《控制科学与发展》PPT课件
机械工程控制基础 华中科大第7版 开篇：控制科学的发展
现代控制科学时期
现代控制理论的经典结果主要针对较为简单的确定性有限维 线性系统。随着应用背景的扩大，人们需要建立随机系统、 分布参数系统、非线性系统等诸多更复杂系统的控制理论。 另一方面，实际系统往往包含许多未知的不确定因素，为了 对它进行有效的控制，就需要对它辨识、建模或跟踪，对量 测信号进行包含滤波、预测、状态估计在内的处理，然后设 计所需的控制规律，由此产生了自适应控制和稳健控制等新 的控制方法。自上世纪70年代以来，控制理论得到更为迅速 的发展，其中新结果、新方法和新思想层出不穷，有如百舸 争流。这样，传统意义下的现代控制理论已难以囊括控制理 论的全貌尤其是其近三四十年的飞速发展，因此宜称之为现 代控制科学时期。
应该指出的是，现代控制科学还远远不如传统意义 下的现代控制理论完善。现代控制科学中的各个主 要研究方向理论深度和广度皆嫌不够。比如非线性 控制的精彩结果大都是局部的，有意义的整体结果 并不多；分布参数控制研究得比较清楚的是少数几 类较为简单的方程（如热方程和波方程等），对众 多其它有重要应用背景的模型涉及不多或结果尚嫌 粗糙；随机控制、自适应控制和稳健控制中重要、 深刻的结果大都局限于“状态空间为有限维”的情 形，其无限维推广中鲜有引人注目的工作。
控制科学发简史展
控制论的萌芽时期
在控制论产生之前，已经出现了许多（自动）控制 装置。2000多年前李冰父子主持修建的都江堰水利 工程是世界上最早的自动控制装置之一。都江堰水 利工程在四川成都旁边，它不仅是四川人的骄傲也 是我们中华民族的骄傲。这座古老的工程由鱼嘴分 水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口引水口三大主体工程 组成，解决了江水自动分流、自动排沙、控制进水 流量等问题，消除了川西平原的水患，使之成为天 府之国。值得指出的是，都江堰水利工程现在还在 发挥作用，尤其难能可贵的是，它经历了2008 年的 大地震仍能发挥作用，实在堪称奇迹！
控制科学与技术的发展及其思考
控制科学与技术的发展及其思考汇报人：日期:•控制科学与技术的历史与发展•控制科学与技术的现状•控制科学与技术的未来趋势•控制科学与技术的思考目•控制科学与技术的前沿研究•控制科学与技术的实践应用录控制科学与技术的01历史与发展控制科学的历史古代控制思想01以中国为例，古代的控制系统可以追溯到天文观测、水利工程等，人们通过简单的控制方法来达到调节系统输出的目的。
近代控制理论02自20世纪以来，控制理论得到了迅速发展。
以PID控制为代表的经典控制理论在工业生产中得到了广泛应用。
现代控制理论0320世纪70年代以后，随着计算机技术的发展，现代控制理论开始逐步形成。
这种理论强调对系统内部结构和动态过程的精确描述，为复杂系统的控制提供了可能。
模拟控制技术模拟控制技术是一种早期的控制方法，通过物理模拟来实现对系统的控制。
这种技术简单直观，但精度和灵活性较低。
数字控制技术随着计算机技术的发展，数字控制技术逐渐取代模拟控制技术成为主流。
数字控制技术具有高精度、可编程和易于维护等优点。
智能控制技术进入21世纪，随着人工智能技术的发展，智能控制技术开始崭露头角。
这种技术能够实现对复杂系统的自适应和自主学习，为解决复杂系统的控制问题提供了新的思路。
控制技术的发展交通运输交通运输领域也广泛运用控制理论，如铁路、公路、航空等运输系统的调度和控制。
运用控制理论可以优化运输效率，提高交通安全。
工业生产控制理论在工业生产中得到了广泛应用，如化工、钢铁、电力等行业的生产过程控制。
通过控制理论的应用，可以提高生产效率和质量。
生态环境控制理论在生态环境保护方面也有着重要的应用价值。
例如，通过环境监测数据的采集和分析，实现对环境质量的实时控制和优化。
控制理论的应用控制科学与技术的02现状线性系统与非线性系统控制鲁棒控制与自适应控制智能控制与模糊控制过程控制与优化01020304控制科学与技术的领域物联网与智能制造中的控制技术新能源与智能电网中的控制问题无人驾驶与智能交通中的控制问题生物医学工程与环境保护中的控制问题控制科学与技术的热点问题01020304高性能控制算法设计与优化多变量系统协同控制与决策复杂系统建模与辨识控制系统安全性与可靠性控制科学与技术的挑战控制科学与技术的03未来趋势人工智能与机器学习是控制科学与技术的重要创新方向之一。
控制科学与技术的发展及其思考
交通运输控制
生物医学工程是指运用控制科学与技术、生物学和医学等多学科交叉的方法解决医学领域中的问题。生物医学工程在医疗保健、康复治疗和生物医学研究中具有广泛应用。
总结词
生物医学工程结合了控制科学与技术、生物学和医学等多个领域的知识和方法，旨在解决医学领域中的问题并提供更好的医疗保健服务。生物医学工程的应用范围广泛，包括人工器官、假肢和康复设备的研发与制造，医疗器械的设计与优化，以及生物医学信号的采集和处理等。此外，生物医学工程还可以通过数据分析等方法对疾病诊断和治疗方案进行优化，提高医疗质量和效率。
xx年xx月xx日
控制科学与技术的发展及其思考
CATALOG学与技术的应用领域控制科学与技术的未来趋势控制科学与技术的挑战与机遇控制科学与技术的实践案例
