控制理论的演进历程

人们普遍认为最早应用于工业过程的反馈控制器是瓦特（J.Watt）发明的蒸汽机飞球调速装置。此后又不断出现各种自动化装置，自瓦特发明该装置几十年后，1868年，麦克斯韦（J.C.Maxwell）发表了“论调速器”文章，对控制系统从理论上加以提高，首先提出了“反馈控制”的概念，解释了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。英国数学家劳斯（E.J.Routh）和德国数学家胡尔维茨（A.Hurwitz）推进了麦克斯韦的工作，二人分别在1875年和1895年独立地建立了直接根据代数方程的系数判别系统稳定性的准则（见代数稳定判据）。

1932年，美国物理学家奈奎斯特（H.Nyquist）运用复变函数理论的方法建立了根据频率响应判断反馈系统稳定性的准则（见奈奎斯特稳定判据）。这种方法比当时流行的基于微分方程的分析方法有更大的实用性，也更便于设计反馈控制系统。奈奎斯特的工作奠定了频率响应法的基础。随后，伯德（H.W.Bode）和尼科尔斯（N.B.Nichols）等在20世纪30年代末和40年代进一步将频率响应法加以发展，使之更为成熟，经典控制理论遂开始形成。

1948年，美国科学家埃文斯（W.R.Evans）提出了名为“根轨迹”的分析方法，用于研究系统参数（如增益）对反馈控制系统的稳定性和运动特性的影响，并于1950年将该方法进一步应用于反馈控制系统的设计，构成了经典控制理论的另一核心方法——根轨迹法。

20世纪40年代末和50年代初，频率响应法和根轨迹法被推广用于研究采样控制系统和简单的非线性控制系统，标志着经典控制理论已经成熟。经典控制理论在理论上和应用上所获得的广泛成就，促使人们试图把这些原理推广到像生物控制机理、神经系统、经济及社会过程等非常复杂的系统，其中美国数学家维纳在1948年发表的著名的《控制论》（Cybernetics）最为重要、影响最大。1954年，我国著名科学家钱学森发表了英文版《工程控制论》，奠定了工程控制论这一技术科学的基础，使控制论又大大地向前迈进了一步。(www.xing528.com)

经典控制理论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，至今仍不失其实用价值。它的局限性主要表现在只适用于单变量系统，且仅限于研究定常系统。

现代控制理论始于20世纪50年代末60年代初。这是由于空间技术发展及军事工业的需要，如航空、航天、导弹等对自动控制系统提出了很高的要求，加之计算机技术也日趋成熟，使得现代控制理论发展很快，并逐渐形成一些新的体系与新的分支。现代控制理论主要是在时域内，利用状态空间来分析与研究多输入多输出系统的最佳控制问题。