现代控制理论的若干进展及展望_陈翰馥

现代控制理论的主要内容

自适应控制(3/5)
自适应控制系统的类型主要有自校正控制系统,
模型参考自适应控制系统,
自寻最优控制系统, 学习控制系统等。最近,非线性系统的自适应控制,基于神经网络的自适应控制得到重视,提出了一些新的方法。
自适应控制领域是少数几个中国人取得较大成就的领域。中国科学院陈翰馥院士与郭雷院士在1990年代初圆满解决自适应控制的收敛性问题。
随机系统理论就是研究这类随机动态系统的系统分析、优化与控制。
随机系统理论和最优估计(2/2)
最优估计讨论根据系统的输入输出信息估计出或构造出随机动态系统中不能直接测量的系统内部状态变量的值。由于现代控制理论主要以状态空间模型为基础,构成反馈闭环多采用状态变量,因此估计不可直接测量的状态变量是实现闭环控制系统重要的一环。该问题的困难性在于系统本身受到多种内外随机因素扰动,并且各种输入输出信号的测量值含有未知的、不可测的误差。最优估计的早期工作是维纳在1940年代提出的维纳滤波器, 较系统完整的工作是卡尔曼在1960年代初提出的滤波器理论。该分支的基础理论为概率统计理论、线性系统理论和最优控制理论。
该分支的基本内容和常用方法为变分法；庞特里亚金的极大值原理；贝尔曼的动态规划方法。
随机系统理论和最优估计(1/2)
1.2.3 随机系统理论和最优估计
实际工业、农业、社会及经济系统的内部本身含有未知或不能建模的因素,外部环境上亦存在各种扰动因素,以及信号或信息的检测与传输上往往不可避免地带有误差和噪音。随机系统理论将这些未知的或未建模的内外扰动和误差, 用不能直接测量的随机变量及过程以概率统计的方式来描述,并利用随机微分方程和随机差分方程作为系统动态模型来刻划系统的特性与本质。

现代控制理论的产生、发展、内容、研究方法和应用经典控制理论与现代控制理论的差异

现代控制理论的产生、发展、内容、研究方法和应用经典控制理论与现代控制理论的差异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。

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发展起来的。

空间技术的发展迫切要求建立新的控制原理，以解决诸如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。

这类控制问题十分复杂，采用经典控制理论难以解决。

1958年，苏联科学家Л.С.庞特里亚金提出了名为极大值原理的综合控制系统的新方法。

在这之前,美国学者R.贝尔曼于1954年创立了动态规划,并在1956年应用于控制过程。

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。

1960～1961年，美国学者R.E.卡尔曼和R.S.布什建立了卡尔曼-布什滤波理论,因而有可能有效地考虑控制问题中所存在的随机噪声的影响，把控制理论的研究范围扩大，包括了更为复杂的控制问题。

几乎在同一时期内，贝尔曼、卡尔曼等人把状态空间法系统地引入控制理论中。

状态空间法对揭示和认识控制系统的许多重要特性具有关键的作用。

其中能控性和能观测性尤为重要，成为控制理论两个最基本的概念。

现代控制理论的若干进展及展望_陈翰馥

现代控制理论的若干进展及展望陈翰馥郭雷(中国科学院系统科学研究所,北京100080)摘要首先对近年来现代控制理论在非线性系统控制、分布参数系统控制、系统辨识、随机与自适应控制、稳健控制与分析、离散事件动态系统以及智能化控制待方向上的国内外主要进展及研究热点作了简要介绍;然后对现代控制理论领域的几个主要特点和发展趋势作了概述;最后,简述了国内控制理论研究的状况及发展前景。

