自动控制原理课程介绍

自动控制原理杭州电子科技大学“自动控制原理”精品课程课题组/eol/jpk/course/index.jsp?courseId=22202012.092008年度浙江省精品课程2/1/20231主要内容自动化专业概述课程性质与定位课程内容课程目标与其他课程的联系课程要求考核方式参考书目2/1/20232《自动控制原理》课程介绍一、自动化专业概述自动化与自动控制自动控制技术的发展与人类文明进步控制科学与工程学科我国自动化专业的特点2/1/20233《自动控制原理》课程介绍1、自动化与自动控制自动化（Automation）——机器或装置在无人干预情况下按指定程序或指令自动地进行操作或运行。广义上，自动化还包括模拟或再现人的智能活动。自动控制（AutomaticControl）——是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和技术。2/1/20234《自动控制原理》课程介绍两者的区别：通常自动化主要应用于工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务以及家庭等人造系统的控制问题；而自动控制除了上述研究外，还研究社会、经济、生物、环境等非人造系统的控制问题。由于自动化与自动控制具有明显的工程特点，一般将本学科称为控制科学与工程（ControlScienceandEngineering）。2/1/20235《自动控制原理》课程介绍I.早期控制(EarlyControl)

(1400B.C.~1900)(1)

中国，埃及和巴比伦出现自动计时漏壶(1400B.C.~1100B.C.)。孙武著《孙子兵法》(600B.C.)西汉漏壶2、自动控制技术的发展与人类文明进步2/1/20236《自动控制原理》课程介绍(2)

秦昭襄王时(256B.C.)

，李冰主持修筑的都江堰体现并实践了系统的观念，被誉为“世界水利文化的鼻祖”(联合国评定的世界重要文化遗产)

。天府之国的由来：水旱从人，不知饥馑，时无荒年，天下谓之“天府”也（《史记》）。2/1/20237《自动控制原理》课程介绍(3)亚历山大的古希腊发明家、数学家希罗（古代最伟大实验家）进行了大量的机械设计，最著名的是希罗汽动球，后人称为蒸汽机的雏形。此外，他还设计过神庙中的自动门、自动给水装置与齿轮组及最早利用风能的风轮。2/1/20238《自动控制原理》课程介绍(4)

中国东汉张衡发明水运浑象，研制出记里鼓车和自动测量地震的候风地动仪(132年)1088年，北宋苏颂等把浑仪（天文观测仪器）、浑象（天文表现仪器）和自动计时装置结合在一起建成了水运仪象台。记里鼓车2/1/20239《自动控制原理》课程介绍(5)

三国马钧研制出用齿轮传动的自动指示方向的指南车

(235年)诸葛亮的木牛流马2/1/202310《自动控制原理》课程介绍(6)

1637年，中国明代科学家宋应星（1587-1666）所著《天工开物》记载有程序控制思想(CNC)的提花织机结构图。2/1/202311《自动控制原理》课程介绍(7)1642年，法国物理学家（数学家、哲学家、散文家）B.Pascal（1623-1662）发明了加法器。人的灵魂有两个入口：一是理智、一是意志。2/1/202312《自动控制原理》课程介绍

(8)

荷兰数学家、物理学家惠更斯C.Hugens(1629-1695)利用反馈控制原理发明了高性能的钟摆与天文望远镜。2/1/202313《自动控制原理》课程介绍(9)

1673年，德国科学家G.W.Leibniz(1646-1716)制造了能进行加、减、乘、除及开方运算的计算器。这是继帕斯卡加法机后，计算工具的又一大进步。他还系统地阐述了二进制计数法，并与中国的八卦相联系，为计算机的现代发展奠定了坚实的基础。

1745年，英国机械师E.Lee发明了带有风向控制的风磨，利用尾翼来使主翼对准风向。

1765年，俄国机械师И.И.波尔祖诺夫发明了为蒸汽锅炉水位保持恒定用的浮子式阀门水位调节器。2/1/202314《自动控制原理》课程介绍(10)英国J.Watt基于机械式调节原理，将离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速的闭环自动调速系统(1788年)2/1/202315《自动控制原理》课程介绍

(11)

英国天文学家G.B.Airy（1801-1881)系统的研究了天文望远镜的速度控制，并根据倒立摆离心力原理，发现了系统的不稳定性。首次提出反馈系统的稳定性问题研究，并利用微分方程来研究反馈控制动力学系统。光学仪器的分辨率：（圆孔夫琅禾费衍射时爱里斑的半角宽度，即光学系统最小分辨角）2/1/202316《自动控制原理》课程介绍(12)

英国J.M.Gray设计出第一艘全自动蒸汽轮船“东方”号(GreatEastern)(1866年)2/1/202317《自动控制原理》课程介绍(13)由徐寿设计的中国第一艘蒸汽轮船“黄鹄”号(L20m,25T,10km/hr)在安庆内军械所下水(1866)。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。操江号(62m×10m),392匹马力，600T排水，备炮9门2/1/202318《自动控制原理》课程介绍(14)英国剑桥大学的物理学家J.C.Maxwell(1831-1879)于1868年发表文章“OnGovernors（论调节器）”，指出控制系统的品质可用微分方程来描述，动态系统的稳定性可以利用特征方程根的位置和形式来研究，成功解决了二阶及三阶系统的稳定性。剑桥大学的E.J.Routh和德国的A.Hurwitz分别在1877年和1890年先后独立发现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，解决了多阶系统的稳定性判断。2/1/202319《自动控制原理》课程介绍(15)

