控制论初探新生课论文

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1、控制论初探摘要：控制论对现在生活具有十分重要的理论意义和实践意义。本文通过对控制论的概念，由来，发展过程，研究的现状，意义及科学地位的简单介绍以达到对控制论的初步探索，为日后对控制论的学习打下基础。关键词：控制论简介发展过程重要性科学地位控制论是研究各类系统的调节和控制规律的科学，是跨及人类工程学、控制工程学、通讯工程学、计算机工程学、一般生理学、神经生理学、心理学、数学、逻辑学、社会学等众多学科的交叉学科。控制论在现实生活中的应用自然也是极其广泛的，小到细胞生物，大到机器系统都有控制论的应用。控制论所涉及的范围正体现

2、了它在科学领域无法替代的重要作用以及对现实生活所带来的巨大的积极影响。对控制论的研究更能促使现实生活的智能化，多元化并且促进其他科学的发展。控制论正随着科学的发展不断的补充新的内容，控制着各类系统有序的进行着。1建曲科卞111吐会科卡111匸帽揑制论1［茁控•论II1*住松机论I一.控制论的由来控制自古就存在并且控制论是多门科学综合的产物也是许多科学家共同合作的结晶，但是控制论的诞生与发展是与美国数学家诺伯特。维纳的名字联系在一起的。自从1948诺伯特。维纳发表《控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学》一书以来，

3、控制论的思想和方法已经渗透到了几乎有的自然科学和社会科学领域。维纳把控控制论制论看作是一门研究机器、生命社会中控制和通讯的一般规律的科学，是研究动态系统在变的环境条件下如何保持平衡状态或稳定状态的科学。他特意创造“Cybernetics”这个英语新词来命名这门科学。“控制论”一同最初来源希腊文-mberuhhtz",原意为“操舵术”，就是掌舵的方法和技术的思。在柏拉图（古希腊哲学家）的著作中，经常用它来表示管理人的艺术。控制论由此不断发展成为一门学科。一.控制论的简介在控制论中，“控制”的定义是：为了“改善”某个或某些

4、受控对象的功能或发展,需要获得并使用信息，以这种信息为基础而选出的、于该对象上的作用，就叫作控制。控制论的基本部分：1•信息论：主要是关于各种通路（包括机器、生物机体）中信息的加工传递和贮存的统计理论。2.自动控制系统的理论：主要是反馈论，包括从功能的观点对机器和物体中（神经系统、内分泌及其他系统）的调节和控制的一般规律的研究。3•自动快速计算机理论：与人类思维过程相似的自动组织逻辑过程的理论。控制论的系统主要特征：1.要有一个预定的稳定状态或平衡状态。2.从外部环境到系统内部有一种信息的传递。3•这种系统具有一种专门

5、设计用来校正行动的装置。4.这种系统为了在不断变化的环境中维持自身的稳定，内部都具有自动调节的机制,换言之，控制系统都是一种动态系统。二.现代控制论的发展过程20世纪60—70年代，由于计算机的飞速发展，推动了空间技术的发展。这时，维纳创立的“经典控制论”面临着新的挑战。因为航天技术及其他生产技术的发展，一方面使控制对象变得更加复杂，另一方面对控制的要求提出了更加苛刻的条件。例如非线性的、时变的或者分布参数的系统有关控制问题，对系统本身或其周围环境的不确定因素的适应控制问题，多输入多输出系统的分析和综合问题，以及实现控

6、制的某种目的函数意义下的最优化问题等等，都不是依靠“经典控制论”所能解决的。面对这些挑战，控制理论必须向前发展。而在这个时期，现代科学技术的进步，特别是现代数学和计算机技术的成就恰好为控制理论的发展提供了强有力的工具。正是在这种历史背景下，“现代控制论”应运而生。20世纪60年代初，卡尔曼（Kalman）首先提出了使用状态空间方法分析与综合复杂系统的问题，提出了系统的能控性、能观性、稳定性以及滤波等问题，并指出对于多变量系统，只有用状态变量的描述方法，才能完全表达动力学性质，才能确切描述系统的内在特性。一套以状态空间法

7、、极大值原理、动态规划、卡尔曼一布什滤波为基础的分析和设计控制系统的新的原理和方法的确立，标志着现代控制理论的形成。对于“现代控制论”来说，首先遇到的问题是将实际系统抽象为数学模型，有了数学模型，才能有效地去研究系统的各个方面。许多机电系统、经济系统、管理系统等都可近似认为是线性系统。线性系统和力学中的质点一样，是一个理想模型，这是研究复杂事物通用的、主要的方法。“现代控制论”从自然和社会现象中抽象出理想模型，用状态空间方法表示，然后再做理论上的探讨。以“双机拖动”系统为例，从抽象出数学模型入手，直到工程设计，从而可以

8、获得一个清晰、完整的设计思路的设计方法。这个系统为“获取反馈”，必须根据系统的能控性与能观性，设计观测器，即用观测器作“状态估计”。在此基础上再进一步研究遇到外界干扰的影响。通过这种设计才可获得一个清楚的、完整的、较为系统的概念。在“现代控制论”中，线性系统理论是其数学基础。线性系统理论包括了矩阵论，是一门严谨的数学学科。我们学习