現代控制理論基礎的知識體系包括(控制理論都包括哪些內容)

1.控制理論都包括哪些內容

控制理論（包括經(jīng)典控制理論和現代控制理論）

控制理論是講述系統控制科學(xué)中具有新觀(guān)念、新思想的理論研究成果及其在各個(gè)領(lǐng)域中，特別是高科技領(lǐng)域中的應用研究成果，但是在民用領(lǐng)域即實(shí)際生活中有很?chē)乐氐拿摴潯?/p>

首先，必須明確它是理論性較強的工程學(xué)科課程。《自動(dòng)控制理論》是一門(mén)主要研究自動(dòng)控制系統基礎理論、系統分析和設計本技術(shù)的專(zhuān)業(yè)基礎課程，也是自動(dòng)控制相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的基礎理論課程，與工程實(shí)踐密不可分。課程目的和任務(wù)是使自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的本科生學(xué)習《自動(dòng)控制理論》的基礎理論、控制系統的基本分析和設計方法，為今后的學(xué)習奠定扎實(shí)的基礎。繼續學(xué)習相關(guān)課程后，能夠及從事國民經(jīng)濟、國防和科研各部門(mén)的運動(dòng)控制、過(guò)程控制、機器人智能控制、導航制導與控制、現代集成制造系統、模式識別與智能系統、生物信息學(xué)、人工智能及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、系統工程理論與實(shí)踐、新型傳感器、電子與自動(dòng)檢測系統、復雜網(wǎng)絡(luò )與計算機應用系統等領(lǐng)域的科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、教學(xué)及管理工作。

其次，針對該課程的特點(diǎn)，學(xué)習方法建議如下：

1.根據課程進(jìn)程表順序安排學(xué)習內容

《自動(dòng)控制理論》課程是一門(mén)內容龐雜、信息量大的課程，因此，應該按照課程進(jìn)程順序進(jìn)行學(xué)習，由淺入深，注重基礎知識，包括基本概念、基本定理等都是非常必要的。否則，不重視前面基礎內容的學(xué)習，將會(huì )給后續內容學(xué)習帶來(lái)困難。

2.結合實(shí)驗，加深對理論知識的理解，加強工程實(shí)際設計能力

《自動(dòng)控制理論》課程另配有《自動(dòng)控制理論實(shí)驗》實(shí)驗課程。必作實(shí)驗內容有：控制系統的數學(xué)模型；典型二階系統的欠阻尼響應；控制系統穩定性分析；控制系統頻率特性；連續系統串聯(lián)校正；典型非線(xiàn)性環(huán)節；隨動(dòng)系統模擬PID校正環(huán)節的研究與設計；隨動(dòng)系統數字PID校正環(huán)節的研究與設計；倒立擺演示實(shí)驗。

實(shí)驗前要認真閱讀實(shí)驗指導書(shū)，實(shí)驗時(shí)認真操作

實(shí)驗后認真完成實(shí)驗報告，及時(shí)分析、總結實(shí)驗結果。實(shí)驗過(guò)程中，學(xué)生可以通過(guò)驗證、設計和調試程序等實(shí)驗環(huán)節，達到進(jìn)一步鞏固和理解課堂上講授的知識，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和工程實(shí)際設計能力。通過(guò)實(shí)踐環(huán)節，使學(xué)生能夠在觀(guān)察現象、提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題方面得到能力上的培養和鍛煉。

3.學(xué)習中注意歸納總結

《自動(dòng)控制理論》課程內容龐雜、知識點(diǎn)多，概念多，各部分內容相互交叉，工程實(shí)踐性強。所以在學(xué)習過(guò)程的對每一階段學(xué)習都應進(jìn)行歸納總結。這不僅可以幫助學(xué)好《自動(dòng)控制理論》課程，更可以培養良好的學(xué)習習慣。

4.課堂上積極參與討論

《自動(dòng)控制理論》課程以課堂教學(xué)為主，輔以多媒體圖形或曲線(xiàn)，幫助學(xué)生加深理解。同時(shí)，包含重點(diǎn)例題重點(diǎn)講解環(huán)節。

為啟發(fā)學(xué)生解決綜合性習題的能力，課堂上必要時(shí)會(huì )采用討論方式。學(xué)生應認真對待和參與課堂討論，在勇于表達自己觀(guān)點(diǎn)的同時(shí)，實(shí)際上這也是努力思考的過(guò)程。同時(shí)，要傾聽(tīng)其他同學(xué)的觀(guān)點(diǎn)，開(kāi)闊思路，學(xué)會(huì )從不同角度考慮問(wèn)題，這樣對所學(xué)的的知識掌握得更牢固更深入。