关键词非线性系统分布参数系统系统辨识自适应控制稳健控制鲁棒控制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.实际系统往往含有许多未知的不确定性因素,为了对它进行有效的控制,就要对它进行辨识、建模或跟踪,对量测信号进行包括滤波、预测、状态估计在内的各种科学处理,然后设计反馈控制规律,使系统的某些性能达到预期的最优指标[1].自动控制的历史可分为下列4个时期[2]:1)早期(~1900);2)预古典期(1900~1940);3)古典期(1935~1960);4)现代时期(1955~).古典控制理论主要讨论单输入/单输出线性系统,代表性的理论和方法包括Routh_Hurw itz稳定性判据,Ny quist分析、Bode图、Ziegler_ N ichols调节律和Wiener滤波等.单复变函数论和平稳过程理论等是古典时期重要的数学工具.进入现代时期后,随着研究范围及深度的扩大,控制理论几乎涉及到所有的数学分支,以至作为自动控制技术基础的控制理论,也被认为是应用数学的分支之一.现代控制理论诞生的标志包括前苏联数学家 À¿ÄÂÑ´º¿的极大值原理,美国数学家Bellman的动态规划和Kalman的递推滤波以及能控性、能观测性、反馈镇定等代数理论的出现等.本文拟对近期国内外控制理论的若干进展与热点,以及它的特色与趋势进行简要介绍.由于篇幅和作者的知识面及研究兴趣所限,难以做到面面俱到,不周之处望读者谅解.1进展与热点近年来,控制理论在非线性系统控制、分布参数系统控制、系统辨识、随机与自适应控制、稳健控制与分析、离散事件动态系统、智能化控制等几个主要方向上取得了重要进展.预计今后若干年内,这些方向仍将是控制理论发展的中心.下面分别对它们的主要进展、热点及问题进行简要介绍:1.1非线性系统控制在非线性控制方面,对仿射非线性系统[3],证明了用状态非线性反馈及局部微分同胚把它线性化的充分必要条件,它是用Lie代数、分布等来表达的,并且在机械臂、直升飞机与电力系统控制等一些实际工程问题中得到应用.因此,在工程设计中可以用反馈等价的线性系统来取代非线性模型.近年来,借助于几何理论得到了较好的一般非线性系统线性化结果.但至今有关的实用结果大都是局部的.如何求有效的全局解,以及反馈镇定、反馈解耦等,都是非线性控制系统中引人注目的问题.和线性系统不同,对非线性反馈设计目前还缺乏统一理论.对一般非线性问题,没有既稳定又稳健,又有良好动态响应的设计方法.对局部反馈镇定,一个有希望的方法是把非线性几何控制理论和动力系统分析特别是中心流形理论结合起来.对于解耦问题微分代数是一个有力的工具.非线性系统的能控性,在实际中很重要,对它的研究要发展流形上奇异分布可积性及近似Frobenius定理等的新结果,而对能观性,则要证明在群作用下,商流形的结构及微分形式的一些新定理.近年来,许多研究集中于含有参数或结构不确定性和受有外部干扰的非线性系统的控制和设计.主要的研究手段,包括Lyapunov函数、微分流形及微分动力学等工具并结合计算机仿真研究.热点课题包括带有匹配不确定性的仿射非线性系统的H]控制;含参数不确定性非线性系统的/Backstepping0自适应控制;不确定非线性系统的反馈镇定、调节和跟踪;非线性奇异系统的结构性质和控制,特别是以多机器人系统协调与大型电网稳定为背景的受非完整约束非线性系统的控制,以及有关混沌生成、抑制和同步化及其应用的混沌系统控制等.在这些方面国内学者做出了一批有价值的工作[4].在非线性最优控制问题中最优价值函数满足的Hamilton_Jacobi_Bellman(H JB)方程大范围解的存在性问题长期未能解决,国外学者利用/粘性解0的概念,给出了不可微甚至不连续函数作为其解的确切定义,并结合非光滑分析、凸集值映射,深化了极大值原理.对与非线性H]方法相关的H amilton_Jacobi_Issac(HJI)方程,国内学者也进行了相应研究.然而,如何求解一般的HJB或HJI方程仍是控制器具体设计中的主要困难.1.2分布参数系统控制分布参数系统是指由偏微分方程、积分方程、泛函微分方程或抽象空间中的微分方程所描述的无穷维动力系统[5].与有穷维系统相比较,无穷维系统有其自身的特点,如解的正则性、有穷维逼近等.我国学者很早就涉及这一研究领域.例如,基于振动控制在航天等领域的重要性,从70年代起就开始研究细长体弹性振动系统的建模和振动控制,在振动系统的谱分析、能控性和反馈镇定等方面取得了许多重要成果.此外,在单输入单输出无穷维线性系统的极点配置、无穷维线性系统稳定性的频域判据,无穷维系统的时间最优控制、一般无穷维系统的极大值原理[6]、人口系统控制、总和生育率临界值和人口预测等方面的研究,我国学者都做出了重要贡献.作为一种趋势预测,无穷维系统控制研究的重点将从线性模型逐步转向更加复杂的非线性模型.由于无穷维系统的复杂性,对于非线性无穷维系统控制问题的深入研究,需要在概念上有一些重大突破.对于线性分布参数系统控制仍有许多问题需要解决.无穷维系统的H]方法将会成为一个十分活跃的研究方向.边界控制是分布参数系统特有的问题,将更加引起人们的关注.90年代法国学者提出的用以解决波方程边界精确能控性的Hilbert唯一性方法,有可能被推广到变系数偏微分方程,以解决更符合实际的物理系统的边界控制和指数镇定问题,这在数学上也是一个挑战性问题.近年来出现的智能(smart)材料,使得有可能直接控制材料的结构阻尼,这对于分布参数系统的控制将产生重大影响,并在控制方法上引起重大革新[4].1.3系统辨识由于实际系统的复杂性,人们往往很难(或不可能)从基本的物理定律出发而直接推导出系统的数学模型,这就需要利用已量测到的系统输入和输出数据,来构造对系统内部结构及参数的估计,并研究估计的可靠性和精度等问题,这就是系统辨识的任务.这一领域始于60年代,但70年代后才出现大量理论研究.到目前为止,比较成熟的理论仍集中于对线性系统的辨识[7].在系统辨识的历史上,统计学特别是时间序列分析对它的发展起了重要作用,经典的最小二乘(LS)参数估计法和AIC、BIC定阶准则对系统辨识方法产生了深刻影响.对稳定的开环系统,平稳随机过程理论是进行辨识理论研究的基本工具;对一般非平稳的反馈控制系统,鞅收敛理论对辨识方法的分析则是不可或缺的.