控制理論都包括哪些內容？應該怎樣進行學習？最好能推薦幾本書。
在看了幾個其它答案後，我決定來補充一些內容。因為感覺上大家對「控制理論」的理解並不統一，因此回答的角度也各不相同。我覺得有必要澄清一下。
- 如果只是想做做「控制應用」，也就是在現實中用一用PID的話，並不需要學習太多控制理論。原因很簡單：沒必要。了解一下經典控制理論（也就是一門本科生課程那麼多的內容），就夠了。
- 如果是想做「控制應用」這個學術方向，則有必要系統學習控制理論。學術的「控制應用」是指使用各種先進的控制理論的結論去解決一個實際問題。不過其實，這些問題（如果真的很重要的話）差不多都已經通過PID或者標定解決了。當然效果不一定有多好但穩定可靠。我感覺國內這個學術方向存在感真的很弱，也就是說，沒啥人做。工業界不需要，（理論）學術界瞧不起。
- 學術上的「控制理論」，是純粹的數學遊戲。說通俗一點，就是從控制的角度玩微分方程的遊戲。控制理論，其實是很抽象與現實應用沒有什麼關係的內容。大家可能以為所有的控制理論都是從實際問題出發，但其實做到最後，你會發現控制理論都是從一個「勉強和實際問題沾邊」的數學假設出發，解決一個數學問題。雖然說通常認為「控制理論」學科屬於工程，但其實就是數學。所以現在做控制理論學術方向的人，有一部分是數學專業出身。因此我不建議把建模等內容歸入「控制理論」範疇。
-------------------------------以下是初次回答的內容-------------------------------------------------
既然都談控制理論了，我就默認你不會僅僅滿足於了解PID。就應用而言，學習PID不需要任何控制理論的背景。任何人花上很少的一點時間，就能知道怎麼使用PID。
可是如果你打算系統學習控制理論（i.e.，數學）的話，可能還是需要費不少時間精力的（大概，從本科高年級到博士吧）。控制理論的特點就是你開始學習某一級的知識的時候，你會覺得「這就是全世界」，雖然它很難懂，但是好像只要搞懂了就可以解決全世界所有的問題。學得糊裡糊塗地勉強（考試）過關進入下一級後發現，上一級的問題真TM簡單，而且，太TM局限了。比如：- 學過了線性系統及控制（狀態空間表達）之後，你會覺得傳遞函數簡單。
- 學過了非線性系統及控制（包括自適應控制等等）之後，你會覺得線性系統簡單。
- 研究了混合動態系統之後，你會覺得連續的非線性系統簡單，滑膜控制簡單。
- 最近在學習Geometric Theory，說實話這是我長這麼大以來學過的「將來最不可能用到」的東西。但之所以堅持聽這個課的原因就是，聽過之後感覺線性系統的可控性可觀性簡單了很多很多。
- 我想，如果研究了帶延遲的系統或者與偏微分方程相關的系統之後，你會覺得常微分方程可以表達的一切問題都算簡單吧。如果研究了隨機的系統之後，你會覺得一切確定性的系統都很簡單吧。
至於離散系統，其實與連續系統沒有特別大的差別。線性離散系統與線性連續系統很相近，非線性離散系統與非線性連續系統很相近。當然在控制方法上離線系統有一些特別之處，但如果談學習的話，最關鍵的最需要理解的部分是相通的，從連續擴展到離散，很容易。
最優控制大概是比較獨立的一塊，不過如果你想把它和其它控制理論聯繫起來，也是可以的，只是一般不大必要。模型預測控制與最優控制相關。不過如果你想學習模型預測控制的理論的話，得先把線性系統和非線性系統了解清楚。
最後，還是那句話，如果你只是打算應用的話，你有95%的可能性根本不需要學習任何控制理論。弄懂PID就夠了。
最後的最後，抱歉，我不知道有什麼好教材，我大部分都是靠聽課搞懂的。
謝邀。
控制理論是一門工具學科，有改進型的研究，也有應用型的研究。
從應用的角度來說，這個學科可以跟幾乎所有工科領域相結合；從理論的角度來說，很多研究都牽扯很高深的數學理論。
當你問控制理論包含哪些內容的時候，我真有點沒法回答。按我的理解，這就好比你問我數學包含哪些內容。分得塊兒太大對你學習沒啥幫助，分得具體又顯得太多。
我建議你不要把整個控制理論當做你的學習目標，而是針對你想要解決的具體問題來學習控制理論。
教材的話隨便去百度就可以搜到自動化專業的本科教材，但是不要單純的看書做題，時刻要記著針對你想要解決的問題。
有個相關問題，你可以去參考。自動控制該怎麼入門？
說說我個人的看法，說的不好。
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1. 控制理論都包括哪些內容？
