1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)自動(dòng)化科學(xué)作為一門(mén)學(xué)科起源于 20 世紀(jì)初，自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)理論來(lái)自于 物理等自然科學(xué)和數(shù)學(xué)、社會(huì)科學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)。理論在現(xiàn)代科學(xué) 技術(shù)的發(fā)展中有著重要的地位，起著重要的作用。在第 40 屆 IEEE 決策與控制年會(huì)的 全會(huì)開(kāi)篇報(bào)告中，美國(guó)學(xué)者 John Doyle 教授引用了國(guó)際著名學(xué)者，的何數(shù)奇 教授的新觀點(diǎn)：“控制將是 21 世紀(jì)的物理學(xué)”。 系統(tǒng)的早期應(yīng)用可以追溯到兩千多年前古埃及的水鐘控制與中國(guó)漢代的 指南車控制，但當(dāng)時(shí)未建立起的理論體系。1769 年，英

2、國(guó)科學(xué)家 James Watt設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)引發(fā)了現(xiàn)代，1788 年 Watt 為內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的飛錘調(diào)速器會(huì)出現(xiàn) 震蕩現(xiàn)象，所以后來(lái)出現(xiàn)了 Maxwell 對(duì)的，他指出線性 系統(tǒng)穩(wěn)定的條件是其特征根均有負(fù)實(shí)部，Roth 和 Hurwitz 等人提出了間接的穩(wěn)定判據(jù)，使得高階判定成為可能。控制器的設(shè)計(jì)問(wèn)題是由 Minor sky 在 1922 年開(kāi)始 研究的，其研究成果可以看成是現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的 PID 控制器的前身，而 1942 年，Ziegler 和 Nichols 提出了調(diào)節(jié) PID（Proportion Integration Differentiation，比例積分微分）控制器參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式

3、方法，此方法對(duì)當(dāng)今的 PID 控制器整定仍有影響。 自動(dòng)控制理論是自動(dòng)控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是一門(mén)理論性較強(qiáng)的科學(xué)。按照自動(dòng)控制理論發(fā)展的不同階段，自動(dòng)控制理論一般可分為“經(jīng)典控制理論”和“現(xiàn)代控制 理論”兩大部分。 20 世紀(jì)中葉，由于自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，逐漸形成并了“經(jīng)典控制理論”。這些理論主要是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，研究單輸入單輸出自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問(wèn) 題。采用的方法主要是分析法、根軌跡分析法和。這些方法對(duì)控 制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)和運(yùn)行發(fā)揮了重要的作用，并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，成功地解決了一 系列以輸出反饋為主要控制手段的自動(dòng)控制問(wèn)題。 20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)始，由于生產(chǎn)的發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)日

4、趨復(fù)雜、規(guī)模日趨龐大， 特別是空間技術(shù)的發(fā)展，使自動(dòng)控制理論有了一次新的飛躍，逐漸形成了“現(xiàn)代控制理論”。這些理論主要是以法為基礎(chǔ)，研究多輸入多輸出及變參數(shù)、非線性控 制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)問(wèn)題。 近年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和應(yīng)用數(shù)學(xué)研究的進(jìn)展，特別是一些新型控制技術(shù)，諸如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、預(yù)測(cè)控制、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、魯 棒控制等的出現(xiàn)，使自動(dòng)控制理論又有了日新月異的發(fā)展。目前主要是龐大的系統(tǒng)工 程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的大系統(tǒng)理論和在模仿人類智能活動(dòng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的智能控 制方面，都取得了許多重大進(jìn)展。 “經(jīng)典控制理論”和“現(xiàn)代控制理論”是自動(dòng)控制理論發(fā)展的兩個(gè)階段，但它們 又是相

5、互聯(lián)系，相互促進(jìn)的。“現(xiàn)代控制理論”不能看成是“經(jīng)典控制理論”簡(jiǎn)單的延伸和推廣，在所采用的數(shù)學(xué)工具、理論基礎(chǔ)、研究方法、研究對(duì)象等多方面有著明顯 的不同，可以說(shuō)是一次質(zhì)的飛躍。但是，這并不意味著這兩種方法原理截然分離。特 別是在解決實(shí)際工程問(wèn)題中，許多用經(jīng)典理論控制解決的問(wèn)題，同樣可以用現(xiàn)代控制理論從方法上看更加完備或結(jié)果更強(qiáng)，但是，經(jīng)典控制理論簡(jiǎn)潔實(shí)效的分析方法和控 制方式，往往是現(xiàn)代控制理論難以實(shí)現(xiàn)的。也就是說(shuō)，它們又有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。現(xiàn)代 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)的提高，為經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展及應(yīng)用都提供了廣闊的前景。 系統(tǒng)的頻域分析技術(shù)是在 Nyquist、Bode、Nichols

6、等進(jìn)行的早期關(guān)于通信學(xué)科的 頻域研究工作的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，Harris 于 1942 年提出的傳遞函數(shù)概念將通信學(xué)科的頻域技術(shù)移植到了控制領(lǐng)域，構(gòu)成了控制系統(tǒng)頻域法理論研究的基礎(chǔ)。Evans 在1946 年提出的線性反饋系統(tǒng)的根軌跡分析技術(shù)是那個(gè)時(shí)代的另一個(gè)里程碑，在這些成 果的基礎(chǔ)上誕生了第一代控制理論經(jīng)典控制理論。 前蘇聯(lián)學(xué)者 Portraying 于 1956 年提出的極大值原理、美國(guó)學(xué)者 Bellman 的動(dòng)態(tài) 規(guī)劃和美國(guó)學(xué)者 Kalmar 的狀態(tài)空間分析技術(shù)開(kāi)創(chuàng)了控制理論研究的新時(shí)代，這三個(gè)代 表性成果構(gòu)成了第二代控制理論即當(dāng)時(shí)所謂的“現(xiàn)代控制理論”的理論基礎(chǔ)。在那個(gè)時(shí)期以后，控制

7、理論研究中出現(xiàn)了線性二次型最優(yōu)調(diào)節(jié)器、極點(diǎn)配置狀態(tài)反饋、最優(yōu)狀態(tài)觀測(cè)器及線性二次型 Gauss 問(wèn)題的研究，并在后來(lái)出現(xiàn)了引入回路傳輸恢復(fù) 技術(shù)的 LQG（Linear Quadratic Gaussian，線性二次高斯）控制器。 控制的對(duì)象和過(guò)程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。例如使導(dǎo)彈能夠命中目標(biāo)；宇宙飛船準(zhǔn)確地登上月球，并按預(yù)定的時(shí)間與地點(diǎn)返回地球；機(jī)床能夠自動(dòng)加工出符合一 定形狀與精度的零件；機(jī)器人能按一定的規(guī)律進(jìn)行某種操作；化學(xué)反應(yīng)器在一定的壓 力、溫度所謂自動(dòng)控制，就是在沒(méi)有人直接參與的情況下，通過(guò)自動(dòng)控制裝置使被下 反應(yīng)并生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品等，都離不開(kāi)自動(dòng)控制理論與自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展。自 20 世紀(jì) 40 年代以來(lái)自動(dòng)控制應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，