控制论控制理论
名词解释 控制论
名词解释控制论控制论是一种涵盖多个领域的理论，用于解释控制系统的行为和设计。
它是在20世纪50年代初从工业自动化和航空领域中诞生的。
其主要思想是将系统视为由若干个互相联结的部分组成，并通过监控和控制这些部分之间的交互关系，从而实现系统的稳定和优化。
这里将围绕“名词解释控制论”展开阐述，来更好地理解这一领域的概念和应用。
1. 控制论的基本概念是什么？控制论首先强调系统性，即系统不是单独的个体，而是由一系列不同的元素相互作用而成的整体。
而控制论的基本思想是通过调节系统中各元素之间的关系，使得整个系统能够相对稳定地运行，并能够适应外部环境变化，在实际应用中，控制论可用于分析和优化各种工程系统，如机器人、车辆控制和智能家居等。
2. 控制论的应用有哪些？控制论在许多实际应用中都有广泛的运用。
例如：在金融行业中，控制论可用于分析市场波动，以及制定股票投资策略，让经济系统的运行更加稳定；在智能家居领域，控制论可用于构建一个智能房间，让该房间中的设备自动协调交互，提高居住的舒适度；在制造行业，控制论可用于智能控制生产线的运行，通过实时数据分析和控制，确保生产线的稳定和寿命。
3. 控制论的优势和局限性是什么？控制论的优势在于它能够生成定量预测和策略，同时在环节失控时自适应修正。
另外，它能够融合多种数据源信息，通过系统化的方式将此信息转换成具有操作性的决策方案。
但是，控制论在现实应用中，由于调节控制策略过于复杂，在解决非线性问题时，必须使用复杂的数学工具，例如非线性事件处理或结构域分析，这会导致模型的构建较为困难。
综上所述，控制论作为一门跨学科的理论知识，涉及到数学、工程、物理等多个领域，并广泛应用于各个实体领域。
在实践中，我们可以通过对控制论的学习和应用，来建立一种更为复杂的，系统化的思考方式，从而更好地理解和应对各种复杂的环境变化，并实现系统的优化和控制。
德勒兹 控制论
德勒兹控制论
德勒兹控制论（Deleuze's Control Theory）是法国哲学家吉尔·德勒兹（Gilles Deleuze）提出的一种社会政治理论。
该理论于1990年代初开始发展，是对传统的权力和社会控制理论的批判和重构。
德勒兹控制论认为，传统的社会控制理论主要基于禁止、纪律和监管的方式，通过建立规则和制度来统治和管理社会。
然而，在当代社会，信息科技、全球化和新媒体的出现，导致了权力的变异和社会关系的复杂性。
德勒兹控制论认为，传统的禁止式的控制已经变得不再有效，社会中的控制机制已发生转变。
德勒兹控制论提出了几个关键概念：
1. 控制社会（Societies of Control）：德勒兹认为，当代社会不再是固定的禁止和纪律的社会，而是通过控制和操控来达到统治的目的。
这种控制是更加隐蔽、持续而流动的，并且通过全面的监视、管制和技术手段来实现。
2. 阀值（Threshold）：阀值是指个体或群体进入特定状态的点，它可以是信息系统中的某个节点，也可以是个人在社会中所处的位置。
通过触发阀值，控制力量可以实施更加精确和个性化的控制。
3. 可塑性（Plasticity）：控制论强调了个体的可塑性，即个体受到控制力量的影响，不断被塑造和改变。
个体在控制论中不再是单一和固定的，而是可变化和多样化的。
德勒兹控制论对社会政治的理论和实践提出了一种新的观点，强调了控制力量的变异性和复杂性。
它对于理解当代社会中的权力运行和社会关系具有重要的意义。
控制理论：系统反馈与调节
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控制理论：系统反馈与调节
控01制理论的基本概念与应
用领域
控制理论的起源与发展历程
• 起源：控制理论起源于20世纪初，最早的控制理论研究集中在机械领域，如蒸汽机、电话交换机等 • 19世纪末至20世纪初，控制系统的研究主要集中在传递函数法 • 20世纪30年代，诺伯特·维纳提出了控制论的概念，奠定了控制理论的基础
02
系统分析与建模
系统分析与建模的基本概念
系统建模：系统建模是根据系统的实际情况，建立系统的数学模型
• 线性系统建模：如传递函数法、状态空间法 • 非线性系统建模：如模糊逻辑法、神经网络法
系统分析：系统分析是对系统进行定性和定量分析的过程
• 定性分析：分析系统的结构、功能、性能等 • 定量分析：建立系统的数学模型，分析系统的动态性能、稳定性等