- 經典控制理論：時域、頻域的經典分析與設計（包括基於Nyquist、Bode圖的方法，迴路整形）；根軌跡法；PID控制（Zieglar-Nichols）；Wiener濾波；數字控制：Dalin控制，Smith控制，解耦控制，串級控制等；
- 現代控制理論：線性系統理論（狀態空間法、代數理論、幾何理論、多項式頻率域方法）；最優控制（變分法、極小值原理、動態規劃、LQR等）;最優狀態估計（Kalman濾波、粒子濾波、無跡濾波等）；系統辨識（經典與現代方法）；自適應控制（模型參考自適應、自校正等）；魯棒控制（H-inf、u、棱邊定理等）；
- 非線性控制理論：非線性系統理論；滑膜變結構；Backstepping等；
- 智能控制：模糊控制；神經網路；GA等一系列啟發式演算法；以及最近興起的機器學習為基礎的控制方法，包括仿人智能控制等。
2. 應該怎樣進行學習？
首先，像任何一門學科一樣，要在心中規划出這門學科的框架。然後就按照控制理論的發展歷史，從經典的到現代的，看經典的書籍，或者paper。不要大量看最近的論文，看那25篇經典的。
3. 最好能推薦幾本書。
我個人的觀點是近年來國內的一大批水貨教材就不要看了，但是國內上個世紀出版/翻譯的一些舊書甚至比新書水平不知道要高。此外有英文原版的書盡量看原版的，沒有的話翻譯版的尚且湊合，但也只能湊合，看的人捉急，翻譯又錯誤不斷。
我就說說我看過的並覺得尚可的教材，說的不全，以後慢慢補充。
線性系統：
Chi-Tsong Chen - Linear System Theory and Design（推薦這本）
.T.Kailath - Linear Systems
最優控制：
The robust maximum principle（並未看完）
系統辨識：
Lennart Ljung"s - System Identification: Theory for the User
魯棒控制：
周克敏 - 魯棒與最優控制
解學書，鍾宜生 - H無窮控制理論
Doyle - 反饋控制理論
非線性系統：
Khalil - Nonlinear Systems（重要！重要！）
Isidori - Nonlinear Control System
程代展 - 非線性系統的幾何理論
總的來說，控制理論包含三大塊任務：建模、控制及優化，因此這些東西在控制理論中都是不可或缺的。
從歷史角度看：是經典控制理論、現代控制理論以及大系統理論。當然，經典控制理論在理論研究上已經過時，但是在工程上幾乎都是運用其基本內容，特別是PID控制；現代控制理論，其研究領域非常廣泛，比如現在很熱的魯棒控制、自適應控制、預測控制以及最優控制等等。還包括卡爾曼濾波、零動態、分數階等研究內容；至於大系統理論是控制理論的發展方向，本人並沒有過多的關注。
從控制系統的類型來看：連續和離散、線性和非線性。從眾多文獻中可以看出，連續系統比較成熟、離散（或稱採樣）系統比較欠缺，線性系統幾乎不能再研究深入了，非線性系統還是比較薄弱的。有個IEEE FELLOW 說過：無非線性，控制就無法發展。所以如果想要研究控制理論的前沿，建議研究非線性系統中的內容；
對於初學者，建議首先從經典控制理論出發，再學習線性系統理論，最後可以根據國際的Automatic/IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATIC CONTROL/Systems control letters等主流期刊，以及國內的自動化學報、控制理論與運用、控制與決策等進行方向的選定。
至於書嘛，可以看看胡壽松的《自動控制原理》、鄭大鐘的《線性系統理論》、緒方勝彥的《現代控制工程》和Isidori的《非線性控制系統》，希望能對LZ有幫助
基礎的控制理論包括自動控制原理和現代控制理論。進階的控制理論有智能控制、模糊控制、神經網路等。一般控制方法的研究主要分成三大模塊，建模–控制–優化。
下面具體來說說這幾類控制:
自動控制原理主要是通過傳遞函數建模，利用各種各樣的方法來分析建立的傳遞函數模型性能。主要的性能指標有:模型的快速性，穩定性(這點最重要)，準確性。當我們經過建模以後，可以把這個模型映射到不同的域里來進行分析。常見的有頻域分析、時域分析、根軌跡分析等方法。拿到了這些性能指標，就可以和我們期望的性能進行對比。當性能滿足我們的要求時，這個模型就可以用於實際控制了。如果不滿足性能要求時，則需要優化模型，使得新模型達到我們的要求。這種模型的最終奧義落在PID控制器的設計上，這種模型可以解決很多實際控制問題，比如恆溫箱溫度控制問題。
