自動控制原理河南農業大學理學院

電子信息科學系

主講：滕紅麗課時：64學時

56學時理論學習，8學時實驗學分：4.0教材：自動控制原理簡明教程(第2版）主編：胡壽松出版社：科學出版社授課時間：1-14周課程安排第一章控制系統導論1.1自動控制的基本原理1.2自動控制系統示例1.3自動控制系統的分類1.4自動控制系統的基本要求1.5自動控制系統的分析與設計工具本章學習要求理解和掌握負反饋控制原理了解控制系統的組成和分類能確定控制系統的被控對象、被控量和給定量，掌握根據工作原理圖繪制系統方框圖的方法掌握對控制系統的基本要求

自動控制：1.自動控制技術及應用在無人直接參與的情況下，利用外加的控制裝置，使機械、設備或生產過程（被控對象）的某一個物理量（被控量）按預定的規律（給定量）運行。自動控制系統：

將被控對象和控制裝置按照一定的方式連接起來，組成一個有機總體，這就是自動控制系統。1.1自動控制的基本原理動畫1動畫2在無人直接參與的情況下，利用外加的控制裝置，使機械、設備或生產過程（被控對象）的某一個物理量（被控量）按預定的規律（給定量）運行。談到自動控制，同學們能想起那些控制應用的實例呢？日本Honda公司推出經過改進的機器人“ASIM”。這種能用雙腿直立的機器人相當聰明，人手指到哪里，它就走到哪里，遇到人的時候會主動向人打招呼，并能和主人流利地對話。

世界最先進的夢幻機器人組合——來自日本SONY公司的7位雙足娛樂型機器人“QRIO”。這7位機器人身高60厘米，體重7公斤。雖然身材不那么高大，但卻舉世聞名。其中四位歌舞表演堪稱一絕。下面是其中四個“舞者”來北京演出時的場面：

伺服機器人，是一種以機械位置或角度作為控制對象的機器人。2003年9月16日，Sony公司在日本東京推出最新型的愛寶機器狗。生產廠商稱，這款型號為ERS－7的愛寶機器狗體現了智能寵物發展的先進水平。水下機器人，它的工作方式是：由水面母船上的工作人員，通過連接潛水器的臍帶提供動力，操縱或控制潛水器，通過水下電視、聲吶等專用設備進行觀察，還能通過機械手，進行水下作業。自動控制技術還體現在交通運輸中，大量的飛機地鐵等交通工具中都大量采用。

2003年6月10日，勇氣號發射成功；同月25日，機遇號發射成功。2004年美國東部標準時間1月3日和24日火星車分別登上火星。上面采用了大量先進的智能控制技術。2.自動控制理論發展簡史經典控制理論(19世紀初)

時域法復域法(根軌跡法)

頻域法現代控制理論(20世紀60年代)

線性系統自適應控制最優控制魯棒控制最佳估計容錯控制系統辨識集散控制大系統復雜系統

智能控制理論(20世紀70年代)

專家系統模糊控制神經網絡遺傳算法

2.自動控制理論的發展史起源相對論、量子力學以及控制論被認為是20世紀的三項偉大科學成就。1948年美國科學家維納發表專著提出了控制論（Cybernetics）。1954年，錢學森在美國出版《工程控制論》（Engineeringcybernetics），把控制論發展為一門技術科學—工程控制論，成為推動控制論科學思想的代表人物之一。發展三階段30年代，波德和奈奎斯特，頻率特性法，經典控制理論，研究單因素控制系統，反饋控制，自動調節器60年代，貝爾曼和卡爾曼，狀態空間法為代表，現代控制理論，研究多因素控制系統，重點是最有控制，核心是電子計算機大系統理論，研究對象眾多因素的大系統，重點是遞解控制，核心智能化機器控制理論的研究對象是“控制系統”，以數學方法為工具，以工程技術為支持（背景），控制理論是一門專業性，工程性的技術科學。自動控制的起源于病人在二十世紀三十年代，美國的哈佛醫學院，有位教授若蓀布魯斯(Rosenblueth)每月召集一個談話會。地點：在萬德柏廳(VanderbiltHall)，先聚餐，隨后是聚談。出席人：以醫生為最多，可是并不限于醫生。飯后，由其中的一個人，或邀請一個人，講一段心得。思想可以是半生不熟，體裁可以是未經裁剪，也許有時是過分自信，也許有時是過分夸張，當然最談不到的是謹嚴。有些參加的人，不能忍受，來一回就不再來了。不過大多數的人，以為這個會很有價值。因為參加的人并不是僅僅是醫生或醫學家，還有物理學家、生物學家。麻省理工學院距離很近，那里的教授也來了好多人。其中一個人是溫納(NobertWiener)。

