控制理論的發(fā)展及應(yīng)用

控制理論的發(fā)展及應(yīng)用第一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六內(nèi)容控制論簡介自動控制理論與技術(shù)的早期發(fā)展控制理論各階段的特點控制理論的進(jìn)一步發(fā)展歷史的思考新世紀(jì)自動化學(xué)科的挑戰(zhàn)和發(fā)展第二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六一控制論簡介研究各類系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制規(guī)律的科學(xué)它是自動控制、通訊技術(shù)、計算機科學(xué)、數(shù)理邏輯、神經(jīng)生理學(xué)、統(tǒng)計力學(xué)、行為科學(xué)等多種科學(xué)技術(shù)相互滲透形成的一門綜合性學(xué)科。它研究生物體和機器以及各種不同基質(zhì)系統(tǒng)的通訊和控制的過程，探討它們共同具有的信息交換、反饋調(diào)節(jié)、自組織、自適應(yīng)的原理和改善系統(tǒng)行為、使系統(tǒng)穩(wěn)定運行的機制，從而形成了一大套適用于各門科學(xué)的概念、模型、原理和方法。第三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六Cybernetics，希臘語，原意為掌舵術(shù)，包含了調(diào)節(jié)、操縱、管理、指揮、監(jiān)督等多方面的涵義1943年底在紐約召開了關(guān)于信息、反饋問題的討論會，參加者中有生物學(xué)家、數(shù)學(xué)家、社會學(xué)家、經(jīng)濟學(xué)家，從各自角度對信息反饋問題發(fā)表意見。陸續(xù)舉行的討論會，對控制論的產(chǎn)生起了推動作用。1948年維納發(fā)表《控制論》，控制科學(xué)誕生?？刂普搫?chuàng)始人維納第四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六控制論的三個發(fā)展時期I：上世紀(jì)50年代，經(jīng)典控制論時期。

代表作：1948年維納發(fā)表《控制論》1954年錢學(xué)森發(fā)表的《工程控制論》。II：上世紀(jì)60年代，現(xiàn)代控制論時期。

控制論的重點從單變量控制到多變量控制，從自動調(diào)節(jié)向最優(yōu)控制，由線性系統(tǒng)向非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。美國卡爾曼提出的狀態(tài)空間方法以及其它學(xué)者提出的極大值原理和動態(tài)規(guī)劃等方法，形成了系統(tǒng)辨識、最優(yōu)控制、自組織、自適應(yīng)系統(tǒng)等現(xiàn)代控制理論。III：上世紀(jì)70年代后：大系統(tǒng)理論時期。

控制論由工程控制論、生物控制論向經(jīng)濟控制論、社會控制論發(fā)展。第五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六三部經(jīng)典著作信息論開端：1948年香農(nóng)(C.E.Shannon)的發(fā)表在《貝爾系統(tǒng)技術(shù)雜志》上的論文《AMathematicalTheoryofCommunication》控制論創(chuàng)立:1948年維納（N.Wienner）的經(jīng)典論著：《Cybernetics