为了保证辨识算法的收敛性,通常要求系统的输入/输出数据满足所谓的/持续激励0条件.80年代以来,从理论上严格证明了对线性定常系统,若/持续激励0条件减弱为渐近趋于零的激励或/衰减激励0,就可估计出系统的系数,甚至反馈系统的阶数及系统时滞等[8].近年来,系统辨识领域的热点课题主要集中在下列三方面:( )鲁棒辨识.传统上,系统辨识理论假定未知系统在给定的模型集内,即只研究方差误差对辨识结果的影响而不研究偏差误差.随着鲁棒控制的发展,建立适用于鲁棒控制的数学模型的要求,推动了鲁棒辨识的研究,很多工作致力于所谓/扰动未知但有界0情形的研究.与鲁棒辨识密切相关的模型证实理论也得到进一步发展;( )时变参数估计.与定常参数的估计相比,对时变参数估计研究要困难得多.人们很早就认识到,对时变参数估计要采用有限记忆算法,要对旧数据进行折扣,并且提出了/遗忘因子RLS0等著名算法.然而,直到90年代,有关时变参数估计的理论基础(稳定性、跟踪性能、优化设计等)才得以建立[9];( )非线性系统辨识.传统的方法主要基于T aylor或Volterra级数展开,为了达到一定的逼近精度,往往需要估计大量未知参数,这是该方法的主要缺陷.随着近年来人工神经元网和小波等方法的发展,这些方法在非线性系统辨识方面的应用引起了大量研究.然而,能保证估计算法快速全局收敛的严格理论尚需建立. 1.4随机与自适应控制实际系统往往带有随机噪声,所以要研究随机系统.近些年来,在非线性滤波、随机极大值原理、随机最优控制综合等方面仍不断有进展.我国学者对扩散项含有控制输入的一般随机系统的极大值原理,以及由此导出的倒向(或正倒向)随机微分方程的适应解的存在性进行了一系列研究,在国内外产生了影响.然而,在这一领域的主要困难问题上,即如何具体求解Zakai或Kushner非线性滤波方程以及与最优控制相连的随机H JB方程等方面,国际上仍进展极小.由于问题的复杂性,对许多实际问题来讲,准确地求解上述方程既不可能也无必要.于是,人们基于/分离思想0和/必然等价思想0,来试图寻求便于实际应用并且性能良好的控制算法,由此便发展起了自适应控制的理论和方法.随机自适应控制与状态部分可观的随机最优控制有密切联系,它本质上是在同一个反馈回路中同时进行辨识和控制.因此无论是自适应控制器还是相应的闭环系统都是高度非线性的,这也是理论研究的主要困难之一.尽管如此,这一方向在近20年来一直是控制理论中最活跃的方向之一,许多基本问题(例如,线性随机系统的自适应跟踪、极点配置与LQG控制)现已得到解决,但是,更多的问题还有待解决.在已解决的问题中,最突出的例子是随机系统的自校正调节器理论的建立[8,9].自校正调节器的提出可以追溯到现代控制论的奠基人Kalman于1958年的工作.1973年瑞典著名学者!strÊm和Wittenmark曾试图对随机自校正调节器进行收敛性理论研究[10],虽然当时并未成功,但却带动了自适应控制的发展,使自校正调节器成为自适应控制中最基础的控制方法,并在工业过程中得到大量成功的应用.以自校正调节器为主要对象的基础理论(稳定性、收敛性等)研究的开展,实际上是自适应控制领域从60年代的沉寂走向80年代以来热门的转折点.然而20年来,对自校正调节器的收敛性分析,一直没有实质性突破.直到90年代初,对这一著名难题的研究,才有实质性进展,从理论上严格证明了最小二乘自校正调节器的稳定性、最优性和对数律等[8,9].另一个较突出的例子是对时变系统适应控制和鲁棒适应控制的研究.现在已证明,若系统中同时具有未知参数慢漂移、小未建模动态以及任意有界扰动(或无界随机噪声)这三种不确定性,则可以对最小相位系统设计出稳定的自适应控制器使系统的跟踪误差随着系统不确定性的减小而减小.近年来,对非线性系统自适应控制的研究已逐渐成为热点课题.人工神经网方法、滑动模(sliding mode)方法及鲁棒控制方法的结合可以设计出对一大类连续时间非线性系统稳定的自适应控制律.自适应/后退(backstepping)0法也可以克服传统设计中对/高阶不确定性0遇到的障碍,给出一大类连续时间系统全局稳定的自适应控制律[11].然而,值得指出的是,已有处理连续时间系统的方法,很难直接用于离散时间系统.事实上,最近证明了,对离散时间非线性系统的自适应控制存在临界可镇定性现象,从而揭示了离散和连续时间自适应非线性控制的本质区别.这一领域仍存在许多挑战性问题.如何借助于Bellman动态规划方程,利用/双重控制(Dual Control)0的思想,设计出结构简单而且性能优于/必然等价控制0的自适应控制器是一个有重要意义的课题;对一般指标或非线性随机系统的自适应控制尚未形成一般性理论,特别地,对非线性参数系统和非参数系统的自适应控制还缺乏有效的方法;此外,对定常或时变线性随机系统的自适应控制,仍有一些困难问题有待解决.1.5稳健控制与分析在所有控制问题中,系统的数学模型可能与实际系统有差异,这时希望控制系统对外界干扰和不确定性有较小的灵敏性,这就导致稳健问题研究[12].这类问题的特点是不确定性不再被看成是微小的,本质上属于系统在大范围摄动下的控制理论.80年代出现的H]设计方法,要求控制器使频率响应函数的H]模达到极小.这种方法成功地应用了经典函数论和算子理论使稳健控制有了可靠的理论基础.在H]模约束下,已解决了多变量定常系统的干扰控制问题.H]方法既保留了状态空间方法在计算上的若干优点,同时又有频率法的直观性,对工程技术人员很有吸引力,但仍有许多理论问题要解决.如何有效利用后验信息来降低系统的不确定性,并进而形成基于复杂性的适应控制一般理论是基本的未解决问题.在稳健分析领域中,前苏联学者关于多项式稳定性有限顶点检验的 ±ÂºÄÀ¿À³定理,引发了一系列判别系数在一定范围内变化的多项式的稳定性或严正实性研究.还在这一研究的早期阶段,我国学者就参与了/棱边定理0的发现与证明,并给出了边界定理等一批有价值的结果[4].近年来,在不确定性参数为线性、多线性及非线性映射关系下系统的严格正实性(包括稳定性、Popov判据)和系统控制问题方面,都进行了深入研究.稳健控制的热点问题,一个是利用凸规划将问题归结为线性矩阵不等式(LM I)的研究,另一个是用积分二次不等式约束(IQC)来讨论稳健性.1.6离散事件动态系统控制理论通常研究由微分或差分方程所描述的系统.