1892年，俄国数学力学家A.M.Lyapunov完成的博士论文《GeneralProblemoftheStabilityofMotion论运动稳定性的一般问题》，提出了利用适当的能量函数—Lyapunov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。2/1/202320《自动控制原理》课程介绍(16)法国数学家J.H.Poincaré(1854-1912)为了研究行星轨道和卫星轨道的稳定性问题，在1881～1886年间创立了微分方程的定性理论。他研究了微分方程的解在四种类型的奇点（焦点、鞍点、结点、中心）附近的性态，并提出根据解对极限环(一种特殊的封闭曲线)的关系，可以判定解的稳定性。此外，庞加莱还在1895年证明了“庞加莱回归定理”，并开创了动力系统理论。后人评价：整个地改变了数学科学的状况，在一切方向上打开了新的道路。2/1/202321《自动控制原理》课程介绍II.经典控制前期(ThePre-classicalPeriod)(1900-1935)(2)

美国福特(FordMotor)汽车公司建成最早的汽车装配流水线(1913)。(1)

WrightBrothers

于1903年12月17完成了人类历史上首次动力飞行，开创了航空业的新篇章。2/1/202322《自动控制原理》课程介绍(3)E.Sperry(1860-1930),创立Sperry公司。由他们设计和制造的陀螺仪（gyroscope）和各种控制装置被广泛的应用到二战时期的美军军舰、鱼雷、火炮、雷达和飞机上。L.Sperry(1892-1923),在1914年的巴黎航展中，成功地演示了陀螺仪全自动机身平衡与稳定，为航空业的快速发展做出了重要贡献。2/1/202323《自动控制原理》课程介绍(4)1922年，美国N.Minorsky

研制出用于船舶操纵的伺服结构，提出PID控制方法(1922)，证明了从系统的微分方程确定系统稳定性的方法，并成功应用于军舰控制。2/1/202324《自动控制原理》课程介绍(5)

美国E.Sperry以及C.Mason研制出火炮控制器(1925)，气压反馈控制器(1929)2/1/202325《自动控制原理》课程介绍(6)1927年，美国H.Black在前往ManhattanWestStreet的上班途中，在Hudson河的LackawannaFerry上灵光一闪，发明了在当今控制理论中占核心地位的负反馈放大器

(NegativeFeedbackAmplifier)。他的发明为现代通讯技术奠定了基础，1957年获IEEEMedal。——“毫不夸张地说，没有Black的发明，就没有今天的长距离电话和电视网络”。H.S.Black（AT&T）贝尔实验室研究员2/1/202326《自动控制原理》课程介绍(7)

美国MIT的V.Bush研制成第一台大型模拟计算机(DifferentialAnalyzer)(1928)——美国现代工程之父，1964年获美国总统科学奖（NationalMedalofScience）。2/1/202327《自动控制原理》课程介绍(8)1932年，美国贝尔实验室的H.Nyquist

提出了一种根据系统的开环频率响应来确定闭环系统稳定性的方法：Nyquist稳定判据。2/1/202328《自动控制原理》课程介绍(1)

1934年，美国的H.Hazen发表“关于伺服结构理论”(TheoryofServomechanism)

，提出了用于位置控制系统的伺服机构概念，讨论了可精确跟踪变化的输入信号的机电伺服机构，并在MIT建立伺服机构实验室(ServomechanismLaboratory)

(1939)H.HazenIII.经典控制(ClassicalControl)(1935-1950)2/1/202329《自动控制原理》课程介绍(2)19世纪40年代，贝尔实验室的H.Bode及H.Nyquist

(1940)提出频率响应法，为闭环控制系统提供了一种可行方法。H.Bode引入了半对数坐标系，使频率特性的绘制工作更加适用于工程设计（Bode图）。H.Bode2/1/202330《自动控制原理》课程介绍(3)

美国Taylor仪器公司的J.G.Ziegler和N.B.Nichols提出PID参数的最佳调整法(1942)Ziegler–Nicholstuningmethod

ItisperformedbysettingtheI(integral)andD(derivative)gainstozero.The“P”(proportional)gainisthenincreased(fromzero)untilitreachestheultimategainKu,atwhichtheoutputofthecontrollooposcillateswithaconstantamplitude.KuandtheoscillationperiodTuareusedtosettheP,I,andDgainsdependingonthetypeofcontrollerused.ControlTypeKpKiKdPKu/2--PIKu/2.21.2Kp/Tu-ClassicPIDKu/1.72Kp/TuKpTu/82/1/202331《自动控制原理》课程介绍(4)1942年，H.Harris引入传递函数概念。用方框图、环节、输入和输出等信息传输的概念来描述系统的性能和关系，把原来由研究反馈放大器稳定性而建立起来的频率法，更加抽象化了，也更有普遍意义。(5)

1948年，W.R.Evans建立了一种求特征根的简单方法，即根轨迹法(RootLocusMethod)

，在控制系统的分析与设计中得到广泛的应用，标志着以单输入线性系统为对象的经典控制研究工作完成。2/1/202332《自动控制原理》课程介绍(6)