or

ControlandCommunicationintheanimalandthemachines》工程控制論：1954年錢學(xué)森(TsienHS)的著作《EngineeringCybernetics》第六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六二自動控制技術(shù)的早期發(fā)展數(shù)千年的歷史“控制”：本身反映人們對征服自然與外在的渴望，“控制理論與技術(shù)”也自然地在人類認(rèn)識自然與改造自然的歷史中發(fā)展；具有反饋控制原理的控制裝置：古代的計時器“水鐘”(“刻漏”，也叫“漏壺”)；公元前三世紀(jì)中葉，亞歷山大里亞城的Ctesibius首先在受水壺中使用了浮子，具有負(fù)反饋的思想；北宋時期，蘇頌等于1086年-1090年在開封建成“水運儀象臺”，相當(dāng)準(zhǔn)確地跟蹤天體的運行；1765年俄國的波爾祖諾夫（Polzunov）發(fā)明了蒸汽機鍋爐的水位自動調(diào)節(jié)器（在俄國被認(rèn)為是世界上的第一個自動調(diào)節(jié)器）。第七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六中國、古埃及和巴比倫人發(fā)明的自動計時裝置(公元前11世紀(jì))具有過程控制思想的提花織布機（明代）第八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六Jameswat發(fā)明的飛球調(diào)節(jié)器，控制蒸汽機的轉(zhuǎn)速（1769年）Polzunov發(fā)明的浮球調(diào)節(jié)器，用于水位控制（1765年）第九頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六穩(wěn)定性的早期發(fā)展-1J.C.Maxwell是最早對反饋控制系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)分析，《OnGovernors》（Proc.RoyalSocietyofLondon,1868），目前公認(rèn)的以反饋控制為其主要研究內(nèi)容的第一篇理論論文導(dǎo)出了調(diào)節(jié)器的微分方程，并在平衡點附近進(jìn)行線性化處理，指出穩(wěn)定性取決于特征方程的根是否具有負(fù)的實部。開創(chuàng)了控制理論研究的先河,文中還催促數(shù)學(xué)家們盡快地解決多項式的系數(shù)同多項式根的關(guān)系問題。由于五次以上的多項式?jīng)]有直接的求根公式，這給判斷高階系統(tǒng)的穩(wěn)定性代來了困難。經(jīng)典控制理論的發(fā)展第十頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六穩(wěn)定性的早期發(fā)展-2兩年一次的AdamsPrize獎授予在該委員會所選科學(xué)主題方面競爭的最佳論文。1877年的主題是“運動的穩(wěn)定性”。RouthEJ.《ATreatiseontheStabilityofMotion》（London:Macmillan,1877）獲1877年AdamsPrize提出根據(jù)多項式的系數(shù)確定多項式在右半平面的根的數(shù)目。其意義在于將當(dāng)時各種有關(guān)穩(wěn)定性的孤立的結(jié)論和非系統(tǒng)的結(jié)果統(tǒng)一起來，開始建立有關(guān)動態(tài)穩(wěn)定性的系統(tǒng)理論。經(jīng)典控制理論的發(fā)展第十一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六穩(wěn)定性的早期發(fā)展-31895年，瑞士數(shù)學(xué)家A.Hurwitz在不了解Routh工作的情況下，獨立給出了根據(jù)多項式的系數(shù)決定多項式的根是否都具有負(fù)實部的另一種方法(HurwitzA.Ontheconditionsunderwhichanequationhasonlyrootswithnegativerealparts.MathematischeAnnelen,vol.46:273-284,1895)。Hurwitz的條件同Routh的條件在本質(zhì)上是一致的。因此這一穩(wěn)定性判據(jù)現(xiàn)在也被稱為Routh-Hurwitz穩(wěn)定性判據(jù)。經(jīng)典控制理論的發(fā)展第十二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六1892年，俄羅斯偉大的數(shù)學(xué)力學(xué)家A.M.Lyapunov（1857-1918）發(fā)表了其具有深遠(yuǎn)歷史意義的博士論文《TheGeneralProblemoftheStabilityofMotion》提出了為當(dāng)今學(xué)術(shù)界廣為應(yīng)用且影響巨大的李亞普諾夫方法，也即李亞普諾夫第二方法或李亞普諾夫直接方法。這一方法不僅可用于線性系統(tǒng)，而且可用于非線性時變系統(tǒng)的分析與設(shè)計。穩(wěn)定性的早期發(fā)展-4經(jīng)典控制理論的發(fā)展第十三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六負(fù)反饋放大器及頻域理論的建立-1在控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)理論建立之后，1928年－1945年以美國AT&T公司BellLabs的科學(xué)家們?yōu)楹诵?，又建立了控制系統(tǒng)分析與設(shè)計的頻域方法。負(fù)反饋放大器:1928年，HaroldBlack(1898-1983)首先提出了基于誤差補償?shù)那梆伔糯笃?，在此基礎(chǔ)上最終提出了負(fù)反饋放大器并對其進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析經(jīng)典控制理論的發(fā)展第十四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六反饋放大器的振蕩問題：實用化困難1932年，Nyquist發(fā)表了包含著名的“乃奎斯特判據(jù)”(Nyquistcriterion)的論文，并在1934年加入了BellLabs。Black關(guān)于的負(fù)反饋放大器的論文發(fā)表在1934年，參考了Nyquist的論文和他的穩(wěn)定性判據(jù)。同時，HendrikBode(1905-1982)開始對負(fù)反饋放大器的設(shè)計問題進(jìn)行研究。1940年，Bode引入了半對數(shù)坐標(biāo)系，使頻率特性的繪制工作更加適用于工程設(shè)計。