現代控制理論是在自動控制方法出現後，應對於自動控制理論的不足而出現的控制方法。傳統的自動控制方法很難做到精確控制，而且能夠控制的系統都是單輸入單輸出（SISO）系統，所以人們通過建立狀態空間方程，拿到了這類方法模型的數學表達，試圖來解決這些問題，從而達到求解多輸入多輸出（MIMO）系統。大家學過高數和線性代數的都知道一個函數y=f（x）一般是研究一個自變數x和一個應變數y之間的關係，而線性代數則是很多個方程之間的關係。因此自控類似高數中的y=f（x），而現控類似線代中的矩陣方程。之所以說是現代控制方法，就是更加現代的線性代數工具引入的緣故。這種模型主要的研究內容在於系統是否能控是否能觀。如果從數學角度來說，就是在說自變數和應變數多寡的問題。這種控制方法數學建模比較麻煩，但一旦把模型建立起來，很容易調整到期望的性能上去。而且滿足能控能觀的系統理論上可以做到精準控制。這裡為什麼說是理論上么，因為我們實際的控制系統會存在物理誤差，所以本質上來說都存在不同程度上的非線性部分（要知道線性代數就是處理線性問題的），我們在建模時的近似就會產生誤差。現代控制理論由於其精準和MIMO的特點，常被用在航空航天、火炮製導等場合。
上述的控制方法的特點在於我們知道自己的期望是什麼，想盡辦法去逼近期望的系統性能。但如果我們不知道自己的希望性能呢？或者是我只是大概知道自己的性能呢？又該怎麼辦呢？
智能控制、模糊控制、神經網路這時候就應允而生了，比如說我們每次洗衣服時候，會有一個經驗。就是多少衣服需要放多少水，洗多久。這時候模糊控制就會通過模糊控制表來幫助我們的經驗數據為我們設定合適的洗衣服用水用時間。這類控制並不在於控制的多麼精確，而是在於靈活性。現在很多洗衣機就是通過模糊控制來完成的。同樣的，神經網路是通過控制器模擬人的神經元網路來進行決策，從而達到好的控制效果。在cs的大背景下，我們其實可以很大程度上把機器學習、深度學習這類經驗科學方法，看作一種智能控制方法。
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以上是各類控制的介紹，下面來推薦幾本控制不錯的書。
自動控制原理 (豆瓣)
現代控制理論 (豆瓣)
基礎把這兩本看完，其實就可以對控制入門了。後面的進階控制方法，建議閱讀paper。
學習方法也很簡單，先看建模方法，練習建模。然後用模型進行控制，必要時優化。還有一點，學控制請多用matlab～～！
1. Khalil "nonlinear systems" 3rd Edtion
2. Sepulchre, Jantovic "constructive nonlinear control"
3. Isidori, "nonlinear control system I, II"
按1-3的順序看，看完就是高手。
學術花邊：
《系統與控制縱橫 》
轉自：?μí3ó?????×Yoá
2015第一期
01
雲中散人散人亂蟬·人工智慧
2015 Vol.2 (1): 01
05
宋牮瞽賢龐特里亞金
2015 Vol.2 (1): 05-10
11
於景元錢學森與系統科學
2015 Vol.2 (1): 11-22
23
毛劍琴紀念我的導師林士諤先生
2015 Vol.2 (1): 23-33
34
雍炯敏、張旭李訓經
2015 Vol.2 (1): 34-43
44
萬百五話說指南車及其所應用的不變性原理
2015 Vol.2 (1): 44-56
57
何毓琦用一小時、十分鐘、一分鐘和一句話闡釋濾波（估計）
2015 Vol.2 (1): 57-64
65
宋牮
還原論和系統論
2015 Vol.2 (1): 65-69
70
王樂一、 趙平信息時代反饋機理的演化進展
2015 Vol.2 (1): 70-76
77
呂金虎系統理論揭示鳥群形成之謎
2015 Vol.2 (1): 77-82
83
李言俊深山溝中鑄利劍
2015 Vol.2 (1): 83-87
88
常迷路的大師
2015 Vol.2 (1): 88
89
《系統與控制縱橫》徵文簡則
2015 Vol.2 (1): 89
2015第二期
01
雲中散人可靠性·智能化喧囂的思考
2015 Vol.2 (2): 01
05
韓靖永遠年輕的複雜性科學先驅
——紀念「遺傳演算法之父」 John Holland 教授
2015 Vol.2 (2): 05-10
11
