自动控制理论的发展及其应用综述
黄佳彬 3120101224
20世纪40年代，控制论这门学科开始发展，其标志为维纳于1948年出版了自动控制学科史上的名著《控制论，或动物和机器的控制和通信》（Cybernetics，or control and communication in the animal and machine）。

控制论思想的提出为现代科学研究提供了新的思想和方法，同时书中的一些新颖的思想和观点吸引了无数学者，令其在自己研究的领域引进控制论。

随着研究队伍的庞大，控制论形成了多个分支，其中主要的几个分支有生物控制论，工程控制论，军事控制论，社会、经济控制论，自然控制论。

这里我们主要对工程控制论进行研究。

1.自动控制理论的发展
工程控制论的概念最早由钱学森引入，当时有两种控制理论思想，一种基于时间域微分方程，另一种基于系统的频率特性。

这两种思想即为经典控制理论，主要研究的是单输入-单输出的控制系统，同时利用分析法与实验验证法这两种方法对某个控制系统进行数学建模，由此可以获得系统各元部件之间的信号传递关系的形象表示。

由于经典控制理论的建立基于传递函数和频率特性，是对系统的外部描述。

同时经典控制理论主要研究单输入单输出系统，无法解决现实工程应用中多输入多输出系统的问题，而且经典控制理论只对线性时不变系统进行讨论，存在不少的局限性，由此，现代控制理论逐渐发展起来。

现代控制理论是从线性代数的理论研究上得来的，本质是“时域法”，即基于状态空间模型在时域对系统进行分析和设计，并且引入“状态”这一概念，用“状态变量”和“状态方程”描述系统，以此来反应系统的内在本质和特性。

现代控制理论研究的内容主要有三方面：多变量线性系统理论、最优控制理论以及最优估计与系统辨识理论，这些研究从理论上解决了许多复杂的系统控制问题，但是随着发展，实际生产系统的规模越来越大，控制对象、控制器、控制任务和目的也更为复杂，导致现代控制理论的成果并未有在实际中很好的应用。

智能控制的概念最早是在20世纪70年代由傅京孙教授提出，这一概念最早是为解决经典控制理论和现代控制理论在实际应用上面临的问题而寻求的新出路，也是人工智能与自动控制交叉的产物。

1977年，美国学者Saridis在原本的
二元结构基础上，提出了三元结构，也就是将“智能控制”归为自动控制、人工智能和运筹学的交叉。

后来中南大学的蔡自兴教授又将智能控制理论扩展四元结构，即为自动控制、人工智能、运筹学、信息论的交叉，智能控制系统的理论也进一步得到了完善。

智能控制系统能够在没有外界控制的情况下自主操控机器来完成目标，主要通过研究人类活动及其控制与信息传递过程规律，令机器能够模拟人类行为，达到智能控制和智能决策。

它融合了多学科技术，拥有着强大的自适应、自学习的能力，因此它不只是由控制理论支持的控制系统，而是多学科综合发展而来的智能控制系统。

目前，智能控制理论尚未形成一个完整成熟的理论体系，作为控制理论的第三阶段还稍显牵强，但是随着人工智能不断发展，智能控制也正在逐渐成为自动控制理论的热门，智能控制理论在未来必将占据我们的生活，并成为自动控制理论第三阶段的重要分支。

2.自动控制理论的应用
最典型的应用经典控制理论的产品就是瓦特的蒸汽机离心调速器，如图1，瓦特将它与蒸汽机的蒸汽入口阀门连接起来﹐构成了蒸汽机转速的闭环自动控制系统。

自此，人们开始采用自动调节装置，经典控制理论也得以发展。

图1 瓦特蒸汽机转速控制系统
现代控制理论由于现代科学的发展，其成果应用较少，以理论成果为主。

如1957 年，Bellman等人提出了动态规则；1959年，布西和Kalman 提出了状态空间法和卡尔曼滤波理论；1961年，庞特里亚金提出了极小（大）值原理。

除此之外，现代控制理论也被广泛的应用在生态环境、社会系统、交通管理、经济科
学以及生物和生命现象等研究领域。

随着智能控制理论的不断发展，越来越多的学者跻身该领域。

高金吉就基于智能控制理论首次提出了仿生机械学的人工自愈概念，目的是改变故障停机保护机器安全需要人为修复的传统方式。

他提出的理念是在对机器故障机理和风险分析的基础上，通过仿生设计，赋予机器自发作用的维持健康状态的能力，是机器储存、补充和调动自愈力以维持机体健康状态的协同性动态系统。

该系统中的机器不仅具有参数调节的适应能力，同时也具有结构适应能力。

其模型如图2。

图2 机器故障自愈调控系统模型
当然，智能控制理论还广泛的应用在航空航天技术、通信技术以及武器控制等方面。

在未来，运用自动控制理论和智能控制的技术发明，如智能手机、智能家居、智能飞机等智能化产品和设备将会更加丰富我们的生活。

3.结论
以上我们介绍了自动控制理论发展的三个阶段，经典控制理论、现代控制理论、智能控制理论，每一个理论都有其优点和不足之处，其后分别对三个时期的自动控制理论的应用进行了简单的介绍。

不难看出，在未来，随着科技的发展，社会的发展将会越来越快，人工智能、互联网技术的不断发展，也会让我们不断的克服自身的局限性。

未来，对自动控制理论的研究也将变成热门中的热门，得益于自动控制技术的发展，我们会从重复的机械式劳动中彻底解放，自动控制技术有关的产品也会出现在生活和工作的方方面面。

同时，由于我们对自动控制理论的研究不断深入，我们的认识将不断提高，智能控制理论也将不断的完善，甚至提出全新的控制理论，我们对控制系统的要求也会越来越高，我们的生活也将越来越智能化和科技化！
参考文献
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