(完整word版)经典控制理论和现代控制理论的区别和联系

现代控制理论（浓缩版）绪论1．经典控制理论与现代控制理论的比较。

经典控制理论也称为古典控制理论，多半是用来解决单输入-单输出的问题，所涉及的系统大多是线性定常系统，非线性系统中的相平面法也只含两个变量。

经典控制理论是以传递函数为基础、在频率域对单输入单输出控制系统进行分析和设计的理论。

它明显具有依靠手工进行分析和综合的特点，这个特点是与20世纪40~50年代生产发展的状况，以及电子计算机的发展水平尚处于初级阶段密切相关的。

在对精度要求不高的场合是完全可用的。

最大成果之一就是PID 控制规律的产生，PID 控制原理简单，易于实现，具有一定的自适应性与鲁棒性，对于无时间延时的单回路控制系统很有效，在工业过程控制中仍被广泛采用。

现代控制理论主要用来解决多输入多输出系统的问题，系统可以是线性或非线性的、定常或时变的。

确认了控制系统的状态方程描述法的实用性，是与状态方程有关的控制理论。

现代控制理论基于时域内的状态空间分析法，着重实现系统最优控制的研究。

从数学角度而言，是把系统描述为四个具有适当阶次的矩阵，从而将控制系统的一些问题转化为数学问题，尤其是线性代数问题。

而且，现代控制理论是以庞得亚金的极大值原理、别尔曼的动态规划和卡尔曼的滤波理论为其发展里程碑，揭示了一些极为深刻的理论结果。

面对现代控制理论的快速发展及成就，人们对这种理论应用于工业过程寄于乐期望。

但现代控制在工业实践中遇到的理论、经济和技术上的一些困难。

所以说，现代控制理论还存在许多问题，并不是“完整无缺”，这是事物存在矛盾的客观反应，并将推动现代控制理论向更深、更广方向发展。

如大系统理论和智能控制理论的出现，使控制理论发展到一个新阶段。

2．控制一个动态系统的几个基本步骤有四个基本步骤：建模，基于物理规律建立数学模型；系统辨识，基于输入输出实测数据建立数学模型；信号处理，用滤波、预报、状态估计等方法处理输出；综合控制输入，用各种控制规律综合输入。

浅析经典控制理论与现代控制理论的异同摘要：主要通过研究与分析经典控制理论与现代控制理论的研究对象和数学建模，了解两种控制理论的异同，有助于选择合适的理论分析与设计系统。