謝力、張奕群袁家騮在無線電定向和導航方面的早期工作
2015 Vol.2 (2): 11-23
24
姜天海、許清攻堅克難、開疆拓土
——中科院系統控制重點實驗室學者側記
2015 Vol.2 (2): 24-38
39
程兆林、馬樹萍
線性系統控制理論：回顧與感想
2015 Vol.2 (2): 39-53
54
毛劍琴有一種學風是「唯真求實」
——為黃琳老師80誕辰作
2015 Vol.2 (2): 54-57
58
程代展新興領域對控制理論的需求和挑戰
2015 Vol.2 (2): 58-62
63
陳關榮分形
—— 故事之外
2015 Vol.2 (2): 63-71
72
張維海我的求學和科研經歷漫談
2015 Vol.2 (2): 72-77
78
雲中散人從「狗眼看人低」的「狗眼」長在哪裡說起
——控制論與生活：生活中的通信原理
2015 Vol.2 (2): 78-83
84
秦化淑參加第8屆IFAC世界大會回憶
2015 Vol.2 (2): 84-86
87
炮彈灌沙子是不是腐敗
2015 Vol.2 (2): 87
90
《系統與控制縱橫》徵文簡則
2015 Vol.2 (2): 90
2014第一期
01
張紀峰主編致辭
2014 Vol.1 (1): 01
04
何毓琦
創刊序言
2014 Vol.1 (1): 04-05
06
萬百五系統與控制的今昔與縱橫——紀念控制論創始人諾伯特·維納誕生120周年
2014 Vol.1 (1): 06-12
13
阮曉鋼維納與控制論
2014 Vol.1 (1): 13-19
20
何毓琦概率論與隨機過程教程
2014 Vol.1 (1): 06-29
30
塗序彥「大系統控制」淺談——1
2014 Vol.1 (1): 30-34
35
黃琳我對早年搞控制的一些回憶
2014 Vol.1 (1): 35-37
38
張嗣瀛複雜中尋求簡單
2014 Vol.1 (1): 38-49
50
郭雷回溯自校正調節器研究之路
2014 Vol.1 (1): 50-61
62
鄭大鐘控制論：一門深入人類物質生活和精神生活的學科
2014 Vol.1 (1): 62-73
74
席裕庚控制科學漫談——學科的思考
2014 Vol.1 (1): 74-79
80
陳關榮
漫談系統與網路
2014 Vol.1 (1): 80-84
85
鄒雲「各人自掃門前雪，莫管他人瓦上霜」——漫話控制論之結構
2014 Vol.1 (1): 85-92
93
《系統與控制縱橫》徵文簡則2014 Vol.1 (1): 93
2014第二期
01
鄒雲紊亂：穩態、暫態、過渡過程與人生
2014 Vol.1 (2): 01
05
鄭應平錢學森與控制論
2014 Vol.1 (2): 05-14
15
阮曉鋼錢學森與工程式控制制論
2014 Vol.1 (2): 15-19
20
程代展、馮德興中國現代控制理論的開拓者——關肇直
2014 Vol.1 (2): 20-28
30
萬百五二階控制論及其創始人——海因茨.馮.福爾斯特的故事
2014 Vol.1 (2): 30-40
41
黃琳關於大師
2014 Vol.1 (2): 41-46
47
黃琳談談指導研究生與科研中的一些關係
2014 Vol.1 (2): 47-52
53
程代展
從首屆陳翰馥獎想到的
2014 Vol.1 (2): 53-56
58
郭寶珠月明圖們憶先生
2014 Vol.1 (2): 58-63
64
鄧飛其大力弘揚系統與控制科學
2014 Vol.1 (2): 64-69
70
邢琰走進「玉兔號」
2014 Vol.1 (2): 70-75
76
段海濱從群體智能到多無人機自主控制
2014 Vol.1 (2): 76-88
幾個關鍵節點：
瓦特，蒸汽機反饋調速
Maxwell，On Governors
布萊克，反饋放大電路，Stabilized Feedback Amplifiers
PID
Routh-Hurwitz穩定性判據
Nyquist分析
Bode圖
Ziegler-Nichols調節律
Wiener濾波
Lyapunov穩定性
Pontryagin極大值原理
Bellman動態規劃
Kalman遞推濾波，狀態空間模型，能控性、能觀性，反饋鎮定
Zames的H無窮為代表的魯棒控制
Small gain
Smith預估器為代表的內模控制
自適應控制
系統辨識
模糊控制
預測控制
滑模控制
Passivity
...
