現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)的知識(shí)體系包括(控制理論都包括哪些內(nèi)容)

1.控制理論都包括哪些內(nèi)容

控制理論（包括經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論）

控制理論是講述系統(tǒng)控制科學(xué)中具有新觀念、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(yīng)用研究成果，但是在民用領(lǐng)域即實(shí)際生活中有很嚴(yán)重的脫節(jié)。

首先，必須明確它是理論性較強(qiáng)的工程學(xué)科課程?！蹲詣?dòng)控制理論》是一門主要研究自動(dòng)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)理論、系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)本技術(shù)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是自動(dòng)控制相關(guān)專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)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)化專業(yè)的本科生學(xué)習(xí)《自動(dòng)控制理論》的基礎(chǔ)理論、控制系統(tǒng)的基本分析和設(shè)計(jì)方法，為今后的學(xué)習(xí)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。繼續(xù)學(xué)習(xí)相關(guān)課程后，能夠及從事國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防和科研各部門的運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、機(jī)器人智能控制、導(dǎo)航制導(dǎo)與控制、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)、模式識(shí)別與智能系統(tǒng)、生物信息學(xué)、人工智能及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐、新型傳感器、電子與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)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(duì)該課程的特點(diǎn)，學(xué)習(xí)方法建議如下：

1.根據(jù)課程進(jìn)程表順序安排學(xué)習(xí)內(nèi)容

《自動(dòng)控制理論》課程是一門內(nèi)容龐雜、信息量大的課程，因此，應(yīng)該按照課程進(jìn)程順序進(jìn)行學(xué)習(xí)，由淺入深，注重基礎(chǔ)知識(shí)，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(chǔ)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，將會(huì)給后續(xù)內(nèi)容學(xué)習(xí)帶來(lái)困難。

2.結(jié)合實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，加強(qiáng)工程實(shí)際設(shè)計(jì)能力

《自動(dòng)控制理論》課程另配有《自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)》實(shí)驗(yàn)課程。必作實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有：控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；典型二階系統(tǒng)的欠阻尼響應(yīng)；控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析；控制系統(tǒng)頻率特性；連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正；典型非線性環(huán)節(jié)；隨動(dòng)系統(tǒng)模擬PID校正環(huán)節(jié)的研究與設(shè)計(jì)；隨動(dòng)系統(tǒng)數(shù)字PID校正環(huán)節(jié)的研究與設(shè)計(jì)；倒立擺演示實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)前要認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，實(shí)驗(yàn)時(shí)認(rèn)真操作

實(shí)驗(yàn)后認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，及時(shí)分析、總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生可以通過(guò)驗(yàn)證、設(shè)計(jì)和調(diào)試程序等實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，達(dá)到進(jìn)一步鞏固和理解課堂上講授的知識(shí)，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和工程實(shí)際設(shè)計(jì)能力。通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠在觀察現(xiàn)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(yǎng)和鍛煉。

3.學(xué)習(xí)中注意歸納總結(jié)

《自動(dòng)控制理論》課程內(nèi)容龐雜、知識(shí)點(diǎn)多，概念多，各部分內(nèi)容相互交叉，工程實(shí)踐性強(qiáng)。所以在學(xué)習(xí)過(guò)程的對(duì)每一階段學(xué)習(xí)都應(yīng)進(jìn)行歸納總結(jié)。這不僅可以幫助學(xué)好《自動(dòng)控制理論》課程，更可以培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)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，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(jié)。

為啟發(fā)學(xué)生解決綜合性習(xí)題的能力，課堂上必要時(shí)會(huì)采用討論方式。學(xué)生應(yīng)認(rèn)真對(duì)待和參與課堂討論，在勇于表達(dá)自己觀點(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)的觀點(diǎn)，開(kāi)闊思路，學(xué)會(huì)從不同角度考慮問(wèn)題，這樣對(duì)所學(xué)的的知識(shí)掌握得更牢固更深入。

2.控制的三大理論基礎(chǔ)是哪些

美國(guó)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(tǒng)管理學(xué)成為“X理論”，

他自己的管理學(xué)說(shuō)稱為“Y理論”。

X理論認(rèn)為：多數(shù)人天生懶惰，盡一切可能逃避工作；

多數(shù)人沒(méi)有抱負(fù)，寧愿被領(lǐng)導(dǎo)、怕負(fù)責(zé)任，視個(gè)人安全高于一切；對(duì)多數(shù)人必須采取強(qiáng)迫命令，軟硬兼施的管理措施。

Y

理論的看法則相反，它認(rèn)為，一般人并不天生厭惡工作，多數(shù)人愿意對(duì)工作負(fù)責(zé)，并有相當(dāng)程度的想象力和創(chuàng)造才能；

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

尊重的需要和自我實(shí)現(xiàn)的需要，使個(gè)人和組織目標(biāo)融合一致，達(dá)到提高生產(chǎn)率的目的。

麥格雷戈認(rèn)為，人的行為表現(xiàn)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(jí)的需要，如感情上的需要、地位的需要、自我實(shí)現(xiàn)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(duì)的和拒絕承擔(dān)責(zé)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(xiàn)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(duì)人的特性

