控制论国内外发展情况讲解共68页
【经典】自动控制理论的发展ppt课件
开环控制系统方框图
输入量 控制装置 被控对象
输出量
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开环控制的特点
由于开环控制的特点是控制装置只按照给定的 输入信号对被控制量进行单向控制，而不对控 制量进行测量并反向影响控制作用。这样，当 炉温偏离希望值时，开关 K 的接通或断开时间 不会相应改变。因此，开环控制不具有修正由 于扰动（使被控制量偏离希望值的因素）而出 现的被控制量与希望值之间偏差的能力，即抗 干扰能力差。
开环系统主要问题：无法自动减小或消除由于扰 动而产生的(实际液位与设定液位之间)误差。
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2).闭环控制
闭环控制是指系统的被控制量（输出量）与控
制作用之间存在着反馈的控制方式。采用闭环控制
的系统称为闭环控制系统或反馈控制系统。闭环控
制是一切生物控制自身运动的基本规律。人本身就 是一个具有高度复杂控制能力的闭环系统。（例如 图1-4）手是被控对象，手的位置为被控量。
智能控制
是近年来新发展起来的一种控制技术，是人工智能在控制上 的应用。智能控制的概念和原理主要是针对被控对象、环境、控 制目标或任务的复杂性提出来的，它的指导思想是依据人的思维 方式和处理问题的技巧，解决那些目前需要人的智能才能解决的 复杂的控制问题。被控对象的复杂性体现为 : 模型的不确定性， 高度非线性，分布式的传感器和执行器，动态突变，多时间标度， 复杂的信息模式，庞大的数据量，以及严格的特性指标等。智能 控制是驱动智能机器自主地实现其目标的过程，对自主机器人的 控制就是典型的例子而环境的复杂性则表现为变化的不确定性和 难以辨识。 智能控制是从“仿人”的概念出发的。一般认为，其方法包 括学习控制、模糊控制、神经元网络控制、和专家控制等方法。
图1－1
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开环控制系统例2
控制理论及智能控制论的发展与现状
控制理论及智能控制论的发展与现状【摘要】控制论涉及面很广，研究许多不同领域对象的控制问题，也用了各种比较高深的数学工具，文章拟以通俗的语言，简明的介绍了控制理论及其智能控制论的基本思想、基本问题和主要方法，系统的叙述了控制论和智能控制论的发展历程并讨论了其未来的发展前景。
关键词：控制论；智能控制论；神经网络；系统辨识1 引言控制理论经过数十年世界范围的发展，研究成果十分丰富，其中一些研究经过不断发展完善已经成为成熟的独立学科，还有一些研究经过一段时间的繁荣昌盛，大大促进了控制理论的发展，完成了历史的使命，现在看其本身的理论及应用价值却是有限的。
当前，控制理论已渗透到几乎所有工程技术领域，新的问题、专题及学科分支大量涌现，五彩缤纷。
但也会使人有目不暇接，无所适从之感。
当前，高新技术的发展提出了形形色色的新问题，难度大，急待解决.面对这些新问题，现有的控制理论常常显得无能为力，使得一些问题甚至等不及理论上的准备及指点，已在实际中用各种技术手段着手加以解决。
在这样的形势下，本文对控制理论的发展及现状进行了系统性的分析与探讨，了解主线索及脉络，以便在对未来的发展做探索时能有所帮助。
2 “控制理论”产生的历史背景及其核心内容在20世纪中叶，各学科正处于交叉渗透时期，而且各门学科的边缘区域及其交叉点，正是等待开垦的科学领域。
恰如控制论创始人维纳（N.Wiener）所讲的：“在科学发展上可以得到最大收获的领域是各种建立起来的部门之间的被忽视的无人区。
”正是基于这种思想，维纳与信息论创始人申农、计算机创始人图灵以及神经学家等进行多次讨论、交流、合作，于1948年发表了《控制论—关于在动物和机器中控制和通讯科学》的著作。
论述了控制论的一般方法，推广了反馈的概念，为控制理论这门学科奠定了坚实的基础。
从维纳的控制论中，可以总结出3个最基本而又重要的概念：信息、反馈和控制，此即为控制论的三要素。
反馈的概念是于1920年首先出现在贝尔电话实验室的文献中，后经维纳的引入，逐渐推广在工程、生物、心理和其他社会科学领域。
控制论课件PPT