但有些实际系统,例如柔性制造系统、计算机通信系统、交通系统等,系统的状态在离散事件发生的瞬时改变,而不能用通常的动态方程来描述.这类系统一般称为离散事件动态系统(DEDS)[13],对它的研究始于80年代初.目前已有多种处理离散事件系统的方法和模型,例如有限状态马氏链、Petri网、排队网络、自动机理论、扰动分析法、极大代数法等.但至今没有一个模型象微分方程对连续变量动态系统那样简明且便于计算.离散事件系统的研究虽已取得很大进展,但还需要有能形式地表达离散事件系统的理论体系,要能找出算法,决定模型是否能较好地模拟实际系统.离散事件动态系统目前已成为一个较成熟的方向.80年代中以来,特别是在国家/8630计划CIMS 主题的推动下,国内对DEDS的研究形成了一支相当规模的队伍,并取得了很大进展,受到国内外重视.例如[4],参数摄动下DEDS的渐近性能估计和鲁棒性,DEDS的周期配置,Petri网并发机制下的性能研究等.目前,作为DEDS研究的自然延伸,对混合动态系统(HDS)的研究正在成为这个领域的一个新的生长点.1.7智能化控制现代工程技术、生态环境等领域要处理十分复杂的系统,有时难以建立确切的数学模型.常规的数学方法不能完全满足要求,这就要求系统有一定的智能.要研究对系统特征的描述和提取,符号和环境的识别,知识库和推理机的开发,要研究在线学习和修正的功能,开发和研究有效的学习算法和优化算法,使系统对实际环境或过程有一定的组织、决策、规划和优化的能力,能模拟人的某些智能和经验来引导求解过程.这就是智能化控制研究的内容,近年来受到较大重视.目前,国内外学者已逐渐认识到把人的/心智0与机器的/智能0两者结合起来,研制人机一体化的智能化控制系统,可能是一条切实可行之路.2特点与趋势纵观控制理论的发展史,可以看出这一领域有下列4个主要特点及趋势:(1)控制理论的迅速发展,不断受到高科技需求的有力推动[1].航天、航空、航海、工业过程、社会经济等领域向控制理论提出了许多挑战性问题,例如Apollo登月舱沿着最优轨线飞行的导航;在月球上的软着陆;机动性能高、开环不稳定新式战斗机的设计;对抛物面天线、雷达阵、太阳能接收器、空间望远镜等大型空间结构的高精度瞄准及镇定;对机器人的稳健控制及多臂协作控制;对电力系统这一类包括随机不确定因素的系统的控制;对轧钢的温度控制等生产过程的控制,都对控制理论提出了新课题,并且在这些系统中,控制理论也确实起了关键作用.(2)控制理论的发展依赖于数学,同时又推动数学的发展.现代数学中常微、偏微和泛函方程,代数、几何、函数论、概率统计、变分法、离散数学、数值计算等分支是控制理论研究的重要工具.例如,鞅论是建立随机自适应系统理论的关键基础;Lie代数是刻划非线性系统能控性的重要工具;泛函分析是研究无穷维系统的基本手段等等.另一方面,控制理论的研究又对数学的许多领域产生重要影响.例如[14],极大值原理的深化就导致许多抽象变分原理;和非光滑最优控制理论联在一起发展起来的非光滑分析,在分析和数学规划中起着重要作用;边界控制及双曲方程的精确能控性导致较弱条件下有关解的正则性的新结果;解的最优随机控制表示法在粘性解理论中有重要作用;对Riccati方程和线性多变量系统的研究推动了两点边值问题及算子理论的发展;随机控制对马氏过程大偏差理论以及金融数学的重要影响;稳健控制对算子理论及复变函数提出了有意义的新问题;对非线性控制的研究导致流形上奇异分布可积性的新结果,并发现了系统Lie括号结构与变分问题之间的相互作用等等,都是控制理论对数学本身发展的有力促进.(3)控制理论与其他领域广泛交叉(渗透)的特色将继续保持.控制理论的应用范围已从单纯技术领域,渗透到社会、经济、人口、环境和生命科学等领域的控制问题中,并将继续大大拓广.例如,控制理论对人们普遍关注的能源环境问题也能做出重要贡献.从节省能源与减少污染到新能源开发(如人工受控热核聚变),再到合理调控自然环境,协调人类与自然关系等都存在对控制理论的需求.此外,随着生命科学的发展及对生物生理学和内部非线性作用的认识的提高,控制理论方法将有助于提高对生物体内部自适应反馈调节规律的认识,并且将给出对各种激素、药物与放射性疗法的更好的设计,并促进新型医疗器械的研制.(4)复杂系统控制理论问题将越来越引起人们的重视.复杂系统的主要特征可归纳为:动力学模型的不确定性;测量信息的粗糙性和不完整性;动态行为或扰动的随机性;离散层次和连续层次的混杂性;系统动力学的高度非线性;状态变量的高维性和分布性;子系统及层次多样性和各子系统间的强耦合性.复杂系统控制在规模上、复杂性及灵活性上将大大突破传统的自动控制在概念和方法上的局限性.它要求控制系统对被控对象的动力学模型要有/学习0和/识别0能力,对环境和扰动的变化要有/适应0和/稳健0能力,等等.3结束语控制论与相对论、量子论一起,常常被认为是20世纪上半叶科学发展的三大飞跃.经过半个世纪的发展,控制理论的应用已使人类大大突破了自身能力的极限,成为人类认识和改造自然过程中的一个不可或缺的基本手段.随着21世纪的来临,控制理论的发展将使人们以更科学的方式来处理人民生活、社会经济、生态环境、工业生产以及高科技领域出现的复杂系统控制问题,在更加广泛的方面造福于人类.我国是国际自动控制联合会(IFAC)的创始国和成员国之一,也是国际上较早开展现代控制理论研究的国家之一.经过近40年的发展,国内已经形成一支具有相当规模和实力的控制理论研究队伍,分布于中国科学院和工业部门的有关研究所以及许多高等学校中,特别是清华大学、北京大学、复旦大学、南开大学、北京航空航天大学、山东大学、东南大学、东北大学和华东师范大学等.改革开放以来,特别是近年来,我国控制理论队伍的学术水平和国际地位不断提高,在重要国际学术刊物上发表的论文数目逐年增多,并且在某些方向上的研究成果已达到国际领先水平,在国际上产生了很大影响.但是应该看到,目前我国控制理论研究在整体上和影响上与欧美等发达国家相比还有很大差距.然而,我们相信,通过我国学者的不懈努力,在不久的将来,一定能够在控制科学领域做出与我们这样一个具有12亿人口的大国地位相称的贡献.九五期间国家攀登计划项目5复杂系统控制的基础理论研究6的实施,以及1999年第14届IFAC世界大会在北京的召开,必将进一步促进这一目标的早日实现.。

