控制理论与控制系统的发展历史及发展趋势
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
控制理论发展史
庞特里亚金 L.S.Pontryagin 4. 罗森布洛克（H.H.Rosenbrock）、欧文斯（D.H.Owens） 和麦克法轮（G.J.MacFarlane）研究了使用于计算机辅助控制 系统设计的现代频域法理论，将经典控制理论传递函数的概念 推广到多变量系统，并探讨了传递函数矩阵与状态方程之间的 等价转换关系，为进一步建立统一的线性系统理论奠定了基础
1.五十年代后期，贝尔曼（Bellman）等人提出了状态分析法； 在1957年提出了动态规划。
2.1959年卡尔曼（Kalman）和布西创 建了卡尔曼滤波理论；1960年在控制 系统的研究中成功地应用了状态空间 法，并提出了可控性和可观测性的新 概念。 卡尔曼
3. 1961年庞特里亚金（俄国人）提出 了极小（大）值原理。
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。
维纳
维纳生于哥伦比亚市一个犹太人家里。维纳4岁开始读 书。9岁时读中学，11岁进人大学学习．他的数学知识已 超过大学一年级学生的水平，所以转而热衷于研究化学、 物理、电学了。他18岁时取得了哈佛大学数学和哲学两个博士学位，后来又到德国、 英国学习，拜著名哲学家罗素、数学家希尔伯特为师，进一步深造。 维纳已是一个很有名的数学家了，但他对其他学科也很有兴趣。在第二次世界大 战末期，有两个大问题特别引起了他的兴趣，一个是电子计算机，另一个是火炮命 中率问题。 维纳和一位年轻工程师合作，从驾驶汽车这种简单的动作中发现，人是采用了一 种叫“反馈”的控制方法，使汽车按要求行驶。维纳又请来了神经专家进行共同研 究，发现机器和人的控制机能有相似之处。后来，维纳又和许多有名科学家进行讨 论，听取对方的批评意见，甚至是“攻击”意见，终于于1948年把自己的研究成果 发表了出来，叫《控制论》。
工业控制系统的技术发展和趋势
工业控制系统的技术发展和趋势工业控制系统是一个为工业生产自动化服务的重要技术领域，它的发展历程始于上世纪50年代，并在不断地演化和创新中得到不断地提升和完善。
随着科技和物联网技术的发展，工业控制系统也在不断地进化，变得更加智能化和灵活化。
本文将从技术发展和趋势方面谈谈工业控制系统的发展历程和未来趋势。
一、工业控制系统的发展历程1. 传统PLC控制传统的工控系统由工控计算机和PLC组成，工控计算机主要负责人机界面，数据采集、联机控制和数据处理等任务，而PLC负责现场控制操作。
PLC控制作为现代工业控制领域最早的编程化控制系统之一，具有建设周期短、维护方便、可靠性高等优势，成为了现代工业控制领域最主流的应用之一。
但是，PLC控制在大型或复杂的工业控制系统中，灵活性不足，很难实现分布式计算和复杂算法实现。
2. DCS随后，随着工业控制领域的不断发展和智能化趋势，DCS（分布式控制系统）等控制策略应运而生。
DCS控制针对大型复杂工业系统，其主要优点在于强大的控制能力、多点测量、多点操作，其相对于PLC控制而言为一种灵活高效的分布式控制方法，而且DCS可以方便的实现大规模的集群控制，是工业控制系统的发展之一。
3. PC控制现代工业控制系统中，随着工控技术的不断进步和计算机性能的不断提高，基于PC控制的技术应运而生。
它基于通用计算机平台，摆脱了传统的特殊硬件和编程方式，使得整个系统的开发成本大大降低，同时也提高了整个系统的可定制性和可升级性。
4. 大数据大数据技术的发展给现代工业控制系统带来了重要影响。
在控制系统中，消息传递和大数据分析应用价值非常高，可以利用大数据技术来分析工业控制中的各种问题，包括控制精度、稳定性、系统故障等，有效提高工业生产的效率和质量。
二、工业控制系统的未来趋势1. 智能化化、网络化、集成化现代工业控制要实现智能化，那么工业控制系统就需要更加智能。
随着制造业的深入开展，自动化成为未来产业中一项不可或缺的技术，未来工业控制系统将向网络化、智能化、集成化的方向发展，将很多机器和设备的信息通过物联网或其他技术进行互联，以实现更加丰富、精准、可靠的处理和控制，以达到更好的结果。