• 电力系统的稳定性判断：通过判断电力系统的特征方程是否有实根，或者系统矩阵是否满足某 些条件，来判断电力系统是否稳定 • 电力系统的稳定性应用：如电力系统稳定性的在线监测、控制器参数调整等
数06字控制系统与自适应控
制
数字控制系统的原理与特点
• 数字控制系统：通过数字信号处理器（DSP）实现对系统的控制 • 数字控制系统的原理：将连续的输入信号转换为数字信号，通 过数字信号处理器（DSP）进行处理，然后将数字信号转换为 连续的输出信号，实现对系统的控制 • 数字控制系统的特点：具有高精度、高速度、易于实现复杂控 制算法等优点
控制理论的基本概念与术语
系统：控制系统是一个由输入、输出 和传递函数组成的系统
控制：控制是通过调整 系统的输入或输出，实
现对系统状态的控制
控制论 基础李训经
控制论基础李训经简介控制论是探讨如何通过系统的调节和控制，使一个系统达到预期目标的一门理论。
该理论最初由美国数学家诺伯特·威纳于1948年提出，并在20世纪60年代达到其高峰。
李训经是中国控制论研究的奠基人之一，他在20世纪50年代开始研究控制论，并于60年代初翻译和推广美国控制论文献。
他的贡献被广泛认可，并对中国的科学研究和技术发展产生了深远的影响。
本文将介绍控制论的基础概念和李训经的重要著作，以及他对中国控制论发展的影响。
控制论的基础概念控制论是一个跨学科的理论，涉及数学、工程、生物学和社会科学等多个领域。
其基本概念包括系统、反馈、稳定性和优化等。
在控制论中，一个系统是由多个组件或子系统组成的，这些组件之间相互作用、相互影响，共同协同运行。
系统可以是物理系统，如机械系统或电气系统，也可以是抽象的系统，如经济系统或社会系统。
反馈反馈是控制论中的一个核心概念。
它指的是将系统输出的信息与预期的参考信号进行比较，然后根据比较结果调节系统输入，以使系统的行为接近预期目标。
反馈可以是正向反馈（增强系统行为）或负向反馈（抑制系统行为）。
稳定性稳定性是指系统在受到扰动后是否能够保持在预期的状态。
在控制论中，稳定性是一个重要的性质，用于评估系统的可靠性和鲁棒性。
一个稳定的系统能够稳定地向目标状态演变，而不会受到噪声或不确定性的影响。
优化是控制论中的一个关键目标。
通过优化，我们可以在给定的约束条件下，使系统达到最佳性能。
在控制论中，优化方法可以用于确定最佳控制策略、最优参数配置或最佳资源分配。
李训经对中国控制论发展的贡献李训经是中国控制论研究的重要人物之一，他通过翻译和推广西方控制论文献，为中国控制论的发展做出了巨大贡献。
20世纪60年代初期，中国控制论研究刚刚起步，缺乏相关的文献资料。
李训经在这个时期翻译了许多经典的西方控制论著作，如诺伯特·威纳的《控制论及其在人和机器中的应用》和理查德·贝尔曼的《动态规划和最优控制》等。
什么是控制论,它如何解释人类行为和思考方式？
什么是控制论，它如何解释人类行为和思考方式？控制论是一种在系统科学中被广泛应用的理论，它旨在研究不同系统之间的交互作用，以及如何通过控制系统的行为来实现预期的目标。
而控制论的理论应用范围极其广泛，包括工程、生物学、心理学等多个领域。
人类应用控制论不仅可以帮助我们更好地应对环境变化，同时也能够解释人类的行为和思考方式。
本文将探讨其中有关人类行为和思考方式的应用。
一、控制论如何解释人类的行为和思考方式？控制论解释人类行为和思考方式的最重要一点就是：人是一个完全的控制系统。
控制论认为人类大脑是一个运转于生物体中的完整控制系统，并且这个系统在尝试着通过各种方式来适应和控制外部环境的影响。
也就是说，人类对外界的反应和行为是完全可以掌控的。
这与控制论的核心理念，即系统环境是可以控制的是密切相关的。
二、控制论如何解释人类的行为模式？控制论通常应用于制定规划和控制系统来实现特定目标，这也可以适用于人类行为模式的解释。
控制论认为，对于人类行为来说，我们是一个遵循着特定模式的控制系统。
所以，人们的行为模式往往基于过去的行为来进行调整，不是完全不可控的。
换句话说，人的行为模式是由环境和历史所塑造的，进而指导其行为。
三、控制论如何解释人类思考方式？除此之外，控制论也能够解释人类的思考方式。
控制论指出，思考方式是与外部环境和个人意识的交互相关的。
换而言之，人的思考方式可以改变，可以受到不同的情绪、环境和他人的思考方式的影响。
