控制論

前言

　　自動(dòng)化學(xué)科有著光榮的歷史和重要的地位，20世紀(jì)50年代我國(guó)政府就十分重視自動(dòng)化學(xué)科的發(fā)展和自動(dòng)化專業(yè)人才的培養(yǎng)。五十多年來，自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)在眾多領(lǐng)域發(fā)揮了重大作用，如航空、航天等，“兩彈一星”的偉大工程就包含了許多自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的成果。自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)也改變了我國(guó)王業(yè)整體的面貌，不論是石油化工、電力、鋼鐵，還是輕王、建材、醫(yī)藥等領(lǐng)域都要用到自動(dòng)化手段，在國(guó)防王業(yè)中自動(dòng)化的作用更是巨大的。現(xiàn)在，世界上有很多非常活躍的領(lǐng)域都離不開自動(dòng)化技術(shù)，比如機(jī)器人、月球車等。另外，自動(dòng)化學(xué)科對(duì)一些交叉學(xué)科的發(fā)展同樣起到了積極的促進(jìn)作用，例如網(wǎng)絡(luò)控制、量子控制、流媒體控制、生物信息學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)等學(xué)科就是在系統(tǒng)論、控制論、信息論的影響下得到不斷的發(fā)展。在整個(gè)世界已經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代的背景下，中國(guó)要完成工業(yè)化的任務(wù)還很重，或者說我們正處在后工業(yè)化的階段。因此，國(guó)家提出走新型工業(yè)化的道路和“信息化帶動(dòng)王業(yè)化，工業(yè)化促進(jìn)信息化”的科學(xué)發(fā)展觀，這對(duì)自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)前所未有的戰(zhàn)略機(jī)遇?！　C(jī)遇難得，人才更難得。要發(fā)展自動(dòng)化學(xué)科，人才是基礎(chǔ)、是關(guān)鍵。高等學(xué)校是人才培養(yǎng)的基地，或者說人才培養(yǎng)是高等學(xué)校的根本。作為高等學(xué)校的領(lǐng)導(dǎo)和教師始終要把人才培養(yǎng)放在第一位，具體對(duì)自動(dòng)化系或自動(dòng)化學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和教師來說，要時(shí)刻想著為國(guó)家關(guān)鍵行業(yè)和戰(zhàn)線培養(yǎng)和輸送優(yōu)秀的自動(dòng)化技術(shù)人才。　　影響人才培養(yǎng)的因素很多，涉及教學(xué)改革的方方面面，包括如何拓寬專業(yè)口徑、優(yōu)化教學(xué)計(jì)劃、增強(qiáng)教學(xué)柔性、強(qiáng)化通識(shí)教育、提高知識(shí)起點(diǎn)、降低專業(yè)重心、加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)、強(qiáng)調(diào)專業(yè)實(shí)踐等，其中構(gòu)建融會(huì)貫通、緊密配合、有機(jī)聯(lián)系的課程體系，編寫有利于促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教材尤為重要。清華大學(xué)吳澄院士領(lǐng)導(dǎo)的《全國(guó)高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)系列教材》編審委員會(huì)，根據(jù)自動(dòng)化學(xué)科對(duì)自動(dòng)化技術(shù)人才素質(zhì)與能力的需求，充分吸取國(guó)外自動(dòng)化教材的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，在全國(guó)范圍內(nèi)，以招標(biāo)方式，組織編寫了這套自動(dòng)化專業(yè)系列教材，這對(duì)推動(dòng)高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)發(fā)展與人才培養(yǎng)具有重要的意義。

內(nèi)容概要

本書由三大部分組成，包括控制論的基本概念篇、控制論的基本方法篇和控制論的應(yīng)用分支篇?；靖拍钇删w論和基本概念二章組成，基本方法篇由經(jīng)典控制理論與方法、非線性系統(tǒng)控制方法、現(xiàn)代控制理論與方法、人工智能方法與技術(shù)、智能控制方法五章組成，應(yīng)用分支篇由工程控制、生物控制、社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)、環(huán)境及農(nóng)業(yè)控制以及機(jī)器人與智能系統(tǒng)四章組成。在內(nèi)容上側(cè)重于控制論中概念、思想、知識(shí)、方法的介紹，而不拘泥于理論上過多的嚴(yán)格論證，同時(shí)注意從“控制論”、“信息論”、“系統(tǒng)論”的角度結(jié)合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)進(jìn)行選材。    本書可以作為工、農(nóng)、林、商、醫(yī)、經(jīng)濟(jì)、管理及軍事等學(xué)科非自動(dòng)化類專業(yè)的高年級(jí)學(xué)生或研究生教材，同時(shí)可以作為國(guó)家公務(wù)員、行政干部、企業(yè)及事業(yè)單位管理者普及控制論思想和推廣應(yīng)用的入門書籍，也可供廣大控制工程技術(shù)人員參考。

作者簡(jiǎn)介

萬百五，西安交通大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)榮譽(yù)理事。國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)大規(guī)模和復(fù)雜系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)委員。1949年畢業(yè)于交通大學(xué)電機(jī)系電信組；1951年研究生畢業(yè)于交通大學(xué)電信研究所。長(zhǎng)期從事大系統(tǒng)理論與應(yīng)用，以及大工業(yè)過程智能穩(wěn)態(tài)優(yōu)化、智能控制和工業(yè)大

