，，，，，，，，，，，，，，控制系统的介绍历史回顾早在人类历史文明出现之初，人们就产生了控制自然力的愿望。

尽管历史上出现过许多控制系统的实例，但是直到世纪中叶才出现些蒸汽驱动的控制装置。

这就是所谓的蒸汽机时代，其中最著名的发明要数瓦特的飞球调速器。

世纪初，关于控制系统的大部分研究工作都和发电，化工等行业有关，而且关于飞机自动驾驶仪的设想也是在这时期初形成的。

从二战前的年开始，电子学特别是电路理论发展迅速。

这也得益于奈魁斯特关于稳定性理论方面的研究工作，这理论到现在也还是经典性上午。

战前和战后对尖端试器系统，潜艇。

飞行器等方面的需求是对控制系统研究工作强有力的刺激因素。

模拟计算机的出现加上电子学的进展奠定了控制系统作为门科学的基础。

到了年代中期，数字计算机的发展为工程师们提供了个新的工具，这就大大地加强了他们从事大型和复杂系统的研究能力。

计算机的使用开辟了数据采集，计算机控制，状态空间法等现代分析方法的新纪元。

苏联发射的人造地球卫星开始了空间技术上的竞争以及政府在空间技术和军事项目上的大量投资。

这期间电路实现了小型化，又大又复杂的系统可以紧凑地放在起，因此使得计算和控制上的强大优势和物理尺寸小的系统可以相互匹配。

现在我们已经可以设计飞行用的小型计算机，使人类降落在月球上。

人造地球卫星时代的后期，在系统最优化和自适应系统方面也做了不少努力。

最后，芯片集成度的提高及相关的计算机的开发引起了计算机能力和计算机器件的大爆炸。

其结果是出现了许多新的制造方法，如计算机辅助设计和计算机辅助制造，而且计算机控制的机器，机械手和机器人带来了生产率空前提高。

今天，虽然生产工艺仍然起着重要作用，但控制系统已成为门科学。

由于对研究最优控制的浓厚兴趣引起了数学上的发展。

已经作为门学科建立起来的现代控制论，不仅用于传统的控制系统，而且也用来解决许多新的问题，如城市发展分析，计量经济学，交通，生物医学，能源分析及其他许多类似的，对现代人类有影响的问题。

基本概念控制系统分析要做的是研究动态系统的性能，这种分析的依据是系统理论中的基本原理，其中描述系统的微分方程都遵循因果关系。

其中激励或输入为，响应或输出为。

个简单的控制系统输出信号和输入信号相比较，两者之差成为物理系统的激励，我们称该系统具有反馈。

这样个系统，它的分析包括给定输入时求取，我们希望设计系统的特性。

另方面，如果给定输入和输出，我们希望设计系统特性，这就是所谓综合。

系统描述由于我们生活中经常碰到控制系统，因此对它们的研究相当重要。

般说来，个控制系统是由几个子系统组合而成的，这些子系统互相联接在起，从而产生定的因果关系。

各种各样的子系统可能是电气的，机械的，气动的，生物的等等，因此为了完整地描述整个系统，需要了解很多不同学科中的基本关系。

所幸的是，不同物理系统的动态性能具有相似性，这就使得这任务变得比较容易也比较有意思了。

作为控制系统的个实例，考虑简化的空间飞行器的姿态角控制。

我们希望卫星相对个惯性坐标系具有指定的姿态角，实际的状态角由卫星上的个姿态角传感器测量。

如果期待的姿态角和实际的姿态角不致，则比较器送出个信号给阀门，阀门打开使燃气喷出并点火。

这些喷射出的火焰为卫星的动态提供必要的纠正信号，从而使卫星处于被控制之中。

用这种方法有利于把个大系统分解成若干个子系统，所以我们次可以只研究个子系统。

如果有多个输入和输出需要监控，则方框图就像所示的样子，多个变量要监控的系统称为多变量系统。

在化工过程，运载器的导引和控制，国民经济，城市住增长模式，邮政服务以及很多其他的社会和城市问题中都有多变量系统的例子。

我们周围控制系统的数量是很多，这些系统的基本特征总的说来是样的。

它们都有输入，控制，输出和干扰对象它们都可以描述成个控制器加上个被控对象它们都有种类型的比较器。

最后，在所有情况下，我们都希望控制系统服从组事先规定的指令。

设计，建模及分析个系统在硬件制造以前必须经过设计，建模和分析。

实际上，分析是设计过程中重要而关键的部分。

般来说，当我们开始设计个控制系统时，所做的只是初步构思，然后产生个用于分析数学模型。

分析的结果与将来系统应该具有的性能指标进行比较，结论的精确度取决于用于设计的原始模型的质量。

后面第章里，我们将阐述怎样分析个初步设计，然后修改，从而使其性能满足系统的指标。

在建造系统以前，还要考虑的件事是预测个物理系统会呈现的动态性能，即系统受干扰后偏离平衡状态的自由运动以及受外部刺激后产生的响应。

我们特别关心响应的速度即瞬态响应，响应的精度即稳态响应以及稳定性等等。

所谓稳定性是指输出始终保持在合理的范围内。

每项专门要求所占的权重取决于具体应用情况。

例如，建筑物内使用的空调只要维持。

度就可以令使用者满意但种低温系统中的温度控制则要求把温度控制在几分之度之内。

对速度，精度及稳定性的要求常常是互相矛盾的，必须做出些折中。

例如，提高精度常常使瞬态响应变差。

如果减小阻尼则会加剧系统振荡，这就使系统需要较长时间才会达到个稳态值。

别忘了，所有实际系统中都有非线性，但是许多系统在有限而适用的范围内都可以近似为个线性系统，这是很重要的。

般说来，这是个初步的可以接受的近似。

在推导中有了这种假设最大的好处是可以应用叠加原理。

如果我们得到两个不同输入引起的响应，则两个输入合成的响应就等于它们单独响应之和。

另个好处是在线性系统分析中可以应用算子法。

算子法可以使我们把原始微分方程化为代数方程，这样处理起来就简单多了。

控制系统通常用高阶线性微分方程来描述，用算子法来研究这些方程。

这种方法称为经典方法，用它来分析单输入单输出系统特别有效。

当系统变的越来越复杂时，使用数字计算机就显得非常必要了。

如果被研究的系统用组阶微分方程组来描述，并用矩阵理论来分析，则在计算机上就很容易完成这任务。

这实际上是所谓的状态或状态变量法。

这种方法虽然也能用于单输入单输出系统，更重要的是用于多变量系统。

这种方法的另个诱人之处是它使控制系统工程师可以研究系统内部的变量。

不管在控制系统的设计和分析中用什么方法，我们至少要遵循下列步骤以个控制系统为出发点，阐明该系统要满足的指标。

产生个方块图，获取该系统的种数学描述。

用解析法或图解法中任何种可行的方法分析该系统。

检查其性能速度精度稳定性，及其他准则是否满足指标。

最后，优化系统参数，满足的要求。