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经典控制理论主要内容一、概述控制理论主要研究系统的动态性能。
在时间域和频率域内来研究系统的“稳定性、准确性、快速性”。
所谓稳定性是指系统在干扰信号作用下，偏离原来的平衡状态，当干扰取消之后，随着时间的推移，系统恢复到原来平衡状态的能力。
准确性是指在过渡过程结束后输出量与给定的输入量（或同给定输入量相应的稳态输出量）的偏差，它又称为静态偏差或稳态精度。
所谓快速性，就是指当系统的输出量与给定的输入量（或同给定输入量相应的稳态输出量）之间产生偏差时，消除这种偏差的快慢程度。
因此，要学好控制理论关键要懂得“系统”和“性能”这两个关键。
图1.4为水箱液位自动控制系统。
图 1.4 水箱液位自动控制系统示意图1.2.2 控制系统的组成上述水箱液位自动控制系统中的电机、减速器和阀门合在一起完成了一个执行元件所完成的工作，浮子和电位器可以看作是一个检测元件，同时，电位器还是一个比较元件。
从而可以将一般控制系统的框图归纳表示为图1.6所示的形式。
由图1.6可以看出，一般的控制系统包括：1）给定元件─—主要用于产生给定信号或输入信号。
2）检测元件─—测量被控量或输出量，产生反馈信号，并反馈到输入端。
3） 比较元件─—用于比较输入信号和反馈信号的大小，产生反映两者差值的偏差信号。
4） 放大元件─—对较弱的偏差信号进行放大，以推动执行元件动作。
放大元件有电气的、液压的和机械的。
5） 执行元件─—用于驱动被控对象的元件。
例如伺服电机、液压马达、液压缸以及减速器和调压器等。
6） 控制对象─—亦称被调对象。
在控制系统中，运动规律或状态需要控制的装置称为控制对象。
例如水箱液位控制系统中的水箱。
由图1.6还可以看出，系统的各作用信号和被控制信号有：1) 输入信号─—又称为控制量或调节量，它通常由给定信号电压构成，或通过检测元件将非电输入量转换成信号电压。
如给定电压1u 。
2) 输出信号─—又称为输出量、被控制量或者被调节量。
它是被控制对象的输出，表征被控对象的运动规律或状态的物理量。
典型信号（单位）阶跃函数（Step function ） 0,)(1≥t t室温调节系统和水位调节系统（单位）斜坡函数（Ramp function ） 速度 0,≥t t （单位）加速度函数（Acceleration function ）抛物线0,212≥t t （单位）脉冲函数（Impulse function ） 0,)(=t t δ正弦函数（Simusoidal function ）Asinut ，当输入作用具有周期性变化时。
============================================================================设线性定常系统由下述n 阶线性常微分方程描述：)()()()()()()()(1111011110t r b t r dt db t r dt d b t r dt d b tc a t c dt da t c dtd a t c dt d a m m m m m m n n n n n n ++⋅⋅⋅++=++⋅⋅⋅++------系统传递函数为：)()()()()(11101110s N s M a s a s a s a b s b s b s b s R s C s G n n n n m m m m =++⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅++==----传递函数与微分方程之间有关系)()()(s R s C s G =如果将dtdS ⇔置换 微分方程传递函数⇔ ============================================================================传递函数的极点和零点对输出的影响)()()()()(11*jnj imi P S Z S K s N s M s G --==∏∏== i Z ),,2,1(m i ⋅⋅⋅= 为传递函数的零点j P ),,2,1(n j ⋅⋅⋅= 为传递函数的极点 极点是微分方程的特征跟，因此，决定了所描述系统自由运动的模态。
一、控制理论经典控制理论（19世纪末~1940年代）。
起源于：伺服机械的调节/控制设计方法、数学界的常微分方程稳定性理论、基于Fourier变换的频率域分析设计。
经典文献——钱学森的《工程控制论》；主要特征——频率域分析设计。
现代控制理论（1950年代~至今）。
起源于：(美国)卡尔曼线性系统结构性理论和最优滤波理论(前苏联)庞特里亚金的极大值原理、(美国)贝尔曼的动态规划理论。
主要特——现代时间域分析设计。
经典控制理论经典控制理论：建立在奈奎斯特的频率响应法和伊万斯的根轨迹法基础上的理论，也称或称古典控制理论、自动控制理论，为工程技术人员提供了一个设计反馈控制系统的有效工具。
1947年控制论的奠基人美国数学家维纳(N. Weiner)把控制论引起的自动化同第二次产业革命联系起来，并与1948年出版了《控制论—关于在动物和机器中控制与通讯的科学》。