指南车 铜壶滴漏 计里鼓车 候风地动仪 漏水转浑天仪 水运仪象台 木马流牛
……
现代控制论的研究对象是多输入和多输出系统的非线性控制系统， 其中重点研究的是最优控制、随机控制和自适应控制，主要应用 于大规模机组自动化和生物系统。
大系统理论的主要研究对象是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)，研 究的重点是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等。
控制是系统建立、维持、提高自身有序性 的手段。
除了自然界进化中产生的控制外，只要人 们可以发挥主观能动性，选择一定的手 段去作用于对象，使其达到预定的目标， 就构成了控制问题。系统地提供这种概 念、原理和方法的学问，就是控制论。
控制的任务
（1）定值控制 在某些控制问题中，控 制任务是使受控量y稳定地保持在预定 的常数值y0上，称为定值控制。如人的 体温，血压。
1948年写成了《控制论》一书。 《控制论》引进了系统、目的、反馈、信息、功能模
拟、黑箱方法等一系列独特的概念，讨论了如何实现 对系统的控制问题。 《控制论》的出版，成为控制论诞生的标志。 此后，控制论又扩展出工程控制论、生物控制论、社 会控制论、经济控制论等分支学科。
控制的问题
控制是施控者影响和支配受控者的行为过程，一 种有目的的活动。施控主体采取一定的策略 手段作用于受控对象，力求使其行为状态发 生合目的的变化，从现在的实有状态转变为 期望的未来状态。现实世界形形色色的关系 可分为五大类：身心（身体与心理）关系、 人人（自己与他人）关系、人机（人与工具、 机器）关系、人天（人类与大自然）关系、 天天（自然物与自然物）关系，每个关系领 域中都少不了控制。
控制论
首先，黑箱方法是研究结构复杂系统的有效工具； 其次，黑箱方法是研究生命系统的主要方法； 再次，黑箱方法是研究尚不能打开系统的唯一手段。 2. 功能模拟方法既是论的基本方法， 又是具有相对独立性的科学研 究方法。 纵观模拟方法的历史发展，大体经历了三个阶段： 第一个阶段，从直观模拟到机器或技术的仿制； 第二个阶段，在实验科学基础上发展起来的模拟实验方法； 第三个阶段，控制论中的功能模拟方法。 功能模拟方法主要有以下几个特点： 首先， 功能模拟只以功能和行为相似为基础， 所模拟的一切具有 通讯和控制功能系统的合乎目的性的行为； 其次， 在传统模拟中， 模型只是认识原型的手段， 在功能模拟中， 模型是具有生物目的行为的机器； 再次， 功能模拟借助黑箱方法， 从功能上描述和模仿系统对环境 影响的反应方式，一般无需分析系统的内部机制和个别要素， 不 追求模型的结构与原型相同。 功能模拟方法的意义： � 功能模拟开辟了向生物界寻求设计思想的新途径； � 功能模拟为人工智能的研究提供了有效方法； � 功能模拟的发展必然带来认识和实践手段的新飞跃。 3. 反馈方法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
控制论一般只研究带有反馈回路的闭环控制系统，这是系统的 基本特点之一。维纳认为控制系统也是一种信息系统，因此， 必须用信息的观点来研究控制系统，这是控制论系统的另一个 观点，因此，我们可以把通过信息的传输，交换和反馈来实现 自动调节的控制系统称之为控制论系统。 4. 输入与输出 一般地说，我们可以把环境对系统的影响和作用称为系统的输 入，而把系统对环境的反向影响和反向作用称为系统的输出。 三． 控制论的基本方法 1. 黑箱方法是控制论的认识方法 黑箱是指人们意识无需或无法直接观测其内部结构， 只能从外部 的输入和输出去认识的现实系统。 黑箱的概念是相对的，这种相对性还表现在随着科学技术的进 步， 认识手段和认识能力的提高， 许多原先是黑箱的事物可以转 化为黑箱乃至白箱。 黑箱方法的应用，可以简化为以基本步骤： 第一，建立主体和客体的耦合系统 ； 第二，通过输入和输出主动考察黑箱； 第三，建立模型辨识黑箱。 黑箱方法的意义： 黑箱方法在现代科学技术和社会实践诸方面得到广泛的应用， 显 示了越来越大的作用：
《控制论》
《控制论》控制论之父诺伯特●维纳是美国著名数学家，被尊称“控制论之父”。
