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经典控制理论

序言

从今天开始,我们将给大家带来关于经典控制理论的一系列的视频,视频主要包含两个类型,一个是科普类,用一些老少皆宜的方法介绍控制理论的相关概念,而另一个类型则是推导类,用于推导一些控制中的公式定理,需要一定的数学基础。在分析具体问题时,也会配上相应的代码进行演示说明,让知识变得不那么枯燥。

与传统课堂教学不同的是,讲述的内容并不针对题目练习,而更多关注于实际以及深入性的理解,所以如果你想要在考试中取得高分,那么这些视频并不能代替题目练习的作用。

需要提前表明的是,因能力有限,所讲述的内容表达可能不够清晰,甚至可能包含错误,如果你有疑问,欢迎及时与我们联系,以便我们进行修改。

Part 1 : 控制论的角度看控制

一方面,人类从自然中获得灵感启发,总结规律,形成了数学物理学科,同时利用数学物理规律研究自然科学并进行创造,而另一方面人类为了更好地生活,于是制造机器,为了制造出性能更优良的机器,于是研究目前上帝创造的机器——动物。

多年以前,控制论的先驱维纳注意到了这样一个领域,它处于计算机、生物、数学等诸多领域的交叉中心,是一门关于机器与动物控制和通信的理论,并以掌舵手的原意将其命名为 “ Cybernetics ”,即 “ 控制论 ”。

Part 2 : 自动控制原理的起源

起源

中国古代记载的指南车和木牛流马

1788 年瓦特为控制蒸汽机速度而设计的离心调节器

1868 年麦克斯韦对系统的稳定性进行分析

随后源于物理学和数学的自动控制原理开始逐步形成。

发展 :

19 世纪末,劳斯判据霍尔维茨判据判据提出,解决了线性定常系统的稳定性判别问题

20 世纪 10 年代,PID控制器出现并且得到广泛应用

1927 年反馈放大器诞生,从而确立了“反馈”在自动控制原理中的核心位置

1932 年奈奎斯特提出一种利用系统频率特性图确定系统稳定性的简便方法

1945 年伯德发表了关于控制系统频域设计方法的经典著作,稍后,伊万思提出并且完善了根轨迹方法

至此,以频率特性法和根轨迹法为核心的经典控制理论框架已构建完毕。

1948 年维纳提出《控制论》,形成了完成的控制理论体系——以传递函数为基础的经典控制理论。

Part 3 : 欲以究天人之际

控制论的诞生,意味着,它不仅仅局限于某个领域,它就如同哲学指导自然科学的研究一样指导着各个领域的研究。天工开创万物,包括我们人类,而控制论就仿佛自然密码,融于万物之中,我们研究控制理论,从某个角度上来说亦是在创造属于我们的万物。

控制理论尽管有着不俗的出身,但目前大家学习控制似乎大都是为了考试,却忽视了控制的深刻内涵,也就更无从谈起控制理论的学以致用了,我们希望这一系列视频能够弥补课堂教学的弊端,让大家了解到一些课堂体系以外的控制知识,从而能够更好地运用控制技术解决一些问题。

正如维纳前辈所言,控制领域处于所有学科的交叉中心,我们希望这一系列的视频能够让其他领域的人也了解到控制的魅力,并能够在自己的领域有效地运用控制理论去解决相关问题。

前路漫漫又何妨,纵是黑夜亦有光。

仅以此系列文章与视频明确我们的方向并分享给那些前路迷茫的自动化人。

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