关键词：经典控制理论现代控制理论异同引言随着科学技术的发展，控制理论在人们实践中得到广泛的运用和发展。

其中经典控制理论和现代控制理论作为控制论的两个重要的部分，彼此存在区别与联系。

笔者在这里主要通过分析研究两种理论在研究对象和数学建模等方面介绍它们之间的异同。

1 自动控制理论简介1.1自动控制理论的定义与应用n·维纳曾定义：控制论是“关于动物和机器中的控制和通信的科学”。

也就是说，自动控制就是采用控制装置使被控对象自动地按照给定规律运行，使被控对象的一个或数个物理量能够在一定的精度范围内按照指定的规律变化。

其中控制对象有电压、电流、位置、速度、流量、浓度、成分等。

自动控制系统可以分为调节系统和伺服系统两类。

调节系统要求被控对象状态保持不变，输入一般不做频繁调节；而伺服系统则要求被控对象的状态能自动、连续、精确地随输入信号变化而变化，即随便系统。

自动控制理论广泛应用在生产，可以提高生产率，改善加工工艺，改善产品质量，节约成本。

控制理论也可用于国防建设，促进国防现代化，提高部队战斗力。

自动控制理论在发展空间技术，探索新能源等方面也至关重要。

1.2 自动控制理论的发展任何一种理论的的形成都离不开实践。

早在古代，劳动人民就凭借生产实践积累的经验和对反馈的直接认识，发明了很多闪烁着控制理论的智慧火花的杰作。

例如，北宋水运仪象台就是一个闭环非线性控制系统；1765年，俄国人普洱佐诺夫发明的蒸汽锅炉水位调节器等。

直到1788年，瓦特（j·watt）通过在他发明的蒸汽机上使用离心调速器解决蒸汽机调速问题后，人们才开始重视控制技术，并开始探索改善调速器准确度的方法；1868年，物理学家麦克斯韦（maxwell）从描述系统的微分方程的解中有无增长指数函数项来判断稳定性；随后，劳斯（routh）和赫尔维茨（hurwitz）分别独自建立了通过代数方程系数判别系统稳定性的劳斯判据和赫尔维茨判据；1932年，物理学家奈奎斯特（nyquist）通过频域的角度判断系统稳定性，奠定了频域法的基础；随后伯德（bode）和尼克尔斯（nichols）进一步发展了频域法，形成了经典控制理论的分析法；美国科学家伊万斯（evans）创立的根轨迹法被广泛应用到系统的分析与设计。

论文题目现代控制理论综述姓名 *** 学号 ***学科(专业) ***所在学院机械工程学院任课教师*** 提交日期***目录摘要 (1)Abstract (1)1绪论 (2)现代控制理论 (2)现代控制理论的发展历程 (2)现代控制理论与经典控制理论的异同 (3)2 现代控制理论的基本内容 (5)线性系统理论 (5)非线性系统理论 (5)最优控制理论 (6)最优估计理论 (6)随机控制理论 (6)适应控制理论 (7)2.7 系统辨识理论 (7)3现代控制理论的其他研究方向 (8)智能控制 (8)鲁棒性分析与鲁棒控制 (8)模糊控制 (9)神经网络控制 (9)实时专家控制 (9)分布参数系统控制 (10)预测控制 (10)4 现代控制理论的发展趋势和展望 (11)现代控制理论的发展趋势 (11)现代控制理论的前景展望 (11)5 参考文献 (13)摘要本文首先介绍了现代控制理论的发展历程以及现代控制理论和经典控制理论二者的异同点，然后介绍了现代控制技术的基本内容,之后又对现代控制理论目前研究的一些方向作了简要说明，包括智能控制、鲁棒控制、模糊控制、神经网络控制及实时专家控制等。

最后总结了现代控制技术的发展特点以及发展趋势。

关键词:现代控制理论控制概述发展内容AbstractThe paper introduces the development process of modern control at first. And then it compares the differences and similarities between modern control and classical control . Besides,it introduces the basic content of modern control technology and some new research directions , such us Intelligent control,robust control, fuzzy control, neural network control and real-time expert control ,etc. At last , this paper pointesout the development characteristics and development trend of modern control technology.Keywords: modern control technology control overview development content1绪论1.1现代控制理论现代控制理论是在经典控制理论基础上逐步发展起来的，建立在状态空间法基础上的一种控制理论，研究多输入多输出、变参数、非线性、高精度、高效能等控制系统的分析与设计问题，是自动控制理论的一个主要组成部分。

现代控制理论的产生、发展、内容、研究方法和应用经典控制理论与现代控制理论的差异建立在状态空间法基础上的一种控制理论，是自动控制理论的一个主要组成部分。

在现代控制理论中，对控制系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是时间域方法。

现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多，包括线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统，单变量系统和多变量系统。

它所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上进行。

现代控制理论还为设计和构造具有指定的性能指标的最优控制系统提供了可能性。

现代控制理论的名称是在1960年以后开始出现的，用以区别当时已经相当成熟并在后来被称为经典控制理论的那些方法。

现代控制理论已在航空航天技术、军事技术、通信系统、生产过程等方面得到广泛的应用。

现代控制理论的某些概念和方法，还被应用于人口控制、交通管理、生态系统、经济系统等的研究中。

现代控制理论是在20世纪50年代中期迅速兴起的空间技术的推动下发展起来的。

空间技术的发展迫切要求建立新的控制原理，以解决诸如把宇宙火箭和人造卫星用最少燃料或最短时间准确地发射到预定轨道一类的控制问题。

这类控制问题十分复杂，采用经典控制理论难以解决。

1958年，苏联科学家Л.С.庞特里亚金提出了名为极大值原理的综合控制系统的新方法。

在这之前,美国学者R.贝尔曼于1954年创立了动态规划,并在1956年应用于控制过程。

他们的研究成果解决了空间技术中出现的复杂控制问题，并开拓了控制理论中最优控制理论这一新的领域。

1960～1961年，美国学者R.E.卡尔曼和R.S.布什建立了卡尔曼-布什滤波理论,因而有可能有效地考虑控制问题中所存在的随机噪声的影响，把控制理论的研究范围扩大，包括了更为复杂的控制问题。