美国MIT的N.Wiener（控制论之父）研究随机过程的预测，提出了Wiener滤波理论(1942)。1948年，维纳发表《Cybernetics(控制论)》一书，论述了控制理论的一般方法，推广了反馈的概念，奠定了控制论（控制理论）这门新学科的基础。——1964年获美国国家科学勋章N.Wiener,shownherein1954withYukWingLee(left)andAmarG.Bose,discussinganaspectofstatisticalcommunicationtheoryCyberneticsorControlandCommunicationintheAnimalandtheMachines

（控制论或关于在动物和机器中控制和通讯的科学）2/1/202333《自动控制原理》课程介绍(7)

在贝尔实验室Bode领导的火炮控制系统研究小组工作的C.Shannon提出继电器逻辑自动化理论(1938)，随后，他发表专著《TheMathematicalTheoryofCommunication(通信的数字理论)》，奠定了信息论的基础(1948)——信息论之父。C.E.Shannon2/1/202334《自动控制原理》课程介绍(8)

1936年，英国数学家、逻辑学家A.M.Turine

（1912-1954）在研究可计算理论时提出了图灵机（不是一种具体的机器，而是一种思想模型，可制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置，用来计算所有能想象得到的可计算函数）的设想。1949年，图灵成为世界上第一位把计算机实际应用于数学研究的科学家。1950年，发表论文“计算机器与智能”，为后来的人工智能科学提供了开创性的构思。提出著名的“图灵测试”理论。为纪念其在计算机领域的卓越贡献而设立了“图灵奖”（计算机界的诺贝尔奖）。图灵也被誉为计算机科学之父，人工智能之父。2/1/202335《自动控制原理》课程介绍(9)

1944年，美籍匈牙利科学家、计算机之父、博弈论之父VonNeuman

(1903-1957)发表论文《博弈论与经济行为》，创立了博弈论Gametheory。1946年，他领导发明了首台电子计算机ENIAC。(设计思想：二进制；按照程序顺序地执行)冯·诺依曼结构2/1/202336《自动控制原理》课程介绍

(10)李郁荣（Y.W.Lee,1904-1989),广东人，N.Wiener的首位博士生(1930年)，曾任职于清华大学电机系（1931-1937），早期为Wiener理论的工程应用与推广作了大量的工作。1946年回到MIT电机系（1946-1969），与Shannon一起成为该系最知名的两个学科带头人。主要工作包括随机通讯（statisticalcommunicationtheory）和电路理论，培养了大批电子工程领域中的知名学者和工程师，被誉为MIT的最伟大的教育家之一。Y.W.Lee2/1/202337《自动控制原理》课程介绍(11)MITRadiationLaboratory在研究SCR-584雷达控制系统的过程中，创立了NicholsChartDesignMethod，R.S.Philips的工作OnNoiseinServomechanisms，以及Hurwitz(1947)的数字控制系统(SampledDataSystem)。L.J.Chu(1913-1973)，毕业于交通大学，MIT电机系教授，RadiationLab雷达研究最重要的奠基者。2/1/202338《自动控制原理》课程介绍(12)H.S.Tsien.Engineering

Cybernetics(工程控制论).1954.钱学森奠定了工程控制论的基础。另外，这一时期还相继出版出现了许多有关经典控制的经典名著，包括E.S.Smith的AutomaticControlEngineering

(1942)；H.Bode的NetworkAnalysisandFeedbackAmplifier

(1945)；L.A.MacColl的FundamentalTheoryofServomechanisms

(1945)

；H.M.James,N.B.NicholsandR.S.Phillips的

Theoryofservomechanisms(1947)等。2/1/202339《自动控制原理》课程介绍IV

现代控制(ModernControl)

(1950-)第二次世界大战中，火炮、雷达、飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。19世纪50年代后兴起的现代控制起源于冷战时期的军备竞赛，如导弹(发射、操纵、指导及跟踪)、卫星、航天器和星球大战等。19世纪60年代，数字计算机的出现为复杂系统的基于时域分析的现代控制理论提供了可能。2/1/202340《自动控制原理》课程介绍(2)

美国R.E.Bellman提出著名的动态规划法(DynamicProgramming)，建立了最优控制的基础(1957)(1)

前苏联L.S.Pontryagin发表“最优过程数学理论”，提出极大值原理(MaximumPrinciple)(1956)L.S.PontryaginR.E.Bellman2/1/202341《自动控制原理》课程介绍(3)1958年美国的E.I.Jury

发表“数字控制系统”(Sampled-DataControlSystem)，建立了数字控制及数字信号处理的基础。(4)

国际自动控制联合会(IFAC)成立(1957)，中国为发起国之一。1960年，第一届世界大会(IFACWorldCongress)在莫斯科召开，大会每三年召开一次（14th届1999年北京，17th届2008年Seoul，18th届2011年Milano）。(5)

1960年，在美国自动控制联合会第一届年会上，首先提出现代控制理论这一名称，研究方法从频域又回到时域，标志着现代控制理论的正式产生。2/1/202342《自动控制原理》课程介绍(6)1960年，美籍匈牙利学者R.E.Kalman（1930～）发表一系列经典论文，引入状态空间法分析系统，提出可控性，可观测性和最佳调节器等概念，建立最优线性最小方差递推滤波方法，即Kalman