控制理论的现状及对它的期望

控制理论的现状及对它的期望
陈翰馥
【期刊名称】《信息与控制》
【年(卷),期】1994(23)1
【摘要】本文首先简述了控制理论的发展过程，侧重叙述促进现代控制理论发展的主要因素，然后叙述了控制理论主要研究方向的进展及有待解决的问题，最后从第十二届ＩＦＡＣ世界大会看人们如何对待控制理论的各个方面。

【总页数】4页(P34-37)
【关键词】控制理论;自动控制;现状
【作者】陈翰馥
【作者单位】中国科学院系统科学所
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
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现代控制理论的发展现状

现代控制理论的发展现状姓名：***学号：B********目录目录1.控制理论综述 (1)2 控制理论的主要研究方向 (3)2.1 非线性控制系统 (3)2.2 系统辨识 (3)2.3 自适应控制 (4)2.4 最优控制 (6)2.5 鲁棒控制 (7)2.6 智能控制技术及应用 (10)3 控制理论的未来 (10)参考文献 (12)1.控制理论综述现代控制技术应用现代控制理论与计算机的最新技术进行系统设计，与常规控制技术相比，它适用于系统的综合与解析设计，更适于多输入多输出、多回路的复杂系统设计，也易于计算机实现，因此受到工程界越来越多的重视并得到广泛的应用。

同时由于工业系统的复杂性，非线形和不确定性，基于定量数学模型的控制方法已不能满足高性能控制的要求，作为现代控制理论前沿的智能控制与集成控制技术也得到了发展。

控制理沦的发展大致分为4个阶段,第一个阶段为50年代-60年代，主要理论为单变量控制理论，实际应用背景为单机自动化；第二阶段为60年代-70年代，主要理论为多变量控制理论，实际应用背景为机组自动化；第三阶段为70年代-80年代，主要理论为大系统理论，实际应用背景为控制管理综合自动化；第四阶段为80年代-90年代，主要理论为智能控制理论，实际应用背景为智能自动化；第五阶段为90年代-21世纪，主要理论为集成控制理论，实际应用背景为网络控制自动化[1]。

现代控制理论即从理想简化模型、简单小规模、单个系统、低可靠性、局部性、低精度——到客观存在的真实具体模型、复杂大规模、众多系统、高可靠性、全局性、高精度——的发展过程。

自动化技术是一门综合性的技术，与其他行业有着紧密地联系，共同促进了科学的发展。

自动控制的发展，从开始阶段的发生到形成一个控制理论，讲整个这个过程。

自动控制就是指这样的反馈控制系统，这是有一个控制器跟一个控制对象组成的，把这个控制对象的输出信号把它取回来，测量回来以后跟所要求的信号进行比较。

第二十五届中国控制会议论文电子文档格式要求

第二十五届中国控制会议论文电子文档格式要求段广仁，张颖(哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学控制理论与制导技术研究中心，哈尔滨150001) E-mail: E-mail:******************************摘要:第二十五届中国控制会议论文投稿电子文档格式要求。

第二十五届中国控制会议论文录用和论文集编辑工作已开始；为方便读者查找和阅读论文，请论文作者按照规定的论文格式提供论文。

关键词: 论文，格式，电子文档Style of PaperDuan Guangren,Zhang Ying (Harbin Institute of Technology, Harbin 150001)Abstract: This is the paper style requirement for the 25th Chinese Control Conference. The acceptance and edition of papers of the 25th CCC is processing. The writers of papers should and must provide normalized electronic documents in order for readers to search and read papers conveniently. Key words:Thesis, skyle, electronic document1 电子文档文件类型要求第二十五届中国控制会议论文录用和论文集编辑工作已开始；为规范化，标准化第二十五届中国控制会议录用论文，请论文作者按照下列格式制作电子文档。

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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。

现代主要控制方法的研究现状及展望

现代主要控制方法的研究现状及展望现代主要控制方法的研究现状及展望1. 引言控制技术一直是工程领域的重要研究方向，随着科技的不断发展，现代主要控制方法成为了当前的研究热点。

控制方法的研究旨在实现对系统状态或输出的精确控制，从而达到预期的性能指标。

本文将就现代主要控制方法的研究现状及展望展开讨论。

2. 现代控制方法的分类现代控制方法主要包括PID控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制和模型预测控制等。

