古典控制理论和现代控制理论
天津市考研控制科学与工程复习资料控制理论与系统工程重点内容
天津市考研控制科学与工程复习资料控制理论与系统工程重点内容考研控制科学与工程复习资料——控制理论与系统工程重点内容控制理论与系统工程是天津市考研控制科学与工程专业的重要内容之一。
本文将针对该专业的控制理论与系统工程方面的重点内容进行详细介绍与分析，帮助考研学子更好地理解和掌握相关知识。
一、控制理论基础1.1 控制理论的发展历程控制理论的发展经历了从经典控制理论到现代控制理论的演变过程。
经典控制理论主要包括比例控制、积分控制和微分控制等基本控制方式，而现代控制理论则更加注重系统的稳定性、可靠性和适应性等方面。
1.2 控制系统的基本原理控制系统包括被控对象、传感器、执行机构、控制器和反馈装置等组成部分。
其基本原理是通过对被控对象进行实时监测和反馈，利用控制器对系统进行调节和控制，以达到预期的目标。
二、系统工程方法2.1 系统分析与建模系统分析与建模是系统工程的核心环节。
通过对系统的分析和建模，可以深入了解系统的结构、功能和交互关系，并为后续的系统设计和优化提供基础。
2.2 系统控制与优化系统控制与优化旨在通过合理设计的控制策略和优化算法，实现系统的稳定运行和性能的优化。
常用的控制方法有PID控制、模糊控制和神经网络控制等，而优化方法包括遗传算法、粒子群算法和蚁群算法等。
三、控制理论与系统工程的应用领域3.1 自动化控制自动化控制是控制理论与系统工程的主要应用领域之一。
通过自动化技术，可以实现对工业生产、交通运输和航空航天等领域的自动化控制和智能化管理。
3.2 信息网络控制信息网络控制是近年来快速发展的一个领域。
通过将控制系统与计算机网络相结合，可以实现对分布式控制系统和多智能体系统的远程监控和管理。
3.3 智能交通系统智能交通系统利用控制理论和系统工程的方法，对交通信号控制、交通流优化和车辆智能驾驶等方面进行研究，实现交通拥堵的缓解和交通安全的提升。
四、学习和复习建议4.1 深入理解基本概念在学习控制理论和系统工程的过程中，首先要深入理解各个基本概念的含义和作用，掌握它们之间的逻辑关系以及解决实际问题的方法和步骤。
自动控制原理简答
自动控制原理简答1、简要论述自动控制理论的分类及其研究基础、研究的方法。
自动控制理论分为“经典控制理论”和“现代控制理论”。
“经典控制理论”以递函数为基础，以时域法、根轨迹法、频域法为基本方法，“现代控制理论”以状态空间法为基础，以频率法和根轨迹法为基本方法。
2、在经典控制理论中用来分析系统性能的常用工程方法有那些？分析内容有那些？常用的工程方法：时域分析法、根轨迹法、频率特性法；分析内容：瞬态性能、稳态性能、稳定性。
3、相比较经典控制理论，在现代控制理论中出现了哪些新的概念？系统的运动分析，能控性，能观性，极点配置，观测器设计，跟踪器等。
4、人闭上眼见很难达到预定的目的试从控制系统的角度进行分析。
人闭上眼睛相当于系统断开反馈，没有反馈就不知道偏差有多大，并给予及时修正。
所以人闭上眼睛很难到达预定目标。
5、试分析汽车行驶原理首先，人要用眼睛连续目测预定的行车路线，并将信息输入大脑（给定值），然后与实际测量的行车路线相比较，获得行驶偏差。
通过手来操作方向盘，调节汽车，使其按照预定行车路线行驶。
6、对飞机与轮船运行原理加以分析飞机和轮船在行驶时，都会发射无线电信号来进行定位，无线电信号通过雷达反射到计算机中央处理器中。
进行对比得出误差，再将误差发射，进入雷达反射到飞机和轮船的接收器中，计算机收到信号后可还原为数据，进而可知偏差而及时修正，这是时刻都进行的。
所以飞机，轮船都能保持预定航向行驶。
7、从元件的功能分类，控制元件主要包括哪些类型的元件？控制元件主要包括放大元件、执行元件、测量元件、补偿元件。
8、线性定常系统的传递函数定义传递函数：传递函数是指在零初始条件下，系统输出量的拉式变换与系统输入量的拉式变换之比。
9、常见的建立数学模型的方法有哪几种？各有什么特点？有以下三种：（1机理分析法：机理明确，应用面广，但需要对象特性清晰（2实验测试法：不需要对象特性清晰，只要有输入输出数据即可，但适用面受限（3以上两种方法的结合:通常是机理分析确定结构，实验测试法确定参数，发挥了各自的优点，克服了相应的缺点10、自动控制系统的数学模型有哪些自动控制系统的数学模型有微分方程、传递函数、频率特性、结构图。
智能控制理论及其应用-第一章概述
1.2 智能控制的产生及其发展
（3）智能控制的发展
国际智能自动化学会(International Society Of Intelligent Automation，简称ISIA) 筹委会主席是模糊数学与模糊系统 的创始人L．A．Zadeh教授。筹委会第一次会议已于1995 年10月在加拿大温哥华召开。她的成立将在世界范围内对于 推动智能自动化的研究起到促进作用。 我国也十分重视智能控制理论和应用的研究。1993年在 北京召开了“全球华人智能控制与智能自动化大会”，1994年 在北京和沈阳召开了智能控制两个学术会议，1995年中国智 能自动化学术会议暨智能自动化专业委员会成立大会在天津 召开。
