自动控制理论发展历史
自动控制理论的发展
自动控制理论的发展自动控制理论是一门研究如何设计和实现系统自动运行的学科。
它涉及到数学、工程和计算机科学等多个领域。
自动控制理论的发展是由人们对系统的自动化处理的需求和对控制系统的分析和优化的追求所推动的。
这篇文章将通过对自动控制理论的历史发展进行梳理，来了解自动控制理论的演进过程。
自动控制理论的起源可以追溯到古代的水门和钟摆控制。
当时的人们通过调节水的流量或小球的重量来实现门的自动开合，或者通过改变钟摆的长度或质量分布来维持钟摆的稳定。
这些简单但实用的控制方法显示了自动控制的价值和潜力。
然而，自动控制理论真正的发展要推迟到18世纪的工业革命时期。
随着机械工业的兴起，人们开始需要控制工业过程中的各种机械装置。
这时，法国数学家拉普拉斯和英国工程师巴贝奇等人开始研究和应用微积分和差分方程等数学工具来分析和改善自动控制系统。
在20世纪初，控制论的形成为自动控制理论的发展奠定了基础。
控制论是一种在一定规律下将输入转换为所需输出的通用方法。
美国工程师诺里伊特（H.W. Norrhte）、俄罗斯数学家卢埃特中心之莫齐托夫、德国工程师亨维茨（A.V. HellwicZ）等人率先提出和发展了控制论的基本概念和数学模型。
他们通过齐次线性微分方程、反馈控制和矩阵论等工具，提出了理论化的控制系统设计方法，并首次将控制论应用于工程实践中。
第二次世界大战期间，控制论得到更加广泛的应用和发展。
在军事和航空工业中，控制论的理论和方法被用于导弹制导、自动驾驶和火箭发动机控制等方面。
这一时期，美国工程师维纳（N. Wiener）提出了现代控制论的概念，并将统计学方法引入到控制论中，开创了系统论的研究领域。
20世纪50年代至70年代，自动控制理论得到了快速发展，并在工程实践中得到广泛应用。
与此同时，数字计算机的发展推动了控制系统的数字化和自动化。
随着计算机技术的提高，对控制系统的分析和优化方法得到了进一步的发展，如最优控制、自适应控制和模糊控制等。
自动控制理论发展史
自动控制理论发展史
自动控制理论的发展可以追溯到17世纪，那时法国的理论家和发明家巴斯德(Basil)首次提出了“称量”的概念，这有助于他设计出一种物体重量可以自动调整的测量仪器，他认为，可以在重力的作用下自动控制物体重量的概念。
18世纪初，英国的工程师威廉·劳伦斯（William Lawrence）将该理论应用于蒸汽机的负荷控制，他成功地设计出了一种蒸汽机燃料调节系统，可以根据蒸汽机转速变化自动调节燃料的流量，从而控制蒸汽的压力。
20世纪初，美国科学家威廉·马斯特森（William M. Mason）在理论和实践上发展了自动控制理论，以及它在一些领域的应用，他设计出了第一台自动飞行机器人，以自动调节飞机的高度、速度和航向，由此，自动控制技术被广泛应用于航空领域。
20世纪20年代，美国的科学家弗兰克·迪杰斯特拉普（Frank D.J.Stump）提出了“反馈控制”理论，他完成了大量的实验研究，确定了反馈控制系统的概念和原理。
20世纪30年代，埃利·施蒂利克（Erle S.Steele）开展了反馈控制系统的模拟实验。
1.3自动控制理论发展简史
第一章 自动控制概述
1.3自动控制理论发展简史
自动控制理论发展简史
1.胚胎萌芽期（1945年以前） 自动控制技术广泛应用开始于欧洲工业革命时期 1788年瓦特发明离心式调速器 1868年麦克斯韦发表了“论调速器”，自动控制原理逐步 形成 1892年李雅普诺夫发表 “论运动稳定性的一般问题”
自动控制理论发展简史
3.现代控制理论时期（50年代末-60年代）
空间技术的发展提出了许多复杂控制问题 1957年苏联发射了第一颗人造地球卫星 1968年美国阿波罗飞船成功登月
催生了第二代控制理论————现代控制理论 以状态为基础的状态空间法，主要研究高性能、高精度
的多变量变参数复杂系统的控制问题
自动控制理论发展简 1927年反馈放大器正式诞生 内燃机的广泛应用，促进了飞机、汽车、船舶、机器制造
业和石油工业的发展，产生了伺服控制和过程控制 第二次世界大战，军事工业发展很快，飞机、雷达、火
炮上的伺服机构，总结了自动调节技术及反馈放大器技术 ，搭起了经典控制理论的架子。
•广泛应用于工农 业、国防及日常 生活
自动控制理论发展简史
4.大系统理论和智能控制理论时期（目前）
• 各学科相互渗透，要分析的系统越来越大，越来越复杂。 朝着 控制论、信息论和仿生学为基础的智能控制论发展。
• 此外，控制论还用于处理社会、经济、人口、环境等复杂问 题，出现了经济控制论、人口控制论等学科分支。
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自动控制理论发展简史
