或部门，无意识地犯同样错误的可能性很小；二.两个或两个以上的个人或部门，有意识地合伙舞弊的可能性大大低于单独一个人或一个部门舞弊的可能性。
从实务中可以得出结论：内部牵制机制的确能有效地减少错误和舞弊行为。
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控制理论各历史阶段发展的特点经典控制理论在20世纪30到40年代，奈奎斯特、伯德、维纳等人的著作为自动控制理论的初步形成奠定了基础；二次大战以后，又经过众多学者的努力，在总结了以往的实践和关于反馈理论、频率响应理论并加以发展的基...经典控制理论（20世纪40-50年代）在20世纪30到40年代，奈奎斯特、伯德、维纳等人的著作为自动控制理论的初步形成奠定了基础；二次大战以后，又经过众多学者的努力，在总结了以往的实践和关于反馈理论、频率响应理论并加以发展的基础上，形成了较为完整的自动控制系统设计的频率法理论。
1948年又提出了根轨迹法。
至此，自动控制理论发展的第一阶段基本完成。
这种建立在频率法和根轨迹法基础上的理论，通常被称为经典控制理论。
经典控制理论以拉氏变换为数学工具，以单输入－单输出的线性定常系统为主要的研究对象。
将描述系统的微分方程或差分方程变换到复数域中，得到系统的传递函数，并以此作为基础在频率域中对系统进行分析和设计，确定控制器的结构和参数。
通常是采用反馈控制，构成所谓闭环控制系统。
经典控制理论具有明显的局限性，突出的是难以有效地应用于时变系统、多变量系统，也难以揭示系统更为深刻的特性。
当把这种理论推广到更为复杂的系统时，经典控制理论就显得无能为力了，这是因为它的以下几个特点所决定。
1．经典控制理论只限于研究线性定常系统，即使对最简单的非线性系统也是无法处理的；出描述方式，这就从本质上忽略了系统结构的内在特性，也不能处理输入和输出皆大于1的系统。
实际上，大多数工程对象都是多输入－多输出系统，尽管人们做了很多尝试，但是，用经典控制理论设计这类系统都没有得到满意的结果；2．经典控制理论采用试探法设计系统。
即根据经验选用合适的、简单的、工程上易于实现的控制器，然后对系统进行分析，直至找到满意的结果为止。
虽然这种设计方法具有实用等很多优点，但是，在推理上却是不能令人满意的，效果也不是最佳的，人们自然提出这样一个问题，即对一个特定的应用课题，能否找到最佳的设计。
综上所述，经典控制理论的最主要的特点是：线性定常对象，单输入单输出，完成镇定任务。
即便对这些极简单的对象、对象描述及控制任务，理论上也尚不完整，从而促使现代控制理论的发展：对经典理的精确化、数学化及理论化。
现代控制理论（20世纪60-70年代）现代控制理论中首先得到透彻研究的是多输入多输出线性系统，其中特别重要的是对刻划控制系统本质的基本理论的建立，如可控性、可观性、实现理论、典范型、分解理论等，使控制由一类工程设计方法提高为一门新的科学。
同时为满足从理论到应用，在高水平上解决很多实际中所提出控制问题的需要，促使非线性系统、最优控制、自适应控制、辩识与估计理论、卡尔曼滤波、鲁棒控制等发展为成果丰富的独立学科分支。
在50年代蓬勃兴起的航空航天技术的推动和计算机技术飞速发展的支持下，控制理论在1960年前后有了重大的突破和创新。
在此期间，贝而曼提出寻求最优控制的动态规划法。
庞特里亚金证明了极大值原理，使得最优控制理论特得到极大的发展。
卡而曼系统地把状态空间法引入到系统与控制理论中来，并提出了能控性、能观测性的概念和新的滤波理论。
这些就构成了后来被称为现代控制理论的发展起点和基础。
现代控制理论以线性代数和微分方程为主要的数学工具，以状态空间法为基础，分析与设计控制系统。
状态空间法本质上是一种时域的方法，它不仅描述了系统的外部特性，而且描述和揭示了系统的内部状态和性能。
它分析和综合的目标是在揭示系统内在规律的基础上，实现系统在一定意义下的最优化。
它的构成带有更高的仿生特点，即不限于单纯的闭环，而扩展为适应环、学习环等。
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。
现代控制理论具有以下特点：１．控制对象结构的转变控制对象结构由简单的单回路模式向多回路模式转变，即从单输入单输出向多输入多输出。
它必须处理极为复杂的工业生产过程的优化和控制问题。
2．研究工具的转变（1）积分变换法向矩阵理论、几何方法转变，由频率法转向状态空间的研究；（2）计算机技术发展，由手工计算转向计算机计算。
3．建模手段的转变由机理建模向统计建模转变，开始采用参数估计和系统辨识的统计建模方法。
现代控制理论的进一步发展控制理论的发展同其他学科一样，依赖于工业、科学、技术提出的越来越高的要求。
"现代控制理论"这一名称是1960年卡尔曼的著名文章发表后出现的。
而在此之前，钱学森教授在五十年代就已发表了《工程控制论》的专著，并为当时几乎所有论文以突出形式加以引用。
工程控制论，从广义上看，是控制学科最具远见卓识的科学预见与理论，现代控制理论只是其一分支。
现代控制理论的进一步发展包括以下方面：1) 其他动态系统的研究这里可以指出的有（包括早期已有较大发展的部分学科）：非线性系统、时变系统、随机系统、分布参数系统、大规模系统、模糊系统、机械系统以及不确定系统等。
