控制理论与控制工程--中文百科全书

学科介绍

该学科为交叉学科，不同的大学该学科均有不同的侧重点：

控制理论与控制工程学科是以工程系统为主要对象，以数学方法和计算机技术为主要工具，研究各种控制策略及控制系统的理论、方法和技术。控制理论是学科的重要基础和核心内容，控制工程是学科的背景动力和发展目标。本学科的智慧型控制方向主要包括模糊控制、专家系统、神经元网路、遗传算法等方面的研究，特彆强调的是上述方法的交叉及其在工业过程控制方面的套用。故障诊断方向主要研究当控制系统一旦发生故障时，仍能保证闭环系统稳定，且满足规定的性能指标。利用获得的实时数据对生产过程进行线上监测及故障诊断，根据系统的运行状态制定相应的控制策略，使系统工作在最佳状态。鲁棒控制方向主要研究被控对象参数变化后，控制系统仍能稳定可靠的工作，并在某种意义下保证系统的最优性。信号处理方向主要研究控制系统中的信号处理问题，包括非线性系统的鲁棒滤波器的设计，自适应滤波器、噪声抵消器、小波分析等。

控制理论与控制工程是研究运动系统的行为、受控后的运动状态以及达到预期动静态性能的一门综合性学科。在理论方面，利用各种数学工具描述系统的动静态特性，以建模、预测、最佳化决策及控制为主要研究内容。在套用方面，将理论上的研究成果与计算机技术、网路技术和现代检测技术相结合，形成各种新型的控制器或控制系统。研究内容涵盖从基础理论到工程设计与实现技术的多个层次，套用遍及从工业生产过程到航空航天系统以及社会经济系统等极其广泛的领域。　离散控制理论在计算中也有很广泛的套用，例如，开方：

开方公式：X(n+1)=Xn+[A/X^(k-1)-Xn]1/k.

例如我们开3次方，即K=3；

公式：X(n+1)=Xn+[A/X^2-Xn]1/3

例如，A=5，5在1的3次方和2的3次方之间，X0无论取1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8，1.9，2.0都可以。假如我们取2为初始值：

第一步：2+(5/2x2-2)1/3=1.7=X1

第二步：1.7+(5/1.7x1.7-1.7)1/3=1.71=X3

第三步：1.71+(5/1.71x1.71-1.71)1/3=1.709=X4

第四步：1.709+(5/1.709x1.709-1.709)1/3=1.7099=X5

每计算一次，比上一次多取一位数，计算次数与精确度成正比。取值偏大公式会自动调小，例如第一步和第二步，取值偏小公式会自动调大，例如第三步，第四步。

研究方向

複杂系统控制理论与套用：採用结构分散化方法研究複杂系统的建模与控制问题，以结构分散化模型为基础，研究新的系统辨识理论和新的控制方法。

智慧型控制理论研究与套用：在对模糊控制、神经网路、专家系统和遗传算法等理论进行分析和研究的基础上，重点研究多种智慧型方法综合套用的集成智慧型控制算法。

计算机控制系统：针对不同的生产过程和控制对象，研究採用DCS、PLC、工业控制计算机等控制设备，构成低成本、高性能、多功能的计算机控制系统。

网路控制理论及其套用：通过对网路拓扑结构及网路环境下先进控制理论与方法的研究，充分利用网路资源，实现从决策到控制的全过程最佳化。

主要开设院校

根据武汉大学中国科学评价研究中心2015年6月发布的《中国研究生教育及学科专业评价报告（2014～2015）》对控制科学与工程(0811)一级学科下的控制理论与控制工程(081101)二级学科全国排名如下：