2.经典控制理论时期（1940-1960）
1945年贝塔朗菲《系统论》 1948年维纳《控制论:或关于在动物和机器中控制和通信的科学》 形成了完整的控制理论体———经典控制理论 以传递函数为基础的经典控制理论，主要研究单输入-单输 出、线性定常系统的分析和设计问题
自动控制理论发展
自动控制理论发展1. 引言自动控制理论是现代工程学的重要分支之一，它涉及到机械、电子、计算机等多个学科的交叉和融合。
自动控制理论的发展可以追溯到19世纪末，随着科学技术的不断进步和应用领域的拓展，自动控制理论也得到了快速发展。
本文将从自动控制理论的起源，主要发展阶段以及当今的前沿研究领域等方面进行阐述。
2. 起源和发展自动控制理论的起源可追溯到19世纪末的工业革命时期。
当时，由于工业化的快速发展和机械化的需求，人们开始思考如何利用机械设备进行精确的控制。
这促使了自动控制理论的初步形成。
早期的自动控制系统主要基于机械装置，如自动调节阀、机械计算机等。
到了20世纪初，电气技术和电子技术的发展为自动控制理论的进一步发展提供了有力支持。
电气控制系统的出现和使用使得自动控制的范围得到了拓展，如电焊机、电力系统、电梯等。
同时，数学理论和控制理论的发展也为自动控制提供了重要的理论基础。
随着计算机技术的快速发展，自动控制理论进入了一个全新的阶段。
现代的自动控制系统主要基于数字计算机进行控制和计算，大大提高了控制系统的精确性和效率。
同时，人工智能和模糊控制等新兴技术的引入也为自动控制理论的应用带来了更多的可能性。
3. 主要发展阶段3.1 经典控制理论经典控制理论是自动控制理论的最早阶段，主要包括PID控制和频域分析等方法。
PID控制器是最简单且常见的控制器之一，它通过调节比例、积分和微分三个部分的参数来实现控制。
频域分析则是从频率的角度对控制系统进行分析和设计。
3.2 现代控制理论现代控制理论是在20世纪50年代至60年代逐渐发展起来的，它以状态空间方法为基础。
状态空间方法通过将系统的动态描述为一组状态方程，从而实现对系统的精确建模和分析。
这一阶段的代表性成果包括线性系统理论、最优控制理论等。
3.3 非线性控制理论非线性控制理论是自动控制理论的重要发展方向之一。
相比于线性系统，非线性系统的动态行为更加复杂，需要采用不同的建模和控制方法。
自动控制理论发展史
到现在,自动化有关的研究机构越来越细分，如机械工业自动化所、冶金自动化所等。自动化学会挂靠在自动化所，所作的工作是研究自动化还有什么发展余地，像是模式识别。
控制论在中国的传播
苏联三位重量级科学家索保列夫(Sergei Sobolev,1 908-1989) 、哲托夫(AnatoliiIv anovichK itov) 、李亚普诺夫联合发表的文章，其中就控制论的科学意义、电子计算机与神经系统、控制论的实用意义三部分，对控制论进行了深刻的阐述。文章指出:“我们的一些哲学家犯了一个严重的错误:他们没有分析清楚问题的本质，就去否定这一新的科学方向的意义⋯⋯”。
自动控制的起源（续）
这种过度的分工，是不得不然的，是越演越烈的。由一行分成三十六行，由三十六行分成三百六十行，由三百六十行，分成三千六百行，二十世纪的科学家，不下三万六千行了。 这种局面的形成，产生了两个副作用， 是行与行间形成了许多无人管的地带； 甲行所研究出的程序、方法、 或设备，可能对乙行有极大的效用，但乙行常无从利用起，依然是从头开始。 哈佛医学院的谈话会，正是在这种气候下产生的。 而就由这个会中产生了『自动控制』的基本观念。
钱学森-扭转一个学科的命运
1954 年《工程控制论》出版，并迅速地被译成德、俄、中文版。书中系统地揭示了控制论对自动化、航空、航天、电子、通信等科学技术的意义和深远影响，写的全是技术科学，并未触及到人类这种动物的尊严。包括前苏联在内的世界各国科学界立即接受了这一新学科，从而吸引了大批数学家、工程技术学家从事控制论的研究，推动了五六十年代该学科发展的高潮。
自动控制理论的发展史
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相对论、量子力学以及控制论被认为是20世纪的三项伟大科学成就。
浅谈自动控制理论的发展
浅谈自动控制理论的发展近年来，自动控制理论在科学领域中引起越来越多的关注。
自动控制理论作为一门交叉学科，涉及到数学、电子工程、计算机科学等领域，通过研究和设计自动控制系统，实现对各种工业、军事、医疗等应用中的过程进行控制和优化。
本文将从历史、应用以及未来趋势等多个角度对自动控制理论的发展进行浅析。
自动控制理论的发展可以追溯到19世纪中叶，当时工业革命推动了机械工程的迅速发展。
随着机器的广泛应用，人们逐渐认识到需要一种方法来对机器进行控制，以提高生产效率。