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）
控制系统工程基础理论的发展历程
控制系统工程基础理论的发展历程控制系统工程是现代工业和科学领域中重要的学科之一，它涵盖了从电子设备到机械装置的广泛范围，并且在实践应用中具有不可或缺的作用。
控制系统工程的基础理论是该领域的重要组成部分，在过去的几十年里，经历了许多重大的发展和演变过程。
本文将探讨控制系统工程基础理论的发展历程，从最早的原始控制方法到现代的自动控制理论。
1. 原始控制方法的出现在人类对物质世界进行改造的过程中，人们开始意识到需要对工业和科学过程进行控制。
最早的控制方法可以追溯到古代，例如古代埃及人使用水门控制尼罗河水位的高低。
这些原始的控制方法主要基于观察和经验，并没有严格的理论基础。
2. 数学控制理论的崛起随着数学的发展，控制理论的研究也逐渐变得形式化和系统化。
17世纪的牛顿和拉格朗日等人为控制理论的发展奠定了基础，他们的工作使得控制系统的运动方程可以用数学公式来描述。
这为控制系统的分析和设计提供了数学工具。
3. 反馈控制理论的提出20世纪初，美国数学家诺伯特·维纳提出了反馈控制理论的概念。
他认识到，通过引入一个反馈环路，可以将控制系统的输出与期望的输入进行比较，并根据误差来调节系统的行为。
这个概念引发了对控制系统稳定性和性能的深入研究，为自动控制领域的发展铺平了道路。
4. 现代自动控制理论在二十世纪中叶，自动控制理论取得了巨大的发展，并成为控制系统工程的核心领域。
现代自动控制理论以数学和工程学为基础，利用信号处理、系统建模、控制器设计等方法来实现对系统的稳定性、鲁棒性和性能的优化。
在这一时期，频域分析、时域分析、根轨迹方法和状态空间方法等工具被广泛应用于控制系统工程。
5. 新兴领域的发展随着科学技术的进步和应用需求的不断变化，控制系统工程也在不断发展。
例如，现代网络和通信技术的出现为分布式控制系统提供了新的机会和挑战。
同时，智能控制、自适应控制和模糊控制等新兴领域也逐渐崭露头角，并且对控制系统工程的发展起到了积极的推动作用。
控制系统的发展趋势
控制系统旳发展趋势摘要：控制系统是指由控制主体、控制客体和控制媒体构成旳具有自身目旳和功能旳管理系统。
控制系统意味着通过它可以按照所但愿旳方式保持和变化机器、机构或其他设备内任何感爱好或可变旳量。
控制系统同步是为了使被控制对象抵达预定旳理想状态而实行旳。
控制系统使被控制对象趋于某种需要旳稳定状态。
伴随生产和科学技术旳发展，自动控制广泛应用于电子、电力、机械、冶金、石油、化工、航海航天、核反应等各个学科领域及生物、医学、管理工程和其他许多社会生活领域，并为各学科之间旳互相渗透起到增进作用。
关键词：自动控制控制系统一、控制系统旳概述与原理1、自动控制系统旳定义（1）自动控制在无人直接参与旳状况下，运用控制装置使被控对象和过程自动地按预定规律变化旳控制过程。
自动控制系统是实现自动化旳重要手段。
（2）自动控制系统是由控制装置和被控对象所构成，它们以某种互相依赖旳方式组合成为一种有机整体，并对被控对象进行自动控制。
（3）自动控制系统重要由控制器，被控对象，执行机构和变送器四个环节构成。
2、控制系统旳工作原理（1）检测输出量（被控制量）旳实际值；将输出量旳实际值与给定值（输入量）进行比较得出偏差。
（2）用偏差值产生控制调整作用去消除偏差，使得输出量维持期望旳输出。
这种基于反馈原理、通过“检测偏差再纠正偏差”旳系统称为反馈控制系统。
可见作为反馈控制系统至少应具有测量、比较（或计算）和执行三个基本功能。
控制系统旳控制过程可以用系统旳职能框图清晰而形象地体现。
3、对控制系统旳基本规定（1）稳定性由于控制系统都包括蓄能元件，若系统参数匹配不妥，就有也许引起振荡。
稳定性就是指系统动态过程旳振荡倾向及其恢复平衡状态旳能力。
对于稳定旳系统，当输出量偏离平衡状态时，应能伴随时间收敛并且最终回到最初旳平衡状态。
稳定性乃是保证控制系统正常工作旳先决条件。
（2）精确性控制系统旳精确性即控制精度。
一般以稳态误差来衡量。
所谓稳态误差是指以一定变化规律旳输入信号作用与系统后，当调整过程结束而趋于稳定期，输出量旳实际值与期望值之间旳误差值，它反应了动态过程后期旳性能。