1.2 智能控制的产生及其发展
（1）智能控制的孕育
1966年，Mendel进一步在空间飞行器的学习控制系统 中应用了人工智能技术，并提出了“人工智能控制”的概 念。 1967年，Leondes和Mendel首先正式使用“智能控制” 一词，并把记忆、目标分解等一些简单的人工智能技术用 于学习控制系统，提高了系统处理不确定性问题的能力。 这就标志着智能控制的思想已经萌芽。
1.3 传统控制与智能控制
智能控制的产生来源于被控系统的高度复杂性、高度不 确定性及人们要求越来越高的控制性能，可以概括为，智能 控制是“三高三性”的产物，它的创立和发展需要对当代多种 前沿学科、多种先进技术和多种科学方法，加以高度综合和 利用。 因此，智能控制无疑是控制理论发展的高级阶段。
1.4 智能控制理论的主要特征
1.2 智能控制的产生及其发展
（3）智能控制的发展
美国《IEEE控制系统》杂志1991、1993～1995年多次发 表《智能控制专辑》，英国《国际控制》杂志1992年也发表了 《智能控制专辑》，日文《计测与控制》杂志1994年发表了 《智能系统特集》，德文《电子学》杂志自1991年以来连续发 表多篇模糊逻辑控制和神经网络方面的论文；俄文《自动化与 遥控技术》杂志1994年也发表了自适应控制的人工智能基础及 神经网络方面的研究论文。 如果说智能控制在80年代的应用和研究主要是面向工业过 程控制，那么90年代，智能控制的应用已经扩大到面向军事、 高技术领域和日用家电产品等领域。今天，“智能性”已经成为 衡量“产品”和“技术”高低的标准。
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。
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。
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。
2 控制理论综述
控制论之父—韦纳
1948年，美国科学家伊万斯(W. R. Evans)创立了根轨迹分
析法，为分析系统性能随系统参数变化的规律提供了有力 工具。 这段时间有多本关于经典控制的经典名著出版，包括 H. Bode的Network Analysis and Feedback Amplifier(1945)，钱 学森的《工程控制论》(Engineering Cybernetics) (1954)。
他们的研究成果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。
现代控制理论发展的主要标志性内容：
五十年代后期，贝尔曼（Bellman）等人提出了状态分 析法；并于1957年提出了寻求最优控制的动态规划方法。 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。 1961年庞特里亚金（俄国人）提出了极大值原理。
• ④极大验后估计——是使条件概率分布密度 达到极大的那个 x 值作为估值。需要知道条件概率分布密度。 • ⑤线性最小方差估计——为了进行最小方差估计和极大验后估计，需 要知道 p(x|z)；为了进行极大似然估计，需要知道p(z|x) 。如果知道观 测值和被估值的一、二阶矩，在这种情况下，为了得到有用的结果， 必须对估计量的函数形式加以限制。通常限定所求的估计量是观测值 的线性函数，以估计误差阵达到最小作为最优估计的准则，按照这种 方式求得的最优估计值称为线性最小方差估计。 • ⑥维纳滤波——是线性最小方差估计的一种，适用于对有用信号和干 扰信号都是零均值的平稳随机过程的处理。设计维纳滤波器时必须知 道有用信号和干扰信号的自功率谱和互功率谱。 • ⑦卡尔曼滤波——也是一种线性最小方差估计，其算法是递推的。它 不仅适用于平稳随机过程，同样适用于非平稳随机过程。
第1章 现代控制理论概述-控制理论发展
经典控制理论—标志阶段(7/9)
➢ 传递函数只描述了系统的输入输出间关系,没有内部变量 的表示。
➢ 经典控制理论的特点是以传递函数为数学工具,本质上是 频域方法,主要研究“单输入单输出”(Single-Input Single-output, SISO)线性定常控制系统的分析与设计,对线 性定常系统已经形成相当成熟的理论。
瓦特
经典控制理论—起步阶段(3/5)
瓦特离心调速器
Watt’s fly ball governor
This photograph shows a flyball governor used on a steam engine in a cotton factory near anchester in the United Kingdom.