在这个背景下，自动控制理论逐渐崭露头角。
早期的自动控制系统主要依靠机械和电气装置实现，如利用煤气压力控制蒸汽机的转速。
然而，由于机械元件的精度和响应速度有限，控制效果并不理想。
随着数学和电子技术的快速发展，自动控制理论逐渐得到了加强和发展。
在20世纪初期，美国工程师尼克斯首先提出了反馈控制理论，它通过测量输出信号并将其与参考信号进行比较，然后根据误差信号对系统进行调整。
这种方法大大改善了自动控制系统的稳定性和精确性。
此后，控制理论的发展成为了一个热门话题，许多学者纷纷投身于自动控制的研究与应用。
在自动控制理论的发展中，控制系统的数学模型起着重要的作用。
控制系统的数学模型通过将实际系统的物理特性以数学形式表示出来，为控制器的设计和分析提供了基础。
通过控制系统的数学模型，工程师们可以从根本上理解和预测系统的行为，并采取相应的措施来优化系统的性能。
控制系统的模型可以分为线性模型和非线性模型两种。
在实际应用中，大多数系统可以近似为线性模型，因此，线性控制理论被广泛应用于各种控制系统中。
值得注意的是，近年来随着计算机科学和人工智能的快速发展，自动控制理论在人工智能领域也得到了广泛应用。
传统的自动控制系统主要依赖于精确的数学模型和规则来进行控制，这对于复杂的非线性系统来说是一项困难的任务。
然而，人工智能技术的出现为解决这个问题提供了新的途径。
通过将机器学习和深度学习技术与自动控制理论相结合，可以有效解决非线性系统控制中的挑战。
自动控制理论的早期发展历史
自动控制理论的早期发展历史自动控制理论的早期发展历史可以追溯到古代。
在古希腊时期，有一位名叫克提斯波斯的埃及工程师和发明家，他以自动水钟闻名。
这个自动水钟利用了一个水箱和一个漏斗系统来控制水的流量，从而保持水位稳定。
这可以被视为自动控制的初步形式。
在17世纪，欧洲工程师和科学家开始对机械自动控制系统进行研究。
其中一位重要的人物是维尔祖伊厄斯，他发明了一种水力机械自动控制装置，该装置可以保持风帆船的直线航行。
这个装置成为后来航海自动驾驶仪的基础。
到了18世纪，以导弹系统为代表的武器技术的发展推动了自动控制理论的进一步发展。
导弹系统需要能够控制导弹的轨迹和飞行速度，以使其能够准确打击目标。
这促使科学家和工程师研究如何利用机械装置来自动控制导弹的飞行。
19世纪建立了控制工程学作为一门学科。
詹姆斯·沃特（James Watt）开发的蒸汽机以及他的调速器被视为开启了现代自动控制理论的里程碑。
调速器可以自动调整蒸汽机的工作速度，以保持稳定的转速。
这个发明对工业革命的驱动力起到了重要作用。
20世纪初，电力和电子技术的发展促进了自动控制理论的进一步发展。
从20世纪20年代开始，自动控制系统被应用在许多工业和军事领域。
在这一时期，自动控制理论的基本概念和原理如反馈、稳定性和系统控制等被建立起来。
控制工程学成为了一个独立的学科。
在20世纪50年代，数字计算机的出现对自动控制理论的发展产生了深远影响。
数字计算机可以实时获取和处理大量数据，并根据预设的算法进行自动控制。
这使得控制系统设计更加灵活和精确。
在20世纪60年代和70年代，控制理论的研究越来越侧重于非线性系统的分析和控制。
非线性系统是现实世界中大部分系统的基本特征，如化学反应、生物系统和航空航天系统等。
研究人员发展了一系列非线性控制理论和方法，为非线性系统的控制提供了有效的解决方案。
随着现代计算机技术的快速发展，自动控制系统的设计和实现变得更加高效和精确。
自动控制理论发展概况
自动控制理论发展概况前控制是自动控制理论的起源阶段，主要在19世纪末至20世纪初发展起来。
当时主要研究控制系统的开-闭锁问题，即如何实现不同位置之间的切换控制。
此时的控制系统主要采用开放系统结构，输入信号与输出信号之间没有反馈环路。
该阶段的主要理论包括勒贝格同位、双位同位和电气继电器方法。
随着现代化生产的需要，自动控制理论的研究逐渐转向反馈控制。
反馈控制是通过不断感知系统输出信号，与给定的目标输出信号之间的差异来调整输入信号。
这种控制方式可以使系统对外部扰动和参数变化具有较好的鲁棒性。
控制技术的快速发展促使了反馈控制的普及和应用。
20世纪30年代，现代自动控制理论框架初步建立，产生了控制系统的数学描述、线性系统的稳定性分析和根轨迹法等方法。
20世纪40年代至70年代，现代控制理论得到了迅速发展和广泛应用。
控制系统的数学理论不断深化，控制效果逐渐得到提高。
特别是在航空、导弹、火箭、军事、化工和能源等领域，自动控制理论的应用取得了巨大成功。
在这一时期，经典控制理论和现代控制理论逐渐发展完善，研究了最优控制、鲁棒控制、自适应控制和模糊控制等控制方法。
