控制論

前言

　　自動化學科有著光榮的歷史和重要的地位，20世紀50年代我國政府就十分重視自動化學科的發(fā)展和自動化專業(yè)人才的培養(yǎng)。五十多年來，自動化科學技術在眾多領域發(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化科學技術的成果。自動化科學技術也改變了我國王業(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)藥等領域都要用到自動化手段，在國防王業(yè)中自動化的作用更是巨大的?，F(xiàn)在，世界上有很多非?；钴S的領域都離不開自動化技術，比如機器人、月球車等。另外，自動化學科對一些交叉學科的發(fā)展同樣起到了積極的促進作用，例如網(wǎng)絡控制、量子控制、流媒體控制、生物信息學、系統(tǒng)生物學等學科就是在系統(tǒng)論、控制論、信息論的影響下得到不斷的發(fā)展。在整個世界已經(jīng)進入信息時代的背景下，中國要完成工業(yè)化的任務還很重，或者說我們正處在后工業(yè)化的階段。因此，國家提出走新型工業(yè)化的道路和“信息化帶動王業(yè)化，工業(yè)化促進信息化”的科學發(fā)展觀，這對自動化科學技術的發(fā)展是一個前所未有的戰(zhàn)略機遇。　　機遇難得，人才更難得。要發(fā)展自動化學科，人才是基礎、是關鍵。高等學校是人才培養(yǎng)的基地，或者說人才培養(yǎng)是高等學校的根本。作為高等學校的領導和教師始終要把人才培養(yǎng)放在第一位，具體對自動化系或自動化學院的領導和教師來說，要時刻想著為國家關鍵行業(yè)和戰(zhàn)線培養(yǎng)和輸送優(yōu)秀的自動化技術人才?！　∮绊懭瞬排囵B(yǎng)的因素很多，涉及教學改革的方方面面，包括如何拓寬專業(yè)口徑、優(yōu)化教學計劃、增強教學柔性、強化通識教育、提高知識起點、降低專業(yè)重心、加強基礎知識、強調(diào)專業(yè)實踐等，其中構(gòu)建融會貫通、緊密配合、有機聯(lián)系的課程體系，編寫有利于促進學生個性發(fā)展、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的教材尤為重要。清華大學吳澄院士領導的《全國高等學校自動化專業(yè)系列教材》編審委員會，根據(jù)自動化學科對自動化技術人才素質(zhì)與能力的需求，充分吸取國外自動化教材的優(yōu)勢與特點，在全國范圍內(nèi)，以招標方式，組織編寫了這套自動化專業(yè)系列教材，這對推動高等學校自動化專業(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、智能控制方法五章組成，應用分支篇由工程控制、生物控制、社會經(jīng)濟與生態(tài)、環(huán)境及農(nóng)業(yè)控制以及機器人與智能系統(tǒng)四章組成。在內(nèi)容上側(cè)重于控制論中概念、思想、知識、方法的介紹，而不拘泥于理論上過多的嚴格論證，同時注意從“控制論”、“信息論”、“系統(tǒng)論”的角度結(jié)合當前網(wǎng)絡化的特點進行選材。    本書可以作為工、農(nóng)、林、商、醫(yī)、經(jīng)濟、管理及軍事等學科非自動化類專業(yè)的高年級學生或研究生教材，同時可以作為國家公務員、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用的入門書籍，也可供廣大控制工程技術人員參考。

作者簡介

萬百五，西安交通大學教授、博士生導師，中國自動化學會榮譽理事。國際自動控制聯(lián)合會大規(guī)模和復雜系統(tǒng)技術委員會委員。1949年畢業(yè)于交通大學電機系電信組；1951年研究生畢業(yè)于交通大學電信研究所。長期從事大系統(tǒng)理論與應用，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)展簡史    1.2 維納的《控制論》    1.3 控制論的哲學思考    1.4 控制論在國民經(jīng)濟發(fā)展中的作用與地位    1.5 本書結(jié)構(gòu)    1.6 小結(jié)    習題    參考文獻  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)模型與信號流圖    2.5 信息與通信    2.6 估計與識別    2.7 決策與對策     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)    習題    參考文獻基本方法篇  第3章 經(jīng)典控制理論與方法    3.1 自動控制系統(tǒng)的類型和組成    3.2 反饋控制方法與擾動補償方法    3.3 系統(tǒng)模型與時域分析法    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)    習題    參考文獻  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)    習題    參考文獻  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    5.4 系統(tǒng)辨識    5.5 最優(yōu)控制    5.6 自適應控制與預測控制    5.7 大系統(tǒng)理論與系統(tǒng)工程    5.8 小結(jié)    習題    參考文獻  第6章 人工智能方法與技術    6.1 概述    6.2 模式識別與貝葉斯決策    6.3 專家系統(tǒng)與知識推理    6.4 模糊邏輯與模糊推理    6.5 神經(jīng)網(wǎng)絡與機器學習    6.6 小結(jié)    習題    參考文獻  第7章 智能控制方法應用分支篇  第8章 工程控制  第9章 生物控制  第10章 社會經(jīng)濟與生態(tài)、環(huán)境及農(nóng)業(yè)控制  第11章 機器人與智能系統(tǒng)附錄A 拉普拉斯變換簡表附錄B 矩陣初步

章節(jié)摘錄

　　3.局部自動化時期（20世紀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)和飛機自動導航系統(tǒng)等軍事技術問題，各國科學家設計出各種精密的自動調(diào)節(jié)裝置，開創(chuàng)了系統(tǒng)和控制這一新的科學領域?！　。?）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)頻率響應的頻率法判據(jù)的基礎上加上美國電信工程師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。頻率法（或稱頻域法）成為分析和設計線性自動控制系統(tǒng)的主要方法。早期，反饋控制系統(tǒng)統(tǒng)稱為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，后稱為自動控制系統(tǒng)。因此，調(diào)節(jié)器現(xiàn)在也統(tǒng)稱為控制器（controncr）?！　?945年，美國數(shù)學家N.維納等幾位科學家將控制系統(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，并震動了全球的科學界。1954年，中國科學家錢學森（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新分支。　?。?）局部自動化的廣泛應用；第二次世界大戰(zhàn)后，在工業(yè)上已廣泛應用PID調(diào)節(jié)器（比例積分微分調(diào)節(jié)器），并用模擬電子計算機來設計自動控制系統(tǒng)。當時在工業(yè)上實現(xiàn)局部自動化，即單個過程或單個機器的自動化。在20世紀30－50年代先后出現(xiàn)了統(tǒng)一信號的、通用的、標準的氣動單元組合儀表和電動單元組合儀表。中國也有國產(chǎn)氣動單元組合儀表QDZ型和電動單元組合儀表DDZ型，在國內(nèi)使用很廣。圖1－5所示為國產(chǎn)電動單元組合儀表DDZⅢ型的照片?！　。?）電子數(shù)字計算機的發(fā)明。1943一1946年，美國研制成世界上第一臺基于電子管的電子數(shù)字計算機——電子數(shù)字積分和自動計算器（ENIAC）。

編輯推薦

　　可以作為工、農(nóng)、林、商、醫(yī)、經(jīng)濟、管理及軍事等學科非自動化類專業(yè)的高年級學生或研究生教材，同時可以作為國家公務員、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用的入門書籍，也可供廣大控制工程技術人員參考。

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