非线性系统，其基础是李亚普罗夫理论，从过去以至今后，这一最普遍的原理都起着重要的作用。
对鲁里叶系统常时间的研究，对非线性系统理论的发展起到了重要的历史作用。
近些年来出现的微分几何及微分代数理论，为非线性系统控制的深入研究提供了新的工具。
但非线性系统理论的研究将是旷日持久的，也是十分艰巨的。
时变系统，由于数学表达的困难，特别是对"时变"有了本质的了解；"随环境而变"，研究已转入"自适应系统"或"不确定系统"。
大规模系统，当考虑了系统的内部信息结构时，称组成系统的各部分为"子系统"，系统就被称为"大系统"，这种考虑是期望用子系统及其关联的性质来对大系统的性质作出某些判断，提供较为简化的、但常常保守的分析方法。
现已明确规定，今天的大系统理论完全不能构成第三代控制理论。
机械系统，其模型可用拉格朗日方程表示为一2阶非线性系统。
因为机械系统本身有许多特殊性质，如匹配条件及可全局线性化条件自动满足；具有关于功、能、动量、动量矩等的一些便于利用的力学性质等，故可将其表为一般非线性系统的形式来研究是不明智的，这实际上是将简单问题的研究复杂化。
不确定系统，一方面是相当多的实际系统的数学描述，更重要的是在理论上为自适应控制、鲁棒控制等多个学科间架起了桥梁。
2）控制任务的多样化经典及现代控制理论的任务在于寻求（反馈）控制，使得闭环系统稳定，这就是通称的"镇定问题"。
到了二十世纪，工程技术不断提出新的控制任务，它们远远不可能用镇定来概括，必须发展新的概念、理论与方法。
这方面的例子是很多的。
车间调度控制，在工程上为FMS及CIMS，理论上出现了DEDS（离散事件动态系统）理论。
尽管目前尚处于初创阶段，但要求完成的任务已远比镇定复杂多了。
化工过程、车间、煤矿采掘面等各种工业过程要求实现的最简单的任务有：监控、预警等，远远超出镇定的范围，拟人机器人、智能机器人及车，要求实现的任务更是多种多样的，如跟踪、代替人作各种操作以及简单的装配任务等。
类似的例子在几乎每一工程技术领域中都是打量的。
这一趋势是明显的，也是必然的。
自动控制就是由系统来代替人控制。
随着科学技术的发展，人们的控制活动越来越多，因而控制任务也会越来越复杂和困难。
3）专业学科化的发展因受控对象的性质千差万别，属于不同的学科，各学科又有自己的独特之处，所以在各门学科中相对独立地发展控制理论及方法，是很自然的。
事实上在学校中，很多系（从电气、电子、计算机到机械、化工、土木），社会上很多研究所，从理、工到农、医、材料、交通等，自动控制都是其重要组成部分，而且都具有自己的特点，研究的内容及解决的方法更是差异，下面是几个例子：太空飞行器上的空间机器人，具有自己的特点：多体系统、受非完整约束、自主控制、遥控、装配等等。
拟人机器人，要求具有计算机视觉、触觉、声觉、自主控制、应付复杂环境（避碰、避雨及雷电）等等。
机器人班组控制，要求跟踪、操作、适应复杂环境、自主控制之外，还要求能避免内力对抗、运动及力量的协调等。
自主控制，要求具有失误预报、失误诊断、自修理或自重构形等能力。
智能材料具有及时预报缺陷及损伤，自加强等功能。
血管内的"聪明药"具有发展到可能发生阻塞部位，进行修整的能力。
又如对材料进行外部施力控制作用，以达到改变结构力学性能的研究也在进行中。
智能控制的发展概述（20世纪70年代以后）从60年代起，由于空间技术、计算机技术及人工智能技术的发展，控制界学者在研究自组织、自学习控制的基础上，为了提高控制系统的自学习能力，开始注意将人工智能技术与方法应用于控制系统。
从70年代初开始，傅京孙、Gloriso和Saridis等人从控制论角度进一步总结了人工智能技术与自适应、自组织自学习控制的关系，正式提出了智能控制就是人工智能技术与控制理论的交叉，并创立了人-机交互式分级递阶智能控制的系统结构。
在70年代中期前后，已模糊集合论为基础，从模仿人的控制决策思想出发，智能控制在另一个方向——规则控制（rule-based control）上也取得了重要的进展。
70年代可以看作是智能控制的形成期。
进入80年代以来，由于危机的迅速发展以及专家系统逐渐成熟，使得智能控制和决策的研究及应用领域逐步扩大，并取得了一批应用成果。
应该特别指出，80年代中后期，由于神经网络的研究获得了重要进展，于是这一领域吸引了众多学科的科学家、学者。
如今在控制、计算机、神经生理学等学科的密切配合下，在“智能控制论”的旗帜下，又在寻求新的合作，神经网络理论和应用研究为智能控制的研究起到了重要的促进作用。
进入90年代以来，智能控制的研究势头异常迅猛。
1994年6月，在美国奥兰多召开了’94IEEE全球计算智能大会，将模糊系统、神经网络，进化计算三方面内容综合在一起召开，引起国际学术界的广泛关注，因为这三个新学科已成为研究智能控制的重要基础。
近年来，智能控制技术在国内外已有了较大的发展，己进入工程化、实用化的阶段。
但作为一门新兴的理论技术，它还处在一个发展时期。
然而，随着人工智能技术、计算机技术的迅速发展，智能控制必将迎来它的发展新时期。
总之，智能控制是自动控制理论发展的必然趋势，人工智能为智能控制的产生提供了机遇。