20世纪70年代以后，现代控制理论进入了第三个阶段，即多模型自适应控制系、模型预测控制、神经网络控制和模糊分级控制系统等理论成果的出现。
同时，计算机技术和信息技术的迅猛发展也为控制理论的研究和应用提供了良好的条件。
现代控制理论注重系统建模、系统特性分析和系统控制方法的研究，提高了控制系统的鲁棒性和优化性能。
此外，随着科学技术的进一步发展，自动控制理论还涌现出一些新的理论和方法，如非线性控制理论、科学计量管控理论、模块化控制理论、混杂动态系统建模与分析方法等。
综上所述，自动控制理论经历了前控制、反馈控制和现代控制三个阶段的发展。
从最早的开-闭锁问题研究到现代的控制系统建模与优化控制，自动控制理论在科学研究和工程实践中发挥着重要作用，并且不断创新和完善。
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
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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。
经典自动控制的发展及简介
功 放 器 率 大
电 、 速 、 机 减 器 调 器 压
(3) 复合控制系统
复合控制： 复合控制：是指把按偏差控制和按扰动控制相结合的控制系 统。 主要特点： 主要特点：
能够抑止强干扰； 能够抑止强干扰； 结构复杂
控制方式： 同时采用反馈控制(按偏差控制)和开环控制(按扰动控制) 控制方式： 同时采用反馈控制(按偏差控制)和开环控制(按扰动控制)
输 信 出 号 （ 际 温 实 炉 ）
测 量 （ 睛 眼 ）
温控系统——自动控制 温控系统——自动控制 ——
ub
ur
∆u
E
220
控制目标： 控制目标：要求炉子的温度恒定在期望的数值 上。 控制过程： 控制过程：
期 温 + 望 度 ur _ ub 热 偶 电 ∆u 实 温 际 度 炉 子
电 放 器 压 大
液位自动控制系统的方框图
扰动
方块称为环节，系统最基本的环节是控制器 执行器、 控制器、 方块称为环节，系统最基本的环节是控制器、执行器、传 感器和被控对象。它是信号的转换单元（功能单元）。 感器和被控对象。它是信号的转换单元（功能单元）。 带箭头的有向线条代表环节间信息传递的方向， 带箭头的有向线条代表环节间信息传递的方向，流入环节 为输入信号，流出环节为输出信号。 为输入信号，流出环节为输出信号。 图中带箭头的作用线表示信号的传递方向， 图中带箭头的作用线表示信号的传递方向，不代表实际物 料的流动方向。 料的流动方向。
r（t）
Time
（2）随动控制系统 ）
随动系统： 随动系统：输出量能以一定精度跟随给定值变化的系 统称随动系统，又称为跟踪系统。 统称随动系统，又称为跟踪系统。这类系统的特点是 系统的给定值变化规律完全取决于事先不能确定的时 间函数。例如，火炮系统，卫星控制系统等。 间函数。例如，火炮系统，卫星控制系统等。 c（t）＝ r（t） c（t）＝ r（t） 为未知时间函数。 r（t）为未知时间函数。
自动控制理论发展史
自动控制理论发展史从远古的漏壶计时，到公元前的水利枢纽工程；从中世纪的钟摆、天文望远镜，到工业革命的蒸汽机；从百年前的飞机、汽车和电话，到八十多年前的电子放大器、模拟计算机；从二战期间的雷达、火炮防空网，到冷战时代的卫星、导弹和数字计算机；从六十年代的登月飞船，到现代的航天飞机、宇宙和星球探测器。
这些著名的科技发明直接催生和发展了自动控制技术。
源于实践，服务于实践，在实践中升华，经过千百年的提炼，尤其是近半个世纪工业实践的普遍应用，自动控制技术已经成为人类科技文明的重要组成部分，在日常生活中不可或缺。
自动控制技术本文将自动控制技术的历史分成早期控制、经典控制、现代控制三个阶段，分别为你呈现各个时期诞生的伟大控制理论、控制方法、控制装置与控制学家。
早期控制早在古代，劳动人民就凭借生产实践中积累的丰富经验和对反馈的直观认识，发明了许多着闪烁控制理论智慧火花的杰作。
如果要追溯自动控制技术的发展史，早在两千年前人类就有了自动控制技术的萌芽。
1)公元前1400至公元前1100年，中国、埃及和巴比伦相继出现了可自动计时的漏壶。
2)公元前300年左右，李冰父子主持修筑的都江堰水利工程充分体现了自动控制系统的观念，是自动控制原理的典型实践。
3)100年左右，亚历山大的希罗发明了开闭庙门和分发圣水的自动装置。
4)132年，东汉杰出天文学家张衡发明了水运浑象仪，研制出了自动测量地震的候风地动仪。
5)235年，汉朝时期最负盛名的机械发明家马钧研制出了用齿轮传动的自动指示方向的指南车。
6)1637年，明末科学家宋应星所著的《天工开物》记载了有程序控制思想的提花织机结构图。
