自动控制理论发展概况
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。
§1.2 自动控制理论发展概述
1.2自动控制理论发展概述自动控制理论是在人类征服自然的生产实践活动中孕育、产生，并随着社会生产和科学技术的进步而不断发展、完善起来的。
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概念的直观认识，发明了许多闪烁控制理论智慧火花的杰作。
例如，我国北宋时代（公元1086～1089年）苏颂和韩公廉利用天衡装置制造的水运仪象台，就是一个按负反馈原理构成的闭环非线性自动控制系统；1681年DennisPapin发明了用做安全调节装置的锅炉压力调节器；1765年俄国人普尔佐诺夫（I．Polzunov ）发明了蒸汽锅炉水位调节器等等。
1788，英国人瓦特（James Watt）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。
之后，人们曾经试图改善调速器的准确性，却常常导致系统产生振荡。
实践中出现的问题，促使科学家们从理论上进行探索研究。
1868年，英国物理学家麦克斯韦（J．C．Maxwell）通过对调速系统线性常微分方程的建立和分析，解释了瓦特速度控制系统中出现的不稳定问题，开辟了用数学方法研究控制系统的途径。
此后，英国数学家劳斯(E．J．Routh)和德国数学家古尔维茨(A．Hurwitz)分别在1877年和1895年独立地建立了直接根据代数方程的系数判别系统稳定性的准则。
这些方法奠定了经典控制理论中时域分析法的基础。
1932年，美国物理学家奈奎斯特（H．Nyquist）研究了长距离电话线信号传输中出现的失真问题，运用复变函数理论建立了以频率特性为基础的稳定性判据，奠定了频率响应法的基础。
随后，伯德（H．W．Bode）和尼柯尔斯(N．B．Nichols)在20世纪30年代末和40年代初进一步将频率响应法加以发展，形成了经典控制理论的频域分析法，为工程技术人员提供了一个设计反馈控制系统的有效工具。
二战期间，反馈控制方法被广泛用于设计研制飞机自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达天线控制系统以及其他军用系统。
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。
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。
自动控制理论发展综述
自动控制理论发展综述作者：董伟华来源：《中国科技博览》2016年第12期[摘要]科学技术的高度发展使得控制的对象日益复杂化，传统的自动控制理论在面临复杂性所带来的困境时，力图突破旧的模式以适应社会对自动化学科提出的新要求。
本文就自动控制理论发展进行论述。
[关键词]自动控制；发展；应用中图分类号：TP13 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0115-01引言随着控制系统复杂性的增加，不确定因素的增多，要求各控制理论分支有进一步的发展，弥补各理论分支的缺点与不足，以满足更高的控制性能指标。
一、自动控制理论的概念1.1 概念自动控制是区别于以往的人工控制，它利用外加的自动控制装置对机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行，从而代替人工操作使之达到预期的性能或状态指标，自动控制技术可以有效提高企业的经济效益和产品的质量，在恶劣环境下能够代替人工操作。
在控制论中“系统”和“反馈”是自动控制理论概念的核心，现代科学技术发展的必然趋势是全球对复杂系统科学或复杂性科学研究越来越多，分析系统的性质和结构、调控系统的运动状态是控制理论要解决的主要问题。
“反馈”的概念控制论中最核心的概念，“反馈” 的概念能对付各种等不确定因素对被控系统的影响，也能让控制系统具有人类“智能”行为的特征。
自动控制理论就是研究自动控制系统中变量的变化规律及其改进的途径。
1.2 特点自动控制理论具有两个特点：一是控制理论重视对定量的研究，数学理论与方法被广泛应用在控制理论研究中；二是控制理论的科学命题有广泛的实际背景，具有丰富的实际来源具。
这两个特点是由自动控制理论所包含的“系统”与“反馈”的两个概念所决定的。
二、自动控制理论的发展历程2.1 自动控制理论的萌芽及形成任何一个理论的形成与发展都是伴随着社会生产力的发展而发展的，早在2000 多年前我国发明的指南车就属于一种开环自动调节的机器。
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自动控制理论发展概况
——航
自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下利用机械以及程序进行的工程生产以及生活应用，于是在此需求下就形成了一种系统，称之为自动控制系统，这是一类力求以尽可能少的人类干预实现尽可能多的自动监视、检测、调节和控制作用以达到预期技术要求的人造系统。
而为了更好地让人们学习和应用这个系统，则派生了一门学科，即自动控制理论，研究这类系统的构思、设计、性能、分析，乃至实施和运行的原理和技术。
自动控制理论已经经过了漫长的发展，关于自动控制的历史，早在古代，我国勤劳的劳动人民就凭借生产实践中积累的丰富经验和对控制以及反馈概念的深刻理解以及直观认识，发明了许多蕴含着深刻控自动控制技术的工具。
