控制理论的进展

控制理论的进展第一页，共二十九页，2022年，8月28日课程介绍线性代数微积分自动控制理论古典控制理论现代控制理论积分变换复变函数过程控制电力电子技术计算机技术通讯技术自动控制原理线性系统理论第二页，共二十九页，2022年，8月28日线性系统理论最优控制理论最优估计理论系统辨识理论自适应控制理论智能控制理论现代控制理论基础的内容和发展第三页，共二十九页，2022年，8月28日以“三论”（系统论、信息论、控制论）为代表的科学方法论，是二十实际以来最伟大的成果。它的崛起为人类认识世界和改造世界提供了新的有力的武器。“三论”的代表作：“系统论”----贝塔朗菲的《关于一般系统论》1945年“控制论”----维纳的《控制论》1948年（该书的全称为《控制论----动物和机器中的控制与通信》《CyberneticsorControlandCommunicationintheAnimalandMachine》)“信息论”----香农的《通信的数学理论》1948年第四页，共二十九页，2022年，8月28日自动控制的发展及现状以维纳的《控制论》为标志，1948年正式形成。三个时期：第一个时期经典控制理论时期40年代末到50年代单机自动化局部自动化单变量控制自动调节器伺服系统第五页，共二十九页，2022年，8月28日第二个时期现代控制理论时期60年代

多变量控制最优控制多种变化因素

航天系统导弹系统人造卫星世界第一颗人造地球卫星(Sputnik)由苏联发射成功(1957)第六页，共二十九页，2022年，8月28日美国GeorgeDevol研制出第一台工业机器人样机(1954)，两年后，被称为机器人之父的JosephEngelberger创立了第一家机器人公司。第七页，共二十九页，2022年，8月28日第三个时期大系统理论时期70年代规模庞大结构复杂变量参数多目标不单一生物系统社会系统机器人计算机集成制造系统第八页，共二十九页，2022年，8月28日美国“哥伦比亚”号航天飞机首次发射成功

(1981年)。第九页，共二十九页，2022年，8月28日第十页，共二十九页，2022年，8月28日大鼠导航遥控系统智能家居物联网系统第十一页，共二十九页，2022年，8月28日发展前景：向大系统理论发展规模庞大结构复杂功能综合因数众多……向智能控制系统发展自组织自学习自修复自繁殖……第十二页，共二十九页，2022年，8月28日现代控制理论的应用

比起经典控制理论，现代控制理论考虑问题更全面、更复杂，主要表现在考虑系统内部之间的耦合,系统外部的干扰，但符合从简单到复杂的规律。现代控制理论已经应用在工业、农业、交通运输及国防建设等各个领域。第十三页，共二十九页，2022年，8月28日倒立摆稳定控制单级倒立摆稳定控制二级倒立摆稳定控制第十四页，共二十九页，2022年，8月28日洗衣机智能控制电冰箱温度控制智能控制第十五页，共二十九页，2022年，8月28日导弹稳定控制空空导弹稳定控制地空导弹稳定控制第十六页，共二十九页，2022年，8月28日航天器控制月球车控制卫星控制第十七页，共二十九页，2022年，8月28日机器人控制空间机器人控制足球机器人控制第十八页，共二十九页，2022年，8月28日随着科学技术与工业生产的发展，到十八世纪，自动控制技术逐渐应用到现代工业中。其中最卓越的代表是英国人瓦特（J.Watt）发明的蒸汽机离心调速器，加速了第一次工业革命的步伐。瓦特控制界的大师、奠基人第十九页，共二十九页，2022年，8月28日Watt’sflyballgovernor第二十页，共二十九页，2022年，8月28日1868年英国物理学家马克斯韦尔（J.C.Maxwell）解决了蒸汽机调速系统中出现的剧烈振荡的不稳定问题，提出了简单的稳定性代数判据。马克斯韦尔（J.C.Maxwell）第二十一页，共二十九页，2022年，8月28日俄国数学家李雅普诺夫1892年创立的稳定性理论被引入到控制中。李雅普诺夫第二十二页，共二十九页，2022年，8月28日

赫尔维茨（Hurwitz）1895年英国数学家劳斯(E.J.Routh)和德国数学家胡尔维茨(A.Hurwitz)把麦克斯韦的思想扩展到高阶微分方程描述的更复杂的系统中，各自提出了两个著名的稳定性判据—劳斯判据和赫尔维茨判据。基本上满足了二十世纪初期控制工程师的需要。劳斯第二十三页，共二十九页，2022年，8月28日由于第二次世界大战需要控制系统具有准确跟踪与补偿能力，1932年美国物理学家奈奎斯特（H.Nyquist）提出了频域内研究系统的频率响应法，为具有高质量的动态品质和静态准确度的军用控制系统提供了所需的分析工具。

奈奎斯特第二十四页，共二十九页，2022年，8月28日1947年控制论的奠基人美国数学家维纳（N.Weiner）把控制论引起的自动化同第二次产业革命联系起来，并与1948年出版了《控制论—关于在动物和机器中控制与通讯的科学》，书中论述了控制理论的一般方法，推广了反馈的概念，为控制理论这门学科奠定了基础。控制论之父——维纳维纳其人：四岁开始读书神童十一岁写出关于感知理论的哲学论文十八岁哈佛大学哲学博士学位五十五岁（1948年）名著《控制论》第二十五页，共二十九页，2022年，8月28日我国著名科学家钱学森将控制理论应用于工程实践，并与1954年出版了《工程控制论》。钱学森第二十六页，共二十九页，2022年，8月28日五十年代后期，美国数学家贝尔曼（Bellman）等人提出了状态分析法；在1957年提出了动态规划。1959年美国数学家卡尔曼（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。卡尔曼第二十七页，共二十九页，2022年，8月28日1956年,前苏联科学家庞特里亚金(L.S.Pontryagin)提出极大值原理,并于1961年证明并发表了极大值原理。极大值原理和动态规划为解决最优控制问题提供了理论工具。第二十八页，共二十九页，2022年，8月28