7)1788年：第一次工业革命的重要人物、英国发明家James Watt发明了飞球调节器，用来控制蒸汽机的转速。
8)1868年，英国物理学家James Clerk Maxwell (1831-1879)在Proceedings of Royal Society, vol. 16 (1867-1868)上发表了著名论文“On Governors”，通过对调速系统线性常微分方程的建立和分析，解释了瓦特蒸汽机速度控制系统中出现的剧烈振荡的不稳定问题，提出了二阶、三阶系统的稳定性代数判据，开辟了用数学方法研究控制系统的途径。
自动控制原理自动控制理论发展历史
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。主要 研究对象:对单输入单输出线性定常系统的分析和设计问题。它 的发展大致经历了以下几个过程：
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。
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1. 两千年前我国发明的 指南车，就是一种开 环自动调节系 统。
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第二阶段 现代控制理论
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。
在二十世纪五十年代末开始，随着计算机的飞速发展， 推动了核能技术、空间技术的发展，从而对出现的多输入多 输出系统、非线性系统和时变系统。
主要研究对象:多输入、多输出、时变参数、高精度 复杂系统的分析和设计问题。
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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。
1.1959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。
瓦特
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1788年英国Watt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器
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三 发展阶段
1. 1868年马克斯韦尔 （J.C.Maxwell）解决了蒸汽 机调速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。
马克斯韦尔（J.C.Maxwell）
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2. 1895年劳斯（Routh）与赫 尔维茨（Hurwitz）把马克
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。
自动控制发展的历程
自动控制发展的历程自动控制的发展可追溯至古代，然而，现代自动控制的概念始于19世纪末和20世纪初。
以下是自动控制发展的历程：1. 早期自动控制：早在古代，人们通过使用简单机械和水力设备实现了一定程度的自动化控制。
例如，古希腊的水钟可以自动记录时间，古埃及使用尼罗河水位来自动灌溉农田。
2. 工业革命时期：18世纪末到19世纪初的工业革命时期，自动控制的需求迅速增长。
发明家詹姆斯·瓦特改进了蒸汽机的自动控制系统，使其能够稳定运行。
3. 反馈原理的发现：20世纪初，数学家和工程师开始研究自动控制理论。
美国的尼科拉斯·洛蒙诺索夫提出了“反馈”原理，即通过测量系统的输出信号，并将其与期望输出进行比较，从而调节系统的输入信号。
这一原理成为自动控制系统的核心概念。
4. PID调节器的应用：20世纪20年代，自动调节器的一种形式PID（比例-积分-微分）调节器开始广泛应用于工业控制中。
PID调节器通过计算误差信号的比例、积分和微分，并根据计算结果来调节输入信号，以使系统达到稳定状态。
5. 计算机控制系统的发展：随着计算机技术的进步，自动控制系统得到了极大的发展。
20世纪50年代和60年代，数字计算机开始应用于自动控制系统，使得更加复杂的系统可以实现高度精确的自动化控制。
6. 现代自动控制的发展：近年来，自动控制系统的发展取得了巨大的进展。
传感器和执行器的技术更加先进，使得自动控制系统能够接收更多的信息，并更准确地执行控制任务。
此外，人工智能和机器学习的发展为自动控制系统带来了新的领域，例如自适应控制和智能控制。