還有一些，如：
飽和
前饋
反饋
串級
反饋線性化
...
控制理論和控制工程的差異，參考錢學森《工程式控制制論》，如果控制理論不能工程化又有什麼用呢？
推薦兩本書：楊叔子--《機械工程式控制制基礎》 ogata 《現代控制工程》
控制理論的內容大家說的很全面了，我只推薦一些教材。
《自動控制原理》，胡壽松。這本書曾經一個做導彈的博士前輩常年放在桌前，經常翻一翻，知識點講解到位，對於做工程來說已經夠了。
《控制理論及其應用》，盧澤生。這本書是當時的教材，所以比較熟悉，包含一些工程應用實例。
《自動控制--多學科視角》，（瑞典）阿斯特魯姆 （美國）默里。側重現代控制理論部分，書里從各個學科的應用角度進行闡述，讀者容易獲得一些直觀的理解。
清華的經典控制部分課件，講解細緻。
哈工大的現代控制部分課件，內容全面，包括了一些需要用到的的線性代數和矩陣理論知識。
個人鄙見，對於所有的類似這樣的主幹課程，如果不是作為一門課好好來學或者是在具體的問題中去實踐應用過，而妄圖浮光掠影似的去泛讀是很難領略到這些知識的精髓的。
控制理論與應用本身並不算是很獨立的一門學科，它與力學、數學、機電甚至生物學等多個領域都有很強的交叉。不過它也是與現實世界和工程貼得很近的一門學科，是人對自然進行思考和探索的一個樸素的視角（穩定性和是否可控）。
至於如何學習，還是建議從經典到現代的順序來學。經典理論的大部分內容都是直接源於生產實踐，很接地氣，因此有條件的話可以一邊學經典控制，一邊動手調一個簡單的PID系統（包括建模、模擬和實際調試），會很快對控制系統建立一個直觀印象。
從控制理論的發展來說，經典控制的內容已經不在前沿很久了，前沿問題主要被多輸入多輸出系統、非線性控制、智能控制等方面佔據著。控制前沿問題的水很深，如果想要深入學習和研究，還是建議慎重選擇方向。
建議書目：
&
&<自動控制原理&> 胡壽松
&<線性系統理論&> 鄭大鐘
&
&
&
做工程學會自動控制原理足夠了。做學術，要學學現代控制理論，非線性控制理論，估計慮波，魯棒控制，智能演算法等，最好再學些近代數學基礎課程。
這本書不錯，經典控制可以看胡壽松的書。
信號與系統算是引導。經典自控部分可以看胡版，比較普遍。也可以看richard ·c·dorf 的《modern control systems》比較費勁點
現代自控可以選《現代控制系統》 清華出版社的 也是上面那個dorf的，或者王孝武的《現代控制理論基礎》
參考書很多，弄懂一本已經很不錯，好好學，定可對自動化這門學科有所理解。
用於工程的控制論用任何一本本科教材都可以，自動化專業用得最多的是南航胡壽松或哈工大李友善的，機電類專業用得最多的是華科楊叔子的，最深的本科課本大概是清華 吳麒 的。本科的自動控制原理，跟信息類專業的《信號與系統》課的數學基礎完全一樣，都是把線性微分方程轉化成代數方程然後進一步折騰，關注點不一樣。實際上，如果只是求實用而不是為了考研的話，最淺的那本（楊叔子的)足夠了。
研究生水平的控制論的理論研究就淪為純數學課，雖然裝模做樣地設想了應用場景，但幾乎不可能實際應用。對此學科一個比較全面的介紹是這本《現代控制理論基礎》 周鳳岐, 周軍, 郭建國【摘要 書評 試讀】圖書
同名書比較多，但涉及廣度跟這本書沒法比。
這份資料有點意思。http://www.cctv.com/lm/131/61/85251.html
如果只是應用的話，matlab自帶的工具箱絕對夠用了，其幫助文檔就是最好的資料。
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