自动控制理论的发展
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
第一阶段：经典控制理论
(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。
优点:可通过试验方法建立数学模型，物理概念清 晰，得到广泛的工程应用。
缺点:只适应单变量线性定常系统，对系统内部状 态缺少了解，且复数域方法研究时域特性，得不 到精确的结果。
控制理论发展的历史,现状及前景
1
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，以频率响应法为 主要方法。数学工具： 微分方程，复变函数
频域分析法在二战后持续占着主导地位，特别是拉 普拉斯变换和傅里叶变换的发展。在20世纪50年代，控 制工程的发展的重点是复平面和根轨迹的发展。进而在 20世纪80年代，数字计算机在控制系统中的使用变得普
遍起来，这些新控制部件的使用使得控制精确、快速。
第三阶段：大系统控制
20世纪70年代开始，出现了一些新的控制方法和理论。 如
第二阶段：现代控制理论
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。
自动控制理论发展史
自动控制理论发展史自动控制理论是研究如何设计、分析和实现自动控制系统的学科。
它涉及到数学、工程和物理等多个领域，经过数十年的发展，取得了广泛的应用和重要的成果。
本文将对自动控制理论的历史进行回顾和总结，探讨其发展的重要里程碑。
1.早期控制理论的起源在自动控制理论发展的早期阶段，人们主要关注如何通过机械装置实现自动控制。
18世纪末，雅各布·温特和约瑟夫·马里奥·雅科比开创了自动控制领域的先河。
他们分别发明了温特调节系统和雅科比的机械计算机，这两项发明被视为现代自动控制的重要基石。
2.经典控制理论的发展经典控制理论主要集中在线性系统的分析与设计上。
20世纪30年代，黑尔伯特正演算法的提出奠定了经典控制理论的基础，为后来的PID控制器奠定了基础。
此后，由于工程实践的需求，随着频率响应、根轨迹和复平面等概念的引入，经典控制理论逐渐成熟并被广泛应用。
3.现代控制理论的诞生随着科学技术的发展和对更高控制性能的需求，进一步推动了自动控制理论的发展。
20世纪40年代和50年代，现代控制理论开始崭露头角。
导纳法和态空间法等概念的提出为自动控制理论的进一步推进奠定了基础。
此外，奈奎斯特和布鲁克斯斯等学者的贡献，使得自动控制的频域分析和设计方法得以成为一门独立的学科。
4.控制理论的发展与应用随着计算机技术的发展，控制理论也得以推动和应用于更多领域。
20世纪60年代，数字控制技术的出现使得控制系统的精度和性能得到极大提升。
此后，随着自适应控制、鲁棒控制和优化控制等新概念的提出，控制理论迎来了一次次的飞跃。
特别是随着人工智能的兴起，基于神经网络和模糊逻辑的控制理论开始受到广泛关注。
5.未来的发展趋势随着科技的迅猛发展，自动控制理论也面临着新的挑战和机遇。
深度学习、强化学习等新兴技术的涌现将为控制理论的进一步发展提供巨大的潜力。
同时，面对日益复杂的工程系统和全球化的挑战，自动控制理论也需要不断创新和发展，以满足实际应用的需求。
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。
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。
浅谈控制理论演化及其发展趋势
浅谈控制理论演化及其发展趋势发布时间：2022-06-22T06:30:48.395Z 来源：《科技新时代》2022年6期作者：陈安杰[导读] 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，经典控制论阶段，现代控制论阶段以及大系统理论与智能控制理论阶段。
本文在每个阶段都指出了其控制思路、主要成果以及不足，并在现代控制论部分给出了单输入单输出系统的R-L-C电路状态空间表达式。
最后结合当前的云计算阐述了控制理论的发展趋势及应用前景。