总而言之，自动控制的发展经历了从简单机械到计算机控制的演变过程。
随着科技的不断进步和创新，自动控制系统将在各个领域继续发挥重要作用。
自动控制理论发展历史
自动控制理论发展历史
自动控制理论作为一种科学技术，其发展史可以追溯到古代，但真正有效的自动控制系统实施是在20世纪。
在这一时期，微型计算机、微处理器和数字信号处理技术的发展为自动控制的发展提供了技术支持。
主要发展历史如下：
第一阶段：20世纪50年代，美国大规模投入军事科研，开发了许多用于无线电导航和飞机控制领域的自动控制系统，这个阶段以科研方面的发展为主，自动控制理论初步形成，但受到当时计算机能力有限的制约。
第二阶段：20世纪60年代，随着微机电子技术的迅猛发展，芯片电子技术和数字信号的处理技术的出现，推动了自动控制领域的发展。
这个时期，计算机的能力和性能得到了极大的改进，微型机控制也得到了广泛的应用，这样自动控制理论也不断完善，不同的控制算法也不断提出。
第三阶段：20世纪70年代，计算机技术、微处理机结构设计和控制算法等都得到了长足发展。
特别是当时的专家系统优化的控制算法和系统仿真技术的发展，极大地推动了虚拟自动控制技术的建立，使自动控制领域的研究有了更大的发展空间。
第四阶段：20世纪80年代，计算机技术的发展也不断提升。
自动控制理论发展
自动控制理论是一门研究如何设计稳定、鲁棒和高性能控制系统的学科。
自动控制理论的发展可以分为以下几个阶段：
1. 经典控制理论阶段：20世纪前半叶，经典控制理论主要集中在线性系统的研究上，包括PID控制器、根轨迹法、频域分析等方法。
这些方法主要适用于线性、稳定、可预测的系统。
2. 现代控制理论阶段：20世纪60年代后期至70年代初期，现代控制理论开始崭露头角，状态空间方法、最优控制理论、鲁棒控制理论等相继涌现，为非线性、时变系统的分析与设计提供了新的思路。
3. 数字控制理论阶段：随着计算机技术的发展，数字控制理论应运而生。
数字信号处理技术的应用使得控制系统设计更加灵活，同时也促进了实时控制的发展。
4. 智能控制理论阶段：近年来，随着人工智能和机器学习的快速发展，智能控制理论逐渐引起关注。
模糊控制、神经网络控制、遗传算法等方法被引入到控制领域，为复杂系统的建模与控制提供了新的思路。
5. 网络化控制理论阶段：随着物联网和云计算技术的快速发展，网络化控制理论成为一个新的研究热点。
研究者们开始探索在网络环境
下的控制系统设计与实现，涉及到网络延迟、数据丢失、安全性等问题。
总的来说，自动控制理论的发展经历了经典理论、现代理论、数字化、智能化和网络化等多个阶段，不断地推动着控制理论与技术的进步，为各种工程和科学应用提供了强大支持。
自动控制原理的发展历史
自动控制原理的发展历史自动控制原理这个话题，说起来可真是如同翻开了一本厚重的历史书。
它的发展过程不仅是一部技术进步的传奇，还折射出人类智慧的不断迭代。
接下来，让我们一起走一趟这段历史之旅，看看它如何一步步从朴素的设想到复杂的系统中演变。
1. 自动控制的起步阶段1.1 初期探索咱们得从古代说起，那时候的人们早就开始有了自动控制的雏形。
比如，古代的水车和风车，它们靠的是自然的力量来完成特定的任务。
虽然这些设备并不复杂，但已经在某种程度上体现了自动控制的基本思想——利用外界力量自动完成操作。
1.2 工业革命的推动进入18世纪末，工业革命可真是给自动控制的进步带来了巨大的推动。
那时，机械师们发明了各种新奇的机器，像蒸汽机这样的杰作，使得人们在机械控制方面迈出了重要的一步。
这时期的控制系统虽然原始，但它们为后来的发展奠定了基础。
2. 自动控制的理论发展2.1 早期理论的提出到了19世纪，自动控制的理论开始逐渐浮出水面。
1831年，麦克斯韦就提出了控制理论的早期思想，他的工作为后来的自动控制理论提供了理论依据。
之后，著名的工程师和数学家们也开始深入探讨如何通过数学方法来描述和改进控制系统的性能。
这段时间是自动控制理论发展的初期，虽然还很不成熟，但却是奠基石。
2.2 系统理论的突破20世纪初，控制理论迎来了真正的突破。
特别是在1930年代，控制系统的数学模型开始被深入研究。
这一时期，诺伯特·维纳的“控制论”一书问世，将自动控制的理论体系化，为整个领域注入了新的生命力。
维纳的理论不仅仅是一个学术突破，更是对当时技术水平的一次巨大推动。
3. 自动控制技术的飞跃3.1 电子计算机的引入说到自动控制的飞跃，那就不得不提电子计算机的引入了。
1950年代，计算机的出现彻底改变了控制系统的面貌。
计算机使得控制系统不仅可以处理更加复杂的任务，还能够实时响应各种变化。
这段时间，控制技术从单纯的机械控制，转变为综合利用电子和计算机技术的复杂系统。
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。