自動控制的起源（續）這個由各個方面專門學問中走來的科學家們，是沒有共同語言可談的。但為什么越談越有興趣呢？他們究竟談些什么大家全能欣賞的題目呢？又有什么題目可以引出個人有價值的言論，可以提起團體的興趣呢？他們所根據的是每個人專門的學問。而所談的，是使大家能領悟的，是根據個人的觀點所了解的科學方法。

生物學家的術語，數學家不會理解，但生物學家所用的方法，數學家可能領悟；物理學家的語言，醫生不會明了，可是物理學家所用的方法，醫生卻有了然的可能。這個談話會是三十六行，但話題卻集中在科學方法上，所以可以說是科學方法談話會。

自動控制的起源（續）自從萊布尼茲(Leibniz)而后，世界上再沒有統攝整個科學領域的通才。到了十九世紀，幾位大的科學家，也只是稱雄一面。十九世紀沒有出萊布尼茲，而只有出高斯(Gauss)，法拉第(Faraday)，達爾文(Darwin)這類大人物，我們把他們名為數學家、物理學家、生物學家等。可是到了二十世紀，配稱數學家的也不見了，對于一位專門的大家，在稱呼時必加以限制，如拓撲學的數學家；或光學的物理學家等。

自動控制的起源（續）Leibniz(1646-1716)最主要的貢獻則是把微分與積分的技巧整理得很清楚，包括微分的四則定理──亦即函數的四則運算與微分運算的交換法則；也包括了積分的分部積分技巧──它是經由微積分基本定理導得的。微積分經過一段時期的醞釀，終於在Newton與Leibniz兩人的手中，成為有系統的學門，所以簡單的說法就認定他們兩人是微積分的發明者。

自動控制的起源（續）這種過度的分工，是不得不然的，是越演越烈的。由一行分成三十六行，由三十六行分成三百六十行，由三百六十行，分成三千六百行，二十世紀的科學家，不下三萬六千行了。這種局面的形成，產生了兩個副作用，第一、是行與行間形成了許多無人管的地帶；第二、甲行所研究出的程序、方法、或設備，可能對乙行有極大的效用，但乙行常無從利用起，依然是從頭開始。哈佛醫學院的談話會，正是在這種氣候下產生的。而就由這個會中產生了『自動控制』的基本觀念。

醫生作了報告：有一種病人，坐在椅子上，與健康的人毫無差別。但你如果給他一支香煙，他伸手接煙時，總對不準香煙的位置，不是左搖就是右偏，他的手變成搖來搖去的運動，而始終接不到香煙。這位病人的肌肉是強壯的，身體是健康的。但是卻不能有系統的組織他的動作。

第一道源泉－反饋的觀念談論的啟發這個現象很像一個舵手把舵時，把船身形成了左右擺動一樣。人所以不能接一支香煙，是因為人的動作是受制于一種信號，而這個信號的大小卻為正在進行中的反應所左右。換句話說，一個原因產生一個相應的結果，而這個結果又成為一個新的原因刺激到原來的系統上。把隨時所產生的效果變成了原因的一部分。如果把原因結果的相互關系圖解出來，如左圖

比如福特(Ford)當年以獨特的眼光，給工人加薪，那時，他曾辯論說，給工人加薪似乎是成本高，但工人又買汽車坐，汽車銷路就大了，汽車的銷路一大，成本就減低了。他這套理論很像反饋的觀念的利用