2.控制的三大理論基礎是哪些

美國管理學(xué)家麥格雷戈（Douglas MC Gregor）于1957年提出了X-Y理論。麥格雷戈把傳統管理學(xué)成為“X理論”，

他自己的管理學(xué)說(shuō)稱(chēng)為“Y理論”。

X理論認為：多數人天生懶惰，盡一切可能逃避工作；

多數人沒(méi)有抱負，寧愿被領(lǐng)導、怕負責任，視個(gè)人安全高于一切；對多數人必須采取強迫命令，軟硬兼施的管理措施。

Y

理論的看法則相反，它認為，一般人并不天生厭惡工作，多數人愿意對工作負責，并有相當程度的想象力和創(chuàng )造才能；

控制和懲罰不是使人實(shí)現企業(yè)目標的唯一辦法，還可以通過(guò)滿(mǎn)足職工愛(ài)的需要、

尊重的需要和自我實(shí)現的需要，使個(gè)人和組織目標融合一致，達到提高生產(chǎn)率的目的。

麥格雷戈認為，人的行為表現并非固有的天性決定的，

而是企業(yè)中的管理實(shí)踐造成的。剝奪人的生理需要，會(huì )使人生病。同樣，剝奪人的較高級的需要，如感情上的需要、地位的需要、自我實(shí)現的需要，也會(huì )使人產(chǎn)生病態(tài)的行為。人們之所以會(huì )產(chǎn)生那種消極的、敵對的和拒絕承擔責任的態(tài)度，正是由于他們被剝奪了社會(huì )需要和自我實(shí)現的需要而產(chǎn)生的疾病的癥狀。因而迫切需要一種新的，建立在對人的特性

和人的行為動(dòng)機更為恰當的認識基礎上的新理論。麥格雷戈強調指出，必須充分肯定作為企業(yè)生產(chǎn)主體的人，

企業(yè)職工的積極性是處于主導地位的，他們樂(lè )于工作、勇于承擔責任，

并且多數人都具有解決問(wèn)題的想象力、獨創(chuàng )性和創(chuàng )造力，

關(guān)鍵在于管理方面如何將職工的這種潛能和積極性充分發(fā)揮出來(lái)。

3.1現代管理理論包括哪些主要學(xué)派

(1)管理過(guò)程學(xué)派。這一學(xué)派的創(chuàng )始人是約法爾。其主要特點(diǎn)是把管理學(xué)說(shuō)與管理人員的職能聯(lián)系起來(lái)。他們認為，無(wú)論是什么性質(zhì)的組織，管理人員的職能是共同的。

(2)經(jīng)驗學(xué)派。代表人物是德魯克和戴爾。他們主張通過(guò)分析經(jīng)驗來(lái)研究管理學(xué)問(wèn)題。不少學(xué)者認為，經(jīng)驗學(xué)派實(shí)質(zhì)上是傳授管理學(xué)知識的一種方法，稱(chēng)為“案例教學(xué)”。實(shí)踐證明，這是培育學(xué)生分析和解決問(wèn)題的一種很有效的途徑。

(3)系統管理學(xué)派。該學(xué)派認為，組織是由一個(gè)相互聯(lián)系的若干要素組成、為環(huán)境所影響的并反過(guò)來(lái)影響環(huán)境的開(kāi)放的社會(huì )技術(shù)系統。它是由目標和價(jià)值、結構、技術(shù)、社會(huì )心理、管理等五個(gè)分系統組成。它提出，必須以整個(gè)組織系統作為研究管理的出發(fā)點(diǎn)，應該綜合運用各個(gè)學(xué)派的知識，研究一切主要的分系統及其相互關(guān)系。系統管理學(xué)派突破了以往各個(gè)學(xué)派僅從局部出發(fā)研究管理的局限性，從組織的整體出發(fā)闡明管理的本質(zhì)，對管理學(xué)的發(fā)展做出了貢獻。

(4)決策理論學(xué)派。代表人物是西蒙。該學(xué)派認為，管理就是決策。管理活動(dòng)的全部過(guò)程都是決策的過(guò)程，管理是以決策為特征的；決策是管理人員的主要任務(wù)，管理人員應該集中研究決策問(wèn)題。

(5)管理科學(xué)學(xué)派。管理科學(xué)學(xué)派主張運用數學(xué)符號和公式進(jìn)行計劃決策和解決管理中的問(wèn)題；經(jīng)營(yíng)管理是管理科學(xué)在管理中的運用；信息情報系統就是由計算機控制的向管理者提供信息情報的系統。