自动控制理论发展简史
自动控制理论发展简史18世纪末，瓦特发明了蒸汽机，引发了对自动控制的兴趣。
他设计了第一个调速装置，来控制蒸汽机的转速。
这个装置利用负反馈的原理，测量蒸汽机的转速并自动调节阀门的开度，以保持恒定的转速。
19世纪，飞行员的研究对自动控制理论的发展有着重要影响。
塞巴斯蒂安·勒米特尔和尤金·尤尔·布雷克特设计了第一个用于自动驾驶的飞行器。
他们使用了基于机械原理的自动控制系统，通过磁针来检测航向的偏差，并用风力来纠正偏差。
20世纪初，焦耳指出了负反馈的重要性，他认为它是自动控制系统稳定性的关键。
他的工作为自动控制理论奠定了基础，并在之后的数十年里，负反馈成为自动控制系统设计的主要原则。
20世纪20年代，美国工程师哈罗德·布莱克设计了第一个比例积分（PID）控制器。
这个控制器是基于系统输出与期望输入之间的误差，调整比例、积分和微分参数，以控制系统输出。
PID控制器一直是工业中最常用的控制器之一，直到今天仍然广泛应用。
在20世纪的前半叶，随着工程师对系统建模和分析的研究，出现了数学控制理论的发展。
拉普拉斯提出了拉普拉斯变换，将微分和积分方程转化为代数方程。
这一理论为分析和设计线性系统提供了强有力的工具。
二战期间，自动控制理论得到了飞机、导弹和火炮等军事应用的推动。
由于需要高精度和快速的控制，工程师们开始研究更加复杂的控制理论。
鲁斯特·亨利·尼科尔斯和尼科尔斯-克鲁赛尔理论提供了一种用频域方法来分析非线性系统的方法。
20世纪50年代，随着电子技术的发展，计算机控制系统开始兴起。
计算机提供了更强大的处理能力和更复杂的算法，使得控制系统设计变得更加灵活和精确。
20世纪60年代，状态空间理论的发展成为自动控制理论的重要里程碑。
状态空间理论将控制系统建模为状态、输入和输出的数学模型，使得系统分析和设计更加方便和直观。
到了21世纪，自动控制理论继续发展，涉及的领域越来越广泛。
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规模庞大、结构复杂、变量众多、关联严重、信息不完备的信息系统
方法
频域法
时域矩阵法
时域法
数学工具
拉氏变换
矩阵与向量空间理论
控制论、运筹学
数学模型
传递函数
状态方程与输出方程
子系统
基本内容
时域法、频域法、根轨迹法、描述函数法、相平面法、代数与几何稳定判据、校正网络设计、Z变化法
5）70年代中期，Mamdani创立基于模糊语言描述控制规则的模糊控制器，并成功用于工业控制。
6）80年代以来专家系统、神经网络理论及应用对智能控制器着促进作用
现代控制理论、经典控制理论和大系统理论对比表如图1.1所示。
表1.1各阶段理论比较
经典控制理论
现代控制理论
大系统理论
对象
单输入-单输出线性定常系统
15）1954年，钱学森出版了《工程控制论》，全面总结了经典控制理论，标志着经典理论的成熟。
4、主要成果
PID控制规律的产生，PID控制原理简单易于实现，具有一定的自适应性与鲁棒性，对于无时间延迟的单回路控制系统很有效，在工业过程控制中任然被广泛应用。
二、现代控制论阶段（50年代末期至70年代初期）
[7]张晓江,方敏. “自动控制理论”教学内容发展历程与优化措施北京：中国电力教育出版社，2010.（1）
3、发展事件回顾[3]
1）1959年，苏联学者庞德亚金(L.S. Pontryagin)等学者创立了极大值原理，
并找出最优控制问题存在的必要条件，该理论解决控制量有约束情况
下的最短时间控制问题，提供方法。
2）1953-1957年间，美国学者贝尔曼（R.Bellman）创立了解决最优控制
问题的动态规律，并依据最优性原理，发展了变分学中的Hamilton
现代控制理论，基于时域内的状态空间分析法，着重时间系统最优化控制的研究。
1、控制系统的特点
为多输入---多输出系统，系统可以是线性或非线性，定常或时变的，单变量与多变量，连续与离散系统。
2、控制思路
基于时域内的状态方程与输出方程对系统内的状态变量进行实施控制，运用极点配置、状态反馈、输出反馈的方法，解决最优化控制、随机控制、自适应控制问题。
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
-Jaccobi理论
3）1959年，卡尔曼（R.E.Kalman）提出了滤波器理论，1960年卡尔曼
对系统采用状态方程得描述方法，提出了系统的能控性、能观测性。
证明了二次型性能指标下线性系统最有控制的充分条件，进而提出了
对于估计与预测有效地卡尔曼滤波，证明了对偶性。
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