几乎在同一时期内，贝尔曼、卡尔曼等人把状态空间法系统地引入控制理论中。

状态空间法对揭示和认识控制系统的许多重要特性具有关键的作用。

其中能控性和能观测性尤为重要，成为控制理论两个最基本的概念。

自动化科学作为一门学科起源于20 世纪初，自动化科学与技术的基础理论来自于物理等自然科学和的作用.在第40 届IEEE 决策与控制年会的全会开篇报告中，美国学者John Doyle 教授引用了国际著名部，Roth 和Hurwitz 等人提出了间接的稳定判据，成果可以看成是现代广泛应用的PID 控制器的前身，而1942 年，Ziegler 和Nichols 提出了调节PID （Proportion Integration Differentiation，比例积分微分）控制器参数的经验公式方法，此方法对当今的PID 控制器整定仍有影响。

自动控制理论是自动控制技术的理论基础，是一门理论性较强的科学。

按照自动控制理论发展的不同阶段，自动控制理论一般可分为“经典控制理论”和“现代控制理论”两大部分.这些理论主要是以传递函数为基础，研究单输入单输出自动控制系统的分析和设计问题。

采用的方法主要用,并积累了丰富的经验,成功地解决了一系列以输出反馈为主要控制手段的自动控制问题.20 世纪60 年代开始，由于生产的发展，自动控制系统日趋复杂、规模日趋庞大, 特别是空间技术的发展，使自动控制理论有了一次新的飞跃，逐渐形成了“现代控制近年来，由于计算机技术的迅猛发展和应用数学研究的进展,特别是一些新型控制技术,诸如最优控制、自适应控制、预测控制、模糊控制、人工神经网络控制、鲁棒控制等的出现，使自动控制理论又有了日新月异的发展.目前主要是庞大的系统工程的基础上发展起来的大系统理论和在模仿人类智能活动的基础上发展起来的智能控制方面，都取得了许多重大进展.“经典控制理论”和“现代控制理论”是自动控制理论发展的两个阶段，但它们又是相互联系,相互促进的。

“现代控制理论"不能看成是“经典控制理论”简单的延伸和推广,在所采用的数学工具、理论基础、研究方法、研究对象等多方面有着明显的不同,可以说是一次质的飞跃。

但是,这并不意味着这两种方法原理截然分离.特别是在解决实际工程问题中，许多用经典理论控制解决的问题，同样可以用现代控制理论从方法上看更加完备或结果更强，但是，经典控制理论简洁实效的分析方法和控制方式,往往是现代控制理论难以实现的。

现代控制理论复习提纲第一章：绪论（1）现代控制理论的根本内容包括：系统辨识、线性系统理论、最优控制、自适应控制、最优滤波（2）现代控制理论与经典控制理论的区别第二章：控制系统的状态空间描述1.状态空间的根本概念；系统、系统变量的组成、外部描述和内部描述、状态变量、状态向量、状态空间、状态方程、状态空间表达式、输出方程2.状态变量图概念、绘制步骤；3.由系统微分方程建立状态空间表达式的建立；第三章：线性控制系统的动态分析1.状态转移矩阵的性质及其计算方法〔1〕状态转移矩阵的根本定义；〔2〕几个特殊的矩阵指数；〔3〕状态转移矩阵的根本性质〔以课本上的5个为主〕；〔4〕状态转移矩阵的计算方法掌握：方法一：定义法方法二：拉普拉斯变换法例题2-2第四章：线性系统的能控性和能观测性（1）状态能控性的概念状态能控、系统能控、系统不完全能控、状态能达（2）线性定常连续系统的状态能控性判别包括;格拉姆矩阵判据、秩判据、约当标准型判据、PBH判据掌握秩判据、PBH判据的计算（3）状态能观测性的概念状态能观测、系统能观测、系统不能观测（4）线性定常连续系统的状态能观测性判别包括;格拉姆矩阵判据、秩判据、约当标准型判据、PBH判据掌握秩判据、PBH判据的计算（5）能控标准型和能观测标准型只有状态完全能控的系统才能变换成能控标准型，掌握能控标准I型和II型的只有状态完全能观测的系统才能变换成能控标准型，掌握能观测标准I型和II 型的计算方法第五章：控制系统的稳定性分析〔1〕平衡状态〔2〕李雅普诺夫稳定性定义：李雅普诺夫意义下的稳定概念、渐进稳定概念、大范围稳定概念、不稳定性概念（3）线性定常连续系统的稳定性分析例4-6第六章线性系统的综合（1）状态反应与输出反应（2）反应控制对能控性与观测性的影响复习题1. 、和统称为系统变量。