(6)權變理論學(xué)派。該學(xué)派認為，由于組織內部各個(gè)部分之間的相互作用和外界環(huán)境的影響，組織的管理并沒(méi)有絕對正確的方法，也不存在普遍適用的理論，任何理論和方法都不是絕對有效也不是絕對無(wú)效，采用哪種理論方法，要視組織的實(shí)際情況和所處的環(huán)境而定。

4.現代控制理論的介紹

建立在狀態(tài)2113空間法基礎上的一種控制理論，是自動(dòng)控制理論的一個(gè)主要組成部分。在現代控制理論中，對控制系統的分析和5261設計主要是通過(guò)對系統的狀態(tài)變量的描述來(lái)進(jìn)行的，基本的方法是時(shí)間域方法。現代控制理論比經(jīng)典控4102制理論所能處理的控制問(wèn)題要廣泛得多，包括線(xiàn)性系統和非1653線(xiàn)性系統，定常系統和時(shí)變系統，單變量系統和多變量系統。它所采用的方法和算法也更適合于在數專(zhuān)字計算機上進(jìn)行。現代控制理論還為設計和構造屬具有指定的性能指標的最優(yōu)控制系統提供了可能性。

5.自動(dòng)化學(xué)科知識體系包含哪幾個(gè)層次

對應著(zhù)大學(xué)本科教學(xué)，各個(gè)知識領(lǐng)域包含的知識單元分別列舉如下，其中帶下劃線(xiàn)“_____”的單元為核心知識單元；打“*”的單元為擴展知識單元，可與研究生教學(xué)共享，也可作為專(zhuān)業(yè)方向或選修知識單元：

1）“數理基礎”知識領(lǐng)域，包含的知識單元有：數學(xué)分析（或高等數學(xué)）、線(xiàn)性代數、概率與隨機過(guò)程、復變函數與積分變換、大學(xué)物理、工程化學(xué)、現代生物學(xué)*；

2）“機電基礎”知識領(lǐng)域，包含的知識單元有：工程制圖、機械基礎、電路、電磁場(chǎng)、模擬電子、數字電子、信號分析；

3）“計算機基礎”知識領(lǐng)域，包含的知識單元有：計算機基礎、計算機程序設計基礎、微機原理、單片機、可編程序控制器（PLC）;

4）“傳感與檢測”知識領(lǐng)域，包含的知識單元有：檢測技術(shù)、傳感器、儀表抗干擾技術(shù)、測量信號處理*；

5）“計算機與處理”知識領(lǐng)域，包含的知識單元有：計算機網(wǎng)絡(luò )、通信原理*；

6）“計算與處理”知識領(lǐng)域，包含的知識單元有：數字信號處理、計算算法基礎、圖像處理*、模式識別*、數據結構*、操作系統*；

7）“控制與智能”知識領(lǐng)域，包含的知識單元有：經(jīng)典控制理論、現代控制理論、計算機控制、最優(yōu)控制*、自適應控制*、人工智能*、智能控制*；

8）“執行與驅動(dòng)”知識領(lǐng)域，包含的知識單元有：電力電子、控制儀表等等；

9）“對象與建模”知識領(lǐng)域、包含的知識單元有：建模與辨識、電機原理與傳動(dòng)、機械結構、機器人原理*；

10）“系統與工程”知識領(lǐng)域，包含的知識單元有：運動(dòng)控制、過(guò)程控制、集成自動(dòng)化系統、系統工程、管理信息系統、機器人控制*、數控*、控制系統CAD*、系統仿真*、運籌學(xué)*、最優(yōu)化*、智能系統*、電磁兼容*、工程設計*。

6.

