控制理论与控制工程的发展与应用探讨

　　摘要:随着现代信息技术的高速发展，计算机技术与控制工程也在不断的发展和完善。控制理论作为科学革命之一，为各个领域的发展起到了重要的推进作用。本文对控制理论与控制工程的发展和应用进行了深入的分析与研究，并做出相应总结，以供参考。

　　关键词:控制理论;控制工程;发展与应用;策略

　　控制理论与控制工程的主要研究对象是工程领域中的控制系统。其是以计算机技术和数学方法为研究手段，研究控制系统以及控制方法的理论和技术。二十世纪的量子论、控制论和相对论是科学革命中的三项重要理论。伴随控制理论与控制工程研究工作的不断深入，其研究领域与研究对象也在不断变化，不仅涉及到交通、运输、农业、工业、制造业等传统产业，同时还参与了信息、管理、通讯、生物等新技术领域。

　　在时代发展的今天，以计算机技术、控制技术、通讯技术为代表的IT行业中，计算技术是产业核心，控制技术是产业基础，而通讯技术是产业的关键。所以，控制技术作为现代发展不可或缺的环节，其系统智能、系统反馈、系统结构的理论不仅应用在各个科学领域，而且也体现在人文科学中。因此，控制理论对控制工程的发展具有推动作用。

　　一、控制理论的产生背景

　　控制理论最早出现在十八世纪中期英国的第一次技术革命，在初中历史中学过，1765年，瓦特发明了蒸汽机，后来利用离心调速器控制了蒸汽机的转速，使人类步入了蒸汽时代。1868年麦克斯韦在《关于调速器》中提出，控制系统可以使用微分方程来表达，其稳定性可以应用方程根的位置研究，从而挖掘了数学方法对控制系统的研究途径。

　　劳斯和胡尔维茨分别在1877和1895年，将麦克斯韦的微分方程思想进一步扩张，提出了用代数方程的系数直接辨别，判断控制系统的稳定性的准则。上述方法满足了上世纪控制工程师的应用需求，从而奠定了良好的控制理论基础。伴随科学技术的不断发展，电气工程师研究出了以实验操作为特征的频域响应分析法。

　　随后，在美国工程师奈奎斯特在《反馈放大器稳定性》中提出控制系统稳定的奈奎斯特判据。后来，伯德和尼克尔斯对频域响应分析法结合奈奎斯特判据进一步发展成为经典控制理论。为技术工程师在设计反馈控制系统时提供了的有效理论。二战期间，由于军事工具对控制系统准确的跟踪及补偿能力的迫切需要，频率相应分析法被推广到离散系统和非线性系统中。美国著名数学家维纳在做控制论总结时，系统地阐述了控制理论的基础方法，并推广了反馈调节的概念，从而为控制理论学科奠定了教学基础。

　　二、控制理论的发展阶段

　　随着计算机技术的不断更新，推动了控制理论的快速发展。控制理论发展总结归纳为三个重要阶段。

　　(一)古典控制理论时期

　　控制理论发展第一阶段是在二十世纪40～60年代，为了解决单向输入输出问题，主要采用频域分析法的频率特性、传递函数、根位置，研究线性定常系统和非线性系统。由于线性定常系统和非线性系统分析时利用的相平面法最多不能超过两个变量，所以，采用古典控制理论恰好能够解决单向输入输出问题。在控制论的发展中，这一阶段的主要理论方法是伯德提出的伯德图法和伊文思提出的根轨迹法。

　　(二)现代控制理论时期

　　控制理论发展第二阶段是在二十世纪的60～70年代，控制工程的高速发展使其步入了空间技术时代。控制工程优化了其性能，并有效融合了数学计算机技术，实现了分析设计和实时控制。在此过程中，需要处理时间变化、非线性和多输入多输出等一系列控制系统问题。此时，由于古典控制理论对解决复杂控制问题具有局限性，相继出现了最优的控制方法，自适应控制系统的出现完善了现代控制理论，使其更具有科学性。这一阶段的代表人物有提出极大值原理的庞特里亚金;提出动态规划的贝尔曼;以及发表估计器和线性滤波器论文的卡尔曼等。

　　(三)发展控制理论时期

　　控制理论发展第三阶段是二十世纪七十年代至今，控制理论逐渐向着“智能控制”和“大系统理论”方向发展。“智能控制”是在控制理论上的深度挖掘，模拟人类信息传递与智能活动的规律，研究现代化人工智能的信息处理与工程控制。而“大系统理论”则是在控制理论上的范围拓展，研究各种大系统的结构、设计方法和反馈协调等问题。控制理论的不断发展和完善见证了人类从机械化走进电气化，再到自动化、智能化的过程。

　　三、控制理论与控制工程具体应用

　　控制理论与控制工程的运用可以总结为一种控制、两种方法、三种系统在控制系统中的具体应用。一种控制指的是最优控制，是控制理论与控制工程的核心应用内容。研究最优控制要充分满足其约束条件，进而设计出最优控制方案，并在设置性能指标最值的基础上，使系统性能指标实现优化效果。

　　两种方法是指PDI控制器和kalman滤波器。这两种系统方法在实际系统中应用比较广泛，这两种方法通常用在线性模型中，提高了应用系统的稳定性。还可以将其应用到非线性系统中做进一步定量研究。此外，控制理论和控制系统在现实生活中的应用也较为常见，比如，控制工程中水槽中水位、控制电加热器的温度等。三种系统，即复合控制系统、开环控制系统和闭环控制系统。控制系统中要根据不同的控制需求应用不同的控制系统。

　　四、结语

　　综上所述，随着科学技术以及信息技术的不断发展，控制理论和控制工程也逐渐由传统产业的应用延伸到新技术产业中。其不断的完善和优化给人类的生活带来极大的便利。

　　参考文献:

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