和人的行為動(dòng)機(jī)更為恰當(dāng)?shù)恼J(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上的新理論。麥格雷戈強(qiáng)調(diào)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(dǎo)地位的，他們樂(lè)于工作、勇于承擔(dān)責(zé)任，

并且多數(shù)人都具有解決問(wèn)題的想象力、獨(dú)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(xiàn)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(rèn)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(yàn)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(yàn)來(lái)研究管理學(xué)問(wèn)題。不少學(xué)者認(rèn)為，經(jīng)驗(yàn)學(xué)派實(shí)質(zhì)上是傳授管理學(xué)知識(shí)的一種方法，稱為“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(tǒng)管理學(xué)派。該學(xué)派認(rèn)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(tǒng)。它是由目標(biāo)和價(jià)值、結(jié)構(gòu)、技術(shù)、社會(huì)心理、管理等五個(gè)分系統(tǒng)組成。它提出，必須以整個(gè)組織系統(tǒng)作為研究管理的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)該綜合運(yùn)用各個(gè)學(xué)派的知識(shí)，研究一切主要的分系統(tǒng)及其相互關(guān)系。系統(tǒng)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(duì)管理學(xué)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

(4)決策理論學(xué)派。代表人物是西蒙。該學(xué)派認(rèn)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(yīng)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(yùn)用數(shù)學(xué)符號(hào)和公式進(jìn)行計(jì)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(yùn)用；信息情報(bào)系統(tǒng)就是由計(jì)算機(jī)控制的向管理者提供信息情報(bào)的系統(tǒng)。

(6)權(quán)變理論學(xué)派。該學(xué)派認(rèn)為，由于組織內(nèi)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(duì)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(duì)有效也不是絕對(duì)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(xiàn)代控制理論的介紹

建立在狀態(tài)2113空間法基礎(chǔ)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(xiàn)代控制理論中，對(duì)控制系統(tǒng)的分析和5261設(shè)計(jì)主要是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)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(xiàn)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，包括線性系統(tǒng)和非1653線性系統(tǒng)，定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)，單變量系統(tǒng)和多變量系統(tǒng)。它所采用的方法和算法也更適合于在數(shù)專字計(jì)算機(jī)上進(jìn)行?，F(xiàn)代控制理論還為設(shè)計(jì)和構(gòu)造屬具有指定的性能指標(biāo)的最優(yōu)控制系統(tǒng)提供了可能性。

5.自動(dòng)化學(xué)科知識(shí)體系包含哪幾個(gè)層次

對(duì)應(yīng)著大學(xué)本科教學(xué)，各個(gè)知識(shí)領(lǐng)域包含的知識(shí)單元分別列舉如下，其中帶下劃線“_____”的單元為核心知識(shí)單元；打“*”的單元為擴(kuò)展知識(shí)單元，可與研究生教學(xué)共享，也可作為專業(yè)方向或選修知識(shí)單元：

1）“數(shù)理基礎(chǔ)”知識(shí)領(lǐng)域，包含的知識(shí)單元有：數(shù)學(xué)分析（或高等數(shù)學(xué)）、線性代數(shù)、概率與隨機(jī)過(guò)程、復(fù)變函數(shù)與積分變換、大學(xué)物理、工程化學(xué)、現(xiàn)代生物學(xué)*；

2）“機(jī)電基礎(chǔ)”知識(shí)領(lǐng)域，包含的知識(shí)單元有：工程制圖、機(jī)械基礎(chǔ)、電路、電磁場(chǎng)、模擬電子、數(shù)字電子、信號(hào)分析；

3）“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”知識(shí)領(lǐng)域，包含的知識(shí)單元有：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、微機(jī)原理、單片機(jī)、可編程序控制器（PLC）;

4）“傳感與檢測(cè)”知識(shí)領(lǐng)域，包含的知識(shí)單元有：檢測(cè)技術(shù)、傳感器、儀表抗干擾技術(shù)、測(cè)量信號(hào)處理*；

5）“計(jì)算機(jī)與處理”知識(shí)領(lǐng)域，包含的知識(shí)單元有：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信原理*；

6）“計(jì)算與處理”知識(shí)領(lǐng)域，包含的知識(shí)單元有：數(shù)字信號(hào)處理、計(jì)算算法基礎(chǔ)、圖像處理*、模式識(shí)別*、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)*、操作系統(tǒng)*；

7）“控制與智能”知識(shí)領(lǐng)域，包含的知識(shí)單元有：經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論、計(jì)算機(jī)控制、最優(yōu)控制*、自適應(yīng)控制*、人工智能*、智能控制*；

8）“執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)”知識(shí)領(lǐng)域，包含的知識(shí)單元有：電力電子、控制儀表等等；

9）“對(duì)象與建模”知識(shí)領(lǐng)域、包含的知識(shí)單元有：建模與辨識(shí)、電機(jī)原理與傳動(dòng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)器人原理*；

10）“系統(tǒng)與工程”知識(shí)領(lǐng)域，包含的知識(shí)單元有：運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、集成自動(dòng)化系統(tǒng)、系統(tǒng)工程、管理信息系統(tǒng)、機(jī)器人控制*、數(shù)控*、控制系統(tǒng)CAD*、系統(tǒng)仿真*、運(yùn)籌學(xué)*、最優(yōu)化*、智能系統(tǒng)*、電磁兼容*、工程設(shè)計(jì)*。

6.