談論的啟發美國數學家諾伯特.維納(NorbertWiener,1894-1964),1948年,把這門學問鑄了一個備用的字Cybernetics.確這個字是源于希臘，意思是舵手。安培曾把這個字當作政府管理學。馬克士威爾有一篇文章專說控速器，這個字Governor是源于拉丁。不論是希臘字，還是拉丁字。有人用在操縱的意義上，有人用在舵向的意義上，有人用在管理的意義上，有人用在限制的意義上。于是這個意義貫穿了物理、數學、生物、經濟以及政治等。我們把這門學問模糊的譯出意義來，是『控制論』。

自動控制的起源（續）控制論發源是否起清華園國內學界存在一種觀點，即控制論思想的醞釀始于清華園，其論據是，控制論的創始人維納在其自傳中說過“寧愿選擇1935年中國之行作為創立控制論的起點”.出版發行美國數學家諾伯特.維納(NorbertWiener,1984-1964),1948年,出版《控制論》此書的副標題是“動物和機器中的控制和通信”。控制論的創立是多學科和多位學者共同推進的結果，與二戰的背景，美國當時的技術條件、各門相關的科學理論的成熟與交融密切相關.扭轉一個學科的命運但維納的《控制論》發表后，在哲學界曾引起軒然大波。此書的副標題是“動物和機器中的控制和通信”。人也是動物，把人和機器并列，甚至等同起來，有褻瀆人類尊嚴之嫌，所以惹怒了不少哲學家。前蘇聯的哲學界首先發起攻擊，稱控制論是一種反動的偽科學，是現代機械論的一種新形式。還有更嚴重的批評說，控制論是為帝國主義服務的戰爭工具等。這位科學家在前蘇聯和東歐被視為反動的偽科學家和帝國主義的幫兇。錢學森-扭轉一個學科的命運1954年，錢學森在美國出版《工程控制論》（Engineeringcybernetics），把控制論發展為一門技術科學—工程控制論，成為推動控制論科學思想的代表人物之一。《工程控制論》第一版是英文版，于1954年在美國出版。當時錢學森在加州理工學院擔任教授，也是噴氣推進實驗室（JPL，如書中扉頁所寫，當時稱為“JetPropulsionCenter”）的負責人。那段時期錢學森在美國受到迫害，被迫離開了國防尖端技術的研究，受困達5年之久。在困境中，他轉向了工程控制論的研究，并出版了此書。中文版是在1958年出版的.《工程控制論》出版1954年《工程控制論》出版，并迅速地被譯成德、俄、中文版。書中系統地揭示了控制論對自動化、航空、航天、電子、通信等科學技術的意義和深遠影響，寫的全是技術科學，并未觸及到人類這種動物的尊嚴。包括前蘇聯在內的世界各國科學界立即接受了這一新學科，從而吸引了大批數學家、工程技術學家從事控制論的研究，推動了五六十年代該學科發展的高潮。在這種形勢下，原持批判態度的哲學家們只好放下武器，悄悄修改了各辭書中的詞條，肯定控制論是一門“研究信息和控制一般規律的新興科學”。影響許多人改變專業戴汝為院士便是其中之一。戴院士是在1951年考入清華大學的數學系，經過1952年的院系調整，于1955年在北大的數學力學系畢業，畢業之后被分配到了力學所。所里給每個大學生安排一個導師，由于戴院士要整理《工程控制論》的筆記，所以就跟著錢老。正因為當時做的一系列與《工程控制論》相關的工作，戴院士后來就進了自動化所，直到現在。許多人認識戴院士，也是因為《工程控制論》中文譯本的出版。西北工業大學校長戴冠中教授和總裝部科學技術委員會主任、前國防科技大學校長郭桂蓉中將，也都是受了《工程控制論》的影響，改變了他們最初的專業。控制論與自動控制理論控制論是20世紀中期的科學進步、技術進步和社會進步的結果，它是在哲學，數學，生物科學，技術科學，社會科學基礎上產生控制論是一般的控制理論，控制論的原理和方法被運用于工程技術領域形成的工程控制論，通常被理解為自動控制理論。控制理論通常指自動控制理論，控制理論既可以指控制論以前的伺服機構理論，也可以指控制論以后的工程控制論。中國人對控制論的貢獻卻無可爭議，并還在繼續。李郁榮由于受抗日戰爭爆發的影響，家產和圖書資料盡失，1941年在維納幫助下準備赴美，又遭太平洋戰爭爆發，只好滯留于上海數年，1946年得以重返麻省理工學院，繼續與維納合作，后來一直同其加拿大妻子留居美國。因為深刻理解維納的思想實質，他很快設計出一種效果良好的最優濾波器，并與人合作大大改進檢測和分析周期信號的裝置—