滤波。西方学术界公认卡尔曼奠定了现代控制理论的基础。2/1/202343《自动控制原理》课程介绍(7)

美国MIT的ServomechanismLab研制出第一台数控机床(1952)2/1/202344《自动控制原理》课程介绍(8)

美国G.Devol研制出第一台工业机器人样机(1954)。1959年，被称为机器人之父的J.Engelberger创立了第一家机器人公司，UnimationInc——PUMA。2/1/202345《自动控制原理》课程介绍(9)

1968年，日本Kawasaki（川崎）公司从Unimation买进技术。目前，Yaskawa（安川）公司已成为世界最大的机器人公司。机器人技术体现了电子控制和驱动，传感器以及运动机构一体化的新思想。日本Yaskawa公司的工程师把这叫做Mechatronics

(机电一体化技术)(1972)2/1/202346《自动控制原理》课程介绍

(10)G.S.Brown（1907-1996）,H.Hazen的学生，数控机床之父。1939年，G.Brown为海军的4名学员开设了首门控制课，把自动控制引入到正规的工程教育中。“工程学生必须全面地接受深层次的科学训练…科学主导工程（Sciencedominatesengineering）”，“课堂教学与实验教学必须紧密地结合起来”，是G.Brown教授最著名的两条教育理念。2/1/202347《自动控制原理》课程介绍(11)

世界上第一颗人造地球卫星(Sputnik)由前苏联发射成功(1957)Sputnik1wasthefirstartificialsatellitelaunchedintospace1957.Laika.Sputnik22/1/202348《自动控制原理》课程介绍Oct.4,1957:LaunchoftherocketcarryingSputnik,thefirstman-madesatellite.Photosofthelaunchwerenotinitiallyreleased.Thisphotoistakenfroma1967Sovietdocumentaryfilm.K.S.Pavlovitch(1906-1966),RussianspacecraftdesignerandheaderoftheVostokandVoskhodprojects.2/1/202349《自动控制原理》课程介绍(12)

苏联东方-１号飞船载着加加林进入人造地球卫星轨道，人类宇航时代开始了(1961)1961,attheageof27,Gagarinlefttheearth.ItwasAprilthe12th,9.07Moscowtime(launch-site,Baikonur).108minuteslater,hewasback.Theperiodoforbitalrevolutionwas89:34minutes(thisfigurewas"calculatedbyelectroniccomputers").Themissionsmaximumflightaltitudewas327000meters.Themaximumspeedreachedwas28260kilometersperhour.AstampissuedbyRussiatomemorizeY.GagarinCapsuleusedinfirstmannedorbitofearthIn1961,thefirsthumantopilotaspacecraft,YuriGagarin,waslaunchedbytheSovietUnionaboardVostokI.2/1/202350《自动控制原理》课程介绍(13)

1963年,美国UCBerkeley的L.Zadeh

与C.Desoer

发表了LinearSystems----AStateSpaceApproach。1965年，L.

Zadeh提出了模糊集合和模糊控制概念。C.Desoer2/1/202351《自动控制原理》课程介绍

1943年，W.S.MeCulloch和W.Pitts提出了神经元模型，称为MP模型。20世纪60年代，Kilmae和MeCulloch等将神经网络应用到阿波罗登月计划中。

1974年，英国的Mamdani首先把模糊集理论用于锅炉和蒸汽机的控制。模糊控制、神经网络控制等智能控制理论直接研究控制器本身，采用定性和定量相结合、数学与直觉推理相结合的工程方法，系统获取的不仅仅是数学信息，也包括符合、文字等自语言，因此不要求对象的精确数学模型，进一步提高了对复杂难以建模对象的控制水平。2/1/202352《自动控制原理》课程介绍(14)

1966年，前苏联发射“月球”9号探测器，首次在月面软着陆成功。1969年，美国“阿波罗”11号把宇航员N.A.Armstrong送上月球。N.A.Armstrong2/1/202353《自动控制原理》课程介绍(15)

瑞典KarlJ.Astrom提出最小二乘辩识，解决了线性定常系统参数估计问题和定阶方法(1967)。六年后，他又提出自启调节器，建立了自适应控制的基础。Astrom于1993年获得IEEEMedalofHonor。K.J.Astrom(16)英国H.HRosenbrock

发表StateSpaceandMultivariableTheory(1970)。加拿大W.MWonham发表LinearMultivariableControl:AGeometricApproach(1974)。2/1/202354《自动控制原理》课程介绍(17)

美国的M.E.Merchant提出计算机集成制造系统的概念ComputerIntegratedManufacturingSystems(CIMS)

(1969)2/1/202355《自动控制原理》课程介绍(18)

1971年，美国初步建成ARPA计算机网络。

(19)

1976年，日本Fanuc公司研制出由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元。2/1/202356《自动控制原理》课程介绍(20)

美国R.Brockett提出用微分几何研究非线性控制系统(1976)，意大利A.Isidori出版(NonlinearControlSystems)

(1985)。R.Brockett2/1/202357《自动控制原理》课程介绍(21)