陈安杰(杭州万向职业技术学院，浙江杭州 310023)摘要：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，经典控制论阶段，现代控制论阶段以及大系统理论与智能控制理论阶段。
本文在每个阶段都指出了其控制思路、主要成果以及不足，并在现代控制论部分给出了单输入单输出系统的R-L-C电路状态空间表达式。
最后结合当前的云计算阐述了控制理论的发展趋势及应用前景。
关键词：控制理论；现代控制；状态空间表达式；大系统理论；智能控制Talk about the evolution and development trend of control theoryChen An-jieHangzhou Wanxiang polytechnic College, Hangzhou 310023,ChinaAbstract： According to the theoretical basis of control theory and the difficulty degree of the problem it can solve, we divide control theory into three different stages, classical control stage, modern control stage and large system theory and intelligent control theory stage. In this paper, the control ideas, main achievements and shortcomings are pointed out in each stage, and the expression of R-L-C circuit state space of SISO system is given in the section of modern control stage. Finally, the development trend and application prospect of control theory are described in combination with current cloud computing.Key words：Control theory; Modern control; State space expression; Large systems theory; Intelligent control1 控制理论的演化发展史控制理论是关于各种系统的一般性控制规律的科学，它研究如何通过信号反馈来修正动态系统的行为和性能，以达到预期的控制目的[1]。
控制理论综述及其发展方向
控制理论的综述及发展方向1 控制理论的产生控制理论作为一门学科，它的真正应用开始于工业革命时期，即1788年瓦特发明蒸汽机飞球调速器。
该种采用机械式调节原理实现的蒸汽机速度自动控制是自动化应用的第一个里程碑。
二次大战前，控制系统的设计因为缺乏系统的理论指导而多采用试凑法，二次大战期间，由于建造飞机自动驾驶仪、雷达跟踪系统、火炮瞄准系统等军事设备的需要，推动了控制理论的飞跃发展。
1948年美国数学家维纳总结了前人的成果，认为世界存在3大要素：物质、能量、信息，发表了著名的《控制论》，书中论述了控制理论的一般方法，推广了反馈的概念，从而基本上确立了控制理论这门学科[1]。
2 控制理论的分类控制理论的发展分为经典控制理论阶段、现代控制理论阶段及大系统智能控制理论阶段，下面将详细介绍各个控制理论的特点及优缺点[2]。
2.1 经典控制理论自动控制理论中建立在频率响应法和根轨迹法基础上的一个分支。
经典控制理论的研究对象是单输入、单输出的自动控制系统，特别是线性定常系统。
经典控制理论的特点是以输入输出特性（主要是传递函数）为系统数学模型，采用频率响应法和根轨迹法这些图解分析方法，分析系统性能和设计控制装置。
经典控制理论的数学基础是拉普拉斯变换，占主导地位的分析和综合方法是频率域方法。
[3]经典控制理论主要用于解决反馈控制系统中控制器的分析与设计的问题。
如图1所示为反馈控制系统的简化原理框图。
图1 反馈控制系统简化原理框图典型的经典控制理论包括PID控制、Smith控制、解耦控制、串级控制等。