自相關器—

維納等用于研究大腦生理結構時使用的主要工具。不僅如此，他還參與完善了經典控制論的頻域方法—

主要以頻率為變量，以傳遞函數為數學工具。李郁榮在麻省理工學院開設的關于濾波器及其類似裝置的新設計方法一門課程，被維納認為是控制論的基礎之一。維納由衷地稱贊道:“他培養了一整代年輕的電氣工程師，他們沿著統計路線進行研究，并把我的觀點用作為處理種種通訊問題的一種習慣方法。"正是由于李郁榮的重新加盟，使得維納精神上“大為振奮”，繼續深人研究包含伺服機構的控制論的整體問題。控制論與中國人在維納思考整理一系列工作，寫作出版《控制論》的前后幾年，中國正進行著社會革命的巨變，海外人士沒能及時將這一理論思潮傳播至中國。因此，在20世紀50年代中期以前，即從1948年至1953年期間，國內學界還來不及對這一理論有所了解和反應，以至對這一理論的最初介紹來自蘇聯。盡管這是一個遺憾，然而還有慶幸的地方:就在維納和李郁榮供職的麻省理工學院校園，還有另一位極為優秀的華人天才科學家也正在勤奮地工作，他在以后的幾年內的一項研究將大大推進維納的事業，這就是后來成為工程控制論創立人的錢學森。控制論與中國人控制論在中國的傳播新中國成立后，百廢待興，科技領域也處于恢復和重新規劃的階段。當時所有新建立的社會主義國家的領導都公認蘇聯“老大哥”已有30多年社會主義革命和建設的經驗“學習蘇聯”成為這些國家工作的指導方針。中國也不例外，毛澤東在1949年就提出要向蘇聯“一邊倒”。控制論在中國的傳播1949年中國科學院組建成立，至1955年中國科學院學部成立，確立了中國科學院作為國家最高學術機構和科學研究中心的地位。1950年《科學通報》創刊，這份期刊注重國際學術動態，特別是對蘇聯和東歐的學術成果的介紹。1956年國家規劃要在科學院新建立四個研究所，有計算機所、電子所、半導體所、自動化所。錢老參加了整體規劃的綜合組。由于當時的國際形勢，成立自動化所在很大程度上還是軍事方面的意義。后來一做規劃，又請了一些蘇聯的專家，結果是把“自動化”的定位在了“工業自動化”上。控制論在中國的傳播控制論在中國的傳播到現在,自動化有關的研究機構越來越細分，如機械工業自動化所、冶金自動化所等。自動化學會掛靠在自動化所，所作的工作是研究自動化還有什么發展余地，像是模式識別。20世紀50年代初，蘇聯對控制論一開始持反對立場，主要原因是:其一，控制論在哲學理念上被認為是資本主義的，對辯證唯物論是一種反叛和威脅。其二，在冷戰的國際形勢下，兩大陣營都不愿輕易接受對方的任何思想體系，尤其在李森科式的“政治掛帥”的蘇聯學術體制內，籠罩著對西方科學的敵視態度。其三，當時蘇聯科學界在自動控制技術、預測等領域有著極強的研究實力，理論上也有世界性的成果，如巴甫洛夫(Pavlov,1849-1936)的條件反射理論、柯爾莫戈洛夫(Kolmogorov,1903-1987)的統計預測理論，以及李亞普諾夫(Liapunov,1911-1973)的微分方程穩定性研究等，這些也都是控制論涉足的領域。控制論在中國的傳播蘇聯三位重量級科學家索保列夫(SergeiSobolev,1908-1989)、哲托夫(AnatoliiIv

