現(xiàn)代控制理論電子課件第0章

1、現(xiàn)代控制理論Modern Control Theory 沈陽建筑大學信息與控制工程學院課程介紹學習方法學習要求參考文獻課程結構 用 學 習教學目標 應知 應會 教學內容 重點 難點教學方法 理論聯(lián)系實際 啟發(fā)式、討論式學時安排：2課程介紹本課程是自動化專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，通過本課程的學習，使學生掌握現(xiàn)代控制理論中最基本的內容，它不僅是控制理論的基礎，而且是現(xiàn)代網絡分析和線性系統(tǒng)理論的基礎，進一步學習有關專業(yè)知識及進行工程實踐打好必要的基礎。 課程內容緒論控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式 控制系統(tǒng)狀態(tài)空間分析線性控制系統(tǒng)能控性和能觀性 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 線性定常系統(tǒng)的綜合 最優(yōu)控制 教材及參考書教

2、材: 現(xiàn)代控制理論（第三版），劉豹主編，機械工業(yè)出版社參考書: Modern control theory, William L. Brogan, Ph.D., PRENTICE-HALL, INC. Englewood Cliffs, New Jersey現(xiàn)代控制理論，于長官，哈爾濱工業(yè)大學出版社現(xiàn)代控制理論基礎，王照林，國防大學出版社網絡交流為了配合教與學，更好地掌握現(xiàn)代控制理論知識，交流學習經驗，交換學習信息，在網絡上建立了現(xiàn)代控制理論社區(qū)。社區(qū)建在Yahoo groups 上，社區(qū)名稱為Modern Control Theory。此社區(qū)是針對所開設的課程建立的，內容與教與學密切相關,

3、歡迎同學加入該社區(qū)。網絡交流注冊方法：向以下郵件地址發(fā)郵件，會得到一封自動回復的郵件，按郵件提示，進行簡單填寫，提交，然后等候批準。獲得批準后即可加入社區(qū)，參加社區(qū)活動。ModernControlTheory-subscribe 建議：在Yahoo 上建立帳號sjzu+校園卡編號，以此賬號注冊網絡交流社區(qū)所能提供的：Lecture notes/slides,Related learning materials,Outline of the general review,Information and news in this course.教學要求參加本課程的同學必須人手一冊教材出勤聽課記課堂

4、筆記完成作業(yè)（缺課達到1/3，缺作業(yè)達1/4者取消正常考試資格。）緒論本節(jié)主要內容學習現(xiàn)代控制理論的意義關于自動化的介紹控制理論的發(fā)展歷程現(xiàn)代控制理論研究的對象、方法及內容現(xiàn)代控制理論與經典控制理論的對比緒論學習現(xiàn)代控制理論的意義科學技術的發(fā)展不僅需要迅速地發(fā)展控制理論，而且也給現(xiàn)代控制理論的發(fā)展準備了兩個重要的條件現(xiàn)代數(shù)學和數(shù)字計算機。現(xiàn)代數(shù)學，例如泛函分析、現(xiàn)代代數(shù)等，為現(xiàn)代控制理論提供了多種多樣的分析工具；而數(shù)字計算機為現(xiàn)代控制理論發(fā)展提供了應用的平臺。在二十世紀五十年代末開始，隨著計算機的飛速發(fā)展，推動了核能技術、空間技術的發(fā)展，從而對出現(xiàn)的多輸入多輸出系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)和時變系統(tǒng)。緒論

5、學習現(xiàn)代控制理論的意義是自動化專業(yè)的理論基礎是提高學生專業(yè)理論水平的重要環(huán)節(jié)是許多專業(yè)報考研究生的必考課緒論關于自動化的介紹Brief Introduction to Automation定義所謂自動化是指機器或裝置在無人干預的情況下按規(guī)定的程序或指令自動的進行操作或運行。廣義地講，自動化還包括模擬或再現(xiàn)人的智能活動。DefinitionThe art of making processes or machines self-acting or self-moving. Also pertains to the technique of making a device, machine, pr

6、ocess or procedure more fully automatic.緒論關于自動化的介紹Brief Introduction to Automation自動化的理論基礎自動化技術是一門新興的科學技術，它以控制論、信息論和系統(tǒng)論為理論基礎，以哲學的方法論為研究方法。Fundamental knowledge of automationCyberneticsInformation Theory Systemism 緒論關于自動化的介紹 Brief Introduction to Automation狹義自動化和廣義自動化狹義自動化是指工業(yè)自動化，自動化也是最早應用于工業(yè)生產領域的。廣義