其實(shí)就是現(xiàn)代控制理論的三個(gè)基本內(nèi)容：多變量線性系統(tǒng)理論、最優(yōu)控制理論以及最優(yōu)估計(jì)與系統(tǒng)辨識(shí)理論。

多變量線性系統(tǒng)理論：

2 0世紀(jì)50年代以后，隨著航天等技術(shù)的發(fā)展和控制理論應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，經(jīng)典線性控制理論的局限性日趨明顯，它既不能滿足實(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)線性系統(tǒng)的研究，在1960年以后從經(jīng)典階段發(fā)展到現(xiàn)代階段。美國(guó)學(xué)者R.E.卡爾曼首先把狀態(tài)空間法應(yīng)用于對(duì)多變量線性系統(tǒng)的研究，提出了能控性和能觀測(cè)性這兩個(gè)基本概念，并提出相應(yīng)的判別準(zhǔn)則。1963年他又和E.G.吉爾伯特一起得出揭示線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解的重要結(jié)果，為現(xiàn)代線性系統(tǒng)理論的形成和發(fā)展作了開(kāi)創(chuàng)性的工作。1965年以后，現(xiàn)代線性系統(tǒng)理論又有新發(fā)展。出現(xiàn)了線性系統(tǒng)幾何理論、線性系統(tǒng)代數(shù)理論和多變量頻域方法等研究多變量系統(tǒng)的新理論和新方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以線性系統(tǒng)為對(duì)象的計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(guī)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(yīng)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(jī)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(chǔ)。

最優(yōu)控制理論所研究的問(wèn)題可以概括為：對(duì)一個(gè)受控的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)或運(yùn)動(dòng)過(guò)程，從一類允許的控制方案中找出一個(gè)最優(yōu)的控制方案，使系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)在由某個(gè)初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移到指定的目標(biāo)狀態(tài)的同時(shí)，其性能指標(biāo)值為最優(yōu)。這類問(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(zhuǎn)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(diào)節(jié)規(guī)律和相應(yīng)的原料配比使化工反應(yīng)過(guò)程的產(chǎn)量最多，制定一項(xiàng)最合理的人口政策使人口發(fā)展過(guò)程中老化指數(shù)、撫養(yǎng)指數(shù)和勞動(dòng)力指數(shù)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(guó)學(xué)者R.貝爾曼1956年提出的動(dòng)態(tài)規(guī)劃，對(duì)最優(yōu)控制理論的形成和發(fā)展起了重要的作用。線性系統(tǒng)在二次型性能指標(biāo)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(jì)與系統(tǒng)辨識(shí)理論：

根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出時(shí)間函數(shù)來(lái)確定描述系統(tǒng)行為的數(shù)學(xué)模型。現(xiàn)代控制理論中的一個(gè)分支。通過(guò)辨識(shí)建立數(shù)學(xué)模型的目的是估計(jì)表征系統(tǒng)行為的重要參數(shù)，建立一個(gè)能模仿真實(shí)系統(tǒng)行為的模型，用當(dāng)前可測(cè)量的系統(tǒng)的輸入和輸出預(yù)測(cè)系統(tǒng)輸出的未來(lái)演變，以及設(shè)計(jì)控制器。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析的主要問(wèn)題是根據(jù)輸入時(shí)間函數(shù)和系統(tǒng)的特性來(lái)確定輸出信號(hào)。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制的主要問(wèn)題是根據(jù)系統(tǒng)的特性設(shè)計(jì)控制輸入，使輸出滿足預(yù)先規(guī)定的要求。而系統(tǒng)辨識(shí)所研究的問(wèn)題恰好是這些問(wèn)題的逆問(wèn)題。通常，預(yù)先給定一個(gè)模型類μ={M}（即給定一類已知結(jié)構(gòu)的模型），一類輸入信號(hào)u和等價(jià)準(zhǔn)則J=L(y,yM)（一般情況下，J是誤差函數(shù)，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(shù)J達(dá)到最小的模型，作為辨識(shí)所要求的結(jié)果。系統(tǒng)辨識(shí)包括兩個(gè)方面：結(jié)構(gòu)辨識(shí)和參數(shù)估計(jì)。在實(shí)際的辨識(shí)過(guò)程中，隨著使用的方法不同，結(jié)構(gòu)辨識(shí)和參數(shù)估計(jì)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。