01
控制科学与技术的历史与发展
1
控制科学的起源
2
3
自古以来，人类就使用各种方法来控制自然，如运河的开凿、水钟的制作等，这些可以看作是控制科学的起源。
案例三：工业生产线的智能优化
THANKS
感谢观看
优化算法
复杂系统的控制与优化
绿色能源与可持续发展
新能源控制
研究太阳能、风能、水能等可再生能源的控制系统和优化算法。
05
控制科学与技术的实践案例
总结词
智能家居的远程控制是控制科学与技术在实际生活中的一种重要应用，通过互联网和物联网技术实现对家庭设备的远程操控，提高生活便利性和舒适度。
详细描述
智能家居的远程控制主要依赖于互联网和物联网技术，通过将家中的各种设备（如空调、灯光、电视等）连接到互联网，用户可以通过手机、平板等设备随时随地对家中设备进行操控。这种技术不仅提高了生活的便利性和舒适度，还为家庭安全提供了保障。
第12章控制PPT课件
• 3、可检验性：尽量把目标变成定量指标。
• 4、可行性：标准高低适当。明确清晰。
• 5、协调一致：总目标是通过子目标的实现 而实现。制定标准要各方都参加。
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二、衡量工作绩效
• 1、工作绩效的评定：①坚持系统 检查、实事求是、抓住重点、持之 以恒的原则。②以足够的、及时的、 可靠的信息为依据。
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控制系统的构成
• 1、控制主体：各级管理人员。职能部门。 高层从事例外性的、非程序性的和重大的 程序性控制，中层和基层从事例行的程序 性的控制。
• 2、控制客体：人员行为，预算，绩效等。
• 3、控制信息：控制工作的依据。
• 4、控制过程：管理者依据信息采取纠正措 施的过程。
主人顿时省悟，赶紧去邀请当初给 予建议的那个客人来吃酒。
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启示
• 一般人认为，足以摆平或解决企业经营过 程中的各种棘手问题的人，就是优秀的管 理者，其实这是有待商榷的，俗话说∶「预 防重于治疗」，能防患于未然之前，更胜 于治乱于已成之后，由此观之，企业问题 的预防者，其实是优于企业问题的解决者。
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9
• 一般人不知道他事先能铲除病因，所以他的名 气无法传出去，只有我们家的人才知道。我中兄 治病，是治病于病情初起之时。一般人以为他只 能治轻微的小病，所以他的名气只及于本乡里。 而我扁鹊治病，是治病于病情严重之时。一般人 都看到我在经脉上穿针管来放血、在皮肤上敷药 等大手术，所以以为我的医术高明，名气因此响 遍全国。」 文王说∶「你说得好极了。」
第12章
！！！
控制
控制科学与工程学科简介PPT课件
3）模糊智能控制（Fuzzy Control）：
模糊理论是美国加利福尼亚大学的自动控制理论 专家L.A.Zadeh教授1965年最早提出。模糊逻辑控 制是智能控制的重要组成部分。
• 鲁棒、自适应及智能控制： 1）针对复杂对象，特别是有强不确定性时设 计在工程上易于实现的控制器； 2）采用智能化技术设计确保具有强不确定性 的系统稳定的自适应控制、在线鲁棒自适应控 制等。建立相应的理论与方法。
• 模糊及神经网络控制： 1）模糊系统的稳定性分析、动态模糊逻辑、控制模糊 系统的结构研究； 2）神经网络学习速度的提高、回避局部最优而取得全 局最优、并行处理和信息分布存储机制的研究； 3）创造出更适合于系统建模和控制的新型神经网络； 4）模糊集理论和神经网络的结合。
2）专家智能控制（Expert Intelligent Control) ：
所谓专家系统，实际上是一种能以人类专家水平完成 专门和困难的专业任务的计算机系统。
专家系统能运用专家的经验和知识进行推理、判断和 决策；能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问 题；能不断地增长知识，修改原有的知识，不断更新。
本学科培养从事控制理论与控制工程领 域的研究、设计、开发和系统集成等方面 的高级专门人才。
本专业方向主要研究：
线性与非线性控制、自适应控制、变结构控制、 鲁棒控制、智能控制、模糊控制、神经元控制、 预测控制、推理控制、容错控制、多变量控制、 量子控制、系统辨识、过程建模与优化、故障诊 断与预报、离散事件动态系统、复杂系统的优化 与调度、智能优化与智能维护、复杂性理论研究、 高性能调速与伺服、运动体导航与制导、机器人 与机器视觉、多传感器集成与融合，多自主体合 作与对抗、嵌入式系统、传感器网络、软测量技 术、电力电子技术、现场总线技术、系统集成技 术、网络控制技术，以及将上述技术与方法加以 集成的综合自动化技术等。
《控制发展史》PPT课件
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4、美国的H. Hazen发表“关于伺服结构理论”（Theory of Servome-chanism）（1934年），并在MIT建立伺服机 构实验室（Servomechanism Laboratory）（1939年）。