美国A.Bryson

和Y.C.Ho

（何毓琦）发表AppliedOptimalControl

(1969)。

1983年，Y.C.Ho

和X.R.Cao（曹希仁）等提出离散事件系统理论。A.BrysonYuC.Ho2/1/202358《自动控制原理》课程介绍(22)

加拿大G.Zames提出H∞

鲁棒控制设计方法(1981年)(23)

美国“哥伦比亚”号航天飞机首次发射成功(1981年)G.Zames2/1/202359《自动控制原理》课程介绍1986年1月28日，美国“挑战者”号航天飞机升空后爆炸。

2003年2月1日，美国“哥伦比亚”号航天飞机返回地球，但是在着陆前不幸发生意外，航天飞机解体坠毁。哥伦比亚号航天飞机挑战者号航天飞机2/1/202360《自动控制原理》课程介绍(24)

中国批准实施863高技术计划，包括自动化领域的计算机集成制造系统（CIMS）和智能机器人两个主题(1986)2/1/202361《自动控制原理》课程介绍(25)

旅行者Voyager一号、二号（均在1977年发射）开始走出太阳系，对茫茫太空进行探索。2/1/202362《自动控制原理》课程介绍(26)

1996年，火星探路者（MarsPathfinder,MPF）于1997年07月04日在火星表面软着陆，它携带的Sojourner火星探测器是人类送往火星的第一部火星车。2/1/202363《自动控制原理》课程介绍(27)

2003年6月10日，勇气号火星探测器发射成功；同月25日，机遇号发射成功。2004年美国东部标准时间1月3日和24日分别登上火星。勇气号火星探测器机遇号火星探测器2/1/202364《自动控制原理》课程介绍(28)神舟飞船（1999，2001，2002，2002，2003杨利伟，2005，2008，2012），嫦娥计划（2007，2010）神舟六号嫦娥一号2/1/202365《自动控制原理》课程介绍现代网络化系统：(a)加利弗尼亚能源网，

(b)NFSNET因特网的中枢。2/1/202366《自动控制原理》课程介绍北美的UUNET网络中枢2/1/202367《自动控制原理》课程介绍旧金山湾地区的飞机出入路线2/1/202368《自动控制原理》课程介绍战场管理示意图，表示在不同的空间和地面之间的分布式指挥与控制2/1/202369《自动控制原理》课程介绍2/1/202370《自动控制原理》课程介绍2/1/202371《自动控制原理》课程介绍KUKAIndustrialRobots(Germany

)beingusedatabakeryforfoodproductionandusedformaterialhandlinginflatglassindustrial.2/1/202372《自动控制原理》课程介绍未来车辆基本功能的主要组成部分2/1/202373《自动控制原理》课程介绍F-18战斗机，批量生产的首先使用“线传操控(fly-by-wire，FBW)”技术的军用战斗机之一。X-45无人驾驶飞机(UCAV)F-18战斗机2/1/202374《自动控制原理》课程介绍德国基尔霍瓦兹船厂制造的“U33”号潜艇，造价高达16亿欧元。原料采用高强度低磁不锈钢、56米长、水滴形流线型、最新型的动力系统技术。德国海军的最新骄傲，世界上最先进的潜艇。

“U33”号潜艇2/1/202375《自动控制原理》课程介绍现代传感器技术的例子：

(左)1024×1024的

CCD(光电耦合器)阵列

(右)传感器网络的节点(sensorwebpod)2/1/202376《自动控制原理》课程介绍SeagateBarracuda36ES2磁盘驱动器SonyAIBO机器狗2/1/202377《自动控制原理》课程介绍由ComputerMotionInc.开发的机器人外科手术系统ZEUSTM，能完成远程的创口最小的显微手术。机器人外科手术系统ZEUSTM2/1/202378《自动控制原理》课程介绍哺乳动物细胞的生长信号传输线路示意图2/1/202379《自动控制原理》课程介绍果蝇的飞行行为：