这些方法在不同的应用领域中发挥着重要作用，但也存在着不同程度的局限性。

在研究现状方面，各种控制方法都在不断地进行改进和发展，以满足对控制精度和鲁棒性的要求。

3. PID控制方法的研究现状PID控制作为一种经典的控制方法，其研究侧重于提高控制系统的稳定性和鲁棒性。

近年来，研究者们通过引入自适应算法和模糊逻辑等方法，对PID控制进行了改进，使其在复杂系统中也能够取得较好的控制效果。

然而，PID控制仍然存在参数调节繁琐、鲁棒性差等问题，未来的研究重点将集中在自适应PID控制和非线性PID控制等方向。

4. 自适应控制方法的研究现状自适应控制旨在实现对系统参数变化的自动调节，以保持系统的性能。

近年来，基于模型参考自适应控制和自适应滑模控制等方法得到了广泛研究和应用。

这些方法通过建立系统模型并引入自适应机制，实现了对系统参数变化的实时跟踪和调节。

未来的研究方向将聚焦于复杂系统的自适应控制和混沌系统的自适应控制等。

5. 模糊控制方法的研究现状模糊控制方法利用模糊逻辑对系统进行建模和控制，能够很好地处理系统的非线性和模糊性。

近年来，研究者们通过改进模糊推理算法和优化控制规则，提高了模糊控制方法的控制精度和鲁棒性。

未来，模糊控制方法有望在智能控制、模糊神经网络和模糊PID控制等方面得到进一步拓展和应用。

6. 神经网络控制方法的研究现状神经网络控制方法利用神经网络对系统进行建模和控制，能够很好地处理非线性和时变系统。

目前，基于深度学习和强化学习等方法的神经网络控制正在得到广泛关注和研究。

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。

现有的控制理论及其优缺点以及发展趋势

现有的控制理论及其优缺点以及未来控制理论的发展趋势机硕1005班邹锐3111003015摘要：现有的控制理论主要有经典控制理论，现代控制理论，相平面法，描述函数法，绝对稳定性理论，李亚普诺夫稳定性理论，输入输出稳定性理论，微分几何方法，微分代数方法，变结构控制理论，非线性系统的镇定设计，逆系统方法，神经网络方法，非线性频域控制理论，混沌动力学方法等。

这些理论各有自己的研究重点和优缺点。

本文对这些理论及其优缺点进行了论述并探讨了未来控制理论的发展趋势。

关键词：现有控制理论，优缺点，发展方向1经典控制理论控制理论的发展已经经过了近百年的历程，并在控制系统设计这一工程领域发挥着巨大的作用[1]。

例如，在现代社会的工业化进程，科学探索，国防军备的现代化，以及人们的日程生活中发挥着越来越大的作用。

迄今为止，控制理论已经经过了经典控制和现代控制理论阶段。

对于控制理论的发展，最早可追溯到两千年前，当时我国发明的指南车，水运仪象台等已经包含有自动控制的基本原理，这是控制理论的萌芽阶段。

随着科学技术与工业的发展，到十七十八世纪，自动控制技术逐渐应用到现代工业中。

例如1681年法国物理学家，发明家D.Papin发明了用作安全调节装置的锅炉压力调节器。

到1788年，英国人瓦特在他发明的蒸汽机上使用了离心调速器，解决了蒸汽机的速度控制问题，引起了人们对控制技术的重视，这是控制理论的起步阶段。

1868年，英国物理学家麦克斯韦通过对调速系统先行常微分方程的建立和分析解决了速度控制系统中出现的剧烈震荡的速度不稳定性问题，提出了简单的稳定性判据，开启了用数学方法研究控制系统的途径。

之后，数学家劳斯，赫尔维茨，奈奎斯特，伯德等人相继提出了各种控制方法。

这是控制理论的发展阶段。

1947年，控制论的奠基人美国数学家维纳出版了《控制论—关于在动物和机器中控制与通讯的科学》。

1948年，美国科学家伊万斯创立了根轨迹分析方法。

我国著名科学进钱学森于1954年出版了《工程控制论》。

现代控制理论的发展概况

现代控制理论的发展概况传统的控制理论是在 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而奠定了基础的。

而由于航空航天技术的推动与计算机技术飞速发展，控制理论在 1960 年先后有了重大的突破与创新。

在此期间，由卡尔曼提出的线性控制系统的状态空间法、能控性与能观测性的概念，奠定了现代控制理论的基础，其提出的卡尔曼滤波，在随机控制系统的分析与控制中得到广泛应用；庞特里亚金等人提出了极大值原理，深入研究了最优控制问题；由贝而曼提出最优控制的动态规划法，广泛用于各类最优控制问题。

这些就构成为了后来被称为现代控制理论的发展起点与基础。

罗森布洛克、麦克法轮与欧文斯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。

20 世纪 70 年代奥斯特隆姆与朗道在自适应控制理论与应用方面作出了贡献。

与此同时，关于系统辨识、最优控制、离散时间系统与自适应控制的发展大大丰富了现代控制理论的内容。

鲁棒控制理论阶段：由于现代数学的发展，结合着 H2 与H￥等范数而浮现了 H2 与H￥控制，还有逆系统控制等方法。

20 世纪 70 年代末，控制理论向着“大系统理论”、“智能控制理论”与“复杂系统理论”的方向发展。

“大系统理论”：用控制与信息的观点，研究各种大系统的结构方案、总体设计中的分解方法与协调等问题的技术基础理论。

“ 智能控制理论”：研究与摹拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律，研制具有某些拟人智能的工程控制与信息处理系统的理论。

“复杂系统理论”：把系统的研究拓广到开放复杂巨系统的范筹，以解决复杂系统的控制为目标。

而“现代控制理论”这一名称是 1960 年卡尔曼的著名文章发表后浮现的，其在经典控制理论的基础上，以线性代数与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。

