控制科學(xué)與工程研究生教材

控制科學(xué)與工程是一門研究控制的理論、方法、技術(shù)及其工程應(yīng)用的學(xué)科。它是20世紀(jì)最重要的科學(xué)理論和成就之一，它的各階段的理論發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步都與生產(chǎn)和社會實(shí)踐需求密切相關(guān)。11世紀(jì)我國北宋時(shí)代發(fā)明的水運(yùn)儀象臺就體現(xiàn)了閉環(huán)控制的思想。到18世紀(jì)，近代工業(yè)采用了蒸汽機(jī)調(diào)速器。但直到20世紀(jì)20年代逐步建立了以頻域法為主的經(jīng)典控制理論并在工業(yè)中獲得成功應(yīng)用，才開始形成一門新興的學(xué)科--控制科學(xué)與工程。此后，經(jīng)典控制理論繼續(xù)發(fā)展并在工業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。在空間技術(shù)發(fā)展的推動下，50年代又出現(xiàn)了以狀態(tài)空間法為主的現(xiàn)代控制理論，并相繼發(fā)展了若干相對獨(dú)立的學(xué)科分支，使本學(xué)科的理論和研究方法更加豐富。60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多新方法和技術(shù)進(jìn)入工程化、產(chǎn)品化階段，顯著加快了工業(yè)技術(shù)更新的步伐。在控制科學(xué)發(fā)展的過程中，模式識別和人工智能與控制相結(jié)合的研究變得更加活躍;由于對大系統(tǒng)的研究和控制學(xué)科向社會、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的滲透，形成了系統(tǒng)工程學(xué)科。特別是近20年來，非線性及具有不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)向"控制科學(xué)與工程"提出了新的挑戰(zhàn)，進(jìn)一步促進(jìn)了本學(xué)科的迅速發(fā)展。本學(xué)科的應(yīng)用已經(jīng)遍及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、環(huán)境、軍事、生物、醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)、金融、人口和社會各個(gè)領(lǐng)域，從日常生活到社會經(jīng)濟(jì)無不體現(xiàn)本學(xué)科的作用。在當(dāng)代大學(xué)中甚至是研究生的上課講授的也是經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的集合。

控制科學(xué)以控制論、信息論、系統(tǒng)論為基礎(chǔ)，研究各領(lǐng)域內(nèi)獨(dú)立于具體對象的共性問題，即為了實(shí)現(xiàn)某些目標(biāo)，應(yīng)該如何描述與分析對象與環(huán)境信息，采取何種控制與決策行為。它對于各具體應(yīng)用領(lǐng)域具有一般方法論的意義，而與各領(lǐng)域具體問題的結(jié)合，又形成了控制工程豐富多樣的內(nèi)容。本學(xué)科的這一特點(diǎn)，使它對相關(guān)學(xué)科的發(fā)展起到了有力的推動作用，并在學(xué)科交叉與滲透中表現(xiàn)出突出的活力。例如:它與信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的結(jié)合開拓了知識工程和智能機(jī)器人領(lǐng)域。與社會學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)的結(jié)合使研究的對象進(jìn)入到社會系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的范疇中。與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的結(jié)合更有力地推動了生物控制論的發(fā)展。同時(shí)，相鄰學(xué)科如計(jì)算機(jī)、通信、微電子學(xué)和認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展也促進(jìn)了控制科學(xué)與工程的新發(fā)展，使本學(xué)科所涉及的研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。