大系统理论，是指规模庞大、结构复杂、变量众多、关联严重、信息不完备的信息与控制系统[4]
智能控制系统是具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统，其中最典型的是智能机器人。
1、控制系统的特点
是指众多因素复杂的控制系统，如宏观经济系统、资源分配系统、生态和环境系统、能源系统等[5]
2、控制思路
基于时域法为主，通过大系统的多级递阶控制、分解—协调原理、分散最优控制和大系统模型降阶理论，解决大系统的最优化。[5]
自动化控制理论发展历史
（太原理工大学）
摘要：本文主要回顾了“自动控制理论”的产生与发展过程，通过对不同时期，不同阶段的理论研究成果的简要介绍，掌握经典控制理论、现代控制理论、大系统理论和智能控制系统理论知识理论框架，进而加深对“自动化控制理论”认知。
关键词：自动控制理论产生与发展过程理论框架结构
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。[1]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[4]
1、控制系统的特点
线性系统基础理论（包括系统的数学模型、运动的分析、稳定性的分析、能控性与能观测性、状态反馈与观测器）、系统辨识、最优控制、自适应控制、最优滤波及鲁棒性控制。
多级递阶控制，分解-协调原理、分散最优控制、大系统型模降阶理路
主要问题
稳定性性问题
最优化问题
系统的ห้องสมุดไป่ตู้优化
控制装置
无源与有源RC网络
数字计算机
数字计算机
3、发展事件回顾[6]
1）60年代初期，Smith提出采用性能模式识别器来学习最优控制法以解决复杂系统的控制问题。
2）1965年Zadeh创立模糊集和论，未解决负载系统的控制问题提供了强有力的数学工具。
3）1966年,Mendel提出了“人工智能控制”的概念。
4）1967年，Leondes和Mendel正式使用“智能控制”，标志着智能控制思路已经形成。70年代初期，傅京孙、Gloriso和Saridis提出分级递阶智能控制。并成功应用于核反应、城市交通控制领域。
5）20世纪70年代奥斯特隆姆（瑞典）和朗道（法国，ndau）在自适应控制理论和应用反面做出了贡献。
4、主要成果
现代控制理论的提出，促进了非线性控制、预测控制、自适应控制、鲁棒性控制、智能控制等分支学科的发展。进而为解决因工业过程的复杂性而带来的困难。
三、大系统理论阶段与智能控制理论阶段（70年代初期至现在）
参考文献
[1]维纳著,郝季仁译.控制论科学出版社，1961
[2]项国波.控制论的发展北京：电器时代，2005.（11）
[3]于长官.现代控制理论（第三版）哈尔滨工业出版社2006.
[4]顾幸生,刘漫丹,张凌波.现代控制理论及应用华东理工大学出版社2008.
[5]吕永波.系统工程北京：清华大学出版社
[6]张岳,白霞,孙晓红.自动控制原理北京：清华大学出版社
12）1945年．H.W.Bode发表了著作《网络分析和反馈放大器设计》，完善了系统分析和设计的频域方法。并进一步研究，开发了伯德图。
13）1948年，N.Weiner发表了《控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学》一书，标志着控制论的诞生。
14）1948年，W.R.Evans提出了系统的根轨迹分析法，是一种易于工程应用的，求解闭环特征方程根的简单图解法。进一步完善了频域分析方法。
着眼点
输出
状态方程与输出方程
大系统的最优化
评价
具体情况具体分析，适宜处理较简单系统的控制问题
具有优越性，更适合处理复杂系统的控制问题
应用控制和管理的思路，适用于多学科交叉综合的研究控制领域
总体来说，“自动控制理论”就是一门研究自动控制系统稳定性的科学，是控制理论与控制工程学科的主要内容。控制理论与控制工程作为一门学科，研究并且提出有关自动控制系统设计和分析的理论与方法，用于指导工程实践。[7]
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。
10）1934年，H.L.Hazen发表《关于伺服机构理论》
11）1938年，A.B．维哈伊洛夫发表《频域法》，这标志着经典控制理论的诞生。
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[4][5]
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。
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。