控制理论与控制工程(081101)二级学科全国排名

水平等级	全国排名	学校名称	拥有此二级学科的学校数量
A+等（7个）	1	东北大学	168
	2	清华大学	168
	3	哈尔滨工业大学	168
	4	上海交通大学	168
	5	西北工业大学	168
	6	浙江大学	168
	7	东南大学	168
A等（25个）	8	华南理工大学	168
	9	北京理工大学	168
	10	北京航空航天大学	168
	11	中南大学	168
	12	南京理工大学	168
	13	哈尔滨工程大学	168
	14	大连理工大学	168
	15	燕山大学	168
	16	西安交通大学	168
	17	广东工业大学	168
	18	北京科技大学	168
	19	华中科技大学	168
	20	上海大学	168
	21	重庆大学	168
	22	同济大学	168
	23	天津大学	168
	24	华北电力大学	168
	25	中国科学技术大学	168
	26	北京交通大学	168
	27	南开大学	168
	28	东华大学	168
	29	北京大学	168
	30	山东大学	168
	31	同济大学	168
	32	黑龙江大学	168
B+等（30个）	33	江南大学	168
	34	华东理工大学	168
	35	浙江工业大学	168
	36	南京航空航天大学	168
	37	兰州理工大学	168
	38	河北工业大学	168
	39	吉林大学	168
	40	中国石油大学	168
	41	西安理工大学	168
	42	武汉理工大学	168
	43	武汉科技大学	168
	44	山东科技大学	168
	45	江苏大学	168
	46	中国矿业大学	168
	47	郑州大学	168
	48	湖南大学	168
	49	大连海事大学	168
	50	厦门大学	168
	51	杭州电子科技大学	168
	52	西安电子科技大学	168
	53	兰州交通大学	168
	54	重庆邮电大学	168
	55	内蒙古科技大学	168
	56	天津工业大学	168
	57	河南理工大学	168
	58	瀋阳工业大学	168
	59	南京师範大学	168
	60	电子科技大学	168
	61	合肥工业大学	168
	62	苏州大学	168
	63	广西大学	168
	64	武汉大学	168
B等（30个）	65	河海大学	168
	66	青岛科技大学	168
	67	太原理工大学	168
	68	北京工业大学	168
	69	南通大学	168
	70	辽宁科技大学	168
	71	南京工业大学	168
	72	上海海事大学	168
	73	四川大学	168
	74	湖南科技大学	168
	75	辽宁工程技术大学	168
	76	瀋阳理工大学	168
	77	北京化工大学	168
	78	西安建筑科技大学	168
	79	北京邮电大学	168
	80	西南交通大学	168
	81	河北理工大学	168
	82	辽宁石油化工大学	168
	83	西华大学	168
	84	青岛大学	168
	85	东北电力大学	168
	86	中国海洋大学	168
	87	辽宁工业大学	168
	88	江苏科技大学	168
	89	太原科技大学	168
	90	三峡大学	168
	91	长春工业大学	168
	92	北方工业大学	168
	93	安徽理工大学	168
	94	新疆大学	168
	95	昆明理工大学	168
	96	安徽工业大学	168
C等（30个）	97	曲阜师範大学	168
	98	深圳大学	168
	99	内蒙古工业大学	168
	100	南昌大学	168
	101	哈尔滨理工大学	168
	102	天津理工大学	168
	103	南京邮电大学	168
	104	河南科技大学	168
	105	河南大学	168
	106	福州大学	168
	107	中北大学	168
	108	西安科技大学	168
	109	陕西科技大学	168
	110	湖南工业大学	168
	111	长沙理工大学	168
	112	北京工商大学	168
	113	天津科技大学	168
	114	河北大学	168
	115	大连大学	168
	116	江西理工大学	168
	117	长安大学	168
	118	扬州大学	168
	119	西南科技大学	168
	120	东北林业大学	168
	121	渤海大学	168
	122	郑州轻工业学院	168
	123	贵州大学	168
	124	东北农业大学	168
	125	中国地质大学	168
	126	河北科技大学	168
	127	南京农业大学	168
	128	北京建筑大学	168

参考教材

基本信息

控制理论与控制工程

书号：	31337	ISBN：	978-7-111-31337-3
作者：	王积伟	印次：	1-1
责编：	冯春生程足芬	开本：	16
字数：	597千字	定价：	45.0
所属丛书：	普通高等教育“十二五”规划教材
装订：	平	出版日期：	2011-02-12

图书目录

前言

主要符号表

第一章控制系统导论1

第一节控制理论与控制工程发展概况1

第二节控制系统概述2

习题8

第二章连续控制系统的数学模型11

第一节数学工具——拉氏变换11

第二节时域模型——微分方程和状态方程25

第三节复域模型——传递函式35

第四节频域模型——频率特性37

第五节图示模型——系统框图和信号流图38

第六节控制系统的典型环节50

第七节工程控制系统的数学模型57

第八节基于MATLAB与SIMULINK建立系统数学模型69

习题70

第三章控制系统的时域分析法77

第一节典型时域输入信号77

第二节系统时域回响78

第三节误差分析与计算92

第四节稳定性分析与稳定判据100

第五节基于MATLAB与SIMULINK的系统时域特性分析107

习题116

第四章控制系统的根轨迹分析法120

第一节根轨迹的基本概念120

第二节根轨迹的基本特性及绘製方法123

第三节控制系统的根轨迹分析130

第四节基于MATLAB绘製系统根轨迹134

习题135

第五章控制系统的频域分析法137

第一节频率回响137

第二节典型环节的频率特性140

第三节反馈控制系统的开环频率特性150

第四节反馈控制系统的闭环频率特性158

第五节系统频域稳定性判据161

第六节系统闭环特性的频域分析171

第七节频域回响与时域回响间的关係175

第八节基于MATLAB与SIMULINK的系统频域特性分析178

第九节工程实际系统的频域法分析182

习题190

第六章线性连续系统的校正和控制195

第一节系统校正和控制概述195

第二节串联校正196

第三节基于MATLAB与SIMULINK的系统串联校正210

第四节PID控制214

第五节反馈校正224

第六节複合控制228

第七节工程实际系统的校正及其分析232

习题237

第七章线性定常系统的状态空间分析与综合240

第一节线性定常系统的状态空间描述240

第二节线性定常系统状态方程的解256

第三节线性定常系统的能控性与能观性263

第四节线性定常系统的利亚普诺夫稳定性分析271

第五节线性定常系统的状态反馈与极点配置277

第六节基于MATLAB与SIMULINK的状态空间法分析282

第七节工程实际系统的状态空间法分析286

习题292

第八章线性离散系统的分析与设计296

第一节离散系统概述296

第二节信号的採样与复现297

第三节Z变换与Z反变换302

第四节离散系统的数学模型311

第五节线性离散系统的性能分析317

第六节线性离散系统的校正与控制325

第七节基于MATLAB与SIMULINK的离散系统分析334

习题337

第九章非线性控制系统339

第一节非线性概述339

第二节描述函式分析法342

第三节非线性系统的描述函式法分析248

第四节典型非线性特性的描述函式法分析351

第五节基于SIMULINK的非线性系统性能分析353

第六节利用非线性特性改善系统的性能356

习题358

附录360

附录A拉氏变换和Z变换表360

附录B常用校正装置362

附录C习题参考答案363

参考文献379