控制工程基础王积伟
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0 前言
一、控制工程发展概况 二、控制工程基础的研究对象与任务 三、本课程的主要内容 四、本课程的学习方法
6/28/2020
1
一、控制工程发展概况
一千多年前：铜壶滴漏计时
时
器、指南针、各种天文仪器
间 刻
1788年：J. Watt 发明蒸汽机
度
调速器
浮子
1868年：J. C. Maxwell发表
《调速器》，提出反馈控制
铜壶滴漏
的概念及稳定性条件。
6/28/2020
2
1884年：E. J. Routh提出劳斯稳定性判据。 1892年：A. M. Lyapunov提出李雅普诺夫稳定
性理论。
1895年：A. Hurwifz提出赫尔维茨稳定性判据。 1932年：H. Nyquist提出奈奎斯特稳定性判据。
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控制工程基础的研究任务
➢ 系统分析 ➢ 最优控制 ➢ 最优设计 ➢ 系统辨识 ➢ 滤波与预测
6/28/2020
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三、本课程的主要内容
介绍经典控制理论的基础知识，包括：
1、控制系统的基本概念——反馈控制系统的基本原理 及构成
6/28/2020
6
第一阶段：
20世纪40~50年代，以反馈控制为中心的理论体系， 形成了经典控制理论。在复数域中以传递函数为基础， 主要研究单输入—单输出（SISO）系统的分析和控制 问题，特别是线性定常系统。
第二阶段：
20世纪60~70年代，为现代控制理论发展时期。 现代控制理论以状态空间法为基础，主要分析和研
6/28/2020
18
机械工程
机械工程控制论
共同的本质特点：通过信息的传递、处理与反馈进
行控制。
6/28/2020
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二、控制工程基础的研究对象与任务
控制工程基础的研究对象
机械工程控制论研究机械工程中广义系统的 动力学问题，即系统与输入、输出三者之间的动 态关系。
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10
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究多输入-多输出( MIMO )、时变、非线性等系统的 最优控制、最优滤波、系统辨识、自适应控制、智能 控制等问题；
控制理论研究的重点开始由频域移到从本质上说 是时域的状态空间方法。
6/28/2020
7
控制论与其它学科结合，形成众多的分支学科。
经济学
经济控制论
控制论
社会学 生物学 工程技术
社会控制论 生物控制论 工程控制论
6/28/2020
5
1956年：蓬特里亚金（Pontryagin）提出极大 值原理
1957年：R. I. Bellman提出动态规划理论
1960年：R. E. Kalman提出卡尔曼滤波理论 1960～1980年：确定性系统的最优控制、随机
系统的最优控制、复杂系统的自适应和自学习 控制 1980迄今：鲁棒控制、H控制、非线性控制、 智能控制等
2、学会分析一个控制系统的性能——稳、准、快 包括控制系统数学模型的建立、时域分析、频域分析
3、学会改进一个控制系统性能的基本方法——控制 系统的设计与校正
Fra Baidu bibliotek
6/28/2020
17
四、本课程的学习方法
1、不苛求严格的数学推证，但应注意数学结 论的准确性和物理概念的明晰性
2、重视实验、习题，有助于基本概念的理解 和基本方法的应用
1945年：H. W. Bode提出反馈放大器的一般设 计方法
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3
1948年：N. Wiener发表《控制论》，标志经典 控制理论基本形成；经典控制理论以传递函数 为基础，主要研究单输入—单输出（SISO）系 统的分析和控制问题；
1950年：W. R. Evans提出根轨迹法，进一步充 实了经典控制论；
1954年：钱学森发表《工程控制论》；
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50年代末60年代初：现代控制理论形成；现代 控制理论以状态空间法为基础，主要分析和研 究多输入-多输出( MIMO )、时变、非线性等 系统的最优控制、最优滤波、系统辨识、自适 应控制、智能控制等问题；控制理论研究的重 点开始由频域移到从本质上说是时域的状态空 间方法。
一、控制工程发展概况 二、控制工程基础的研究对象与任务 三、本课程的主要内容 四、本课程的学习方法
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一、控制工程发展概况
一千多年前：铜壶滴漏计时
时
器、指南针、各种天文仪器
间 刻
1788年：J. Watt 发明蒸汽机
度
调速器
浮子
1868年：J. C. Maxwell发表
《调速器》，提出反馈控制
铜壶滴漏
的概念及稳定性条件。
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1884年：E. J. Routh提出劳斯稳定性判据。 1892年：A. M. Lyapunov提出李雅普诺夫稳定
性理论。
1895年：A. Hurwifz提出赫尔维茨稳定性判据。 1932年：H. Nyquist提出奈奎斯特稳定性判据。
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控制工程基础的研究任务
➢ 系统分析 ➢ 最优控制 ➢ 最优设计 ➢ 系统辨识 ➢ 滤波与预测
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三、本课程的主要内容
介绍经典控制理论的基础知识，包括：
1、控制系统的基本概念——反馈控制系统的基本原理 及构成
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第一阶段：
20世纪40~50年代，以反馈控制为中心的理论体系， 形成了经典控制理论。在复数域中以传递函数为基础， 主要研究单输入—单输出（SISO）系统的分析和控制 问题，特别是线性定常系统。
第二阶段：
20世纪60~70年代，为现代控制理论发展时期。 现代控制理论以状态空间法为基础，主要分析和研
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机械工程
机械工程控制论
共同的本质特点：通过信息的传递、处理与反馈进
行控制。
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二、控制工程基础的研究对象与任务
控制工程基础的研究对象
机械工程控制论研究机械工程中广义系统的 动力学问题，即系统与输入、输出三者之间的动 态关系。
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究多输入-多输出( MIMO )、时变、非线性等系统的 最优控制、最优滤波、系统辨识、自适应控制、智能 控制等问题；
控制理论研究的重点开始由频域移到从本质上说 是时域的状态空间方法。
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控制论与其它学科结合，形成众多的分支学科。
经济学
经济控制论
控制论
社会学 生物学 工程技术
社会控制论 生物控制论 工程控制论
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1956年：蓬特里亚金（Pontryagin）提出极大 值原理
1957年：R. I. Bellman提出动态规划理论
1960年：R. E. Kalman提出卡尔曼滤波理论 1960～1980年：确定性系统的最优控制、随机
系统的最优控制、复杂系统的自适应和自学习 控制 1980迄今：鲁棒控制、H控制、非线性控制、 智能控制等
2、学会分析一个控制系统的性能——稳、准、快 包括控制系统数学模型的建立、时域分析、频域分析
3、学会改进一个控制系统性能的基本方法——控制 系统的设计与校正
Fra Baidu bibliotek
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四、本课程的学习方法
1、不苛求严格的数学推证，但应注意数学结 论的准确性和物理概念的明晰性
2、重视实验、习题，有助于基本概念的理解 和基本方法的应用
1945年：H. W. Bode提出反馈放大器的一般设 计方法
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1948年：N. Wiener发表《控制论》，标志经典 控制理论基本形成；经典控制理论以传递函数 为基础，主要研究单输入—单输出（SISO）系 统的分析和控制问题；
1950年：W. R. Evans提出根轨迹法，进一步充 实了经典控制论；
1954年：钱学森发表《工程控制论》；
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50年代末60年代初：现代控制理论形成；现代 控制理论以状态空间法为基础，主要分析和研 究多输入-多输出( MIMO )、时变、非线性等 系统的最优控制、最优滤波、系统辨识、自适 应控制、智能控制等问题；控制理论研究的重 点开始由频域移到从本质上说是时域的状态空 间方法。