2. 系统的状态空间描述由和组成，又称为系统的动态方程。

3. 状态变量图是由、和构成的图形。

4. 计算1001A-⎡⎤=⎢⎥⎣⎦的矩阵指数Ate__________。

.何谓现代控制理论？与经典控制理论之间是什么样的关系或联络？在解决控制问题时各有什么不同的优缺点？.何谓现代控制理论？与经典控制理论之间是什么样的关系或联络？在解决控制问题时各有什么不同的优缺点？现代控制理论以状态空间描述（实质上是一阶微分或差分方程组）作为数学模型，利用计算机作为系统建模分析，设计乃至控制的手段，适应于多变数、非线性、时变系统。

状态空间方法属于时域方法，其核心是做优化技术。

经典控制理论分析和设计控制系统采用的方法是频率特性法和根轨迹法。

这两种方法用来分析和设计线性、定常单变数系统是很有效地。

但是，对于非线性系统，时变系统，多变数系统等，经典控制理论就显得无能为力了。

同时，随着生产过程自动化水平的提高，控制系统的任务越来越复杂，控制精度要求也越来越高，因此，建立在状态空间分析方法基础上的现代控制理论便迅速地发展起来。

经典控制理论与模糊控制理论的特点、区别及关系是什么？1）它是一种非线性控制方法，工作范围宽，适用范围广，特别适合非线性系统的控制。

（2）它不依赖于物件的数学模型，对无法建模或很难建模的复杂物件，也能利用人的经验知识来设计模糊控制器完成控制任务。

而传统的控制方法都要已知被控物件的数学模型，才能设计控制器。

（3）它具有内在的并行处理机制，表现出极强的鲁棒性，对被控物件的特性变化不敏感，模糊控制器的设计引数容易选择调整。

演算法简单，执行快，容易实现。

不需要很多的控制理论知识，容易普及推广。

正因为模糊控制具有以上显著的优点，很多国际著名的专家学者指出：“模糊控制是21世纪的控制技术”，将有非常广阔的发展前途和产品市场。

从经典控制理论发展到现代控制理论，实现了哪些转变主要的基础课程有：控制理论（包括经典控制理论和现代控制理论），电路和数位电路类比电路，控制电机等。

控制理论是讲述系统控制科学中具有新观念、新思想的理论研究成果及其在各个领域中，特别是高科技领域中的应用研究成果，但是在民用领域即实际生活中有很严重的脱节。

1.经典控制理论与现代控制理论的区别与联系区别:(1)研究对象方面:经典控制系统一般局限于单输入单输出,线性定常系统。

严格的说,理想的线性系统在实际中并不存在。

实际的物理系统,由于组成系统的非线性元件的存在,可以说都就是非线性系统。

但就是,在系统非线性不严重的情况时,某些条件下可以近似成线性。

所以,实际中很多的系统都能用经典控制系统来研究。

所以,经典控制理论在系统的分析研究中发挥着巨大的作用。

现代控制理论相对于经典控制理论,应用的范围更广。

现代控制理论不仅适用于单输入单输出系统,还可以研究多输入多输出系统;不仅可以分析线性系统,还可以分析非线性系统; 不仅可以分析定常系统,还可以分析时变系统。

(2)数学建模方面:微分方程(适用于连续系统)与差分方程(适用于离散系统)就是描述与分析控制系统的基本方法。

然而,求解高阶与复杂的微分与差分方程较为繁琐,甚至难以求出具体的系统表达式。

所以,通过其它的数学模型来描述系统。

经典控制理论就是频域的方法,主要以根轨迹法与频域分析法为主要的分析、设计工具。

因此,经典控制理论就是以传递函数(零初始状态下,输出与输入Laplace变换之比)为数学模型。

传递函数适用于单输入单输出线性定常系统,能方便的处理这一类系统频率法或瞬态响应的分析与设计。

然而对于多信号、非线性与时变系统,传递函数这种数学模型就无能为力了。

传递函数只能反应系统的外部特性,即输入与输出的关系,而不能反应系统内部的动态变化特性。

现代控制理论则主要状态空间为描述系统的模型。

状态空间模型就是用一阶微分方程组来描述系统的方法,能够反应出系统内部的独立变量的变化关系,就是对系统的一种完全描述。

状态空间描述法不仅可以描述单输入单输出线性定常系统,还可以描述多输入多输出的非线性时变系统。

另外状态空间分析法还可以用计算机分析系统。

(3)应用领域方面:由于经典控制理论发展的比较早,相对而言理论比较成熟,并且生产生活中很多过程都可近似瞧为线性定常系统,所以经典控制理论应用的比较广泛。

现代控制理论与经典控制理论一、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。