他*岁上大学，8岁获哲学博士学位，通晓十国语言,是现代科学史上有名的少年早慧者。
维纳在科学上的最大贡献是创立控制论。
他认为，在科学发展上可以得到最大收获的领城，是各种已经建立起来的部门之间的被忽视的无人区。
1.控制论的由来自从1948年诺伯特. 维纳发表了著名的《控制论一关于在动物和机器中控制和通讯的科学》一书以来，控制论的思想和方法已经渗透到了几乎所有的自然科学和社会科学领域。
维纳把控制论看作是一门研究机器.生命社会中控制和通讯的- -般规律的科学，是研究动态系统在变的环境条件下如何保持平衡状态或稳定状态的科学。
他特意创造“Cybemetis"这个英语新词来命名这门科学。
“控制论”- 词最韧来源希腊文“mberuhhtz”"原意为“提舵术”，就是掌舵的方法和技术的意思。
在柏拉图(古希腊哲学家)的著作中，经常用它来表示管理的艺术。
2.控制论的定义是研究动物(包括人类)和机器内部的控制与通信的一般规律的学科，着重于研究过程中的数学关系。
综合研究各类系统的控制，信息交换、反馈调节的科学，是跨及人类工程学、控制工程学、通讯工程学、计算机工程学、一般生理学、神经生理学、心理学、数学、逻辑学，社会学等众多学科的交叉学科。
3.控制论的基本部分（1）信息论主要是关于各种通路(包括机器、生物机体)中信息的加工传递和贮存的统计理论。
（2）自动控制系统的理论主要是反馈论，包括从功能的观点对机器和物体中(神经系统、内分泌及其他系统)的调节和控制的-般规律的研究。
（3）自动快速计算机理论即与人类思维过程相似的自动组织逻辑过程的理论。
3.主要特征第一个特征要有一个预定的稳定状态成平衡状态。
例如在上述的速度控制系统中，速度的给定值就是预定的稳定状态。
第二个特征从外部环填到系统内部有-种信息的传递。
例如，在速度控制系统中，转速的变化引起的离心力的变化，就是一种从外邮传递到系统内部的信息。
简述控制论发展各阶段及特点
简述控制论发展各阶段及特点控制论是一门研究控制系统行为的学科，它的发展经历了多个阶段。
本文将对控制论的发展各阶段及其特点进行简述，并进行适当的解释和扩展。
一、起源阶段：控制论的起源可以追溯到20世纪40年代。
在这个阶段，控制论主要集中在线性系统的稳定性和控制方法上。
由于当时计算机技术的限制，研究者们主要关注线性系统的分析与设计，研究方法主要基于数学模型和数学推导。
起源阶段的控制论主要解决了线性系统的稳定性和控制问题，为后续的发展奠定了基础。
二、成熟阶段：20世纪50年代至70年代是控制论的成熟阶段。
在这个阶段，控制论开始从线性系统扩展到非线性系统，并且开始关注系统的优化和鲁棒性。
研究者们提出了一系列针对非线性系统的分析和设计方法，如状态空间法、最优控制理论和鲁棒控制理论等。
成熟阶段的控制论在理论和方法上取得了重要突破，为控制系统的实际应用提供了坚实的理论基础。
三、应用阶段：20世纪80年代至今，控制论进入了应用阶段。
在这个阶段，控制论开始广泛应用于各个领域，如工业控制、交通控制、航空航天等。
应用阶段的控制论注重实际问题的解决和系统的实际应用。
研究者们不仅关注系统的数学模型和理论分析，还注重系统的实际操作和实验验证。
应用阶段的控制论在理论和方法上进一步发展，提出了许多新的技术和方法，如自适应控制、模糊控制和神经网络控制等。
在控制论的发展过程中，有几个重要的特点值得注意：控制论是一门跨学科的学科。
它涉及到数学、物理、工程等多个学科的知识，需要研究者具备多学科的综合能力。
控制论的跨学科性使得它能够应用于各个领域，并提供了解决复杂问题的方法和思路。
控制论是一门实用的学科。
它的目标是设计和实现具有预期行为的控制系统，解决实际问题。
因此，控制论注重系统的实际操作和实验验证，研究者们不仅关注理论的推导和证明，还注重系统的实际应用和效果评估。
控制论是一门不断发展的学科。
随着科学技术的进步和实际问题的需求，控制论不断发展和完善。
控制理论的发展
宇宙哥伦布-加加林
Capsule used in first manned orbit of earth
In 1961, the first human to pilot a spacecraft, Yuri Gagarin, was launched by the Soviet Union aboard Vostok I.