負(fù)反饋放大器及頻域理論的建立-2經(jīng)典控制理論的發(fā)展第十五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六負(fù)反饋放大器及頻域理論的建立-31925年，英國電器工程師O.Heaviside，把拉普拉斯變換應(yīng)用到求解電網(wǎng)絡(luò)的問題上。不久拉普拉斯變換就被應(yīng)用到分析自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)問題上，并取得了顯著成效。傳遞函數(shù)就是在拉普拉斯變換的基礎(chǔ)上引入的。1942年，H.Harris引入傳遞函數(shù)的概念。用方框圖、環(huán)節(jié)、輸入和輸出等信息傳輸?shù)母拍顏砻枋鱿到y(tǒng)的性能和關(guān)系，從而把原來由研究反饋放大器穩(wěn)定性而建立起來的頻率法抽象化，并更有普遍意義。（把對具體物理系統(tǒng)，統(tǒng)一用傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)等抽象的概念來研究）至1945年，控制系統(tǒng)設(shè)計的頻域方法，“波德圖”(Bodeplots)方法，已基本建立了。經(jīng)典控制理論的發(fā)展第十六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六根軌跡法的建立在經(jīng)典控制理論中，根軌跡法占有十分重要的地位。它同時域法，頻域法可稱是三分天下。美國電信工程師W.R.Evans，兩篇論文《GraphicalAnalysisofControlSystem》(1948)和《ControlSystemSynthesisbyRootLocusMethod》