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20
5、英国A.M. Turine提出图灵计算机的设想。（1937年）
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12
3、美国MIT的Vannevar Bush研制成第一台大型模拟计算机 （Differential Analyzer）。（1928年）
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13
4、美国H.S. Black提出放大器性能的负反馈方法（Negative Feedback Amplifier）。（1927年）
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8
10、俄国A.M. Lyapunov博士论文“论运动稳定性的一般问题” 。 （1892年）
11、英国J. M. Gray设计出第一艘全自动蒸汽轮船“东方”号（Great Eastern）。（1866年）
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9
12、由徐寿设计的中国第一艘蒸汽轮船“黄鹄”号（长20m，重 25T， 速度10km/h）在安庆内军械所下水（1866年）。次年，中国第 一艘木质明轮蒸汽舰船“恬古”号在江南造船厂下水。
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18、加拿大G. Zames提出H鲁棒控制设计方法。（1981年）
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19、美国“哥伦比亚”号航天飞机首次发射成功。（1981年）
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20、美国A. Bryson和Y.C Ho发表Applied Optimal Control（1969 年）。Y.C Ho和X.R Cao等提出离散事件系统理论（1983年）。
控制科学与技术的发展及其思考
控制科学与技术的发展及其思考
控制科学与技术是指通过系统的方法和技术来消除系统失控带来的危害，提高系统的可靠性、利用率和灵活性，以及改善系统性能，从而使其
更好地满足其他用途的科学与技术。
控制科学与技术的发展正受到越来越
多的重视，其思考也在不断深化。
以下是对这一领域发展及其思考的一些深入的探索：
首先，要深入研究系统的自控性。
系统自控是控制科学与技术的核心。
通过系统的结构、组成元素和控制原理，可以使系统自行实现控制，改善
系统性能，并提出增强系统可控性的方法。
其次，要研究智能控制技术。
随着人工智能、信息技术和机器学习技
术的发展，智能控制技术成为控制科学与技术发展的重要动力。
智能控制
技术可以对系统状态和参数进行实时地采集、处理和分析，从而高速、准
确地完成系统的控制与调节，从而达到精确控制系统。
最后，要研究无线网络控制技术。
有限网络的应用日渐广泛，无线网
络控制技术正逐渐影响着现今的控制科学与技术发展，可以远程控制系统，实现智能控制，提高系统可靠性和智能化水平，加快控制系统的发展步伐。
控制科学与发展
课程的主要内容
分为十讲：
第一讲——控制科学的发展回顾 第二讲——基本的控制方法 第三讲——控制系统与自动化技术 第四讲——控制与自动化的应用领域 第五讲——冶金过程控制技术专题 第六讲——智能机器人系统技术专题 第七讲——网络控制技术专题 第八讲——先进优化技术专题 第九讲——控制科学发展展望 第十讲——控制领域的国内外学术组织和学术会议
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饮酒速度的自动调节
• 中国古代(公元1178年)南方 和西南方部落村民在饮酒管
中使用浮子式阀门来保持均
匀的饮酒速度。
计里鼓车
• 中国用来自报行车里程 的鼓车。
漏水转浑天仪
• 公元2世纪，中国东
汉的天文学家张衡创
制的一种天文表演仪 器。它是一种用漏水 推动的水运浑象，和 现在的天球仪相似，
涉及课程
涉及课程: • 线性系统理论 (Linear System Theory) • 自适应控制 (Adaptive Control) • 最优控制 (Optimal Control) • 鲁棒控制 (Robust Control) • 智能控制 (Intelligent Control) • 非线性控制 (Nonlinear Control)
•
经典控制理论形成的历史动力
推 动: 受当时重大技术（通讯技术和火炮技术等）
的深刻影响 物理学：牛顿力学中的“质点和姿态动力学” 数 工 学：线性常系数微分方程、复变函数、概率、统计 具：模拟电路和模拟计算机
局部自动化的广泛应用
• 二次大战后，在工业上已广泛应用PID调节器，并用电
子模拟计算机（Electronic Analog Computer）来设计 自动控制系统。当时在工业上实现局部自动化，即单个 过程或单个机器的自动化。