anovichK

itov)、李亞普諾夫聯合發表的文章，其中就控制論的科學意義、電子計算機與神經系統、控制論的實用意義三部分，對控制論進行了深刻的闡述。文章指出:“我們的一些哲學家犯了一個嚴重的錯誤:他們沒有分析清楚問題的本質，就去否定這一新的科學方向的意義??”。這兩篇對控制論予以正面肯定和介紹的文章在蘇聯引起了巨大反響，成為蘇聯學界轉變對控制論看法的標志性文獻。控制論在中國的傳播控制論概念傳人我國，它首先來源于蘇聯，由于國內很快確定了其漢譯名，為日后該學科在我國的發展奠定了基礎。自此，國內開始關注控制論的譯介工作，在科學哲學、方法論層面上也逐步展開了學習和研究。可以說，1955年是控制論思想在我國生根的一年，而同年《工程控制論》的著者錢學森先生歸國，注定對國內控制論研究與理論發展起到關鍵作用。控制論在中國的傳播第二道源泉－模擬的觀念

戰時的麻省理工學院，是一個研究中心。不但英國來了好多科學家，就是美國好多名大學的科學家也征召到這里。麻省的劍橋成了一個大熔爐，關心的事務很多，但最重要的還是這些科學家的大集會。這時英國的受擊一天比一天加厲，高射炮火的研究一天比一天重要，而反饋觀念，就在工程上、科學上的各部門在傳播。由雷達偵察飛機，到高射炮自動開火，是一個有反饋觀念自動控制過程。可是這個系統所涉及的部門，卻不是單純的一件東西，有機械、電機、流控、氣控各種形式的信號的流動。如何研究這些信號，不是一個性質上的問題，而是一個數量上的問題。于是模擬的觀念加強起來。

什么是模擬的觀念呢?

我們在講力學時，總講牛頓第二定律：所加于物體的力與物體所產生的加速度成比例。這個比例常數是該物的質量。換句話說，如果加速度小，就表示質量大，如果加速大，就表示質量小。我們又把質量的這種特殊牲質叫做慣性。在講電學時，我們又遇到一個定律叫做法拉第定律，所加于線圈的電壓與線圈所產生的電流之變率成比例，我們把這個比例常數叫電感。電感有時候我們稱為線圈的惰性。在學電學時，總是覺得這是一個很難理解的現象。于是我們就想，線圈對電壓的阻撓，正相當于質量對力的阻撓一樣。模擬的例子一個RLC線圈如右圖：如列出它的微分方程式來，應是現在有一機械系統，我們如果列出它的微分方程式來應是模擬系統一個是電系統，一個是機械系統，所用的定律全不相干，可是列出的式子卻極相像。我們如想知道這個機械系統運動的情況，可以由線路上面電流運動的情況而領悟出來。我們把這個電的線路叫做這個機械系統的仿真，而這機械系統叫做該線路的模擬。一個電機工程師可以對機械全不在行，但當他知道了質量相當于電感，摩擦相當于電阻，彈性相當于電容時，他立刻由線路上電流所應有的行為，領悟到這個機械系統應有的速度的情況。

第三道源泉－數字計算器

一九四三年，費城的賓夕法尼亞大學有一個二十四歲的助教，叫做艾克特(Eckert)，另外還有一個顧問叫做毛士萊(Manchly)，他們領導著十二位科學家，作了200,000工時，完成了世界第一架數字電子計算器。

這個計算器的能力相當于5,000人的計算能力。桌用計算器要作二十個鐘頭的題目，這個計算器作十秒就完成了。

第一臺電子計算機多大呢？三十呎寬五十呎長屋子才能放下這個計算器。多重呢？三十噸。用多少電呢？相當于一個大廣播電臺。它的名字叫做ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandComputer)。自動控制中的新部件在自動控制學中，加入一個新的生力軍，數字計算器也成為一個組件了。

由自控機構到自控觀點

按照史實說，自動控制應該由瓦特時代的蒸汽機上的控速器說起，應該由馬克士威爾的對控速器的分析算起。我們可以說這是把自動控制當成一個機件來看待的時代。到了二次大戰期間，由控制炮位，到控制飛機，到控制航艦等，可以說把自動控制當成一套機構來看待的時代。