(4) C. Shannon提出继电器逻辑自动化理论(1938)，随后，发表专著《通信的数字 理论》(The Mathematical Theory of Communication)，奠定了信息论的基础(1948)
C. E. Shannon
第二阶段。时间为20世纪60～70年代，称为“现代控制理论”时期。 第二阶段。时间为20世纪60～70年代，称为“现代控制理论”时期。 20世纪60 年代 这个时期，由于计算机的飞速发展，推动了空间技术的发展。 这个时期，由于计算机的飞速发展，推动了空间技术的发展。
数学与应用数学08-4班 王刚琦
控制理论的发展
更早 的探索
经典控制 理论时期
现代控制 理论时期 智能控制时期
20世纪40年代之前，科学家的早期探索。 20世纪40年代之前，科学家的早期探索。 世纪40年代之前
1）、我国北宋时期(1086～1089年)天 文学家苏颂、韩公廉建造的水运仪 象台。
2）、1681年法国物理学家、发明家巴本(D.Papin)，发明了用作安全调节装置 的锅炉压力调节器。 3）、1765年，俄国人普尔佐诺夫(I.Polzunov)发明了蒸汽锅炉水位调节器。 4）、1788年，英国人瓦特(J.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。
第一阶段。时间为20世纪40～60年代，称为“经典控制理论”时期。 第一阶段。时间为20世纪40～60年代，称为“经典控制理论”时期。 20世纪40 年代
第三章控制论
反馈过时所造成的后果——积重难返。与其相对应的 是反馈及时，就是一旦被控量偏离目标被反馈装置及时检 测出来并及时传递给控制器，控制器则及时地处理此信息 并利用它及时地加以调节和控制。
促使恶性循环式正反馈向良性循环转化的方法：
割断反馈环 使用滤波器剔除不真实信息 直接削弱构成正反馈关系的系统间的作用
四、控制系统 1、控制系统
控制系统是由施控者和受控者两个基本要素以一定的相互作 用联系方式构成的系统。施控主体作用于受控客体就是控制作用或 直接作用；受控客体反作用于施控主体成为反馈作用或反作用。 控制系统的特性：
3、控制系统分类 根据控制系统有无反馈回路及其处理干扰方式的不 同可分为开环控制系统、闭环控制系统和组合控制 系统。
开环控制系统
在一个控制系统中不存在反馈回路，其输入不受输 出状况的影响，则称该系统为开环控制系统。 根据其处理干扰方式的不同又可分为“忽略型”和 “预处理型”两类。
开环控制
结构框图
三、控制论产生的技术基础 1、控制论与自动化技术 控制论直接产生于工程技术科学 自动化技术：自动控制技术
计算机信息处理技术
2、自动控制装置举例
我国西汉时期的指南车 我国西汉时期的提花机 欧洲15世纪的自动调节磨 蒸气调节器
标ernetics—Control and communication in the animal and the machine ） 1954年钱学森（H.S Tsien）的工程控制论 Engineering Cybernetics 在美国出版 影响
控制理论发展简史
控制理论发展简史控制理论经过数十年世界范围的发展，研究成果十分丰富，其中一些研究经过不断发展完善已经成为成熟的独立学科，还有一些研究经过一段时间的繁荣昌盛，大大促进了控制理论的发展，完成了其历史使命，现在看起来，其本身的理论及应用价值却是有限的。
当前，控制理论已渗透到几乎所有工程技术领域，新的问题、专题及学科分支大量涌现，五彩缤纷，但也使人有迎接不暇，无所适从之感。
当前，高新技术的发展提出了形形色色的新问题，难度大，亟待解决。
面对这些新问题，现有的控制理论常常显得无能为力，使得一些问题甚至等不到理论上的准备及指点，已在实际中用各种技术手段着手加以解决了。
控制理论发展的历史可追溯到十八世纪中叶英国的第一次技术革命。
1765年，瓦特（Jams Wate，1736～1819）发明了蒸汽机，进而应用离心式飞锤调速器原理控制蒸汽机，标志着人类以蒸汽机为动力的机械化时代的开始。
后来，工程界用自动控制理论讨论调速系统的稳定性问题。
1868年发表的"关于调节器"一文中指出，控制系统的品质可用微分方程来描述，系统的稳定性可用特征方程根的位置和形式来研究。
1872年劳斯（E.J.Routh，1831～1907）和1890年赫尔维茨（Hurwitz）先后找到了系统稳定性的代数判据，即系统特征方程根具有负实部的充分必要条件。
1892年俄国学者李亚普诺夫（1857～1918）发表了"论运动稳定性的一般问题"的博士论文，提出了用适当的能量函数–李亚普诺夫函数的正定性及其倒数的负定性来鉴别系统的稳定性准则，从而总结和发展了系统的经典时域分析法。
随着通讯及信息处理技术的迅速发展，电气工程师们发展了以实验为基础的频率响应分析法，1932年美国贝尔实验室工程师奈奎斯特发表了反馈放大器稳定性的著名论文，给出了系统稳定性的奈奎斯特判据。
后来，苏联学者米哈依洛夫又把奈奎斯特判据推广到条件稳定和开环不稳定系统的一般情况。
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》。