A.成年果蝇飞行的动画显示用于飞行的三个主要传感器：眼睛，触角，平衡器（检测旋转角度）。

B.有和没有内部目标时，飞过1米圆域的飞行轨迹例子。

C.飞行系统的控制模型框图。

2/1/202380《自动控制原理》课程介绍F180英式机器人足球赛2/1/202381《自动控制原理》课程介绍国产巨型“银河III”计算机

2/1/202382《自动控制原理》课程介绍三峡大坝2/1/202383《自动控制原理》课程介绍(29)IEEEControlSystemsAward获得者2/1/202384《自动控制原理》课程介绍2/1/202385《自动控制原理》课程介绍2/1/202386《自动控制原理》课程介绍(30)二十世纪自动控制领域中最有影响的25篇经典论文（25seminalpapersincontrol）[1]NYQUIST,H.,"Regenerationtheory,"BellSyst.Tech.J.,Vol.11,pp.126-147,1932[2]BLACK,H.S.,"Stabilizedfeedbackamplifiers,"BellSyst.Tech.J.,Vol.14,pp.1-18,1934[3]BODE,H.W.,"Relationsbetweenattenuationandphaseinfeedbackamplifierdesign,"BellSyst.Tech.J.,Vol.19,pp.421-454,1940[4]WIENER,N.,"Thelinearfilterforasingletimeseries-ChapterIII",from:Extrapolation,Interpolation,andSmoothingofStationaryTimeSeries,pp.81-103,1949[5]EVANS,W.R.,"Controlsystemsynthesisbyrootlocusmethod,"Trans.Amer.InstituteofElectricalEngineers,Vol.69,pp.66-69,1950[6]BELLMAN,R.,"Thestructureofdynamicprogrammingprocesses,"Chapter3of"DynamicProgramming,“PrincetonUniversityPress,PrincetonNJ,pp.81-89,1957[7]PONTRYAGIN,L.S.,"Optimalcontrolprocesses,"UspekhiMat.Nauk,USSR,Vol.14,pp.3-20,1959.(Englishtranslation:Amer.Math.SocietyTrans.,Series2,vol.18,pp.321-329,1961.)[8]KALMAN,R.E."Contributionstothetheoryofoptimalcontrol,"Bol.Soc.Mat.Mexicana,Vol.5,pp.102-119,19602/1/202387《自动控制原理》课程介绍[9]KALMAN,R.E."Anewapproachtolinearfilteringandpredictionproblems,"Trans.ASME(J.BasicEngineering),Vol.82D,pp.35-45,1960[10]FELDBAUM,A.A.,"Dualcontroltheory,PartsIandII",AutomationandRemoteControl,Vol.21,pp.874-880&pp.1033-1039,1961(RussianoriginalsdatedSeptember1960,1240-1249andNovember1960,pp.1453-1464)[11]POPOV,V.M.,"Absolutestabilityofnonlinearsystemsofautomaticcontrol,"Auto.RemoteControl,Vol.22,pp.857-875,1962(RussianoriginaldatedAugust1961,pp.961-979)[12]BRYSON,A.E.andDENHAM,W.F.,"Asteepest-ascentmethodforsolvingoptimumprogrammingproblems,"Trans.ASME.,J.Appl.Mechanics,pp.247-257,1962[13]YAKUBOVICH,V.A.,"Solutionofcertainmatrixequationsappearinginautomaticcontrol,"DAN(Doklady

Akademii

NaukSSSR),Vol.143,pp.1304-1307,1962[14]KALMAN,R.E.,"Mathematicaldescriptionoflineardynamicalsystems,"SIAMJ.Control,Vol.1,pp.152-192,1963[15]ZAMES,G.,"Ontheinput-outputstabilityoftime-varyingnonlinearfeedbacksystems--PartI:Conditionsderivedusingconceptsofloopgain,conicity,andpositivity;PartII:Conditionsinvolvingcirclesinthefrequencyplaneandsectornonlinearities,"IEEETrans.onAutomaticControl,Vol.11,pp.228-238,&pp.465-476,1966[16]LaSALLE,J.P.,"Aninvarianceprincipleinthetheoryofstability,"inDifferentialEquationsandDynamicalSystems,"J.Hale&J.P.LaSalle,Eds.,AcademicPress,pp.277-286,19672/1/202388《自动控制原理》课程介绍[17]WONHAM,W.M.andMORSE,A.S.,"Decouplingandpoleassignmentinlinearmultivariablesystems:Ageometricapproach,"SIAMJ.Control,Vol.8,pp.1-18,1970[18]BROCKETT,R.W.,"Systemtheoryongroupmanifoldsandcosetspaces,"SIAMJ.Control,Vol.10,pp.265-284,1972[19]SUSSMANN,H.J.andJURDJEVIC,V.,"Controllabilityofnonlinearsystems,"J.Diff.Eqns.,Vol.12,pp95-116,1972[20]WILLEMS,J.C.,"Dissipativedynamicalsystems-PartI:Generaltheory,"Arch.Ratl.Mech.andAnalysis,Vol.45,pp321-351,1972[21]ASTROM,K.J.andWITTENMARK,B."Onself-tuningregulators,"Automatica,Vol.9,pp.185-199,1973[22]HERMANN,R.andKRENER,A.J.,"Nonlinearcontrollabilityandobservability,"IEEETrans.onAutomaticControl,Vol.22,pp.728-740,1977[23].LJUNG,L.,"Analysisofrecursivestochasticalgorithms,"IEEETrans.AutomaticControl,Vol.22,pp.551-575,1977[24]GOODWIN,G.C.,RAMAGE,P.J.andCAINESP.E.,"Discretetimemultivariableadaptivecontrol,"IEEETrans.onAutomaticControl,Vol.25,pp.449-456,1980[25]ZAMES,G.,"Feedbackandoptimalsensitivity:modelreferencetransformations,multiplicativeseminorms,andapproximateinverses,"IEEETrans.onAutomaticControl,Vol.26,pp.301-320,19812/1/202389《自动控制原理》课程介绍3、控制科学与工程学科（一级学科）控制科学与工程的核心问题是信息，包括信息提取、信息传播、信息处理、信息存贮和信息利用。我国自动化本科专业：自动化系、控制系、信息与控制工程系。2/1/202390《自动控制原理》课程介绍控制科学与工程（一级学科）控制理论与控制工程检测技术与自动化装置模式识别与智能系统系统工程飞行器导航制导与控制数学运筹学与控制论2/1/202391《自动控制原理》课程介绍4、我国自动化专业的特点多学科交叉特点——利于培养宽口径人才突出的方法论特点——利于培养创新人才系统、集成的特点——利于培养将才、帅才2/1/202392《自动控制原理》课程介绍胡锦涛，清华大学水利工程系河川枢纽电站专业江泽民，上海交通大学电机系李鹏，前苏联莫斯科动力学院水力发电系吴邦国，清华大学无线电电子学系电真空器件专业朱镕基，清华大学电机系电机制造专业贾庆林，河北工学院电力系电机电器设计与制造专业曾庆红，北京工业学院自动控制系吴官正，清华大学动力系热工测量及自动控制专业李长春,哈尔滨工业大学电机系工业企业自动化专业黄菊，清华大学电机系电机制造专业2/1/202393《自动控制原理》课程介绍二、课程性质与定位广义科学技术体系结构自动化科学的定位与任务自动化技术的定位与任务自动化与自动科学技术的关系“自动控制原理”的课程性质与定位2/1/202394《自动控制原理》课程介绍1、广义科学技术体系结构2/1/202395《自动控制原理》课程介绍2、自动化科学的定位与任务定位：一门技术科学、一门应用基础科学研究的基本任务：为自动化技术（包括设计、制造、控制和管理计算机集成制造系统CIMS、计算机集成过程控制系统CIPS等先进自动化系统）和控制工程（包括控制航天器这样的设备）提供科学理论基础。