➢ 这些系统的复杂性和对快速跟踪、精确控制的高性能追 求,迫切要求拓展已有的控制技术,促使了许多新的见解和 方法的产生。
➢ 同时,还促进了对非线性系统、采样系统以及随机控制系 统的研究。
➢ 可以说工业革命和战争促使了经典控制理论的发展。
经典控制理论—标志阶段(4/9)
以传递函数作为描述系统的数学模型,以时域分析法、根轨迹 法和频域分析法为主要分析设计工具,构成了经典控制理论的 基本框架。 ➢ 到20世纪50年代,经典控制理论发展到相当成熟的地步,形 成了相对完整的理论体系,为指导当时的控制工程实践发 挥了极大的作用。
经典控制理论—起步阶段(5/5)
经典控制理论—发展阶段(1/4)
3. 发展阶段
实践中出现的问题,促使科学家们从 理论上进行探索研究。
➢ 1868年,英国物理学家麦克斯韦 (J.C. Maxwell)通过对调速系统 线性常微分方程的建立和分析,
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。
控制理论与控制工程的发展与应用
控制理论与控制工程的发展与应用摘要：控制理论作为二十世纪的三项科学革命之一，在现代科学技术及计算机技术快速发展的背景下不断发展和完善，在促进各个领域的发展中有着至关重要的作用，可以说控制理论与控制工程广泛应用到各行各业是时代发展的潮流趋势。
本文就此分析了控制理论与控制工程的发展与应用，旨在给相关科研人员进行难题突破提供一定的参考。
二十世纪产生的相对论、量子论和控制论并称为三项科学革命，是人类进一步认识客观世界的重要理论。
随着现代科学技术及计算机技术的不断进步，控制理论与控制工程不仅涉及到工业、农业、交通运输业等传统领域，而且逐步渗透到生物、信息、通讯等新兴领域。
因此，把控制理论与控制工程有效的应用到更多的问题解决中，已成为相关科研人员进行问题解决的关键手段。
1控制理论与控制工程的发展1.1控制理论的产生控制理论作为一门应用性很强的学科，其产生可以追溯到十八世纪中叶英国的第一次技术革命中。
瓦特于1765年发明蒸汽机后，把离心式飞锤调速器原理应用到蒸汽机转速控制中，标志着以蒸汽为原动力的机械化时代到来。
之后工程界把控制理论应用于调速系统稳定性问题的研究上来。
随着通讯和技术处理技术的快速发展，电气工程师们研究出了以实验为基础的频域响应分析法，美国贝尔实验室工程师奈奎斯特于1932年发表的《反馈放大器稳定性》一文中，提出系统稳定性奈奎斯特判据，后来被推广到条件稳定性和开环不稳定研究上。
控制创始人维纳在前人的成果基础上，写成《控制论——或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》一文，奠定了控制理论基础。
1.2控制理论与控制工程的发展第一阶段：二十世纪40～60年代，即古典控制理论时期。
这一时期，主要是对单输入单输出问题进行解决，而解决这些问题所运用到的方法主要有传递函数、根轨迹、频率特性等，且大多数研究的是是线性定常系统，而对非线性系统研究使用的相平面法变量不超过两个，该控制理论能有效的解决生产过程中的单输入单输出问题。
自动控制原理各章知识精选全文完整版
(s), (t) E(s), e(t) cdesired (t) c(t)
E(s) 1 (s)
H
G (s)
1
H
H
⑵ e(t) ets (t) ess (t)
暂态 稳态
单位负反馈系统开环传函
r(t)
1 2
t2
时稳态误差
Ts 1 E(s) Ts 1 s3
e(t)
T
2. 运动方程式
确定输入量、输出量 列写各元件运动方程 消除中间变量 化为标准形式
RL
u1
C u2
Fi
K
m
f
y
L
C
u1
u2
R
R1
u1
C
R2 u2
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
u1
m
d2y dt 2
f
dy dt
Ky
Fi
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
RC
du1 dt
tg1 1 2 cos1
p e 1 2 100 %
d. c(t) c() c() t ts
2%或5%
4 ts n
2%
3 ts n
5%
d. N : 振荡次数
N ts Td
Td
2 d
d n 1 2
tr , t p 评价响应速度
p , N 评价阻尼程度
ts
以分析，并将分析结果应用于工程系统的综合和自然界 系统的改善。 自动控制