7、的自動化包括工業(yè)自動化、生活自動化、辦公自動化和商務自動化。緒論控制理論的發(fā)展歷程Progress of Control Theory經典控制理論 (Classical Control Theory)現(xiàn)代控制理論(Modern Control Theory) 智能控制理論 (Intelligent Control Theory)控制理論發(fā)展趨勢 (Trend of Development of Control Theory)緒論控制理論的發(fā)展歷程經典控制理論形成和發(fā)展在20世紀30-40年代，初步形成。在20世紀40年代形成體系。頻率理論根軌跡法以SISO線性定常系統(tǒng)為研究對象。以拉氏變換為工

8、具，以傳遞函數(shù)為基礎在頻率域中分析與設計。經典控制理論的局限性難以有效地應用于時變系統(tǒng)、多變量系統(tǒng)難以有效地應用于非線性系統(tǒng)。緒論控制理論的發(fā)展歷程現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展Formation and Progress在20世紀50年代形成動態(tài)規(guī)劃法極大值原理卡爾曼濾波上世紀60年代末至80年代迅速發(fā)展。非線性系統(tǒng)大系統(tǒng)智能系統(tǒng) 緒論控制理論的發(fā)展歷程現(xiàn)代控制理論對象:以MIMO線性、非線性、時變與非時變系統(tǒng)為主要研究對象；工具：以線性代數(shù)和微分方程為工具，以狀態(tài)空間法為基礎。緒論控制理論的發(fā)展歷程智能控制理論19701980 大系統(tǒng)理論 控制管理綜合19801990 智能控制理論

9、智能自動化199021c 集成控制理論 網絡控制自動化專家系統(tǒng)，模糊控制，人工智能神經網絡，人腦模型，遺傳算法控制理論與計算機技術相結合計算機控制技術Soft computing緒論控制理論的發(fā)展歷程控制理論發(fā)展趨勢企業(yè)：資源共享、因特網、信息集成、信息技術+控制技術 (集成控制技術)網絡控制技術 計算機集成制造CIMS：（工廠自動化）緒論現(xiàn)代控制理論研究的對象、內容及方法現(xiàn)代控制理論研究的對象線性系統(tǒng)(Linear systems)非線性系統(tǒng)(Nonlinear systems)時變系統(tǒng)(Time variable systems)多變量系統(tǒng)(Multivariable systems)連續(xù)

10、與離散系統(tǒng)(Continuous/discrete time systems)(P.177 About Lyapunovs stability criteria for nonlinear systems)緒論現(xiàn)代控制理論研究的對象、內容及方法現(xiàn)代控制理論研究的內容線性系統(tǒng)理論 (Theory of Linear Systems)非線性系統(tǒng)理論(Theory of Nonlinear Systems)最優(yōu)控制(Optimal Control)系統(tǒng)辨識(System Identification)自適應控制(Adaptive Control)最優(yōu)濾波理論等(Optimal filtering T

11、heory)緒論現(xiàn)代控制理論研究的對象、內容及方法現(xiàn)代控制理論研究的方法研究系統(tǒng)輸入/輸出特性和內部性能(Input/output properties of systems and internal performance)緒論現(xiàn)代控制理論與經典控制理論的對比共同區(qū)別對象主要內容系統(tǒng)分析：研究系統(tǒng)的原理和性能設計：改變系統(tǒng)的可靠性（綜合性能）研究對象：單入單出（SIS0）系統(tǒng)，線性定常工具：傳遞函數(shù)(結構圖)，已有初始條件為零時才適用試探法解決問題 ： PID串聯(lián)、超前、滯后、反饋研究對象：多入多出（MIMO）系統(tǒng)、線性定常、非線性、時變工具：狀態(tài)空間法、研究系統(tǒng)內部、輸入狀態(tài)（內部）輸出改善系統(tǒng)的方法：狀態(tài)反饋 、輸出反饋現(xiàn)代古典緒論控制問題 (Control Problem)對于受控系統(tǒng)（廣義系統(tǒng)）S，尋求控制規(guī)律u(t)，使得閉環(huán)系統(tǒng)滿足給定的性能指標要求。緒論控制問題 (Control Problem)建模(Modelling)：用數(shù)學模型描述被控對象分析(Analysing)：定性(Quality)：穩(wěn)定性、能觀能控性定量(Quantity)：時域指標、頻域指標設計(Design)：控制器設計、滿足性能要求結構設計參數(shù)設計實施(Implementation)：實