致力于带有一定普遍性或共性的新的控制原理和新的系统方法的研究，使其在实际控制工程和自动化技术中发挥创新的作用。2/1/202396《自动控制原理》课程介绍3、自动化技术的定位与任务定位：一门工程应用技术研发的基本任务：

一方面将自动化科学原理与方法转换为工程实用技术（包括工具和手段），使之能应用于工程实际，将自动化科学的研究成果迅速转换为生产力；

另一方面将工程实际中遇到的技术问题提炼、抽象成为科学问题，为自动化科学研究提供新的研究对象。2/1/202397《自动控制原理》课程介绍4、自动化与自动科学技术的关系

——相互依存关系自动化科学与技术是自动化的源泉与基础；

其物化是自动化设备与系统；

其应用包括自动化设计、自动化制造、自动化工程、自动化管理、自动化决策、自动化运行等。

自动化（应用）

是自动化科学与技术的用武之地；

是自动化专业毕业生的主要用武之地。2/1/202398《自动控制原理》课程介绍5、“自动控制原理”的课程性质与定位自动化专业的专业基础课、学位课、考研主要专业课程；属于自动化科学范畴，研究一些共性的、具有普遍规律的问题。2/1/202399《自动控制原理》课程介绍控制理论是应用基础理论具有鲜明的时代性，强调对实践的指导作用

总是和社会的重大需求紧密联系在一起的。人们总是把当时最先进的技术用作自动化技术的主要内容，这就要求理论必须指导实践。应用数学的许多成就都会被自动化学科所应用。控制理论是关于系统的理论

强调从“系统”（整体）的角度来分析、研究和实现各种目标，而不单是其中的部件的性能。控制理论具有多学科交叉融合的特征

离不开信息技术、电气技术、数学以及被控对象的相关领域知识。2/1/2023100《自动控制原理》课程介绍学习控制论的重要意义1999年，我国著名的控制论专家、前中国工程院院长宋健院士在第14届

IFACWorldCongress的报告中指出：控制论的理论、概念和方法在计算机技术的支持下，已远远超越了40年前主要为工业生产和军事装备的服务范围，广泛应用到政治、军事和社会科学的各领域。过去20多年，经济学家从控制论中得益而获得新成就是有目共睹的。原属于控制论科学中的专业概念和术语，如正负反馈、系统分析、非线性系统、系统工程等已被自然科学、社会科学等各学科所接收和采用，并在完全不同学科中引导出令人意外的新发现。很多大学多把控制理论列为所有工科和部分社会科学学生的必修课。2/1/2023101《自动控制原理》课程介绍宋健院士还指出：近年来，让控制科学家最为兴奋的是，许多政治家和国家领导人开始理解控制论中的理论、概念和方法的重要性，他们中的许多人在演讲或论文中广泛使用控制论的语言去阐述社会政治问题。当他们遇到某些棘手的政治问题时，时常寄希望于系统科学家伸出援助之手，即使后者的研究工作从来未涉及政治问题。宋健院士的精辟论述说明，控制科学与工程学科已经渗透到多个不同的学科，不但在自然科学和工程科学领域，而且在社会科学领域也有广泛和成功的应用，已经成为多个学科和领域的发展动力。2/1/2023102《自动控制原理》课程介绍三、课程内容课堂讲授部分（72学时）自动控制的一般概念(第一章)动态系统的数学模型(第二章)线性系统的时域分析法(第三章)线性系统的根轨迹法(第四章)线性系统的频率分析法(第五章)线性系统的校正方法(第六章)数字控制系统分析(第七章)非线性控制系统分析(第八章)2/1/2023103《自动控制原理》课程介绍实验部分（6学时）倒立摆控制系统演示实验典型一阶、二阶系统及其阶跃响应二阶系统频率特性测量2/1/2023104《自动控制原理》课程介绍四、课程目标要求初步掌握自动控制系统的基本概念与原理掌握经典控制理论中的主要系统分析方法掌握其校正与设计技术，了解其应用通过对自动控制基本理论的系统学习，使学生不仅加深对控制问题本身的理解，而且了解到目前所学内容的某些应用方面和进一步研究的方向，为今后的研究与技术工作奠定良好的理论基础。2/1/2023105《自动控制原理》课程介绍五、与其它课程的联系基础知识：高等数学、线性代数、复变函数与积分变换、信号与系统、计算机基础。后续课程：现代控制理论、计算机控制技术、智能控制等；有关采样控制的内容放在计算机控制技术课程讲授。后续实践环节：自动控制理论课程设计、工程训练、毕业实习、毕业设计。