毋需人直接参与，而是被控制量自动的按预定规律变 化的控制过程。
4. 开环控制、闭环控制、反馈控制原理
现代控制理论发展文献综述
<<现代控制理论>>的文献综述轮机1305班 1049721301970 陈彬彬内容摘要通过查阅这些参考资料和文献，深入了解了现代控制理论的产生、发展、内容和研究方法，并通过将其与本科期间学过的古典控制理论进行了对比，了解了两种控制理论的异同。
最后初步认识了现代控制理论在各领域中的应用。
这些参考资料和文献对以后对现代控制理论的学习将会有方向性的指导作用。
关键词：现代控制理论经典控制理论发展应用第一章前言建立在状态空间法基础上的一种控制理论，是自动控制理论的一个主要组成部分。
在现代控制理论中，对控制系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是时间域方法。
现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多，包括线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统，单变量系统和多变量系统。
它所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上进行。
现代控制理论还为设计和构造具有指定的性能指标的最优控制系统提供了可能性。
现代控制理论的名称是在1960年以后开始出现的，用以区别当时已经相当成熟并在后来被称为经典控制理论的那些方法。
现代控制理论已在航空航天技术、军事技术、通信系统、生产过程等方面得到广泛的应用。
现代控制理论的某些概念和方法，还被应用于人口控制、交通管理、生态系统、经济系统等的研究中。
第二章主体部分2.1 现代控制理论的产生、发展、内容和研究方法2.1.1现代控制理论的产生及其发展第一阶段: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：1.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。
两千年前我国发明的指南车，就是一种开环自动调节系统。
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。
2.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。
控制理论发展史
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 十八世纪， 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 瓦特（ 的代表是瓦特（J.Watt） 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。
瓦特
三 发展阶段
1. 1868年马克斯韦尔（J.C.Maxwell）解决了蒸汽机调速 马克斯韦尔（J.C.Maxwell） 马克斯韦尔 系统中出现的剧烈振荡的不稳定问题，提出了简单的稳 定性代数判据。
控制论之父——韦纳 韦纳 控制论之父
2.我国著名科学家钱学森 钱学森将控制理论应用于工程实 钱学森 践，并与1954年出版了《工程控制论》。 《工程控制论》
钱学森
从四十年代到五十年代末，经典控制理论的 发展与应用使整个世界的科学水平出现了巨大 的飞跃，几乎在工业、农业、交通运输及国防 建设的各个领域都广泛采用了自动化控制技术。 （可以说工业革命和战争促使了经典控制理论 的发展）。
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 奈奎斯特 H.Nyquist） （H.Nyquist）提出了频域 内研究系统的频率响应法 频率响应法， 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 伊万斯（W.R.Ewans） 伊万斯 系统的根轨迹法 根轨迹法。 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 经典（ 经典 古典）控制理论（ 自动控制理论）。 自动控制理论）。
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 萌芽。 萌芽
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。
