第一講控制論、控制理論-北京大學(xué)力學(xué)與工程科學(xué)系

1、,楊瑩yy@mech.pku.edu.cn個(gè)人主頁http://control.pku.edu.cn/yangying,系統(tǒng)與控制引論,上課時(shí)間：每周二11－12節(jié)上課地點(diǎn)：理教118學(xué)時(shí)：34（1－17周）學(xué)分：2評分標(biāo)準(zhǔn)：平時(shí)表現(xiàn)（出勤與討論）占總成績25％，課后作業(yè)25％，實(shí)驗(yàn)10％，期末考試40％。 教材：Richard C. Dorf, Robert H. Bishop ，《現(xiàn)代控制系統(tǒng)》

2、 (中文版) (Modern Control Systems)16本參考書,基本要求：希望同學(xué)們了解系統(tǒng)與控制理論思想的產(chǎn)生、發(fā)展與應(yīng)用，掌握系統(tǒng)控制中的最基本思想——反饋，掌握系統(tǒng)控制中幾類典型問題的研究方法與實(shí)際意義，并學(xué)以致用，探討控制論在本專業(yè)具體實(shí)際中的應(yīng)用。力學(xué)與工程科學(xué)系黃琳院士等為了向全校本科生介紹系統(tǒng)與控制方面的知識， 專門成立了通選課指導(dǎo)小組，除了由楊瑩副教授主講外，小組成員將幫助主講教師搜集材料，對具

3、體講解內(nèi)容提出意見與建議，并隨時(shí)歡迎同學(xué)們就感興趣的問題和我們進(jìn)行交流。,Cybernetics and Control Theory,控制論與控制理論,第一講,控制論,一、控制論產(chǎn)生的背景,社會背景 現(xiàn)代社會的生產(chǎn)和管理對于高度自動化水平的需要 直接原因 二戰(zhàn)期間，維納參加了火炮控制和電子計(jì)算機(jī)的研制工作。 1943年，維納、畢格羅和羅森勃呂特三人共同發(fā)表了《行為、目的和目的論》，19

4、48年維納發(fā)表了著名的《控制論—關(guān)于在動物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)》，控制論誕生。理論準(zhǔn)備 數(shù)學(xué)分析, 微分方程, 統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué),信息科學(xué),社會一旦有技術(shù)上的需要，則這種需要就會比十所大學(xué)更能把科學(xué)推向前進(jìn)。 —— 恩格斯,二、我國古老的自動裝置

5、及其反映的控制思想,什么是自動化？一般是指生產(chǎn)、管理和科研過程中，在沒有人的直接干預(yù)下，通過一定的技術(shù)裝置，就能達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。其中有關(guān)的技術(shù)裝置，就是自動控制裝置。,水鐘,指南車(三國時(shí)期),噴射飛機(jī)始祖”萬戶”(約十四世紀(jì)末),在這里可以暫時(shí)停下來指出一個(gè)關(guān)于是非曲直的教訓(xùn)：把中國看作一個(gè)有無限勞動力因而不可能發(fā)明和采用節(jié)省勞力措施的文化，這種傳統(tǒng)的歐洲偏見已被許多事實(shí)揭穿并真正推翻了——我們在以上發(fā)明中就看到這個(gè)突出的實(shí)例。

6、 總之，在這里中國人是長期優(yōu)先的，而感到驚奇、感激和不開化的人是歐洲人。,參考書 ①英國科學(xué)家李約瑟（Joseph Needham）博士1928年《中國科學(xué)技術(shù)史》(Science and Civilization in China)②劉仙洲(曾任北洋大學(xué)校長，清華大學(xué)副校長) 《中國機(jī)械工程發(fā)明史》,三、近代科學(xué)技術(shù)史上的自動裝置,瓦特離心式調(diào)速器,磨,四、控制論的基本概念和方法,1、什么是控制？ 為了改善某

7、個(gè)對象的功能，需要獲得并使用信息，以這種信息為基礎(chǔ)而選出的，加于該對象上的作用。2、,因果關(guān)系 目的,反饋“一切有目的的行為都可以看作需要負(fù)反饋的行為?！?—— 《行為、目的和目的論》突破了動物與機(jī)器之間的界限,航行問題,無負(fù)反饋時(shí)的航線,有負(fù)反饋時(shí)的航線,1、按偏差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng) 特點(diǎn)：系統(tǒng)中至少有一個(gè)將輸出量加以回輸?shù)拈]合環(huán)路，是具有反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。

8、2、按擾動進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng) 特點(diǎn)：輸入量按負(fù)荷的變化而成比例的改變以趨近目標(biāo)值，是開環(huán)系統(tǒng)，抗干擾能力差。,控制思想,3、黑箱——灰箱——白箱“知人知面不知心”中醫(yī)“望、聞、問、切”,,,,輸入,輸出,五、控制論的主要分支,工程控制論 控制論在工程技術(shù)方面（機(jī)械的、電機(jī)的和電子的自動控制系統(tǒng)）上的運(yùn)用。又稱自動控制理論，或簡稱控制理論（control theory） 我國著名科學(xué)家錢學(xué)森1954年在美國出版了《

9、工程控制論》一書。三個(gè)階段： 四十至五十年代：經(jīng)典控制理論 六十至七十年代：現(xiàn)代控制理論 七十年代以后：大系統(tǒng)控制理論,生物控制論 體液調(diào)節(jié)，神經(jīng)控制,維持血糖穩(wěn)態(tài)的裝置圖,社會控制論 控制論用于社會的生產(chǎn)管理、交通運(yùn)輸、資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)等 人口控制 經(jīng)濟(jì)控制 智能控制論 控制論的最高階段,宏觀經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)控制、建立最優(yōu)經(jīng)濟(jì)增長模型、最佳消費(fèi)投資比例、最