所以，只有通过合理的规划和调整能够有效地控制人的思考模式。
总结综上所述，控制论是一种非常重要的理论，它不仅可以被广泛应用于制定规划和控制系统，同时也可以解释人类行为和思考方式等方面。
机器人和人工智能等技术的迅速发展也凸显了控制论在现代科学中的重要性。
正是因为控制论的存在，人们才能更好的控制其生活。
控制论在自动化系统中的应用
控制论在自动化系统中的应用控制论是一种重要的系统科学，它广泛应用于自动化系统中。
自动化系统是由硬件、软件、控制算法以及传感器和执行机构等元素组成的。
这些元素通过一定的控制策略使得系统能够完成特定的任务或者实现某种功能。
控制论正是为了解决这样的问题而被发展起来的。
本文将介绍控制论在自动化系统中的应用，包括控制理论的基本原理和自动化控制系统的设计方法。
一、控制理论的基本原理控制论是一种描述控制过程的工具。
要想控制一个系统，必须要了解它的动态特性，即系统的内部结构和运动的过程。
控制论从系统的输入、输出、状态和控制命令等方面对系统进行建模和分析。
利用这些模型可以设计出各种控制算法，使得系统能够实现特定的控制目标。
在控制论中，主要有三个要素，分别是反馈、传递函数和系统稳定性。
反馈是指从输出到控制器的信号传递。
通过反馈可以检测系统中的误差信号，并利用控制算法进行校正。
这样可以使系统对外部干扰有较强的抵抗能力。
反馈系统的主要优点是能够有效的控制系统输出，并保证输出趋向于期望值。
但缺点也很明显，反馈系统依赖于控制器与输出信号之间的误差，如果误差过大，那么系统就会不稳定。
传递函数是指描述系统输入输出信号变化关系的数学函数。
传递函数可以通过分析系统的输入输出曲线进行推导，也可以通过模型预测的方式得出。
传递函数是控制系统设计中的核心概念，它决定了系统的特性和控制性能。
系统稳定性是指系统在某些运动状态下的稳定性。
控制系统的稳定性与输入和输出的关系直接相关。
一个不稳定的控制系统会导致输出信号不可控，从而严重影响系统的性能。
二、自动化控制系统的设计方法自动化控制系统通常包括控制器、被控对象、传感器和执行机构等组成的复杂系统。
根据控制理论中的基本原理，可以对自动化控制系统进行建模和分析，并设计各种控制算法。
下面将介绍一些常见的自动化控制系统设计方法。
1、PID控制器PID控制器是最常用的一种控制算法。
它通过比较被控对象的输出信号和期望输出信号之间的误差信号来生成控制命令。
第三章控制论
例子
图中控制装置的输入为给定温度600℃与测量 元件测出的实际炉温之差，当这个温度差大于 规定的精度范围时, 控制装置发出控制, 缩小炉 温与设定温度600℃之间的差值。一旦炉温达 到所要求的精度范围, 控制装置停止控制，这 样炉温就被控制在600℃左右的精度范围内。
3、传递函数
简单的说就是输入输出的关系，即输入信号从系统的输入 端到输出端的变化方式。它通常用输出与输入之比来表示，有 时也用图形和表格。
控制论主要研究系统中普遍存在的共同行为方 式和被考察系统中展开的信息调节过程。
它与信息论不同，信息论在于研究信息的运动 规律和过程，而控制论则主要讨论系统如何取得信 息、处理信息并利用信息来调节自己得行为方式实 现系统所追求得的目标。
经典控制论——现代控制论——大系统 控制理论
研究大系统的结构方案、动方向上看，输入是从环境 到系统，输出是从系统到环境。
从原因和结果方面看，输入是原因，输出是结果。
联系：
输入输出是相对的 反馈机制说明输入输出是相互作用、相互转化的
例子
某加热炉，工业生产要求炉温必须恒定保持在600℃左右，精度范围为 ±1℃。可以将加热炉作为被控对象采用控制装置来构成一个自动 控制系统，控制加热炉的温度在600℃左右的精度范围内变化。系 统框图：
为控制论的产生和发展提供强有力的工具
统计数学：概率论、随机过程理论 统计力学：经典力学
2、生命科学为控制论的产生提供了可类比对象
从系统追求目的的行为方式看，任何系统在获取信息、处理信 息和利用信息来达到自己的控制目的上都是相似的。
3、数理逻辑学和计算机科学的形成是控制论产生的前奏
系统接收外界的刺激后，只要这个刺激量达到了系统作出应答 所必须的阈值它就会作出应答，否则它就完全不应答。
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。