(1950),基本建立了根軌跡法的完整理論。Evans所從事的是飛機導(dǎo)航和控制，其中涉及許多動態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定問題，因此又回到70多年前Maxwell和Routh曾做過的特征方程的研究工作。但Evans用系統(tǒng)參數(shù)變化時，特征方程的根變化軌跡來研究，開創(chuàng)了新的思維和研究方法。經(jīng)典控制理論的發(fā)展第十七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六脈沖控制理論的建立-1隨著計算機技術(shù)的誕生，脈沖控制理論迅速發(fā)展。重要貢獻(xiàn)：Nyquist和Shannon。Nyquist首先證明把正弦信號從它的采樣值復(fù)現(xiàn)出來，每周期至少必須進(jìn)行兩次采樣。香農(nóng)于1949年完全解決了這個問題，Shannon采樣定理。線性脈沖控制理論以線性差分方程為基礎(chǔ)，線性差分方程理論在三、四十年代中已逐步發(fā)展起來。利用連續(xù)系統(tǒng)L變換同離散系統(tǒng)L變換的對應(yīng)關(guān)系，奧爾登伯格和崔普金等人于1944和1948年分別提出了脈沖系統(tǒng)的穩(wěn)定判據(jù)，即線性差分方程的所有特征根應(yīng)位于單位圓內(nèi)。經(jīng)典控制理論的發(fā)展第十八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六由于離散拉氏變換式是超越函數(shù)，崔普金又提出了用保角變換將Z平面的單位圓內(nèi)部轉(zhuǎn)換到新平面的左半面的方法，這樣即可以使用Routh-Hurwitz判據(jù)，又可將連續(xù)系統(tǒng)分析的頻域方法引入離散系統(tǒng)分析。在變換理論的研究方面，W.Hurewicz于1947年最先引進(jìn)了一個變換用于對離散序列的處理。在此基礎(chǔ)上，崔普金于1949年，拉格茲尼和扎德于1952年分別提出并定義了Z變換方法，大大簡化了運算步驟，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展起脈沖控制系統(tǒng)理論。脈沖控制理論的建立-2經(jīng)典控制理論的發(fā)展第十九頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六回顧脈沖控制理論的發(fā)展，盡管俄國的崔普金等都做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，但建立脈沖理論的許多工作都是由美國哥倫比亞大學(xué)的拉格茲尼和他的博士生們完成的。他們包括朱里（離散系統(tǒng)穩(wěn)定的朱里判據(jù)，能觀測性與能達(dá)性，分析與設(shè)計工具等），卡爾曼（離散狀態(tài)方法，能控性與能觀性等。是自控界第二位獲IEEEMedalofHonor者(1974)），扎德（Z變換定義等。是第五位獲IEEEMedalofHonor者(1995)）。五十年代末，脈沖系統(tǒng)的Z變換法已臻成熟，好幾本教科書同時出版。脈沖控制理論的建立-3經(jīng)典控制理論的發(fā)展第二十頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六控制史上重點人物WienerKalmanNyquistZadehAstr?mShannonLyapunovBellman第二十一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六三控制理論各階段的特點經(jīng)典控制理論：建立在頻率法和根軌跡法基礎(chǔ)上數(shù)學(xué)工具：拉氏變換研究對象：單輸入－單輸出的線性定常系統(tǒng)研究方法：將描述系統(tǒng)的微分方程或差分方程變換到復(fù)數(shù)域中，得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并以此作為基礎(chǔ)在頻率域中對系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計，確定控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)?？刂平Y(jié)構(gòu)：通常是采用輸出負(fù)反饋控制，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。第二十二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六數(shù)學(xué)工具—線性微分方程和基于拉普拉斯變換的傳遞函數(shù)研究對象三大分析方法：研究對象和范圍有限—單輸入—單輸出的線性定常系統(tǒng)時域分析法、頻率特性分析法和根軌跡分析法—難于解決復(fù)雜問題，如時變，多變量等第二十三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)控制器受控對象控制量輸入量輸出量(a)開環(huán)控制系統(tǒng)控制量輸入量輸出量(b)閉環(huán)控制系統(tǒng)反饋元件﹢﹣控制器受控對象第二十四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六開環(huán)控制系統(tǒng)特點：缺點：—最簡單的控制方式●系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)容易、成本低、不存在穩(wěn)定性問題●信號傳遞沒有形成閉合回路●輸出量不能對控制量產(chǎn)生影響。

●控制精度不高

●系統(tǒng)抗干擾能力差

●對元器件的要求比較高控制量輸入量輸出量(b)閉環(huán)控制系統(tǒng)反饋元件﹢﹣控制器受控對象控制器受控對象控制量輸入量輸出量(a)開環(huán)控制系統(tǒng)第二十五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六控制量輸入量輸出量(b)閉環(huán)控制系統(tǒng)反饋元件﹢﹣控制器受控對象控制器受控對象控制量輸入量輸出量(a)開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)—反饋控制系統(tǒng)

反饋通路負(fù)反饋與正反饋控制系統(tǒng)一般采用負(fù)反饋信號傳遞形成一個閉合回路輸入量與反饋量之差稱為偏差信號

第二十六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)：設(shè)定值r﹣控制器執(zhí)行器被控對象測量、變送擾動f被控變量y反饋量

z自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)偏差e控制變量u第二十七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六經(jīng)典控制論研究內(nèi)容：系統(tǒng)模型傳遞函數(shù)模型的建立系統(tǒng)分析系統(tǒng)時域分析；穩(wěn)定性（勞斯穩(wěn)定判據(jù)）；穩(wěn)態(tài)偏差；根軌跡；頻率特性分析系統(tǒng)綜合基于根軌跡、頻率特性進(jìn)行控制器設(shè)計。第二十八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六現(xiàn)代控制理論從時間域內(nèi)系統(tǒng)地講述用來分析和綜合線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間方法。首先是建立系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述問題，然后在狀態(tài)空間描述的基礎(chǔ)上討論系統(tǒng)的運動規(guī)律，能控性，能觀性和穩(wěn)定性理論，逐步