常接触到的系统，如机床和轧钢机中常用的调速系统、发电机的自动调节系统以及冶炼炉的温度自动控制系统等，这些系统均被当作单输入—单输出的线性定常系统来处理。
如果把某个干扰考虑在内，也只是将它们进行线性叠加而已。
解决上述问题时，采用频率法、根轨迹法、奈氏稳定判据、期望对数频率特性综合等方法是比较方便的，所得结果在对精确度、准确度要求不高的情况下是完全可用的。
控制论从自动稳定到智能控制系统之路总结
控制论从自动稳定到智能控制系统之路总结自动控制系统是现代科学技术的重要组成部分，也是工业生产和社会发展的关键支撑。
控制论是一门研究自动控制系统的学科，它的发展从最早的自动稳定控制到今天的智能控制系统，经历了多个里程碑式的突破和创新。
本文将总结控制论从自动稳定到智能控制系统之路，探讨其中的关键技术和发展趋势。
一、自动稳定控制自动稳定控制是控制论的起点和基础。
在19世纪末20世纪初，控制论的先驱者们开始研究并应用自动稳定控制技术。
他们的目标是设计出一种能够自动维持系统稳定状态的控制器。
最早的自动稳定控制系统采用的是机械装置，通过机械反馈调整系统的工作状态。
这种系统适用于简单的机械设备，但在面对复杂的系统时效果有限。
随着电子技术的发展，自动稳定控制逐渐转向电气电子方式，使用电子电路和感应器来实现自动控制。
二、反馈控制反馈控制是自动稳定控制的进一步发展，也是控制论的核心概念之一。
反馈控制通过采集系统的输出信息并根据误差值调整控制器输出，以实现系统的稳定控制。
反馈控制的关键在于及时获取系统状态的反馈信息，并进行误差补偿。
在反馈控制系统中，传感器负责将系统的输出信息转化为电信号，控制器根据误差值和参考信号来计算输出信号，并通过执行机构对系统进行控制。
这种控制方式具有自适应性和鲁棒性，能够动态调整系统的工作状态，提高控制精度和稳定性。
三、数字控制数字控制是自动稳定控制向智能控制系统演进的重要步骤。
它利用数字信号处理技术和计算机控制方法，将传感器采集到的模拟信号转化为数字信号，并通过计算机对系统进行控制和优化。
数字控制系统将传感器、执行机构和计算机等多个组件有机地结合起来，构建了一个更加灵活、精确和可靠的控制系统。
数字控制系统能够进行高速运算和数据处理，具备更好的控制性能和工作稳定性。
此外，数字控制系统还具有可编程性和可升级性的优势，使得系统能够适应不同的工作环境和需求。
四、智能控制系统智能控制系统是控制论发展的最新阶段，它是利用人工智能技术和先进的控制算法将自动控制系统提升到一个更高的水平。
自动控制理论发展历程及趋势
自动控制理论发展历程及趋势
一.自动控制理论发展历程
自动控制理论，简称控制理论，是研究对机器系统进行控制目标的达
成的数学理论。
它也是一种计算机技术，主要包括程序范围内规划、设计、开发、识别、测量和控制方案。
一个可控制系统的核心，是控制算法的实现，而自动控制理论就是完成这一工作的核心理论。
自动控制理论的发展迅速，一般认为其起源始于1724年，瑞士物理
学家伯南克发明了定比例阀，首次提出了控制系统的概念，实现了把热力
学的能量实现控制所需的阀门。
在1840年，德国科学家威廉·柯科曼发
明了热控制系统，使得控制系统技术迈出了一大步。
20世纪，控制理论领域最重要的发现是美国物理学家凯斯·费舍尔
提出的“受控系统反馈”，他的发现标志着控制理论进入了一个新的阶段。
1947年，费尔舍尔在美国纽约将12月节知识报纸记者的一份文章，题为《自动控制技术，新发明的革命》，详细介绍了他在控制系统中引入反馈
的思想。
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。
智能系统与控制理论的发展
智能系统与控制理论的发展随着人工智能和物联网等新兴技术的不断发展，智能系统与控制理论的发展已经成为了当前社会科技领域的热门话题。
智能系统是一种集成了计算机科学、物理学、数学等多种学科的综合性系统，它通过利用自身的智能和感知能力，可以实现诸如自主导航、智能交互、智能预测等多种功能。
而控制理论则是指对于一个系统进行模型建立、系统分析和控制设计的一门学科，其目的是保证系统在一定条件下能够实现指定的控制要求。
本文将从智能系统与控制理论的发展历程、当前的应用和未来的发展趋势三个方面来探究这一话题。