自控系統例子如轉動把手R成一新的角度，Q接觸點即向上移，于是P與Q間發生電位差，差值是e，作用在放大器A上，由A產生的電壓，影響發電機G，于是電動機受影響而轉動，電動機的負荷，即炮身，即跟著轉動。炮自轉動時P點也上行，終于PQ電位又復相等，電位差e等于零，一切都不再動了。自控系統例子這是一套機構，而是自動的連帶作用。國內自動控制理論的代表人物錢學森錢學森（1911.12.11-2009.10.31）。應用力學、航天技術和系統工程科學家。生于上海市，原籍浙江省杭州市。1934年畢業于上海交通大學。1936年在美國麻省理工學院獲碩士學位。1938年獲加州理工大學博士學位。1955年回國。曾任中國力學學會、中國自動化學會、中國系統工程學會、中國宇航學會理事長、名譽理事長等職。現任國防科學技術工業委員會研究員。

錢學森院士早年在應用力學和火箭、導彈技術的許多領域都做過開創性的工作。獨立研究以及和馮.卡門合作研究提出的許多理論，為應用力學、航空工程和火箭導彈技術的發展奠定了基礎。回國后長期擔任火箭、導彈和衛星研制的技術領導職務，為創建和發展我國的導彈、航天事業作出了杰出貢獻。在工程控制論、系統工程和系統科學、思維科學和人體科學以及馬克思主義哲學等許多理論領域都進行過創造性研究，作出了重大貢獻。1956年獲中國科學院自然科學獎一等獎，1985年獲國家科技進步獎特等獎，1991年被國務院、中央軍委授予“國家杰出貢獻科學家”榮譽稱號和一級英模獎章。中國科學院院士。1994年當選為中國工程院院士。宋健所屬領域：運動控制,個人簡介：（1931.12-）

兩院院士，博士，控制理論、航空航天技術、應用數學、人口控制專家，現任中國工程院院長。

主要科技成果及獲獎情況：主持我國第一代地空導彈控制系統的設計和制造，反導彈系統的研制，參與潛地導彈研制，第一代地球同步衛星定點控制總指揮，建立最優控制場論、分布參數系統、點測控相耦合的系統理論。首創人口控制論，發現和證實"人口生育雙向極限定律"。曾獲國家科學大會獎、國家自然科學成就獎、國家科技進步一、二等獎、國際數學模型協會艾爾伯特o愛因斯坦獎、達芬奇獎、何梁何利科技成就獎。戴汝為院士戴汝為(1932.12-)云南省昆明市人。1955年畢業于北京大學。畢業后在中國科學院工作，現任中國科學院自動化研究所研究員。1991年當選為中國科學院院士。1980~1982年在美國普渡大學電機系作訪問學者。長期從事自動控制、模式識別、人工智能、智能控制及思維科學的研究。到目前為止，已發表《智能系統的綜合集成》等學術專著5部，學術論文180余篇。曾任國家“863計劃”智能計算機主題專家組副組長、國際句法模式識別委員會委員、歐洲《SignalProcessing》雜志海外編委，現任中國自動化學會理事長、中科院技術科學學部副主任、國務院學位委員會控制科學與工程專業委員會召集人之一、中科院自動化所學術委員會主任、清華大學智能系統與智能技術國家開放實驗學術委員會主任、《模式識別與人工智能》雜志主編等職。并受聘為清華大學計算機系、北京師范大學信息學院的兼職教授，以及中國科技大學、上海交通大學、北京航天航空大學、南京航空航天大學等三十余所大學的名譽教授。控制理論是人類在征服自然，改造自然的斗爭中逐漸形成的一門科學。自動控制原理的基本思想早在19世紀就已存在20世紀20年代正式形成一個比較成熟的一門學科。Black、Nyquist、Bode等人在貝爾實驗室做了一系列工作，奠定了經典控制理論的基礎。二戰期間，為了解決武器控制問題，各國科學家和工程技術人員進行了大量的理論與實驗研究，使古典反饋控制系統在精度、動態特性和設計方法上都取得了重大進展，也使第一代經典控制理論趨于成熟。經典控制理論經典控制理論研究的對象:線性定常系統，主要解決單輸入單輸出問題。研究方法：采用傳遞函數、頻率特性、根軌跡為基礎的頻域分析法。控制思想：保證被控系統穩定，并為了達到要求的控制精度，因而采用反饋控制方式。這種經典控制理論不僅推動了當時社會的自動化技術的發展和普及，而且在當今社會的許多工程與技術領域仍然得到了廣泛應用。現代控制理論產生于20世紀60年代前后。在這一時期，計算機技術的迅猛發展為現代控制理論的形成與發展奠定了堅實的基礎。同時，這個時期人類發展航天技術的需要，以及被控對象和生產過程變的越來越復雜，不少系統是多輸入多輸出系統，而且對象有強烈的非線性，這些使得古典控制理論已經不能適用，因而發展了以狀態空間（狀態方程）為分析手段的時域分析法，主要解決的是多輸入多輸出的多因素控制問題。這一階段著重發展了最優控制、多變量控制、估計理論、濾波理論、自適應控制等。從而使控制理論推廣到一個更深入、更廣泛的境界。第二階段的代表人物有前蘇聯的龐特里亞金－極大值原理；貝爾曼（Bellman）及卡爾曼（R.E.Kalman）－濾波器理論；瑞典的奧斯特隆姆（K.J.Astrom）和法國的朗道（L.D.Landau）教授－自適應控制等。經典控制理論和現代控制理論通常被統一稱為傳統控制理論。傳統控制理論的共同特點是：其分析方法是建立在對象的數學模型基礎上的，也就是說被控對象的動態特性可以用數學公式嚴格地刻畫出來（即用微積分理論、線性代數或矢量分析法）。所以可以把傳統控制理論方法概括地稱為“基于數學模型的方法”。智能控制理論在實際生產過程控制中，往往會碰到被控系統模型不確定性，或者環境本身不確定性。對這兩類不確定性系統，現代控制理論通常采用魯棒控制、自適應控制和隨機最優控制來解決。但對于強烈不確定性和非線性系統來說，現代控制理論也無能為力。因此面對現代控制理論系統的不確定性、復雜性和高性能要求的挑戰，促使人們探索控制理論的新途徑，于是智能控制也就應運而生了。同時，人們在實踐中發現，對于那些難以用傳統控制理論來實現的有效控制的復雜過程，有經驗的工程技術人員卻能憑借經驗對它們進行有效控制。例如：停車問題“要把一輛汽車停在擁擠的停車場的兩輛汽車中間”

