断的发展和提高。在 20 世纪 30 至 40 年代期间，Nyquist 于 1932 年提出稳定性的频
率判据，Bode 于 1940 年在频率法中引入对数坐标系并于 1945 年写了《网络分析和反
馈放大器设计》一书，Harris 于 1942 年引入传递函数概念，Evans 于 1948 年提出根
轨迹法，Wienner 于 1949
—
年出版了《控制 关于在动物和机器中控制和通讯的科学》
一书。由于他们卓越的工作，从而奠定了经典控制理论的基础。到 20 世纪 50 年代，经
典
控
制
理
论
已
趋
于
成
熟
。
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 为反
馈控制系统的简化原理框图。
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
理论中广泛使用的频率法和根轨迹法，是建立在传递函数基础上的。线性定常系统的传
递函数是在零初始条件下系统输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比，是
描述系统的频域模型。传递函数只描述了系统的输入、输出关系，没有内部变量的表示 。
“
—
经典控制理论的特点是以传递函数为数学工具，本质上是频域方法，主要研究 单输入
”
单输出 线性定常控制系统的分析与设计，对线性定常系统已经形成相当成熟的理论。典
型的经典控制理论包括 PID 控制、Smith 控制、解耦控制、Dalin 控制、串级控制等。
“
—
”
经典控制理论尽管原则上只适宜于解决 单输入 单输出 系统中的分析与设计问题 ，
但是，经典控制理论至今仍活跃在各种工业控制领域中。事实上，经典控制理论现在仍
不失其价值和实用意义，仍是进一步研究现代控制理论和智能控制理论的基础。
3 现代控制理论的发展及基本内容
经典控制理论虽然具有很大的实用价值，但也有着明显的局限性。其局限性表现在
下面二个方面：第一，经典控制理论建立在传递函数和频率特性的基础上，而传递函数
和频率特性均属于系统的外部描述(只描述输入量和输出量之间的关系)，不能充分反映
系统内部的状态；第二，无论是根轨迹法还是频率法，本质上是频域法 (或称复域法)，
都要通过积分变换(包括拉普拉斯变换、傅立叶变换、Z 变换)，因此原则上只适宜于解决
“
—
”
“
—
”
单输入 单输出 线性定常系统的问题，对 多输入 多输出 系统不宜用经典控制理论
解 决 ， 特 别 是 对 非 线 性 、 时 变 系 统 更 是 无 能 为 力 。
现代控制理论正是为了克服经典控制理论的局限性而在 20 世纪 50、60 年代逐步发
“
”
“
”
“
展起来的。现代控制理论本质上是一种 时域法 。它引入了 状态 的概念，用 状态变
”
量 (系统内部变量) “
”
及 状态方程 描述系统，因而更能反映出系统的内在本质与特性。从
数学的观点看，现代控制理论中的状态变量法，简单地说就是将描述系统运动的高阶微
分方程，改写成一阶联立微分方程组的形式，或者将系统的运动直接用一阶微分方程组
表示。这个一阶微分方程组就叫做状态方程。采用状态方程后，最主要的优点是系统的
运动方程采用向量、矩阵形式表示，因此形式简单、概念清晰、运算方便，尤其是对于
多 变量 、时 变系 统更 是明 显。 特别 是在 Kalman 提出的可控性和可观测性概念和
Понтрягин 提出的极大值理论的基础上，现代控制理论被引向更为深入的研究。现代控
制理论研究的主要内容包括三部分：多变量线性系统理论、最优控制理论以及最优估计
与系统辨识理论。由于篇幅所限，有关现代控制理论研究的具体内容请参见有关文献，
这
里
从
略
。
现代控制理论从理论上解决了系统的可控性、可观测性、稳定性以及许多复杂系统
的控制问题。但是，随着现代科学技术的迅速发展，生产系统的规模越来越大，形成了
复杂的大系统，导致了控制对象、控制器以及控制任务和目的的日益复杂化，从而导致
现代控制理论的成果很少在实际中得到应用。
4 智能控制理论的发展及基本内容
“
”
智能控制 这一概念是美国普渡大学(Purdue University)电气工程系的美籍华人傅
京孙教授于 20 世纪 70 年代初提出来的。早在 1965 年，他提出把人工智能领域中的启
“
”
“
发式规则应用于学习系统，这一时期可以看作是 智能控制 思想的萌芽阶段。 智能控
”
制 是在当时经典控制理论和现代控制理论在实际应用中面临着严峻挑战的时期自动控制
工作者苦于为自动控制理论寻求新出路而提出来的，它是人工智能和自动控制交叉的产
物
，
是
当
今
自
动
控
制
科
学
的
出
路
之
一
。