其實(shí)就是現代控制理論的三個(gè)基本內容：多變量線(xiàn)性系統理論、最優(yōu)控制理論以及最優(yōu)估計與系統辨識理論。

多變量線(xiàn)性系統理論：

2 0世紀50年代以后，隨著(zhù)航天等技術(shù)的發(fā)展和控制理論應用范圍的擴大，經(jīng)典線(xiàn)性控制理論的局限性日趨明顯，它既不能滿(mǎn)足實(shí)際需要，也不能解決理論本身提出的一些新問(wèn)題。這種狀況推動(dòng)線(xiàn)性系統的研究，在1960年以后從經(jīng)典階段發(fā)展到現代階段。美國學(xué)者R.E.卡爾曼首先把狀態(tài)空間法應用于對多變量線(xiàn)性系統的研究，提出了能控性和能觀(guān)測性這兩個(gè)基本概念，并提出相應的判別準則。1963年他又和E.G.吉爾伯特一起得出揭示線(xiàn)性系統結構分解的重要結果，為現代線(xiàn)性系統理論的形成和發(fā)展作了開(kāi)創(chuàng )性的工作。1965年以后，現代線(xiàn)性系統理論又有新發(fā)展。出現了線(xiàn)性系統幾何理論、線(xiàn)性系統代數理論和多變量頻域方法等研究多變量系統的新理論和新方法。隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，以線(xiàn)性系統為對象的計算方法和計算機輔助設計問(wèn)題也受到普遍重視。

最優(yōu)控制理論：

這方面的開(kāi)創(chuàng )性工作主要是由貝爾曼（R.E.Bellman）提出的動(dòng)態(tài)規劃和龐特里亞金等人提出的最大值原理。這方面的先期工作應該追溯到維納（N.Wiener）等人奠基的控制論（Cybernetics）。1948年維納發(fā)表了題為《控制論—關(guān)于動(dòng)物和機器中控制與通訊的科學(xué)》的論文，第一次科學(xué)的提出了信息、反饋和控制的概念，為最優(yōu)控制理論的誕生和發(fā)展奠定了基礎。

最優(yōu)控制理論所研究的問(wèn)題可以概括為：對一個(gè)受控的動(dòng)力學(xué)系統或運動(dòng)過(guò)程，從一類(lèi)允許的控制方案中找出一個(gè)最優(yōu)的控制方案，使系統的運動(dòng)在由某個(gè)初始狀態(tài)轉移到指定的目標狀態(tài)的同時(shí)，其性能指標值為最優(yōu)。這類(lèi)問(wèn)題廣泛存在于技術(shù)領(lǐng)域或社會(huì )問(wèn)題中。

例如，確定一個(gè)最優(yōu)控制方式使空間飛行器由一個(gè)軌道轉換到另一軌道過(guò)程中燃料消耗最少，選擇一個(gè)溫度的調節規律和相應的原料配比使化工反應過(guò)程的產(chǎn)量最多，制定一項最合理的人口政策使人口發(fā)展過(guò)程中老化指數、撫養指數和勞動(dòng)力指數等為最優(yōu)等，都是一些典型的最優(yōu)控制問(wèn)題。最優(yōu)控制理論是50年代中期在空間技術(shù)的推動(dòng)下開(kāi)始形成和發(fā)展起來(lái)的。蘇聯(lián)學(xué)者Л.С.龐特里亞金1958年提出的極大值原理和美國學(xué)者R.貝爾曼1956年提出的動(dòng)態(tài)規劃，對最優(yōu)控制理論的形成和發(fā)展起了重要的作用。線(xiàn)性系統在二次型性能指標下的最優(yōu)控制問(wèn)題則是R.E.卡爾曼在60年代初提出和解決的。

最優(yōu)估計與系統辨識理論：

根據系統的輸入輸出時(shí)間函數來(lái)確定描述系統行為的數學(xué)模型。現代控制理論中的一個(gè)分支。通過(guò)辨識建立數學(xué)模型的目的是估計表征系統行為的重要參數，建立一個(gè)能模仿真實(shí)系統行為的模型，用當前可測量的系統的輸入和輸出預測系統輸出的未來(lái)演變，以及設計控制器。對系統進(jìn)行分析的主要問(wèn)題是根據輸入時(shí)間函數和系統的特性來(lái)確定輸出信號。對系統進(jìn)行控制的主要問(wèn)題是根據系統的特性設計控制輸入，使輸出滿(mǎn)足預先規定的要求。而系統辨識所研究的問(wèn)題恰好是這些問(wèn)題的逆問(wèn)題。通常，預先給定一個(gè)模型類(lèi)μ={M}（即給定一類(lèi)已知結構的模型），一類(lèi)輸入信號u和等價(jià)準則J=L(y,yM)（一般情況下，J是誤差函數，是過(guò)程輸出y和模型輸出yM的一個(gè)泛函）；然后選擇使誤差函數J達到最小的模型，作為辨識所要求的結果。系統辨識包括兩個(gè)方面：結構辨識和參數估計。在實(shí)際的辨識過(guò)程中，隨著(zhù)使用的方法不同，結構辨識和參數估計這兩個(gè)方面并不是截然分開(kāi)的，而是可以交織在一起進(jìn)行的。