控制理论发展综述

控制理论发展综述:

自动控制系统的早期应用可追溯到两千年前的古埃及的水钟控制和中国汉代的指南车控制。
1788年英国科学家James Watt为设计内燃机设计的飞锤调速器可以认为是最早的反馈控制系统的工程应用。由于当时应用的调整器出现振荡现象，所以产生了Maxwell 对微分方程系统的稳定性的理论研究，后来又出现了Routh 和Hurwitz等人的稳定性研究成果，控制器的设计问题是由Minorsky等人在1922年开始研究的，其研究成果可以看成是现在广泛应用的PID控制器的前身，而在1942年，Ziegler和Nichols提出了调节PID控制器参数的方法，其方法对当今的PID整定仍有影响。

系统的频域分析技术是在Nyquist、Bode等早期的关于通信学科的频域研究工作的基础上建立起来的，Harris于1942年提出了传递函数的概念首先将通信学科的频域技术移植到了控制领域，构成了控制系统频域分析技术的理论基础。Evens等在1946年提出的线性反馈系统的根轨迹分析技术是那个时代的另一个里程碑。

原苏联学者Pontryagin于1956年提出的极大值原理、Bellman的动态规划和Kalman的状态空间分析技术开创了控制理论研究的新时代，他们的理论当时统称为"现代控制理论"。在那个时期以后，控制理论研究中出现了线性二次型最优调节器、最优状态观测器及线性二次型（简称LQG）问题的研究，并在后来出现了引入回路传输恢复技术的LQG控制器。

鲁棒控制是控制系统设计中的另一个令人瞩目的领域，早在1981年，美国学者Zames提出了基于Hardy空间范数最小化方法的鲁棒最优控制理论，而1992年Doyle等人提出的最优控制的状态空间数值解法在这个领域有着重要的贡献。

本书将系统地演示计算机技术在反馈控制系统的分析与设计中的应用。控制系统计算机辅助分析与设计的早期应用可以在Jones和Melsa[19]在1970年出版的专著中发反映出来，该书中给出了大量的FORTRAN源程序，可以直接用于控制系统的分析与设计。这也被认为是第一代控制系统计算机辅助分析与设计软件。 第二代的系统分析与设计软件的一个显著的特点是其人机交互性，这类软件的典型代表是Moler开发的MATLAB软件环境（1980）和Astrom的INTRAC软件（1984）。这样的软件和当时流行的C与FORTRAN语言一样，往往需要用户掌握其编程方法，所不同的是，由于这些软件的专用性，故其集成度和编程效率大大高于C这类语言，从而得到广大使用者的喜爱。

当今的控制计算机辅助分析与设计软件的特点是其面向对象的程序设计结构，这种新的概念在MATLAB的语言和其支持工具Simulink中反映出来。