闡明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性，最后專門討論綜合問題，包括極點配置，鎮(zhèn)定，跟蹤，解耦等。

數(shù)學(xué)工具：線性代數(shù)研究對象：多輸入－多輸出的線性定常系統(tǒng)研究方法：將描述系統(tǒng)的微分方程或差分方程變換到狀態(tài)空間中，得到系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述，并以此作為基礎(chǔ)在時間域中對系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計，確定控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。控制結(jié)構(gòu)：通常是采用狀態(tài)反饋控制，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。第二十九頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六經(jīng)典與現(xiàn)代控制論的比較經(jīng)典控制論現(xiàn)代控制論數(shù)學(xué)基礎(chǔ)拉普拉斯變換線性代數(shù)、矩陣分析系統(tǒng)模型傳遞函數(shù)狀態(tài)空間表達(dá)處理域頻域時域應(yīng)用對象SISO系統(tǒng)MIMO系統(tǒng)第三十頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六表示系統(tǒng)在過去、現(xiàn)在和未來時刻的狀況狀態(tài)能夠完全描述系統(tǒng)行為的最小一組變量，只要給定了當(dāng)前時刻的這組變量以及未來時刻作用在系統(tǒng)上的輸入，那么系統(tǒng)在未來任意時刻的行為就可以完全確定。狀態(tài)變量選取的不唯一性以完全表征系統(tǒng)的狀態(tài)變量為元構(gòu)成的向量就是狀態(tài)向量狀態(tài)向量以n個狀態(tài)變量為基底所構(gòu)成的n維空間就稱為狀態(tài)空間，狀態(tài)空間中的一點就代表系統(tǒng)在某一特定時刻的狀態(tài)。狀態(tài)空間第三十一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六外部描述——傳遞函數(shù)：不表征系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部變量，只反映外部變量組輸入與輸出間的因果關(guān)系內(nèi)部描述——狀態(tài)空間，能夠完全表征系統(tǒng)的一切動力學(xué)特征：不完全描述完全描述傳遞函數(shù)：初始條件為零的線性定常系統(tǒng)輸出的拉普拉斯變換與輸入的拉普拉斯變換之比。第三十二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六現(xiàn)代控制論的重要分支：狀態(tài)空間設(shè)計方法系統(tǒng)模型狀態(tài)空間模型的建立、與傳遞函數(shù)描述之間的相互轉(zhuǎn)化；系統(tǒng)分析狀態(tài)空間運動分析；能控性和能觀性的基本概念與判據(jù)、能控、能觀標(biāo)準(zhǔn)形及結(jié)構(gòu)分解；系統(tǒng)綜合基于狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)設(shè)計方法——極點配置和觀測器設(shè)計。第三十三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六計算機控制系統(tǒng)（離散控制、脈沖控制、采樣控制等）圖6.1計算機控制系統(tǒng)原理圖