控制理论与控制工程的发展与应用探讨
控制理论与控制工程的发展与应用探讨作者：刘祥斌来源：《科技风》2019年第05期摘要：随着现代信息技术的高速发展，计算机技术与控制工程也在不断的发展和完善。
控制理论作为科学革命之一，为各个领域的发展起到了重要的推进作用。
本文对控制理论与控制工程的发展和应用进行了深入的分析与研究，并做出相應总结，以供参考。
关键词：控制理论;控制工程;发展与应用;策略控制理论与控制工程的主要研究对象是工程领域中的控制系统。
其是以计算机技术和数学方法为研究手段，研究控制系统以及控制方法的理论和技术。
二十世纪的量子论、控制论和相对论是科学革命中的三项重要理论。
伴随控制理论与控制工程研究工作的不断深入，其研究领域与研究对象也在不断变化，不仅涉及到交通、运输、农业、工业、制造业等传统产业，同时还参与了信息、管理、通讯、生物等新技术领域。
在时代发展的今天，以计算机技术、控制技术、通讯技术为代表的IT行业中，计算技术是产业核心，控制技术是产业基础，而通讯技术是产业的关键。
所以，控制技术作为现代发展不可或缺的环节，其系统智能、系统反馈、系统结构的理论不仅应用在各个科学领域，而且也体现在人文科学中。
因此，控制理论对控制工程的发展具有推动作用。
一、控制理论的产生背景控制理论最早出现在十八世纪中期英国的第一次技术革命，在初中历史中学过，1765年，瓦特发明了蒸汽机，后来利用离心调速器控制了蒸汽机的转速，使人类步入了蒸汽时代。
1868年麦克斯韦在《关于调速器》中提出，控制系统可以使用微分方程来表达，其稳定性可以应用方程根的位置研究，从而挖掘了数学方法对控制系统的研究途径。
劳斯和胡尔维茨分别在1877和1895年，将麦克斯韦的微分方程思想进一步扩张，提出了用代数方程的系数直接辨别，判断控制系统的稳定性的准则。
上述方法满足了上世纪控制工程师的应用需求，从而奠定了良好的控制理论基础。
伴随科学技术的不断发展，电气工程师研究出了以实验操作为特征的频域响应分析法。
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。
经典控制理论和现代控制理论的区别和联系之欧阳文创编
1.经典控制理论和现代控制理论的区别和联系区别：（1）研究对象方面：经典控制系统一般局限于单输入单输出，线性定常系统。
严格的说，理想的线性系统在实际中其实不存在。
实际的物理系统，由于组成系统的非线性元件的存在，可以说都是非线性系统。
可是，在系统非线性不严重的情况时，某些条件下可以近似成线性。
所以，实际中很多的系统都能用经典控制系统来研究。
所以，经典控制理论在系统的阐发研究中阐扬着巨年夜的作用。
现代控制理论相对经典控制理论，应用的规模更广。
现代控制理论不但适用于单输入单输出系统，还可以研究多输入多输出系统；不但可以阐发线性系统，还可以阐发非线性系统；不但可以阐发定常系统，还可以阐发时变系统。
（2）数学建模方面：微分方程（适用于连续系统）和差分方程（适用于离散系统）是描述和阐发控制系统的基本办法。
然而，求解高阶和庞杂的微分和差分方程较为繁琐，甚至难以求出具体的系统表达式。
所以，通过其它的数学模型来描述系统。
经典控制理论是频域的办法，主要以根轨迹法和频域阐发法为主要的阐发、设计工具。
因此，经典控制理论是以传递函数（零初始状态下，输出与输入Laplace变换之比）为数学模型。
传递函数适用于单输入单输出线性定常系统，能便利的处理这一类系统频率法或瞬态响应的阐发和设计。
然而对多信号、非线性和时变系统，传递函数这种数学模型就无能为力了。
传递函数只能反响系统的外部特性，即输入与输出的关系，而不克不及反响系统内部的静态变更特性。
现代控制理论则主要状态空间为描述系统的模型。
状态空间模型是用一阶微分方程组来描述系统的办法，能够反响出系统内部的自力变量的变更关系，是对系统的一种完全描述。
状态空间描述法不但可以描述单输入单输出线性定常系统，还可以描述多输入多输出的非线性时变系统。
另外状态空间阐发法还可以用计算机阐发系统。
（3）应用领域方面：由于经典控制理论成长的比较早，相对而言理论比较成熟，并且生产生活中很多过程都可近似看为线性定常系统，所以经典控制理论应用的比较广泛。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
古典控制理论（自动控制原理）
第一部分
控制理论的总线：建立数学模型、分析响应、提出性能指标、判断稳定性。
在此基础上进行设计和校正。