自动控制、现代控制与智能控制的关系一、基本区别控制理论发展至今已有100多年的历史，经历了“经典控制理论”和“现代控制理论”的发展阶段，已进入“大系统理论"和“智能控制理论”阶段。

智能控制理论的研究和应用是现代控制理论在深度和广度上的拓展。

20世纪80年代以来,信息技术、计算技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透，也推动了控制科学与工程研究的不断深入，控制系统向智能控制系统的发展已成为一种趋势。

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。

建立在状态空间法基础上的一种控制理论，是自动控制理论的一个主要组成部分.在现代控制理论中，对控制系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的,基本的方法是时间域方法。

现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多，包括线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统,单变量系统和多变量系统.它所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上进行。

现代控制理论还为设计和构造具有指定的性能指标的最优控制系统提供了可能性。

智能控制（intelligent controls）在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。

二、华山论剑：自动控制的机遇与挑战传统控制理论在应用中面临的难题包括:（1）传统控制系统的设计与分析是建立在已知系统精确数学模型的基础上，而实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等,一般无法获得精确的数学模型；（2)研究这类系统时,必须提出并遵循一些比较苛刻的假设，而这些假设在应用中往往与实际不相吻合;（3)对于某些复杂的和包含不确定性的对象，根本无法用传统数学模型来表示，即无法解决建模问题；(4）为了提高性能，传统控制系统可能变得很复杂,从而增加了设备的初始投资和维修费用，降低了系统的可靠性。

2015级硕士期末论文《现代控制理论综述》课程现代控制理论姓名学号专业2016 年1 月 4 日经典控制理论与现代控制理论的差异现代控制理论是建立在状态空间法基础上的一种控制理论，是自动控制理论的一个主要组成部分。

在现代控制理论中，对控制系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是时间域方法。

现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多，包括线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统，单变量系统和多变量系统。

它所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上进行。

现代控制理论还为设计和构造具有指定的性能指标的最优控制系统提供了可能性。

现代控制理论的名称是在1960年以后开始出现的，用以区别当时已经相当成熟并在后来被称为经典控制理论的那些方法。

现代控制理论已在航空航天技术、军事技术、通信系统、生产过程等方面得到广泛的应用。

现代控制理论的某些概念和方法，还被应用于人口控制、交通管理、生态系统、经济系统等的研究中。

现代控制理论是在20世纪50年代中期迅速兴起的空间技术的推动下发展起来的。

空间技术的发展迫切要求建立新的控制原理，以解决诸如把宇宙火箭和人造卫星用最少燃料或最短时间准确地发射到预定轨道一类的控制问题。

这类控制问题十分复杂，采用经典控制理论难以解决。

1958年，苏联科学家Л.С.庞特里亚金提出了名为极大值原理的综合控制系统的新方法。

在这之前，美国学者R.贝尔曼于1954年创立了动态规划，并在1956年应用于控制过程。

他们的研究成果解决了空间技术中出现的复杂控制问题，并开拓了控制理论中最优控制理论这一新的领域。

1960～1961年，美国学者R.E.卡尔曼和R.S.布什建立了卡尔曼-布什滤波理论，因而有可能有效地考虑控制问题中所存在的随机噪声的影响，把控制理论的研究范围扩大，包括了更为复杂的控制问题。