第三十四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六控制系統(tǒng)通常分成兩大類：連續(xù)時間控制系統(tǒng)：各處的信號是時間的連續(xù)函數(shù)，則稱該類系統(tǒng)為連續(xù)時間控制系統(tǒng)。離散時間控制系統(tǒng)：有一處或數(shù)處信號不是時間的連續(xù)函數(shù)，而是在時間上離散的一系列脈沖序列或數(shù)字信號，稱這類系統(tǒng)為離散時間控制系統(tǒng)或采樣控制系統(tǒng)。1控制工程中普遍存在離散時間系統(tǒng)2計算機的高速發(fā)展和數(shù)字控制的廣泛應(yīng)用意義：第三十五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六離散信號＝采樣信號＋數(shù)字信號時間整量化時間和幅值同時整量化離散、采樣、數(shù)字控制的差別離散控制系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)和采樣控制系統(tǒng)都是同類系統(tǒng)，但嚴(yán)格是有差別的。離散控制系統(tǒng)：內(nèi)涵最廣，它涵蓋了采樣和數(shù)字控制系統(tǒng)。離散控制處理的是離散信號。采樣控制系統(tǒng)：包括了采樣數(shù)據(jù)信號和數(shù)字信號，如過程控制系統(tǒng)（PCS）。采樣控制處理的是采樣信號。數(shù)字控制系統(tǒng)：信號是一個數(shù)字序列，如數(shù)字仿真系統(tǒng)（DSS）。數(shù)字控制處理的是數(shù)字信號。第三十六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六連續(xù)整量化信號與數(shù)字信號連續(xù)模擬信號與采樣信號第三十七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六采樣控制系統(tǒng)與連續(xù)時間控制系統(tǒng)相比優(yōu)點：（1）容易實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律；（2）控制規(guī)律易改變；（3）精度高、抗干擾性能好。目前采樣控制系統(tǒng)的發(fā)展成為：

1、集散控制系統(tǒng)（DCS）；

2、可編程控制器（PLC）；

3、工業(yè)控制機（IPC）；

4、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）。第三十八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)分析方法的比較連續(xù)系統(tǒng)分析（L變換）微分方程傳遞函數(shù)，頻域分析（經(jīng)典）

狀態(tài)方程：求運動解，通過系統(tǒng)矩陣分析（現(xiàn)代）離散系統(tǒng)分析類似（z變換）差分方程脈沖傳數(shù)，頻域分析（經(jīng)典）

差分狀態(tài)方程：狀態(tài)空間方法（現(xiàn)代）第三十九頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六在設(shè)計采樣系統(tǒng)中，一個重要的參數(shù)就是采樣周期T，T過大，復(fù)現(xiàn)原信號時將失真，T過小，增加計算量，具體T的選擇可以通過連續(xù)信號和采樣信號頻譜之間的關(guān)系確定。采樣定理：采樣后的離散信號能恢復(fù)為原連續(xù)信號的條件是采樣頻率要高于或等于連續(xù)信號頻譜中最高頻率的兩倍。理想的采樣過程

第四十頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六四現(xiàn)代控制理論的進(jìn)一步發(fā)展其他動態(tài)系統(tǒng)的研究非線性系統(tǒng):Lyapunov理論，微分幾何，微分代數(shù)時變系統(tǒng)：隨環(huán)境變，"自適應(yīng)系統(tǒng)"或"不確定系統(tǒng)"隨機系統(tǒng)：基于概率統(tǒng)計方法，研究穩(wěn)定、鎮(zhèn)定和最優(yōu)控制等分布參數(shù)系統(tǒng)：廣泛應(yīng)用于熱工、化工、導(dǎo)彈、航天航空、核裂、聚變等工程系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、社會系統(tǒng)等大規(guī)模系統(tǒng)：用子系統(tǒng)及其關(guān)聯(lián)性質(zhì)來對其進(jìn)行分析和控制機械系統(tǒng)：2階非線性系統(tǒng)，并充分利用力學(xué)特性簡化研究不確定系統(tǒng)：自適應(yīng)控制、魯棒控制等多個學(xué)科第四十一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六

