【正文】 學技術的發(fā)展，自動控制 技術及理論已經(jīng)廣泛的應用于機械、冶金、石油、 化工、電子、電力、航空、航海、航天、核反應等 各個學科領域。 從 60年代至今 40多年來 ， 現(xiàn)代控 制理論又有巨大的發(fā)展 ， 并形成了若干學科分支 ， 如線性控制理論 、 最優(yōu)控制理論 、 動態(tài)系統(tǒng)辨識 、 自適應控制 、 大系統(tǒng)理論等 。 40~50年代 ? 經(jīng)典控制理論 （頻域法或復頻域法） 核心：傳遞函數(shù)，穩(wěn)定性、穩(wěn)定裕度等 特點：圖形方法，直觀簡便，設置參數(shù)少， （以簡單控制結(jié)構(gòu)獲取相對滿意的性能） 適用范圍：單輸入單輸出（ SISO）系統(tǒng) 數(shù)學基礎：復變函數(shù)，積分變換 SISO: Single Input and Single Output 50年代開始 ， 由于空間技術的發(fā)展 ， 各種高速 、 高性能的飛行器相繼出現(xiàn) ， 要求高精度地處理多變 量 、 非線性 、 時變和自適應等控制問題 ， 60年代初 又形成了現(xiàn)代控制理論 。這些都是經(jīng)典控制理論的重要組成部分。 隨后， 1948年伊文斯（ ） 又創(chuàng)立了另 一種圖解法即有名的根軌跡法。 1932年奈奎斯特（ ） 在 研究負反饋放大器時創(chuàng)立了有名的穩(wěn)定性判據(jù)，并 提出了穩(wěn)定裕量的概念。第二次世界大戰(zhàn)前后， 由于生產(chǎn)和軍事的需要，各國均在大力研制新型武 器，于是出現(xiàn)了較復雜的控制系統(tǒng)，這些控制系統(tǒng) 通常是用高階微分方程來描述的。 經(jīng)典控制理論也就是自動控制原理，是 20世紀 40年代到 50年代形成的一門獨立學科 。 自動控制理論正是在解決這些實際技術問題的過程 中逐步形成和發(fā)展起來的，它是研究自動控制技術 的基礎理論，是研究自動控制共同規(guī)律的技術科學。 要使煉鋼爐提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，就必須嚴格控制爐溫 …… 等等。 事實上，任何技術設備、工作機械或生產(chǎn)過程都必須按要求運行。 比如：人造地球衛(wèi)星的 發(fā)射成功與安全返回。 什么是自動控制 ? 無須人的直接參與，通過控制裝臵，使機器、設備、生產(chǎn)過程等按照預定的規(guī)律運行，完成要求的任務，就叫自動控制。自動控制原理 安徽工業(yè)大學 孔慶凱 參考書 1.《 自動控制原理 》 第 六 版，胡壽松，科學出版社， 2022年； 2. 《 自動控制原理 》 高國燊，華南理工大學出版社； 3.《 自動控制原理 》 第 四 版 ，夏德鈐，機械工業(yè)出版社 4.《 自動控制理論 》 第二版，文鋒、賈光輝，中國電力出版社。 引 言 自動控制學科由自動控制技術和自動控制理論兩部分組成 。 近幾十年來，自動控制技術正在迅猛的發(fā)展，并在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防建 設和航空航天事業(yè)等領域中獲得廣泛應用 。 導彈的準確擊中目標， 雷達系統(tǒng)的準確跟蹤目標； 交通系統(tǒng)： 安全、快捷、舒適、準點 鋼鐵生產(chǎn) 制造系統(tǒng)： 數(shù)控機床 加工生產(chǎn)線 自動碼垛機器人 自動包裝機器人 家用電器： 電扇： 控制轉(zhuǎn)速 電冰箱、空調(diào)、電飯煲： 控制溫度 洗衣機： 控制水位、強弱、時間等 智能建筑： 通信 電梯 供水 通風 空調(diào) 安防 抄表 … 工業(yè)機器人： 拉提琴 靈巧手 排 爆 步行 吹笛 足球比賽 其他機器人： 自動控制的應用領域 軍事工業(yè) 航空航天 制造業(yè) 機器人 流程工業(yè) 電子工業(yè) 家用電器 交通系統(tǒng)，樓宇系統(tǒng)，經(jīng)濟系統(tǒng)，社會系統(tǒng) … 鋼鐵、石化、造紙、制藥等 隨著生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展 ， 自動控制技術可以說已滲透到各種學科領域 ， 成為促進當代生產(chǎn)發(fā)展和科學技術進步的重要因素 。例如：要使火炮能自動跟蹤并命中飛行目標，炮身就必須按照指揮儀的命令而作方位角和俯仰角的變動； 要把數(shù)噸重人造衛(wèi)星送入數(shù)百公里 高空的軌道，使其所攜帶的各種儀器能長期使用、準確地工作，就必須保持衛(wèi)星的正確姿態(tài)，使它的太陽能電池一直朝向太陽，無線電發(fā)射天線一直指向地球； 要使數(shù)控機床能加工出高 精度的工件，就必須保證 其工作臺或刀架的進給量 準確地按照程序指令的設 定值變化； 要想使輪船安全順利的航行，就必須按照領航員的命令改變尾舵的方向； 所有這一切都是以高水平的自動控制技術為前提的。 隨著自動控制技術的廣泛應用和迅猛發(fā)展，出 現(xiàn)了許多新問題，這些問題要求從理論上加以解決。 按其發(fā)展的不同階段，可把自動控制理論分為 經(jīng)典 控制理論 和 現(xiàn)代控制理論 兩大部分。早期的 控制 自動控制理論的發(fā)展概況 系統(tǒng)較為簡單，只要列出微分方程并求解之，就可 以用時域法分析他們的性能。由于高階微分方 程求解的困難，各種控制系統(tǒng)的理論研究和分析方 法就應運而生。 在此基礎上， 1945年伯德（ ） 提出 了分析控制系統(tǒng)的一種圖解方法即頻率法，致使研 究控制系統(tǒng)的方法由初期的時域分析轉(zhuǎn)到頻域分析。追溯到 1877年，勞 斯（ ）和 1895年赫爾維茨（ ） 分別獨立地提出了關于判斷控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù) 判據(jù)。 50 年代中期， 經(jīng)典控制理論又添加了非線性系統(tǒng)理論 和離散控制理論，從而形成了完整的理論體系。 現(xiàn)代控制理論的基礎是： 1956年龐特里亞金 提出了極大值原理 ， 1957年貝 爾曼 （ ） 提出了動態(tài)規(guī)劃 ， 1960年卡爾 曼 （ ） 提出了最優(yōu)濾波理論以及狀態(tài) 空間方法的應用 。 60 ~70年代 ? 現(xiàn)代控制理論（狀態(tài)空間法） 核心：狀態(tài)變量的能控、能觀性， 系統(tǒng)性能的最優(yōu)化 特點：時域法，統(tǒng)一處理 SISO、 MIMO系統(tǒng)， 有完整的理論體系 數(shù)學基礎：線性代數(shù)，矩陣理論 缺點：對系統(tǒng)的數(shù)學模型精度要求高， 實際性能達不到設計的最優(yōu)， 所需狀態(tài)反饋難以直接實現(xiàn) MIMO: MultiInput and MultiOutput 70年代 ~現(xiàn)在 ? 多種新型控制理論 多變量頻