几乎在同一时期内，贝尔曼、卡尔曼等人把状态空间法系统地引入控制理论中。

经典控制理论1、经典控制理论与现代控制理论的主要差别。

经典控制理论和现代控制理论，同属于自动控制理论的范畴，属于两种截然不同的分析方式。

现实生活中，我们更多接触的是物理模型，而自动控制理论，归根结底，是个数学问题。

那么，把真实的物理系统理想化之后，即为物理模型，对物理模型进行数学描述，即为数学模型。

经典控制理论着重研究系统的输入-输出特性（即外部描述），现代控制理论不但研究系统的输入-输出关系，而且还研究系统内部各个状态变量，采用状态向量描述（即内部描述）。

两种描述，都有时域和频域方法。

从广义上讲，现代控制理论的应用层面更宽，而经典控制理论的应用领域相对狭窄，仅仅用线性时不变定常连续系统。

2、传递函数那么怎么把一个物理模型，描述出数学模型，很简单，就是利用了传递函数。

任何一个线性定常连续系统，都可以用一个线性常微分方程描述。

把输出量的微分线性组合放在方程等式左边，输入量的微分线性组合放在方程右边，等号两边分别取拉普拉斯变换，就得到了我们的传递函数模型。

通过拉普拉斯变换，线性微分方程转换成了代数方程，传递函数表达了一个系统输入-输出的关系，一旦系统给定，传递函数就不会变化，即传递函数不受输入和输出的变化影响。

传递函数又可定义为初始条件为零的线性定常系统输出量的s变换与输入量的s变换之比。

传递函数的局限在于，它只能反映系统的外部特性，即输入-输出的特性，因此传递函数模型也常被称为“黑箱”模型，我们只能看到由它引起的外部变化，并不能解决系统内部的一些问题和矛盾。

要解决这个问题就要用状态空间模型和现代控制理论，因此状态空间模型又称“白箱”模型，我们可以清晰看到它的内部结构，以便对系统进行优化和完善。

3、经典控制理论研究的核心内容。

已知一个系统的传递函数，这个系统的动态性能从最根本上讲取决于什么，这些决定因素是如何影响系统性能的。

这个问题其实是经典控制理论最最核心的问题，经典控制理论所有的研究方法都是基于这个问题展开的。

1.简述现代控制理论和经典控制理论的区别.答：经典控制理论是以传递函数为基础的一种控制理论，控制系统的分析与设计是建立在某种近似的和试探的基础上，控制对象一般是单输入单输出、线性定常系统；对多输入多输出系统、时变系统、非线性系统等则无能为力。

主要的分析方法有频率特性分析法、根轨迹分析法、描述函数法、相平面法、波波夫法等。

控制策略仅限于反馈控制、PID控制等。

这种控制不能实现最优控制。

现代控制理论是建立在状态空间上的一种分析方法，它的数学模型主要是状态方程，控制系统的分析与设计是精确的。

控制对象可以是单输入单输出控制系统也可以是多输入多输出控制系统，可以是线性定常控制系统也可以是非线性时变控制系统，可以是连续控制系统也可以是离散和数字控制系统。

主要的控制策略有极点配置、状态反馈、输出反馈等。

现代控制可以得到最优控制。

2.简述用经典控制理论方法分析与设计控制系统的方法,并说明每一种方法的主要思想。

答：1：建立数学模型2：写出传递函数3：用时域分析和频域分析的方法来判断系统的稳定性等。

以及对其进行系统的校正和反馈。

频域响应法、根轨迹法根轨迹法的主要思想为：通过使开环传函数等于-1的s值必须满足系统的特征方程来控制开环零点和极点的变化，使系统的响应满足系统的性能指标。

频域响应法的主要思想为：通过计算相位裕量、增益裕量、谐振峰值、增益交界频率、谐振频率、带宽和静态误差常数来描述瞬态响应特性，首先调整开环增益，以满足稳态精度的要求；然后画出开环系统的幅值曲线和相角曲线。

