第三章控制论

入和不可控输入，可控输入简称输入，用X表示；不可控输入成为 干扰或扰动，用M表示。
输出：系统对环境的作用和影响，用Y表示。 通道：能在系统与环境之间传递物质、能量或信息的介质，
可分为有形通道和无形通道。
输入输出的关系
既相互区别，又相互联系、相互转化。 区别：
从内容上看，输入输出的都是物质、能量和信息， 但是它们在性质、数量和形式上发生了变化。
第三章 控制论
第一节 控制论的产生 第二节 控制论的基本概念 第三节 基本控制方式 第四节 控制论的主要方法 第五节 控制论的应用与发展
1948年，美国著名数学家控制论创始人维纳 （N. Wiener）发表《控制论》（ Cybernetics— Cwk.baidu.comntrol and communication in the animal and the machine ）一书，标志着控制论的诞生。
。
证明：
实践意义
传递函数的引入使得控制论具有数学定量化的性 质，可以用数学表达式来研究系统输入输出的关系， 即系统的动态行为特性，从而给出控制系统的数学模 型。
三、反馈、正、负反馈 1、反馈
反馈指系统输出的全部或一部分通过一定的 通道反送到输入端，从而对系统的输入和再输出 施加影响的过程。
系统输出向输入的反 送通道叫反馈通道，又 称逆向通道；而把输入 向输出的变换通道叫做 输入输出通道，又称正 向通道，如图所示：
标志性著作
维纳《控制论》（ Cybernetics—Control and communication in the animal and the machine ）
1954年钱学森（H.S Tsien）的工程控制论 Engineering Cybernetics 在美国出版
影响
第二节 控制论的基本概念
对系统方法的启示：
黑箱-灰箱-白箱法 功能模拟法 形式化、数量化、最优化方法
第一节 控制论的产生
一、控制论产生的社会条件 1、二战对控制论的产生起着直接的催产作用
自动高射火炮 计算－解答电子装置
2、生产过程的自动化是控制论得以迅速发展的动力 二、控制论产生的理论渊源 1、数学和物理学中研究必然性和偶然性关系的学科
实例
3、控制、目的、信息的关系
控制系统也是一种信息系统，它对环境提出的问题 能予以解答，通过信息的获取、处理和利用来实现自己 所追求的目的。
所以说控制、目的和信息三者统一在控制系统中， 没有信息也就没有控制，没有目的控制也就失去了意义。
二、输入、输出、传递函数 1、输入、输出及其关系
输入：环境对系统的作用和影响。通常分为两类，可控输
一、控制、目的、信息 1、控制与目的
控制
信息角度的定义：控制是控制系统获取信息、处 理信息并利用信息来调整自己行为以实现系统所追求 的目标的过程。
从控制系统的组成及其关系定义：控制是施控主 体对受控客体的一种能动作用，它能使得受控客体根 据施控主体的目定目标而动作并最终实现这一目标。
目的
系统相对于环境的变化所作出的种种变化，从而 使得系统的运动趋于相同的行为。
数理逻辑使控制论实现系统模拟成为可能。 计算机的诞生既为控制论提供了理论依据，又实现了技术上的 突破
三、控制论产生的技术基础 1、控制论与自动化技术
控制论直接产生于工程技术科学 自动化技术：自动控制技术
计算机信息处理技术
2、自动控制装置举例
我国西汉时期的指南车 我国西汉时期的提花机 欧洲15世纪的自动调节磨 蒸气调节器
例子
图中控制装置的输入为给定温度600℃与测量 元件测出的实际炉温之差，当这个温度差大于 规定的精度范围时, 控制装置发出控制, 缩小炉 温与设定温度600℃之间的差值。一旦炉温达 到所要求的精度范围, 控制装置停止控制，这 样炉温就被控制在600℃左右的精度范围内。
3、传递函数
简单的说就是输入输出的关系，即输入信号从系统的输入 端到输出端的变化方式。它通常用输出与输入之比来表示，有 时也用图形和表格。
控制论主要研究系统中普遍存在的共同行为方 式和被考察系统中展开的信息调节过程。
它与信息论不同，信息论在于研究信息的运动 规律和过程，而控制论则主要讨论系统如何取得信 息、处理信息并利用信息来调节自己得行为方式实 现系统所追求得的目标。
经典控制论——现代控制论——大系统 控制理论
研究大系统的结构方案、稳定性、最优化、 建模及模型简化
从物质、能量和信息流动方向上看，输入是从环境 到系统，输出是从系统到环境。
从原因和结果方面看，输入是原因，输出是结果。
联系：
输入输出是相对的 反馈机制说明输入输出是相互作用、相互转化的
例子
某加热炉，工业生产要求炉温必须恒定保持在600℃左右，精度范围为 ±1℃。可以将加热炉作为被控对象采用控制装置来构成一个自动 控制系统，控制加热炉的温度在600℃左右的精度范围内变化。系 统框图：
为控制论的产生和发展提供强有力的工具
统计数学：概率论、随机过程理论 统计力学：经典力学
2、生命科学为控制论的产生提供了可类比对象
从系统追求目的的行为方式看，任何系统在获取信息、处理信 息和利用信息来达到自己的控制目的上都是相似的。
3、数理逻辑学和计算机科学的形成是控制论产生的前奏
系统接收外界的刺激后，只要这个刺激量达到了系统作出应答 所必须的阈值它就会作出应答，否则它就完全不应答。
实例：
在线性关系中传递函数就是其传递系数，表现为输入输出 之比，在控制论中，一般用框图表示，把传递函数写在代表系 统的方框内，如图（b)所示。
开环串联系统的传递函数为各个子系统的传递函 数之积，即F＝f1*f2。
证明：
开环并联系统的传递函数为各个子系统的传递函 数之和，即F＝f1+f2。
证明：
闭环反馈系统的传递函数为
反馈 系统把自己的活动结果的信息回送过来，并用之来调
整自己的下一步行动，使自己的行为围绕着某一目的展开。
2、控制和信息 如果从控制系统的抗干扰能力来定义控制的话，可以
简单的把控制定义为适应，就是系统不断改变自身的性质 使其能在变化的环境中完成最好的、至少是允许的职能。
这就要求系统事先能够感知环境的变化（收集信息）， 并在此基础上采取措施来调整自身状态或改造环境的影响。