傳統控制：約束條件（如方向、位置、車速、邊界條件等），幾乎無精度解，從而使問題變的非常復雜，即使用一臺大型計算機用傳統控制理論方法也很難完成控制任務。

智能控制：如對于一位有經驗的司機來說，憑借經驗和技巧，運用直覺推理等智能行為，加上學習能力，卻可以輕而易舉地實現控制目標。

20世紀60年代，隨著計算機科學的飛速發展，出現了控制理論、信息論、仿生學、神經生物學、系統科學及數學等學科的相互滲透，誕生了一門研究人腦的職能機理，研究如何利用各種方法來模擬人的思維過程和某些智能行為的科學－人工智能（ArtificialIntelligence，AI），與此同時將人工智能引入控制領域便產生了智能控制技術。智能控制技術的出現改變了人們傳統的控制思想，是自動控制領域內一次重要的變革。因此，控制理論發展至今，基本上可以分為以下三個階段：階段第一階段第二階段第三階段形成時間20世紀40-50年代20世紀60-70年代20世紀80年代以后理論基礎經典控制理論現代控制理論智能控制理論研究對象單因素控制多因素控制多層次多因素控制分析方法傳遞函數狀態方程智能算子核心裝置自動調節器數字計算機智能機器系統研究重點反饋控制最優控制自適應控制大系統理論智能控制應用單機自動化機組自動化系統自動化自動控制的發展開環控制確定性反饋控制最優控制隨機控制自適應控制自學習控制智能控制進展方向控制復雜性高等數學積分變換自動控制原理其它專業課程

1、是一門專業基礎課

2、理論實踐相結合理論性非常強,但又和實際應用緊密結合

3、內容廣泛自動控制原理課程特點本課程的學習方法要抓主要矛盾，忽略一些次要因素，抓住問題的本質。要抓住重點，即應牢固掌握基本概念、基本原理和各種數學分析模型的主要特性。學習自動控制原理的重要性2、本課程能為解決實際控制問題提供理論和方法1、自動控制技術是應用非常廣泛的技術

