現(xiàn)代控制理論1第一章 學習課件

2025/2/281現(xiàn)代控制

--線性控制系統(tǒng)（Linearcontrolsystem）中南大學信息科學與工程學院2025/2/282學時安排學時：32

講授：28實驗：4學分：22025/2/283教材張嗣瀛,高立群.現(xiàn)代控制理論，清華大學出版社，2006黃家英.自動控制原理（上下冊），高等教育出版社，20102025/2/284參考書目

鄭大鐘(2002).線性系統(tǒng)理論.北京：清華大學出版社.?[美]KatsuhikoOgata著，盧伯英，于海勛等譯，《現(xiàn)代控制工程》(第四版)，電子工業(yè)出版社；?[澳]Goodwin,G.C.,etal.ControlSystemDesign,北京：清華大學出版社；

JohnJ.D’Azzo.LinearControlSystemAnalysisandDesign(線性控制系統(tǒng)分析與設計，第4版).北京：清華大學出版社

RichardC.Dorf,RobertH.Bishop.ModernControlSystems（NinthEdition)（現(xiàn)代控制系統(tǒng)第九版）.北京：科學出版社?王樅.控制系統(tǒng)理論及應用，北京郵電大學出版社。2025/2/285基礎課程專業(yè)基礎：自控原理數(shù)學基礎線性代數(shù)2025/2/286第一章緒論

1.1控制理論的發(fā)展歷程簡介1.2現(xiàn)代控制理論的主要內容2025/2/2871.1控制理論的發(fā)展歷程簡介

1.1.1經(jīng)典控制理論

⑴形成和發(fā)展

美國貝爾實驗室的H.Bode（1938），以及Nyquist（1940）提出了頻率響應法;

美國MIT的N.Wiener在研究隨機過程的預測問題中，提出Wiener濾波理論（1942），發(fā)表了《Cybernetics》（1948）－控制學科誕生;

美國W.Evans提出根軌跡法(RootLocusMethod)(1948)

。

2025/2/288（2）20世紀30-40年代形成經(jīng)典控制理論

傳遞函數(shù)模型

頻率理論

根軌跡法2025/2/289（3）控制理論存在的局限性簡單對象SISO、線性、時不變系統(tǒng)---（LTI）缺乏系統(tǒng)化方法圖形化方法，依賴于設計人員的經(jīng)驗達到的性能要求較低，不能處理多目標性能。（4）面臨的挑戰(zhàn)對象日益復雜化、控制性能要求不斷提高（5）以拉普拉斯變換為工具

2025/2/28101.1.2現(xiàn)代控制理論(ModernControl)(1950-)

二次世界大戰(zhàn)中火炮，雷達，飛機以及通訊系統(tǒng)的控制研究直接推動了經(jīng)典控制的發(fā)展。五十年代后興起的現(xiàn)代控制起源于冷戰(zhàn)時期的軍備競賽，如導彈(發(fā)射，操縱，指導及跟蹤)，衛(wèi)星，航天器和星球大戰(zhàn)，以及計算機技術的出現(xiàn)(英國科學家A.J.G.MacFarlane)。2025/2/2811⑴現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展1956年，前蘇聯(lián)的龐德里亞金發(fā)表了《最優(yōu)過程的數(shù)學理論》，提出了極大值原理（MaximumPrinciple）；?1957年，美國的貝爾曼發(fā)表了《動態(tài)規(guī)劃理論在控制過程中的應用》，建立了最優(yōu)控制的理論基礎；?1960年，美籍匈牙利人卡爾曼發(fā)表了“OntheGeneralTheoryofControlSystems”，引入狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)，提出了能控性、能觀性、卡爾曼濾波等概念，奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎；

2025/2/28121957年成立了國際自動控制聯(lián)合會（IFAC：InternationalFederationofAutomaticControl）。上世紀60年代末至70年代迅速發(fā)展：非線性系統(tǒng)、大系統(tǒng)和智能系統(tǒng)。2025/2/2813(2)以MIMO線性、非線性、時變與非時變系統(tǒng)為主要研究對象。(3) 以線性代數(shù)和微分方程為工具，以狀態(tài)空間法為基礎。

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1.1.3上世紀80年代以來出現(xiàn)了新的控制思想和控制理論

(1) 多變量頻率域控制理論。

(2) 模糊控制理論。2025/2/28151.2現(xiàn)代控制理論的主要內容

返回⑴線性系統(tǒng)理論⑵最優(yōu)濾波理論⑶系統(tǒng)辨識⑷最優(yōu)控制⑸自適應控制⑹非線性系統(tǒng)理論2025/2/28161.3現(xiàn)代控制理論－取得的成就?1957年發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星；?工業(yè)機器人產(chǎn)品；?1961年載人航天（加加林）；?1966年月球軟著陸；?1969年登陸月球。2025/2/28171.4現(xiàn)代控制理論－特點?描述對象的方法狀態(tài)空間模型，適用于多輸入多輸出、時變、非線性系統(tǒng)?處理方法應用現(xiàn)代數(shù)學方法，以計算機作為工具，系統(tǒng)化的分析和綜合方法；?實現(xiàn)多目標控制；?預測控制、魯棒控制、模糊控制等先進控制。2025/2/2818本課程內容?狀態(tài)空間模型(model