现代控制理论简介

2
现代控制理论与经典控制理论的差异
经典控制理论研究对象研究方法研究工具分析方法设计方法其他单输入单输出系统（SISO）高阶微分方程传递函数法（外部描述）拉普拉斯变换复域，频率响应和根轨迹法 PID控制和校正网络现代控制理论多输入多输出系统（MIMO）一阶微分方程组状态空间法（内部描述）线性代数矩阵复域、实域，能控和能观测状态反馈和输出反馈
参数设置
• 假定倒立摆系统的参数如下。 • 摆杆的质量：m=0.1g • 摆杆的长度：2l=1m • 小车的质量：M=1kg • 重力加速度：g=10/s2 • 摆杆惯量：I=0.003kgm2 • 摆杆的质量在摆杆的中心。
SIMULINK仿真设计
倒立摆控制系统结构框图
MATLAB演示
整理后得到系统状态空间方程：
0 x 0 x 0 0
1 ( I m l2 )b I ( M m) Mm l2 0 m lb I ( M m) Mm l2
0 m gl 2 I ( M m) Mm l2 0 m gl( M m) I ( M m) Mm l2
自适应控制：通过控制器与具有随机动态特性的被控过程相匹配来克服、解决被控对象不确定给控制系统带来的影响。如何利用各种间接或直接辨识系统动态特性的方法随时调整控制规律达到最优控制。
非线性系统理论：主要研究非线性系统状态的运动规律和改变这些规律的可能性和实施方法，建立和揭示系统结构、参数、行为和性能之间的关系。其主要包括能控性、能观性、稳定性、线性化、解耦以及反馈控制、状态估计等理论。随着现代控制理论的不断发展，还出现了大系统理论、智能控制理论、鲁棒控制理论以及离散事件系统理论等。

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。

(完整版)现代控制理论

第一章线性离散系统第一节概述随着微电子技术，计算机技术和网络技术的发展，采样系统和数字控制系统得到广泛的应用。

通常把采样系统，数字控制系统统称为离散系统。

一、举例自动测温，控温系统图;加热气体图解：1. 当炉温h变化时，测温电阻R变化→R∆，电桥失去平衡状态，检流计指针发生偏转，其偏转角度为)e；(t2. 检流计是个高灵敏度的元件，为防磨损不允许有摩擦力。

当凸轮转动使指针）,接触时间为τ秒；与电位器相接触（凸轮每转的时间为T3. 当炉温h 连续变化时，电位器的输出是一串宽度为τ的脉冲信号e *τ(t);4.e *τ(t)为常值。

加热气体控制阀门角度调速器电动机放大器h →→→→→→ϕ 二、相关定义说明（通过上例来说明） 1. 信号采样偏差)(t e 是连续信号，电位器的输出的e *τ(t)是脉冲信号。

连续信号转变为脉冲信号的过程，成为采样或采样过程。

实现采样的装置成为采样器。

To —采样周期，f s =--To1采样频率，W s =2πf s —采样角频率 2．信号复现因接触时间很小，τo T 〈〈τ，故可把采样器的输出信号）（t e *近似看成是一串强度等于矩形脉冲面积的理想脉冲，为了去除采样本身带来的高额分量，需要把离散信号）（t e *恢复到原信号)(t e 。

实现方法：是在采样器之后串联一个保持器，及信号复现滤波器。

作用：是把）（t e *脉冲信号变成阶梯信号e h (t)3.采样系统结构图r(t)，e(t)，c(t)，y(t)为连续信号，）（t e *为离散信号)(s G h ，)(s G p ，)(s H 分别为保持器，被控对象和反馈环节的传递函数。

(t)r4.采样系统工作过程⇒由保持器5. 采样控制方式采样周期To ⎪⎩⎪⎨⎧=≠=⇒相位不同步采样常数常数6. 采样系统的研究方法（或称使用的数字工具）因运算过程中出现s 的超越函数，故不用拉式变换法，二采用z 变换方法，状态空间法。

数智化背景下“现代控制理论”课程教学改革探索

数智化背景下“现代控制理论”课程教学改革探索目录一、内容简述 (2)1.1 背景与意义 (2)1.2 研究目的与任务 (4)1.3 国内外研究现状综述 (4)二、现代控制理论概述 (6)2.1 现代控制理论的发展历程 (6)2.2 主要内容与特点 (7)2.3 在工业领域的应用 (8)三、数智化背景下的教学改革需求 (9)3.1 数智化环境下的教学挑战 (10)3.2 教学改革的必要性 (11)3.3 教学改革的目标与方向 (12)四、“现代控制理论”课程教学现状分析 (13)4.1 课程设置与教学内容现状 (14)4.2 教学方法与手段现状 (15)4.3 学生学习效果现状 (17)五、教学改革探索与实践 (18)5.1 教学内容与方法的改革 (19)5.1.1 引入案例教学 (20)5.1.2 加强实践教学环节 (21)5.1.3 利用信息技术提升教学效果 (23)5.2 教学资源配置的优化 (24)5.2.1 建设智能化教学平台 (25)5.2.2 整合优质教学资源 (26)5.2.3 提高教师教学能力 (27)5.3 学生学习激励机制的构建 (28)5.3.1 设立创新实践项目 (30)5.3.2 实施个性化教学辅导 (30)5.3.3 建立多元化的评价体系 (31)六、教学改革效果评估与展望 (33)6.1 教学改革效果的初步评估 (34)6.2 教学改革的持续改进策略 (35)6.3 未来发展趋势与展望 (37)七、结论 (38)7.1 研究成果总结 (39)7.2 研究不足与局限性分析 (40)7.3 对后续研究的建议 (41)一、内容简述随着信息技术的快速发展和数字化转型的不断深化，现代控制理论课程面临着新的挑战和机遇。

