1.1 控制理论的发展

随着我国科学技术的发展，自动控制技术愈来愈广泛地应用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。所谓自动控制，是为实现生产或生活中的某种需求，在没有人直接参与的情况下，利用人为加入的设备，使被控制对象（如机器设备、系统或生产过程）的某一个物理量或多个物理量，自动地按照期望的规律去运行或变化，这种人为加入的设备就称为控制器或控制装置，由被控制对象和控制装置组成一个整体称为自动控制系统。采用自动控制技术能够实现自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，达到预期的目标，不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动控制是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。

自动控制理论是研究自动控制的基础理论和自动控制共同规律的技术学科，其形成远比控制技术的应用要晚。古代，罗马人家里的水管系统中就已经应用按反馈原理构成的简单水位控制装置。中国北宋元祐初年（1086～1089）也已有了反馈调节装置——水运仪象台。但是直到1787年瓦特离心式调速器在蒸汽机转速控制上得到普遍应用，才开始出现研究控制理论的需要。

1868年，英国科学家J.C.麦克斯韦首先解释了瓦特速度控制系统中出现的不稳定现象，指出振荡现象的出现同由系统导出的一个代数方程根的分布形态有密切的关系，开辟了用数学方法研究控制系统中运动现象的途径。20世纪30至40年代，奈奎斯特、伯德、维纳等人的著作为自动控制理论的初步形成奠定了基础；第二次世界大战以后，又经过众多学者的努力，在总结了以往的实践和关于反馈理论、频率响应理论并加以发展的基础上，形成了较为完整的自动控制系统设计的频率法理论。1948年W.R.Evans又提出了根轨迹法。至此，自动控制理论发展的第一阶段基本完成。这种建立在频率法和根轨迹法基础上的理论，通常被称为经典控制理论（又称古典控制理论）。经典控制理论以拉氏变换为数学工具，以单输入—单输出的线性定常系统为主要的研究对象，在解决比较简单的控制系统的分析和设计问题方面是很有效的，但其只适用于单变量系统，且仅限于研究定常系统。

在20世纪60～70年代，随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，尤其是在20世纪50年代蓬勃兴起的航空航天技术的推动下，控制理论有了重大的突破和创新，逐步形成了现代控制理论。现代控制理论以线性代数和微分方程为主要的数学工具，以状态空间法为基础，分析与设计控制系统。状态空间法本质上是一种时域的方法，它不仅描述了系统的外部特性，而且描述和揭示了系统的内部状态和性能。它分析和综合的目标是在揭示系统内在规律的基础上，实现系统在一定意义下的最优化。

随着空间技术、计算机技术及人工智能技术的发展，控制界学者在研究自组织、自学习控制的基础上，为了提高控制系统的自学习能力，开始注意将人工智能技术与方法应用于控制系统，逐步形成了智能控制理论。智能控制是人工智能和自动控制的结合物，其重点并不在对数学公式的表达、计算和处理上，而在对任务和模型的描述、符号和环境的识别以及知识库和推理机的设计开发上。智能控制用于生产过程，让计算机系统模仿专家或熟练操作人员的经验，建立起以知识为基础的广义模型，采用符号信息处理、启发式程序设计、知识表示和自学习、推理与决策等智能化技术，对外界环境和系统过程进行理解、判断、预测和规划，使被控对象按一定要求达到预定的目的。智能控制理论主要有专家系统、模糊控制、神经网络控制、进化计算等的控制方法。近年来，智能控制技术在国内外已有了较大的发展，已进入工程化、实用化的阶段。但作为一门新兴的理论技术，它还处在一个发展时期。