我国著名科学家钱学森将控制理论应用于工程实践，并与1954年出版了《工程控制论》。
从20世纪40年代到50年代末，经典控制理论的发展与应用使整个世界的科学水平出现了巨大的飞跃，几乎在工业、农业、交通运输及国防建设的各个领域都广泛采用了自动化控制技术。
以传递函数作为描述系统的数学模型，以时域分析法、根轨迹法和频域分析法为主要分析设计工具，构成了经典控制理论的基本框架。
到20世纪50年代，经典控制理论发展到相当成熟的地步，形成了相对完整的理论体系，为指导当时的控制工程实践发挥了极大的作用。
经典控制理论主要用于解决反馈控制系统中控制器的分析与设计的问题。
图1反馈控制系统的简化原理框图。
经典控制理论主要研究线性定常系统。
所谓线性控制系统是指系统中各组成环节或元件的状态或特性可以用线性微分方程描述的控制系统。
如果描述该线性系统的微分方程的系数是常数，则称为线性定常系统。
描述自动控制系统输入量、输出量和内部量之间关系的数学表达式称为系统的数学模型，它是分析和设计控制系统的基础。
经典控制理论综述经典控制理论综述07020108 裴璐1.经典控制理论的定义经典控制理论是自动控制理论中建立在频率响应法和根轨迹法基础上的一个分支。
经典控制理论的研究对象是单输入、单输出的自动控制系统，特别是线性定常系统。
经典控制理论的特点是以输入输出特性（主要是传递函数）为系统数学模型，采用频率响应法和根轨迹法这些图解分析方法，分析系统性能和设计控制装置。
经典控制理论的数学基础是拉普拉斯变换，占主导地位的分析和综合方法是频率域方法。
经典控制理论主要研究系统运动的稳定性、时间域和频率域中系统的运动特性、控制系统的设计原理和校正方法。
早期,这种控制理论常被称为自动调节原理,随着以状态空间法为基础和以最优控制理论为特征的现代控制理论的形成，开始广为使用现在的名称。
2.经典控制理论的组成经典控制理论由线性控制理论、采样控制理论、非线性控制理论三个部分组成。
1，线性控制理论是经典控制理论中以线性系统为研究对象的一个主要分支。
在线性控制理论中，由于叠加原理带来的数学处理上的简便性，已经建立起一整套比较成熟和便于工程应用的分析和设计线性控制系统的方法。
2，采样控制理论是经典控制理论中研究采样控制系统的组成原理、基本特性和分析设计方法的一个分支。
采样控制系统不同于连续控制系统，它的特点是系统中一处或几处的信号具有脉冲序列或数字序列的形式。
应用采样控制，有利于提高系统的控制精度和抗干扰能力，也有利于提高控制器的利用率和通用性。
3，自动控制理论中研究非线性系统的运动规律和分析方法的一个分支。
严格说，现实中的一切系统都是非线性系统，线性系统只是为了数学处理上的简化而导出的一种理想化的模型。
非线性系统的一个最重要的特性是不能采用叠加原理来进行分析，这就决定了在研究上的复杂性。
非线性系统理论远不如线性系统理论成熟和完整。
由于数学处理上的困难，所以至今还没有一种通用的方法可用来处理所有类型的非线性系统。
3.经典控制理论的典型成果应用分析我们比较熟悉的经典控制理论应用有双容水箱的液位控制系统，还有磁浮球的高度控制等。
经典控制理论在20世纪30到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；二次大战以后，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。
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。
将描述系统的微分方程或差分方程变换到复数域中，得到系统的传递函数，并以此作为基础在频率域中对系统进行分析和设计，确定控制器的结构和参数。
通常是采用反馈控制，构成所谓闭环控制系统。
经典控制理论具有明显的局限性，突出的是难以有效地应用于时变系统、多变量系统，也难以揭示系统更为深刻的特性。
当把这种理论推广到更为复杂的系统时，经典控制理论就显得无能为力了，这是因为它的以下几个特点所决定。
1．经典控制理论只限于研究线性定常系统，即使对最简单的非线性系统也是无法处理的；2．经典控制理论只限于分析和设计单变量系统，采用系统的输入－输出描述方式，这就从本质上忽略了系统结构的内在特性，也不能处理输入和输出皆大于1的系统。
实际上，大多数工程对象都是多输入－多输出系统，尽管人们做了很多尝试，但是，用经典控制理论设计这类系统都没有得到满意的结果；3．经典控制理论采用试探法设计系统。
即根据经验选用合适的、简单的、工程上易于实现的控制器，然后对系统进行分析，直至找到满意的结果为止。
虽然这种设计方法具有实用等很多优点，但是，在推理上却是不能令人满意的，效果也不是最佳的，人们自然提出这样一个问题，即对一个特定的应用课题，能否找到最佳的设计。
综上所述，经典控制理论的最主要的特点是：线性定常对象，单输入单输出，完成镇定任务。
即便对这些极简单的对象、对象描述及控制任务，理论上也尚不完整，从而促使现代控制理论的发展：对经典理的精确化、数学化及理论化。