如果相位裕量和增益裕量提出的性能指标不能满足，则改变开环传递函数的适当的校正装置便可以确定下来。

最后还需要满足其他要求，则在彼此不产生矛盾的条件下应力图满足这些要求。

3.什么是传递函数？什么是状态方程答：传递函数：在零起始条件下，线型定常系统输出象函数X0（s）与输入象函数X i（s）之比。

描述系统状态变量间或状态变量与输入变量间关系的一个一阶微分方程组（连续系统）或一阶差分方程组（离散系统）称为状态方程。

1.经典控制理论和现代控制理论的区别和联系区别：(1）研究对象方面：经典控制系统一般局限于单输入单输出,线性定常系统.严格的说,理想的线性系统在实际中并不存在。

实际的物理系统，由于组成系统的非线性元件的存在,可以说都是非线性系统。

但是,在系统非线性不严重的情况时，某些条件下可以近似成线性。

所以，实际中很多的系统都能用经典控制系统来研究.所以，经典控制理论在系统的分析研究中发挥着巨大的作用。

现代控制理论相对于经典控制理论，应用的范围更广.现代控制理论不仅适用于单输入单输出系统，还可以研究多输入多输出系统;不仅可以分析线性系统，还可以分析非线性系统；不仅可以分析定常系统，还可以分析时变系统。

(2)数学建模方面：微分方程（适用于连续系统）和差分方程（适用于离散系统)是描述和分析控制系统的基本方法。

然而,求解高阶和复杂的微分和差分方程较为繁琐，甚至难以求出具体的系统表达式。

所以，通过其它的数学模型来描述系统.经典控制理论是频域的方法，主要以根轨迹法和频域分析法为主要的分析、设计工具.因此,经典控制理论是以传递函数（零初始状态下，输出与输入Laplace变换之比)为数学模型。

传递函数适用于单输入单输出线性定常系统，能方便的处理这一类系统频率法或瞬态响应的分析和设计。

然而对于多信号、非线性和时变系统，传递函数这种数学模型就无能为力了。

传递函数只能反应系统的外部特性，即输入与输出的关系，而不能反应系统内部的动态变化特性。

现代控制理论则主要状态空间为描述系统的模型。

状态空间模型是用一阶微分方程组来描述系统的方法，能够反应出系统内部的独立变量的变化关系，是对系统的一种完全描述。

状态空间描述法不仅可以描述单输入单输出线性定常系统,还可以描述多输入多输出的非线性时变系统.另外状态空间分析法还可以用计算机分析系统。

（3）应用领域方面：由于经典控制理论发展的比较早，相对而言理论比较成熟，并且生产生活中很多过程都可近似看为线性定常系统，所以经典控制理论应用的比较广泛。

经典控制理论是以传递函数为基础的一种控制理论，控制系统的分析与设计是建立在某种近似的和(或)试探的基础上的、控制对象一般是单输入单输出、线性定常系统；对多输入多输出系统、时变系统、非线性系统等．则无能为力。

经典抑制理论主要的分析方法有频率特性分析法、根轨迹分析法、描述函数法、相平面法、波波夫法等。

控制策略仅局限于反馈控制、PID控制等。

这种控制不能实现最优控制。

现代控制理论是建立在状态空间上的一种分析方法，它的数学模型主要是状态方程，控制系统的分析与设计是精确的。

控制对象可以是单输入单输出控制系统．也可以是多输人多输出控制系统，可以是线件定常控制系统，也可以是非线性时变控制系统，可以是连续控制系统，也可以是离散和(或)数字控制系统。

因此，现代控制理论的应用范围更加广泛。

主要的控制策略有极点配置、状态反馈、输出反馈等。

由于现代控制理论的分析与设计方法的精确性，因此，现代控制可以得到最优控制。

但这些控制策略大多是建立在已知系统的基础之上的。

严格来说．大部分的控制系统是一个完全未知或部分未知系统，这里包括系统本身参数未知、系统状态未知两个方面，同时被控制对象还受外界干扰、环境变化等的因素影响。

智能控制是一种能更好地模仿人类智能的、非传统的控制方法，它采用的理论方法则主要来自自动控制理论、人工智能和运筹学等学科分支。

内容包括最优控制、自适应控制、鲁棒控制、神经网络控制、模糊控制、仿人控制等。

其控制对象可以是已知系统也可以是未知系统，大多数的控制策略不仅能抑制外界干扰、环境变化、参数变化的影响，还能有效地消除模型化误差的影响。