现代控制理论知识点梳理.ppt

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1、现代控制理论 Modern Control Theory,课程介绍,本课程是自动化专业的一门专业基础课，通过本课程的学习，使学生掌握现代控制理论中最基本的内容，它不仅是控制理论的基础，而且是现代网络分析和线性系统理论的基础，进一步学习有关专业知识及进行工程实践打好必要的基础。,绪论,本节主要内容 学习现代控制理论的意义 关于自动化的介绍 控制理论的发展历程 现代控制理论研究的对象、方法及内容 现代控制理论与经典控制理论的对比,绪论,学习现代控制理论的意义 科学技术的发展不仅需要迅速地发展控制理论，而且也给现代控制理论的发展准备了两个重要的条件现代数学和数字计算机。 现代数学，例如泛函分析、现代

2、代数等，为现代控制理论提供了多种多样的分析工具；而数字计算机为现代控制理论发展提供了应用的平台。 在二十世纪五十年代末开始，随着计算机的飞速发展，推动了核能技术、空间技术的发展，从而对出现的多输入多输出系统、非线性系统和时变系统。,绪论,学习现代控制理论的意义 是自动化专业的理论基础 是提高学生专业理论水平的重要环节 是许多专业报考研究生的必考课,绪论,关于自动化的介绍Brief Introduction to Automation 定义 所谓自动化是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动的进行操作或运行。广义地讲，自动化还包括模拟或再现人的智能活动。 Definition Th

3、e art of making processes or machines self-acting or self-moving. Also pertains to the technique of making a device, machine, process or procedure more fully automatic.,绪论,关于自动化的介绍Brief Introduction to Automation 自动化的理论基础 自动化技术是一门新兴的科学技术，它以控制论、信息论和系统论为理论基础，以哲学的方法论为研究方法。 Fundamental knowledge of auto

4、mation Cybernetics Information Theory Systemism,绪论,关于自动化的介绍Brief Introduction to Automation 狭义自动化和广义自动化 狭义自动化是指工业自动化，自动化也是最早应用于工业生产领域的。 广义的自动化包括工业自动化、生活自动化、办公自动化和商务自动化。,绪论,控制理论的发展历程Progress of Control Theory 经典控制理论 (Classical Control Theory) 现代控制理论 (Modern Control Theory) 智能控制理论 (Intelligent Control

5、 Theory) 控制理论发展趋势 (Trend of Development of Control Theory),绪论,控制理论的发展历程 经典控制理论 形成和发展 在20世纪30-40年代，初步形成。 在20世纪40年代形成体系。 频率理论 根轨迹法 以SISO线性定常系统为研究对象。 以拉氏变换为工具，以传递函数为基础在频率域中分析与设计。 经典控制理论的局限性 难以有效地应用于时变系统、多变量系统 难以有效地应用于非线性系统。,绪论,控制理论的发展历程 现代控制理论 现代控制理论的形成和发展Formation and Progress 在20世纪50年代形成 动态规划法 极大值原理

6、卡尔曼滤波 上世纪60年代末至80年代迅速发展。 非线性系统 大系统 智能系统,绪论,控制理论的发展历程 现代控制理论 对象:以MIMO线性、非线性、时变与非时变系统为主要研究对象； 工具：以线性代数和微分方程为工具，以状态空间法为基础。,绪论,控制理论的发展历程 智能控制理论 19701980 大系统理论 控制管理综合 19801990 智能控制理论 智能自动化 199021c 集成控制理论 网络控制自动化专家系统，模糊控制，人工智能 神经网络，人脑模型，遗传算法控制理论与计算机技术相结合计算机控制技术,Soft computing,绪论,控制理论的发展历程 控制理论发展趋势 企业：资源共享

7、、因特网、信息集成、信息技术+控制技术 (集成控制技术) 网络控制技术 计算机集成制造CIMS：（工厂自动化）,绪论,现代控制理论研究的对象、内容及方法 现代控制理论研究的对象 线性系统 (Linear systems) 非线性系统 (Nonlinear systems) 时变系统 (Time variable systems) 多变量系统 (Multivariable systems) 连续与离散系统 (Continuous/discrete time systems),(P.177 About Lyapunovs stability criteria for nonlinear syste

8、ms),绪论,现代控制理论研究的对象、内容及方法 现代控制理论研究的内容 线性系统理论 (Theory of Linear Systems) 非线性系统理论 (Theory of Nonlinear Systems) 最优控制 (Optimal Control) 系统辨识 (System Identification) 自适应控制 (Adaptive Control) 最优滤波理论等 (Optimal filtering Theory),绪论,现代控制理论研究的对象、内容及方法 现代控制理论研究的方法 研究系统输入/输出特性和内部性能(Input/output properties of sy

9、stems and internal performance),绪论,现代控制理论与经典控制理论的对比,共同,区别,对象,主要内容,系统,分析：研究系统的原理和性能,设计：改变系统的可靠性（综合性能）,研究对象：单入单出（SIS0）系统，线性定常,工具：传递函数(结构图)，已有初始条件为零时才适用,试探法解决问题 ： PID串联、超前、滞后、反馈,研究对象：多入多出（MIMO）系统、线性定常、非线性、时变,工具：状态空间法、研究系统内部、输入状态（内部）输出,改善系统的方法：状态反馈 、输出反馈,现代,古典,绪论,控制问题 (Control Problem) 对于受控系统（广义系统）S，寻求控

10、制规律u(t)，使得闭环系统满足给定的性能指标要求。,绪论,控制问题 (Control Problem) 建模(Modelling)：用数学模型描述被控对象 分析(Analysing)： 定性(Quality)：稳定性、能观能控性 定量(Quantity)：时域指标、频域指标 设计(Design)：控制器设计、满足性能要求 结构设计 参数设计 实施(Implementation)：实现控制系统,绪论,控制问题 (Control Problem) 设计一个控制系统所涉及的内容： 建模 系统辨识 信号处理 控制方法的选择与确定,本章小结,学习现代控制理论的意义 关于自动化的介绍 控制理论的发展历程 现代控制理论研究的对象、方法及内容 现代控制理论与经典控制理论的对比,