書籍目錄

基本概念篇  第1章 緒論    1.1 控制論的發(fā)展簡(jiǎn)史    1.2 維納的《控制論》    1.3 控制論的哲學(xué)思考    1.4 控制論在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用與地位    1.5 本書結(jié)構(gòu)    1.6 小結(jié)    習(xí)題    參考文獻(xiàn)  第2章 基本概念    2.1 控制論系統(tǒng)    2.2 控制與調(diào)節(jié)    2.3 反饋原理    2.4 系統(tǒng)模型與信號(hào)流圖    2.5 信息與通信    2.6 估計(jì)與識(shí)別    2.7 決策與對(duì)策     2.8 仿真與重構(gòu)    2.9 穩(wěn)定性與收斂性    2.10 最優(yōu)性與魯棒性    2.11 小結(jié)    習(xí)題    參考文獻(xiàn)基本方法篇  第3章 經(jīng)典控制理論與方法    3.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型和組成    3.2 反饋控制方法與擾動(dòng)補(bǔ)償方法    3.3 系統(tǒng)模型與時(shí)域分析法    3.4 傳遞函數(shù)與頻域分析法    3.5 控制系統(tǒng)的校正    3.6 其他線性控制系統(tǒng)    3.7 小結(jié)    習(xí)題    參考文獻(xiàn)  第4章 非線性系統(tǒng)控制方法    4.1 非線性元件及其線性化    4.2 非線性控制系統(tǒng)的經(jīng)典研究方法    4.3 分叉與混沌    4.4 其他描述與控制方法    4.5 小結(jié)    習(xí)題    參考文獻(xiàn)  第5章 現(xiàn)代控制理論與方法    5.1 狀態(tài)空間模型    5.2 穩(wěn)定性、能控性與能觀性    5.3 狀態(tài)估計(jì)    5.4 系統(tǒng)辨識(shí)    5.5 最優(yōu)控制    5.6 自適應(yīng)控制與預(yù)測(cè)控制    5.7 大系統(tǒng)理論與系統(tǒng)工程    5.8 小結(jié)    習(xí)題    參考文獻(xiàn)  第6章 人工智能方法與技術(shù)    6.1 概述    6.2 模式識(shí)別與貝葉斯決策    6.3 專家系統(tǒng)與知識(shí)推理    6.4 模糊邏輯與模糊推理    6.5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與機(jī)器學(xué)習(xí)    6.6 小結(jié)    習(xí)題    參考文獻(xiàn)  第7章 智能控制方法應(yīng)用分支篇  第8章 工程控制  第9章 生物控制  第10章 社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)、環(huán)境及農(nóng)業(yè)控制  第11章 機(jī)器人與智能系統(tǒng)附錄A 拉普拉斯變換簡(jiǎn)表附錄B 矩陣初步

章節(jié)摘錄

　　3.局部自動(dòng)化時(shí)期（20世紀(jì)40—50年代）　　在第二次世界大戰(zhàn)期間，為了防空火力控制系統(tǒng)和飛機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)等軍事技術(shù)問題，各國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)出各種精密的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，開創(chuàng)了系統(tǒng)和控制這一新的科學(xué)領(lǐng)域。　?。?）經(jīng)典控制理論的形成和發(fā)展。在前述代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)和傳遞函數(shù)、依據(jù)頻率響應(yīng)的頻率法判據(jù)的基礎(chǔ)上加上美國(guó)電信工程師w.埃文斯（Evans）（1948年）的根跡法，奠定了適用于單變量控制問題的經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)。頻率法（或稱頻域法）成為分析和設(shè)計(jì)線性自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要方法。早期，反饋控制系統(tǒng)統(tǒng)稱為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，后稱為自動(dòng)控制系統(tǒng)。因此，調(diào)節(jié)器現(xiàn)在也統(tǒng)稱為控制器（controncr）。　　1945年，美國(guó)數(shù)學(xué)家N.維納等幾位科學(xué)家將控制系統(tǒng)中的反饋、通信等概念推廣到生物等系統(tǒng)。1948年他出版了名著《控制論》（Cybetnetics）一書，為控制論奠定了基礎(chǔ)，并震動(dòng)了全球的科學(xué)界。1954年，中國(guó)科學(xué)家錢學(xué)森（圖l一4）全面地總結(jié)和提高了控制論在工程系統(tǒng)上應(yīng)用的理論，旅美期間出版了用英語書寫的、在世界上很有影響的《工程控制論》（EngineeringCybernetics）一書，并為控制論開辟一個(gè)新分支。　?。?）局部自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用；第二次世界大戰(zhàn)后，在工業(yè)上已廣泛應(yīng)用PID調(diào)節(jié)器（比例積分微分調(diào)節(jié)器），并用模擬電子計(jì)算機(jī)來設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)局部自動(dòng)化，即單個(gè)過程或單個(gè)機(jī)器的自動(dòng)化。在20世紀(jì)30－50年代先后出現(xiàn)了統(tǒng)一信號(hào)的、通用的、標(biāo)準(zhǔn)的氣動(dòng)單元組合儀表和電動(dòng)單元組合儀表。中國(guó)也有國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)單元組合儀表QDZ型和電動(dòng)單元組合儀表DDZ型，在國(guó)內(nèi)使用很廣。圖1－5所示為國(guó)產(chǎn)電動(dòng)單元組合儀表DDZⅢ型的照片?！　。?）電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)明。1943一1946年，美國(guó)研制成世界上第一臺(tái)基于電子管的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)——電子數(shù)字積分和自動(dòng)計(jì)算器（ENIAC）。

編輯推薦

　　可以作為工、農(nóng)、林、商、醫(yī)、經(jīng)濟(jì)、管理及軍事等學(xué)科非自動(dòng)化類專業(yè)的高年級(jí)學(xué)生或研究生教材，同時(shí)可以作為國(guó)家公務(wù)員、行政干部、企業(yè)及事業(yè)單位管理者普及控制論思想和推廣應(yīng)用的入門書籍，也可供廣大控制工程技術(shù)人員參考。

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