一、发展历程智能系统和控制理论的发展历程可以追溯到上世纪60年代。
当时，国际上出现了一批著名的控制理论家，如贝尔曼（Richard E. Bellman）、库姆南（Rudolf Kalman）等人，他们提出了控制理论中的最优控制问题、滤波问题等一系列基本理论。
这些理论不仅建立了现代控制理论的基础，而且也为后来的智能控制、自适应控制、非线性控制等控制技术的发展打下了基础。
随着信息技术的发展，智能系统和控制理论的研究逐渐开始引起人们的广泛关注。
上世纪80年代末期，人工智能技术、模糊控制技术、神经网络等技术得到了广泛应用，智能系统和控制理论的研究进入了一个新阶段。
在此之后，智能系统和控制理论的研究逐渐进入了实际应用阶段，智能控制、智能制造等领域得到了广泛应用。
二、当前应用智能系统和控制理论目前应用广泛，其中，自动驾驶、机器人、智能制造、智能交通等领域的发展引起了广泛关注和热议。
自动驾驶技术是当前应用最广泛的智能系统技术之一。
该技术基于车载传感器，使用雷达、红外线等传感器检测前方障碍物，通过智能算法对数据进行处理和分析，实现车辆自主行驶。
除了自动驾驶技术，机器人技术也是智能系统和控制理论应用的重要领域。
机器人可以通过感知、增强学习和规划等方式来完成各种任务，包括工业制造、医疗护理等领域的任务。
智能制造技术是近年来新兴的智能系统和控制理论应用领域。
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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。
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。
另外，我国在公元前350年已经用在结构上与水轮相似的水臼来碾米；在公元前50年用水轮来引水灌溉；在公元前31年在锻冶场里使用水动风箱等。
大大地减轻了人们的劳动。
这些自动装置虽然没有现在的一些自动控制装置先进，也没有系统的理论作为支撑，但是这些装置的发明对自动控制的形成却起到了先导作用。
随着这些自动控制装置的不断的改进和发展，逐渐形成了自动控制技术，我们把自动控制技术形成时期定在18世纪末～20世纪30年代。
人们应用自动控制的方法来代替人工控制各种机械设备，是人类历史发展史上的一大创举。
这个时期有很多具有代表性的发明。
1750年，安得鲁. 米克尔为风车引入了“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年取得了专利权。
1788年英国机械师J.瓦特发明离心式调速器，瓦特把它与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速的闭环自动控制系统。
瓦特的这项发明开创了近代自动调节装置应用的新纪元，对第一次工业革命及后来控制理论的发展有重要影响。
这个时期控制理论的主要还是反馈控制原理和奈奎斯特频率法。
反馈控制的思想在很早以前就有的了，古代的很多的发明都体现这方面的思想，在上面所列举的一些发明中都可以看到反馈思想的应用。
人们利用反馈可以设计各种闭环控制系统，闭环控制在控制理论中占有很重要的地位。
另外就是奈奎斯特频率法。
1932年在贝尔实验室工作的奈奎斯特建立了著名的奈奎斯特判据，人们称它为奈奎斯特频率法。
奈奎斯特频率法的重要贡献在于，它可以利用物理上能够测量的开环系统频率特性，来判别闭环系统的稳定性，静态误差和过渡过程某些品质指标等一系列问题。
不用直接解微分方程，只要画出开环系统的频率特性，就会知道系统的稳定性如何，就可以估算出系统的品质指标，而且可以知道应该采取什么措施，可以是系统稳定下来，进一步稳定系统的指标等等。
因此就出现了至今仍然在工业上广泛应用的PID调节器，P,I,D的不同组合，可以让大多数系统获得相当满意的性能指标。
由于奈奎斯特频率法的优点，使得其应用在通讯、机械、化工和冶金等许多工业系统中，极大的推动了人类社会经济的发展，它的理论本身也在实际应用中得到极大的发展和充实。
1940年，伯德引入了半对数坐标系，把复数运算变成代数运算，大大地简化了频率特性的绘制。