如果要深入追溯自动控制技术的发展历史，那么早在两千年前中国就有了自动控制技术的萌芽。
例如，两千年前我国发明的指南车，就是一种开环自动调节系统。
它利用差速齿轮原理，利用齿轮传动系统，根据车轮的转动，由车上木人指示方向。
不论车子转向何方，木人的手始终指向南方，“车虽回运而手常指南”。
这是最早的自动化控制应用，也是自动化技术的萌芽阶段。
经典控制理论的发展阶段。
后来到18世纪，欧洲开始了轰轰烈烈的工业革命，工业迅速发展，这段时间让人们认识到机械运作在工业工程上的巨大便利以及其极高的效率。
1788年瓦特为了控制蒸汽机的速度而发明了离心式调速器，又称瓦特调速器或飞球调速器。
这是一个闭环控制系统，也是一个反馈调节系统，这一发明为经典控制理论的发展拉开了序幕。
控制理论发展的初期，主要是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制。
于是在工业革命的时期，自动控制技术有一个非常良好的发展环境，在20世纪形成了比较完整的自动控制理论体系，即经典控制理论。
经典控制理论的分析方法为复数域方法，以传递函数作为系统数学模型，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。
但是只适应
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。
现代控制理论的发展阶段。
因为经典控制理论在实际应用中存在较大的局限性，于是随着科技的发展，20世纪60年代初，以线性代数理论和状态空间分析法为基础的现代控制理论迅速发展起来。
在现代控制理论的发展过程中，有很多科学家提出的理论为现代控制理论做出了杰出的贡献，其中具有代表性的有：
极大值原理，是20世纪50年代中期苏联学者Л.С.庞特里亚金提出的，极大值原理是对分析力学中古典变分法的推广，能用于处理由于外力源的限制而使系统的输入（即控制）作用有约束的问题，并且通过此找出了最优控制问题存在的必要条件。
动态规划：20世纪50年代初美国数学家R.E.Bellman等人在研究多阶段决策过程的优化问题时，提出了著名的最优化原理，把多阶段过程转化为一系列单阶段问题，利用各阶段之间的关系，逐个求解，创立了解决这类过程优化问题的新方法——动态规划。
此方法为最优控制问题提出了一条重要的解决思路。
罗森布洛克(I．H．Rosenbrcek)、欧文斯(D．H．Owens)和麦克法轮(G．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，为进一步建立统一的线性系统理论奠定了基础。
现代控制理论本质上是一种“时域法”，其引入了“状态变量”和“状态方程”描述系统，更能反映出系统的内在本质和特性。
适应于多变量、非线性、时变系统。
大系统理论以的发展阶段。
20世纪70年代开始，出现了一些新的控制方法和理论，其主要的理论方向称之为大系统理论。
大系统理论是研究规模庞大、结构复杂、目标多样、功能综合、因素众多的工程与非工程大系统的自动化和有效控制的理论。
大系统指在结构上和维数上都具有某种复杂性的系统。
具有多目标、多属性、多层次、多变量等特点。
如经济计划管理系统、信息分级处理系统、交通运输管理和控制系统、生态环境保护系统以及水源的分配管理系统等。
大系统理论是70年代以来，在
生产规模日益扩大、系统日益复杂的情况下发展起来的一个新领域。
它的主要研究课题有大系统结构方案，稳定性、最优化以及模型简化等。
大系统理论是以控制论、信息论、微电子学、社会经济学、生物生态学、运筹学和系统工程等学科为理论基础，以控制技术、信息与通信技术、电子计算机技术为基本条件而发展起来的。
原有的控制理论，不论是经典控制理论，还是现代控制理论，都是建立在集中控制的基础上，即认为整个系统的信息能集中到某一点，经过处理，再向系统各部分发出控制信号。
这种理论应用到大系统时遇到了困难。
这不仅由于系统庞大，信息难以集中，也由于系统过于复杂，集中处理的信息量太大，难以实现。
因此需要有一种新的理论，用以弥补原有控制理论的不足。
大系统的自动化和有效控制，常用多级递阶系统和分散控制系统两种形式。
其手段是“大系统的分析与综合”。
大系统理论是过程控制与信息处理相结合的综合自动化理论基础，是动态的系统工程理论。
它是一个多输入、多输出、多干扰、多变量的系统。
智能控制理论的发展阶段。
智能控制（intelligent controls）在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。
试图单用传统的控制理论和方法去解决复杂的对象，复杂的环境和复杂的任务是不可能的。
智能控制与传统的或常规的控制有密切的关系,不是相互排斥的。
常规控制往往包含在智能控制之中,智能控制也利用常规控制的方法来解决“低级”的控制问题,力图扩充常规控制方法并建立一系列新的理论与方法来解决更具有挑战性的复杂控制问题。
智能控制是以控制理论、计算机科学、人工智能、运筹学等学科为基础,扩展了相关的理论和技术,其中应用较多的有模糊逻辑、神经网络、专家系统、遗传算法等理论和自适应控制、自组织控制、自学习控制等技术。
尽管智能控制在目前的高端领域应用实例还是比较少，这也说明了其还在发展阶段，还是一项不成熟的技术，但是目前AI领域的发展以及各种智能家居的发展是非常热门的，随着科技的不断进步，智能控制的发展前景广阔无前，这是未来自动控制理论发展的必然方向，也是自动控制理论的未来。