控制任務(wù)的多樣化經(jīng)典及現(xiàn)代控制論在于尋求（反饋）控制，使得閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，即“鎮(zhèn)定”。到了二十世紀(jì)，工程技術(shù)不斷提出新的任務(wù)：車間調(diào)度控制：工程上為FMS及CIMS，理論上出現(xiàn)了DEDS（離散事件動態(tài)系統(tǒng)）理論。監(jiān)控、預(yù)警：化工過程、車間、煤礦采掘面等各種工業(yè)過程跟蹤、替人操作、裝配：擬人機器人、智能機器人及車等這一趨勢是明顯的，也是必然的。自動控制就是由系統(tǒng)來代替人控制。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的控制活動越來越多，因而控制任務(wù)也會越來越復(fù)雜和困難。現(xiàn)代控制理論的進(jìn)一步發(fā)展-2第四十二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六專業(yè)學(xué)科化的發(fā)展因受控對象的性質(zhì)千差萬別，屬于不同的學(xué)科，各學(xué)科又有自己的獨特之處，所以在各門學(xué)科中相對獨立地發(fā)展控制理論及方法，是必然的?？臻g機器人：多體系統(tǒng)、受非完整約束、自主控制、遙控、裝配等等。擬人機器人：要求具有計算機視覺、觸覺、聲覺、自主控制、應(yīng)付復(fù)雜環(huán)境（避碰、避雨及雷電）等等。智能材料：具有及時預(yù)報缺陷及損傷，自加強等功能。醫(yī)學(xué)控制：血管內(nèi)的“聰明藥”具有對可能發(fā)生阻塞部位進(jìn)行修整的能力?，F(xiàn)代控制理論的進(jìn)一步發(fā)展-3第四十三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六五歷史的思考社會發(fā)展的需要是科學(xué)發(fā)展的動力控制技術(shù)的存在與發(fā)展已有數(shù)千年的歷史，但只有在工業(yè)的發(fā)展對動力產(chǎn)生巨大的需求，蒸氣機穩(wěn)定性問題出現(xiàn)并具有至關(guān)重要的意義時，人們才集中智力來解決這一難題，并由此產(chǎn)生了穩(wěn)定性理論。頻域方法和離散（脈沖）系統(tǒng)理論同樣如此，也是在通訊技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展過程中為解決關(guān)鍵問題而發(fā)展起來的。錢三強“科學(xué)來源于生產(chǎn)和對自然現(xiàn)象的觀察，它的發(fā)展取決于生產(chǎn)和社會的需求。”第四十四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六歷史的思考科學(xué)的進(jìn)步是集體努力的結(jié)果，科學(xué)家的群體效應(yīng)同早期科學(xué)理論的發(fā)展不同，現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展要依賴于集體的智慧。穩(wěn)定性理論、頻域理論及脈沖理論的建立與發(fā)展很好地說明了這一點?？茖W(xué)的發(fā)明與科學(xué)理論的建立有賴于科學(xué)家堅實的知識基礎(chǔ)，杰出的科學(xué)家大多是多面發(fā)展的現(xiàn)代科學(xué)理論的建立有賴于有堅實與深厚的知識基礎(chǔ)。例如在控制理論發(fā)展史上做出巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)家如Maxwell、Lyapunov、Zadeh等無不在多個方面均有建樹。而Black最早提出負(fù)反饋放大器的思想，但本人理論基礎(chǔ)較差，頻域理論卻是在Nyquist和Bode等的努力下建立的。Black的論文也是在參考了Nyquist的論文之后才完成，他的專利申請也是在Nyquist等的工作完成后才被認(rèn)可并獲準(zhǔn)的。第四十五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期六沒有理論，社會實踐就不能成為系統(tǒng)的科學(xué)，實踐也就難以深入和系統(tǒng)地發(fā)展控制技術(shù)和理論的發(fā)展還表明了這樣一個道理：任何社會實踐沒有理論就不能成為科學(xué)，也就難以發(fā)展?？刂萍夹g(shù)在中國和巴比倫已有數(shù)千年的歷史，但由于沒有上升為理論，只能在低級的水平上發(fā)展。1868年以來，隨著控制理論的建立，控制理論和控制技術(shù)同時開始飛速發(fā)展，控制技術(shù)終于成為人們征服自然與改造自然的有力武器。由于我們中國幾千年來只重技術(shù)不重理論，現(xiàn)在的歷史就是十六、十七世紀(jì)前“燦爛輝煌的古代文明”，而在十六、十七世紀(jì)西方科學(xué)理論體系開始建立之后，就開始相對日趨末落。歷史