1942年，H哈利斯引入了传递函数的概念，用方框图、环节、输入和输出等信息传输的概念来描述系统的性能和关系。
这样就把原来由研究反馈放大器稳定性而建立起来的频率法，更加抽象化了，因而也更有普遍意义了，从而可以把对具体的物理系统，如力学、电学和化学等系统的描述，统一用传递函数、频率响应等抽象的概念来描述。
2，经典控制理论的形成和发展从提出频率法开始到20世纪60年代，形成了现在人们所说的经典控制理论即单变量控制理论。
经典控制理论的研究对象是具有单输入、单输出的单变量系统，而且多数是线性定常系统；使用的的数学工具是微分方程、拉氏变换等；研究方法有传递函数法、频率响应分析法、直观简便的图解法(根轨迹法)和描述函数法；主要代表人物有美籍瑞典科学家奈奎斯特、美国科学家伯德及埃文斯。
1945年，美国数学家维纳把反馈的概念推广到生物等一切控制系统。
1948年，他出版了名著《控制论》一书．为控制论奠定了基础。
钱学森于1954年在美国出版了《工程控制论》一书，书中所阐明的基本理论和观点，奠定了工程控制论的基础。
第二次世界大战后工业迅速发展，被控对象越来越复杂，这时又提出新的控制问题：非线性系统、时滞系统、脉冲及采样控制系统、时变系统、分布参数系统和有随机信号输入的系统的控制问题等，促使经典控制理论在20世纪50年代又有新的发展。
众多学者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。
经典控制理论中还有一部分重要内容就是脉冲控制理论。
随着计算机技术的诞生和发展，脉冲控制理论也迅速发展起来。
在这方面首先作出重要贡献的是奈奎斯特和香农。
奈氏首先证明把正弦信号从它的采样值复现出来，每周期至少必须进行两次采样。
香农于1949年完全解决了这个问题。
香农由此被成为信息论的创始人。
线性脉冲控制理论以线性差分方程为基础，线性差分方程理论在三、四十年代中已逐步发展起来。
随着拉氏变换在微分方程中的应用，在差分方程中也开始加以应用。
利用连续系统拉氏变换同离散系统拉氏变换的对应关系，奥尔登伯格(R.C.Oldenbourg)和萨托里厄斯(H. Sartorious)于1944年，崔普金(Tsypkin)于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。
由于离散拉氏变换式是函数，又提出了用保变换将Z平面的单位圆内部转换到新的平面的左半面的方法这样即可以使用Routh-Hurwitz判据，又可将连续系统分析的频域方法引入离散系统分析。
求得离散型频率特性后，奈氏稳定判据和其他一切研究线性系统的频率法都可应用，但由于Bode图的应用大受限制，频率法在离散系统研究也受到限制。
在变换理论的研究方面，霍尔维兹(W.Hurewicz)于1947年迈出了第一步，他首先引进了一个变换用于对离散序列的处理。
在此基础上，崔普金于1949年，拉格兹尼和扎德(J.R.Ragazzini 和 L.A. Zadeh)于1952年分别提出了和定义了Z变换方法，大大简化了运算步骤并在此基础上发展起脉冲控制系统理论。
由于Z变换只能反应脉冲系统在采样点的运动规律，崔普金、巴克尔(R.H.Barker)和朱利(E.I.Jury)又分别于1950年、1951年和1956年提出了广义Z变换或修正Z变(modifiedZ-transform)的方法。
对同一问题，林威尔(W.K.Linvill)也于1951年用描述函的方法进行了有效的研究，不过这一方法目前已较少使用。
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；2．经典控制理论只限于分析和设计单变量系统，采用系统的输入－输出描述方式，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；3．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，完成特定任务。
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。
3，现代控制理论的形成和发展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。