2/1/2023106《自动控制原理》课程介绍六、课程要求按时上课，认真听讲，遵守课堂纪律按时、独立完成作业遇到问题及时解决（老师、同学、图书馆）多看参考书，多方面理解课程内容勤于思考、善于发现问题注意理论学习和实际应用之间的联系2/1/2023107《自动控制原理》课程介绍七、考核方式平时考勤、课堂测验和作业上交、完成情况10％（三次点名不到或两次作业不交者取消考试资格）期中考试成绩20％期末考试成绩70％2/1/2023108《自动控制原理》课程介绍八、参考书目胡寿松.自动控制原理（第4版）.北京:科学出版社,2002李友善.自动控制原理（上册）.北京:国防工业出版社,1989吴麒.自动控制原理.北京：清华大学出版社，1992夏德钤,翁贻方.自动控制理论.北京:机械工业出版社，2004邹伯敏.自动控制理论（第3版）.北京:机械工业出版社,2011[美]KatsuhikoOgata著.现代控制工程（第四版）.卢伯英，于海勋译.北京:电子工业出版社,2005R.C.DorfandR.H.Bishop.ModernControlSystems.10thEdition,Prentice-Hall,2005

G.F.Franklin,J.D.Powell,andA.Emami-Naeini.FeedbackControlofDynamicSystems.3rdEdition,Addison-Wesley,19942/1/2023109《自动控制原理》课程介绍补充阅读教材S.Bennett.

AHistoryofControlEngineering:1800-1930.London:PeterPeregrinus,

1986.A.Levis,S.Marcus,W.Perkins,etal.Challengestocontrol:Acollectiveview.IEEETrans.AutomaticControl,32

(4):

275-285,1987.C.Francis.Systemicsandcyberneticsinahistoricalperspective.SystemsResearchandBehavioralScience,16:203-219,1999.D.Bernstein,L.Bushnell.

Thehistoryofcontrol:fromideatotechnology.IEEEControlSystemsMagazine,

22(2):21-23,2002.D.Bernstein.OttoMayr:contributionstothehistoryoffeedbackcontrol.IEEEControlSystemsMagazine,

22(2):29-33,2002.D.Bernstein.Feedbackcontrol:aninvisiblethreadinthehistoryoftechnology.IEEEControlSystemsMagazine,

22(2):53-68,2002.R.Murray,K.Astrom,S.Boyd,etal.Futuredirectionsincontrolinaninformation-richworld.IEEEControlSystemsMagazine,

23(2):20-33,2003.陈虹,马彦译.信息爆炸时代的控制.北京:科学出版社,2004.2/1/2023110《自动控制原理》课程介绍瓦特完成了对蒸汽机的整套发明过程。经过他的一系列重大的发明和改进，使蒸汽机的效率提高到原来纽科门机的3倍多，而且配套齐全、性能优良、切合实用。瓦特由此博得了第一部现代蒸汽机——高效率瓦特蒸汽机的发明者称号。瓦特（JamesWatt,1736～1819）英国发明家、工程师。1753年他在家钟表店学手艺。15岁学完了《物理学原理》并获得了丰富的木工、金属冶炼和加工等工艺技术。1753年他在一家钟表店学手艺，又跟有名的机械师摩尔根当学徒。经过刻苦学习，努力实践，他已能制造难度较高的象限仪、罗盘、经纬仪等。1756年在格拉斯哥大学当了仪器修理员。1765年发明了把冷凝过程从汽缸中分离出来的分离式冷凝器。冷凝器的发明在蒸汽机的发展中起了关键性的作用。1768年他制成了一台单动作蒸汽机。1781年，发明了行星式齿轮，将蒸汽机活塞的往运动变为旋转运动。1782年发明了大动力的“双动作蒸汽机”并获得专利。1784年发明了平行运动连杆机构，解决了双动作蒸汽机的结构问题。1788年发明了离心式调速器和节气阀，用来自动控制蒸汽机的运转速度。1790年发明了蒸汽机配套用压力计。2/1/2023111

麦克斯韦的另一项重要工作是筹建了剑桥大学的第一个物理实验室——著名的卡文迪许实验室（CavendishLaboratory）。该实验室对整个实验物理学的发展产生了极其重要的影响，众多著名科学家都曾在该实验室工作过。卡文迪许实验室甚至被誉为“诺贝尔物理学奖获得者的摇篮”。作为该实验室的第一任主任，麦克斯韦在1871年的就职演说中对实验室未来的教学方针和研究精神作了精彩的论述，是科学史上一个具有重要意义的演说。麦克斯韦的本行是理论物理学，但他却清楚地知道实验称雄的时代还没有过去。他批