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控 制 论 王 磊 数学与系统科学学院 系统科学与控制系 联系方式： Email: lwang@ autozane@ 办公室：图书馆西配楼515室 研究兴趣： 复杂网络系统的建模与控制 网络的群体行为形成、稳定性分析与控制 时变耦合网络（移动智能体网络） 课程教材 线性系统理论 程兆林，马树萍 编著 科学出版社 2006 辅助参考书 自动控制原理 线性系统理论 基础课程 数学分析（高等数学、微积分） 线性代数 （高等代数） 常微分方程 复变函数 矩阵论 范函分析，概率统计，数值计算，计算机编程。。。。 第一讲 控制论的产生 控制论 Cybernetics 控制论是密切相关的控制理论和系统理论 Cybernetics ：更具方法论意义 Control theory：应用于工程技术的理论，可操作性更强 什么是自动化？ 1、我国古老的自动化装置及反映的控制思想  指南车(三国时期) 《墨子·鲁问》中记载，春秋时期的著名工匠鲁班已能“削竹木以为鹊,成而飞之”。《后汉书·张衡传》中说，东汉著名的科学家张衡也曾制造出了能够飞翔的木鸟。 　我国明朝时期，一个叫万户的人萌发了用火箭作动力载人飞行的想法。他坐在捆绑着49支“起火”(土火箭)的椅子上，手持两个大风筝试图一飞升天，结果被炸得粉身碎骨，表现了惊人的胆略和非凡的预见力。为了纪念这位世界上“火箭载人”飞行的先驱,世界科学家们将月球上的一座环形山以他的名字命名。 喷射飞机始祖”万户”(约十四世纪末) 2、近代科学技术史上的自动装置 二、控制论产生的社会历史背景 建立在社会性大机器生产的现代社会必然要向自动化发展，并且必然要向高度的自动化水平发展。 1. 生产力发展水平决定自动化水平 1909年爱因斯坦发现了质能公式（E＝mc2） 1942年著名物理学家费米在芝加哥大学建成了第一个原子反应堆 1945年第一次实现了裂变原子弹爆炸 1952年实现了第一次聚变氢弹爆炸 极端危险的原子弹需要自动化机器（机械手到高级机器人，感觉、知觉、思维自动化） 2. 经济发展的原因 自动化催生垄断企业，垄断企业需要自动化 3．第二次世界大战对自动高射大炮的研制（控制论产生的直接原因） 1940年前后，为了对付德国的先进飞机，美国政府专门委托维纳与工程师别格罗等人研究解决自动高射炮问题。 这里存在两个问题：高速计算问题，复杂情况下的预测问题。 这是科学史、技术史、哲学史上都具有重大意义，前所未有的课题。社会实践提出了这个课题，它的解决也必须依赖于社会实践提供的物质条件和物质手段，以及从社会实践总结出的科学理论。 三、控制论产生的理论前提和技术条件 1. 科学家对人的感觉、知觉与思维活动的认识。人的心里活动的生理机制？ 反射----生理学,神经生理学的基本概念 18世纪末,19世纪初由科学家笛卡儿,谢灵顿, 谢切诺夫,巴甫洛夫逐渐明确和完善了反射学说, 特别是巴甫洛夫的高级神经活动学说,在当时为控制论提供了描述人类某些智能生理机制的一种理论前提. 2. 稳态---经典神经生理学的又一基本概念 当动物和人处于一定的环境之中时, 如果环境条件发生变化导致机体正常状态严重偏离, 那么机体内就要必须有一种有效调节的机制使其回复正常,这种机制就是稳态. 人体内应该存在自动调节和控制机制, 只要弄清楚这些就有可能对人体功能(包括智能)进行模拟. 3. 电子计算机的产生, 计算与推理的自动化与机械化数理逻辑,布尔代数,电子技术(真空管,半导体元件,集成电路) 5. 数学工具: 数学分析, 微分方程, 统计数学 任意一个自动装置都都处于不断变化的环境之中, 它的自动性表现在它具有自动适应不断变化的环境的能力. 统计方法引入物理学带来了物理学的革命. 利用统计数学的成果, 看到了统计方法在物理学中的贡献, 将统计方法引入控制论信息论, 维纳在预测论中做出了重要贡献. 四、哲学研究对控制论形成的作用 恩格斯曾指出在科学技术发展过程中,理论思维有着不可忽视的作用. 哲学思考使得维纳很注意生物学, 神经生理学, 数学, 统计物理, 通讯理论中的内在联系. 研究高射大炮的过程中, 维纳注意到必须找到生命科学与技术科学的内在联系. 反馈机制由此诞生 1943年, 维纳, 罗森勃吕斯, 别格罗共同撰写了《行为,目