電機控制、自動化生產線、火炮雷達控制、家用電器、機械、冶金、石油、化工、電力電子、航空、航海、航天、核反應堆等。房間交換設備壓縮機控制板傳感器控制對象執行機構測量元件控制單元3.反饋控制原理舉例：家用空調控制器控制系統功能：房間溫度控制在人體比較舒適的范圍（對象、物理量、控制設備）系統組成：溫度設定比較單元控制單元執行機構控制對象測量元件控制器控制對象反饋比較控制指令家用空調系統框圖的簡化4.反饋控制系統的基本組成

被控對象

控制系統

測量元件比較元件

控制裝置

放大元件

執行機構

校正裝置

給定元件基本控制方式

1)開環控制

2)閉環控制

3)復合控制

5.自動控制系統基本控制方式溫度計

加熱電阻絲調壓器u(a)原理圖~220V輸出量

(手柄位置)輸入量調壓器

加熱電阻絲

電爐

恒溫箱

受控對象(溫度)擾動量(b)方塊圖控制裝置擾動輸出量輸入量控制裝置受控對象開環控制系統的方框圖

1)開環控制系統MugudoVGT+-(a)原理圖給定信號(電壓)觸發器電動機受控對象輸出量(轉速)擾動量(b)方塊圖控制裝置晶閘管可控整流器按給定開環控制+-+ugudoMiuin(a)原理圖R

放大

器負載

給定信號ug被控量擾動inui(b)方塊圖

電壓

放大

電阻

R觸發器晶闡管可控整流器

電動

機按干擾補償開環控制方框圖中各符號的意義元部件方框（塊）圖信號（物理量）及傳遞方向中的符號比較點引出點表示負反饋開環控制系統的特點

控制裝置與受控對象之間只有正向作用，沒有反向聯系；控制精度取決于元器件的精度和系統調整精度；沒有抑制內、外干擾的能力；系統結構簡單、成本低。2.閉環控制系統負反饋原理__將系統的輸出信號引回輸入端，與輸入信號比較，利用所得的偏差信號進行控制，達到減小偏差、消除偏差的目的。

____構成閉環控制系統的核心

閉環(反饋)控制系統的特點：

(1)系統內部存在反饋，信號流動構成閉回路

(2)偏差起調節作用

例1爐溫控制系統爐溫控制系統方框圖爐溫控制系統方框圖(-)utug擾動

給定裝置

放大器

電動機

轉速反饋裝置

觸發器

晶闡管可控整流器控制裝置受控對象n(b)方框圖ueudoRP1ugR0R0R1-utRP2-+-++TGMudouc(a)原理圖+電動機轉速閉環控制系統

例函數記錄儀

函數記錄儀方框圖

閉環控制系統的特點既有正向作用，又有反饋作用控制精度與元件精度、控制方法、調整精度有關，控制精度較高；有抑制干擾的能力；結構復雜，成本相對較高。復合控制系統對系統提出較高要求時使用開環控制和閉環控制的組合有兩種形式

(1)按輸入作用補償

(2)按擾動作用補償

udoMRiugutTG(a)原理圖

負載放大器

放大器+n擾動(ML)uiugut(-)(b)方塊圖

擾動檢測裝置

晶闡管可控整流器

轉速反饋裝置

電動機

放大器

放大器

觸發器電動機轉速復合控制系統按干擾作用補償復合控制系統典型方框圖控制裝置被控對象測量裝置補償裝置(-)輸入信號輸出信號擾動(b)按擾動作用補償被控量輸入信號(-)補償裝置控制裝置受控對象(a)按輸入作用補償控制系統的組成1.2自動控制系統示例（自學）重點：根據控制系統的原理，畫出各個控制系統的方框圖，找出被控對象、控制裝置，被控量、給定量等。分類運動控制系統過程控制系統線性/非線性系統連續/離散性系統定常/時變性系統單輸入單輸出/多輸入多輸出系統集中參數/分布參數系統按被控對象分按使用的數學方法分按輸入信號特征分按系統功用分恒值系統隨動系統程序控制系統按控制方式分按給定值操縱的開環控制按干擾補償的開環控制按偏差調節的閉環控制復合控制：閉環反饋為主，開環補償為輔溫度控制系統壓力控制系統位置控制系統1.3自動控制系統的分類1.按輸入信號特征分類

1、恒值控制系統