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基本要求：希望同学们了解系统与控制理论思想的产生、发展与应用，掌握系统 控制中的最基本思想——反馈，掌握系统控制中几类典型问题的研究方法与实际 意义，并学以致用，探讨控制论在本专业具体实际中的应用。
力学与工程科学系黄琳院士等为了向全校本科生介绍系统与控制方面的知识， 专 门成立了通选课指导小组，除了由杨莹副教授主讲外，小组成员将帮助主讲教师 搜集材料，对具体讲解内容提出意见与建议，并随时欢迎同学们就感兴趣的问题 和我们进行交流。
Cybernetics and Control Theory
控制论
一、控制论产生的背景
社会背景 现代社会的生产和管理对于高度自动化水平的需要 社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会比十所大学更能把科学
推向前进。
—— 恩格斯 直接原因
二战期间，维纳参加了火炮控制和电子计算机的研制工作。 1943年， 维纳、毕格罗和罗森勃吕特三人共同发表了《行为、目的和目的论》， 1948年维纳发表了著名的《控制论—关于在动物和机器中控制和通讯的科 学》，控制论诞生。
上课时间：每周二11－12节 上课地点：理教118 学时：34（1－17周） 学分：2
评分标准：平时表现（出勤与讨论）占总成绩25％，课后作业25％，实验10％ ，期末考试40％。
教材：Richard C. Dorf, Robert H. Bishop ，《现代控制系统》 (中文版) (Modern Control Systems)
输入
输出
五、控制论的主要分支
❖ 工程控制论
控制论在工程技术方面（机械的、电机的和电子的自动 控制系统）上的运用。又称自动控制理论，或简称控制 理论（control theory） 我国著名科学家钱学森1954年在美国出版了《工程
控制论》一书。 三个阶段：
四十至五十年代：经典控制理论 六十至七十年代：现代控制理论 七十年代以后：大系统控制理论
控制理论
代替人手
代替人眼
自动反馈控制系统
一般自动控制系统的结构图
恒温控制系统
水位自动控制系统
掌握重要概念：反馈！
生物控制论
体液调节，神经控制
维持血糖稳态的装置图
▪ 社会控制论
控制论用于社会的生产管理、交通运输、资源开发、 环境保护等
人口控制
经济控制
宏观经济的最优控制、建立最优经济增长模型、最佳消费投 资比例、最佳广告费用、有价证券选择、金融市场最优控制、 智基能本控建制设论 投资优化问题等等。
控制论的最高阶段
理论准备 数学分析, 微分方程, 统计数学,信息科学
二、我国古老的自动装置及其反映的 控制思想
什么是自动化？
一般是指生产、管理和科研过程中，在没有人 的直接
干预下，通过一定的技术装置，就能达到预定 的目标。
其中有关的技术装置，就是自动控制装置。
水钟
指南车(三国时期)
喷射飞机始祖”万户”(约十四世纪 末)
在这里可以暂时停下来指出一个关于是非曲直的教训：把中国看作一个有 无限劳动力因而不可能发明和采用节省劳力措施的文化，这种传统的欧洲偏 见已被许多事实揭穿并真正推翻了——我们在以上发明中就看到这个突出的 实例。
总之，在这里中国人是长期优先的，而感到惊奇、感激和不开化的人是 欧洲人。
参考书
①英国科学家李约瑟（Joseph Needham）博 士1928年《中国科学技术史》(Science and Civilization in China)
突破了动物与机器之间的界限
航行问题
无负反馈偿的系统 特点：系统中至少有一个将输出量加以回输的闭合环路，是具有反馈的闭环系统。
2、按扰动进行调节的系统 特点：输入量按负荷的变化而成比例的改变以趋近目标值，是开环系统，抗干扰 能力差。
3、黑箱——灰箱——白箱 “知人知面不知心” 中医“望、闻、问、切”
②刘仙洲(曾任北洋大学校长，清华大学副校长) 《中国机械工程发明史》
三、近代科学技术史上的自动装置
瓦特离心式调速器
磨
四、控制论的基本概念和方法
1、什么是控制？
为了改善某个对象的功能，需要获得并使用信息，以这种 信息为基础而选出的，加于该对象上的作用。
❖ 因果关系 ❖ 目的
2、 反馈
“一切有目的的行为都可以看作需要负反馈的行为。” —— 《行为、目的和目的论》