古典在两个领域内研究稳定性和性能分析和提出性能指标（研究对象是连续和离散系统，其中对离散系统研究不多）：对应的总线：
时域：由数学模型传函乘输入再反变换--传函时域响应曲线—超调量等---劳斯、根轨迹
频域：传函GH（jw）---幅相曲线、波特图---稳定裕量等---乃奎斯特判据。
现控：根据实际需要、分析求解系统，提出了性能指标：能控性和能观性。
控制理论其实有两个大方面的内容：系统分析和系统综合。
系统分析就是在建立和解数学模型的基础上，分析响应，提出性能指标，进行稳定性、快速性（超调量、调节时间等）、ess 误差分析，以及这些性能指标的模型参数表达式、模型参数和其它影响系统性能的系统特征如零极点的变动的影响（这是系统综合的基础）、古典控制中有时域法、频域法、根轨迹法等，这些方法都有对应不同角度的系统分析。
最后在系统分析的基础上提出系统稳定的判据。
这一切都是来源于数学函数上的分析。
系统综合其实就是校正和设计。
就是根据期望的性能指标，调整模型的参数，手段是加入可以调节（影响、使变化）模型参数的部分，就是所谓的控制器，（通过调节控制器的参数可以影响系统的模型参数取值），常用的控制器是PID控制器、超前-滞后校正、前馈控制、串级控制、状态反馈等，这些控制器通过引入其它参数使模型参数表示发生变化，是系统的性能指标变好（性能指标之间往往是相互制约的）。
数学工具的使用，包括用拉普拉斯域代替时域分析性能（设计者要十分清楚两个域内的动作对应关系）、用线性代数进行状态空间表达式的相关计算，是为了方便分析，这就体现了数学作为基础学科的重要作用，就像下地干活要有工具一样。
第二部分
控制理论的内容就是由物理特性等方法建立实际系统的数学模型（微分方程、传函等），给了典型输入信号，求出输出的相应，从而分析系统的时域性能、频域性能，测定各项指标，判定稳定性，提出改进方案，进而设计系统。
研究的对象
1、线性定常连续控制系统的分析、设计与综合。
（三大核心分析方法是时域法、根轨迹法、频域法），研究的目的是使系统能够稳定（劳斯判据、乃奎斯特判据），准、快。
2、线性定常离散控制系统的分析、设计与综合。
（表面上是采用了采样开关）也可以采用三大分析方法，常用前两个。
3、非线性控制系统的分析、设计与综合。
自动控制理论不研究具体的系统，而是研究典型系统的数学模型，通过解数学模型来分析和设计系统的性能。
研究对象的数学模型
1、线性定常连续控制系统：微分方程。
（导数用来描述连续的时间函数最好不过了），左输
出右输入，系统阶次以输出最高阶为准。
为了简便计算，我们将不好解的微分方程用拉普拉斯变换透射成复数域上的传递函数模型的代数方程。
至此传递函数成为经典控制理论中的大头。
映射到频率域是频率特性模型。
2、线性定常离散系统（前后加采样开关）：差分方程（向前差、向后差），为了解差分方程
了解系统性能，我们可以用递推法，最主要还是使用Z变换的方法，得出了脉冲传递函数模型。
以上两个传递函数模型均属于端部描述，其缺点有：
1、只能反映输入变量与输出变量之间的关系，不能反映系统内部变化的情况。
2、传递函数不能能反映系统的初始状态影响（两种变换均是在初始条件为零的情况下得出
的）。
3、传递函数模型不能描述多输入多输出系统。
4、反馈使开环变成闭环，偏差的控制使系统变成自动。
但是传递函数模型只能引入输出反
馈，因此很难达到最优控制，使其分析受限。
而且古典控制理论只能研究线性定常、单输入单输出系统。
现代控制理论
随着生产力的发展，由于古典控制理论的局限性，很多问题它已经解决不了了，这就催生了现代控制理论，而现控必须首先从数学模型上给与突破。
我们知道系统的输入U(t)与输出y(t)，在古典控制理论建模的时候，由于是端部描述，已经将系统的很多内部变量给消去了，现在我们重新提取出这些内部变量x1…输入先影响这些内部变量，内部变量再影响输出，所以我们就用了两个（组）方程来描述控制系统。
我们不希望出现高阶，所以用一阶方程来描述X的导数与x1/x2…Xn及U 的关系（f）,这就得到了一组的方程，我们叫它状态方程，这样的一组方程我们用矩阵方程表示起来更加的方便。
另一组方程是y与内部变量和u的关系，方程的个数与输出的数量有关系。
得到了一组输出方程。
状态方程和输出方程就是现代控制理论的数学模型：状态空间表达式。
要分析系统，我们必须要解出来数学模型，其数学工具就是线性代数。
加入了内部变量之后，系统性能的研究从“稳、准、狠”加入了能控性和能观性，提高了控制质量，以实现古典受限的最优控制。