現代控制理論基礎課件緒論

1、緒 論0.1 自動控制與控制理論所謂控制，就是把有目的性的作用組織起來，使某被控對象按照一定規(guī)律變化，或者保持在某個范圍內。而自動控制是在不需要人直接參與的情況下實現控制。完成控制的是自動控制系統(tǒng)或裝置。應當指出，控制理論來源于控制過程的實踐。而又指導控制過程的實踐?，F在，控制理論在工程控制、社會經濟、生命科學等許多領域都有應用?？刂评碚撌且婚T關于控制的科學?？刂普摚貉芯縿游铮òㄈ祟悾┖蜋C器內部控制和通信的一般規(guī)律的學科。0.2 控制理論發(fā)展簡況1765年，英國James Watt利用反饋原理發(fā)明蒸汽機用的離心調速機。1877年，1895年，英國Routh和德國Hurwitz先后提出判別系統(tǒng)

2、穩(wěn)定性的代數方法。1892年，俄國李雅普諾夫在論運動穩(wěn)定性的一般問題中建立了動力學系統(tǒng)的一般穩(wěn)定性理論。1932年，Nyquist提出了根據頻率響應判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的準則。1940年，美國Bode在網絡分析和反饋放大器設計中提出頻率響應分析法Bode圖。1948年，美國Wiener在控制論關于在動物和機器中控制和通信的科學中系統(tǒng)地論述了控制理論的一般原理和方法。 標志控制學科的誕生（1）經典控制理論(二戰(zhàn)后形成) a.特點研究對象：單輸入、單輸出線性定常系統(tǒng)。解決方法：頻率法、根軌跡法、傳遞函數。非線性系統(tǒng)：相平面法和描述函數法。數學工具：常微分方程、差分方程、拉氏變換、Z變換。 b.局限性不能

3、應用于時變系統(tǒng)、多變量系統(tǒng)（P7，圖1-3）。不能揭示系統(tǒng)更為深刻的內部特性。(2)現代控制理論（60年代初期產生） 隨著計算機技術、航空航天技術的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的。 a.特點研究對象：多輸入、多輸出系統(tǒng)，線性、非線性、定常或時變、連續(xù)或離散系統(tǒng)。解決方法：狀態(tài)空間法（時域方法）。數學工具：微分方程組、矩陣理論。 b.主要標志1957年，R.Bellman提出了尋求最優(yōu)控制的動態(tài)規(guī)劃方法。1959年，R.E.Kalman采用狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)，提出能控性、能觀測性、Kalman濾波理論1956年，龐特里亞金極大值原理。0.3 現代控制理論的基本內容（1）線性多變量系統(tǒng)理論 這是現代控制理論

4、中最基礎、最成熟的部分。 它揭示系統(tǒng)的內在規(guī)律，從能控性、能觀測性兩個基本概念出發(fā)，研究系統(tǒng)的極點配置、狀態(tài)觀測器設計和抗干擾問題。（2）最優(yōu)控制理論 控制理論的根本是反饋控制，最優(yōu)控制就是尋找一個控制函數，使系統(tǒng)從一個初試狀態(tài)到達最終狀態(tài)并使控制系統(tǒng)的性能在某種意義下是最優(yōu)的（即目標函數為極值）。 可以模仿經典控制理論，利用輸出反饋實現，但輸出中不可能包含系統(tǒng)狀態(tài)的全部信息，因此，理論上的最優(yōu)控制應當來自狀態(tài)反饋。（4）系統(tǒng)辨識與參數估計 系統(tǒng)辨識即求數學模型的問題，使之滿足輸入、輸出，并能消除干擾。 當模型結構已經確定，用輸入輸出來確定其參數，即為參數估計問題。（3）最優(yōu)估計理論 已知對象的數學模型，實際的量測系統(tǒng)受到噪聲的干擾，最優(yōu)估計就是從被噪聲污染的觀測數據中確定系統(tǒng)的狀態(tài)，并使這種估計在某種意義下是最優(yōu)的。 所謂系統(tǒng)分析就是在規(guī)定的條件下，對數學模型已知系統(tǒng)的性能進行分析； 所謂系統(tǒng)設計，就是構造一個能夠完成給定任務的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)具有希望的瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能以及抗