在数智化背景下，对现代控制理论课程教学改革进行深入探索，具有重要的现实意义。

本次教学改革旨在适应新时代的需求，将传统课程内容与现代技术相结合，培养学生的创新能力和实践技能。

现有的控制理论及其优缺点以及发展趋势

现有的控制理论及其优缺点以及未来控制理论的发展趋势机硕1005班邹锐3111003015摘要：现有的控制理论主要有经典控制理论，现代控制理论，相平面法，描述函数法，绝对稳定性理论，李亚普诺夫稳定性理论，输入输出稳定性理论，微分几何方法，微分代数方法，变结构控制理论，非线性系统的镇定设计，逆系统方法，神经网络方法，非线性频域控制理论，混沌动力学方法等。

这些理论各有自己的研究重点和优缺点。

本文对这些理论及其优缺点进行了论述并探讨了未来控制理论的发展趋势。

关键词：现有控制理论，优缺点，发展方向1经典控制理论控制理论的发展已经经过了近百年的历程，并在控制系统设计这一工程领域发挥着巨大的作用[1]。

例如，在现代社会的工业化进程，科学探索，国防军备的现代化，以及人们的日程生活中发挥着越来越大的作用。

迄今为止，控制理论已经经过了经典控制和现代控制理论阶段。

对于控制理论的发展，最早可追溯到两千年前，当时我国发明的指南车，水运仪象台等已经包含有自动控制的基本原理，这是控制理论的萌芽阶段。

随着科学技术与工业的发展，到十七十八世纪，自动控制技术逐渐应用到现代工业中。

例如1681年法国物理学家，发明家D.Papin发明了用作安全调节装置的锅炉压力调节器。

到1788年，英国人瓦特在他发明的蒸汽机上使用了离心调速器，解决了蒸汽机的速度控制问题，引起了人们对控制技术的重视，这是控制理论的起步阶段。

1868年，英国物理学家麦克斯韦通过对调速系统先行常微分方程的建立和分析解决了速度控制系统中出现的剧烈震荡的速度不稳定性问题，提出了简单的稳定性判据，开启了用数学方法研究控制系统的途径。

之后，数学家劳斯，赫尔维茨，奈奎斯特，伯德等人相继提出了各种控制方法。

这是控制理论的发展阶段。

1947年，控制论的奠基人美国数学家维纳出版了《控制论—关于在动物和机器中控制与通讯的科学》。

1948年，美国科学家伊万斯创立了根轨迹分析方法。

我国著名科学进钱学森于1954年出版了《工程控制论》。

2024年现代控制理论心得(2篇)

2024年现代控制理论心得摘要。

从经典控制论发展到现代控制论，是人类对控制技术认识上的一次飞跃。

现代控制论是用状态空间方法表示，概念抽象，不易掌握。

对于《现代控制理论》这门课程，本人选择了最为感兴趣的几个知识点进行分析，并谈一下对于学习这么课程的一点心得体会。

关键词：现代控制理论；学习策略；学习方法；学习心得在现代科学技术飞速发展中，伴随着学科的高度分化和高度综合，各学科之间相互交叉、相互渗透，出现了横向科学。

作为跨接于自然科学和社会科学的具有横向科学特点的现代控制理论已成为我国理工科大学高年级的主要课程。

从经典控制论发展到现代控制论，是人类对控制技术认识上的一次飞跃。

经典控制论限于处理单变量的线性定常问题，在数学上可归结为单变量的常系数微分方程问题。

现代控制论面向多变量控制系统的问题，它是以矩阵论和线性空间理论作为主要数学工具，并用计算机来实现。

现代控制论工程实际，具有明显的工程技术特点，但它又属于系统论范畴。

系统论的特点是在数学描述的基础上，充分利用现有的强有力的数学工具，对系统进行分析和综合。

系统特性的度量，即表现为状态；系统状态的变化，即为动态过程。

状态和过程在自然界、社会和思维中普遍存在。

现代控制论是在引入状态和状态空间的概念基础上发展起来的。

状态和状态空间早在古典动力学中得到了广泛的应用。

在5o年代mesarovic教授曾提出“结构不确定性原理”，指出经典理论对于多变量系统不能确切描述系统的内在结构。

后来采用状态变量的描述方法，才完全表达出系统的动力学性质。

6o年代初，____曼(kalman)从外界输入对状态的控制能力以及输出对状态的反映能力这两方面提出能控制性和能观性的概念。

这些概念深入揭示了系统的内在特性。

实际上，现代控制论中所研究的许多基本问题，诸如最优控制和最佳估计等，都是以能能控性和能观性作为“解”的存在条件的。

现代控制理论是一门工程理论性强的课程，在自学这门课程时，深感概念抽象，不易掌握；学完之后，从工程实际抽象出一个控制论方面的课题很难，如何用现代控制论的基本原理去解决生产实际问题则更困难，这是一个比较突出的矛盾。

求索在控制理论与应用的创新路上

求索在控制理论与应用的创新路上
陈翰馥;程代展
【期刊名称】《控制理论与应用》
【年(卷),期】2004(21)6
【摘要】作为国内控制论最重要的杂志之一，《控制理论与应用》已经走过了它的20个春秋．20年来，它记载了中国控制理论科学家和控制设计工程师的拼搏精神和丰硕成果，见证着中国现代控制理论的成长壮大．回首20年的风雨征程，我们感慨万千，为刊物，也为中国的控制事业……“路漫漫其修远兮，吾方上下以求索”．
【总页数】3页(P852-854)
【作者】陈翰馥;程代展
【作者单位】中国科学院,数学与系统科学研究院,系统科学研究所,北京,100080;中国科学院,数学与系统科学研究院,系统科学研究所,北京,100080
【正文语种】中文
【中图分类】O1
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3.人生路上的求索者——作家锦璐笔下的求索者形象分析 [J], 张啸
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5.探索县级媒体新路子谋求广电事业新发展——永远在求索的路上——建平县广播电视台改革创新的思考与实践 [J], 张红雪;刘美;胡志刚;刘秀
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