现控1-导论汇编资料

1、现 代 控 制 理 论林湘宁华中科技大学西九楼320 136672657261共五十页参考书目1. 刘豹. 现代(xindi)控制理论2. 毛承雄等. 现代控制(kngzh)理论（讲义）2共五十页导论(do ln) 自动控制系统的设计 自动控制理论的发展概况 现代(xindi)控制理论的基本内容3共五十页导论：自动控制系统(kn zh x tn)的设计自动控制：无需人经常直接参与，而是通过某种装置(zhungzh)对某一对象施加合乎目的的作用。4共五十页我国 9C反潜直升机 在 导弹(dodn)驱逐舰 上降落导论(do ln)：自动控制系统的设计5共五十页宇宙飞船 登陆(dng l) 月球导论

2、(do ln)：自动控制系统的设计6共五十页导弹打固定目标(mbio)。导弹打飞机。飞机打飞机。导论(do ln)：自动控制系统的设计7共五十页电力系统(din l x tn)的组成工业(gngy)农业商业生活发电 输电 配电 用电电网电力系统8共五十页主要(zhyo)控制设备：发电侧励磁调速并联(bnglin)电阻9共五十页主要(zhyo)控制设备：电网侧并联电容可控电抗(dinkng)串联电容同步调相机变压器分接头10共五十页直流输电(shdin)（HVDC）主要控制(kngzh)设备：电网侧11共五十页柔性交流输电(shdin)设备（FACTS）主要控制设备(shbi)：电网侧TCSCU

3、PFC移相变压器12共五十页主要控制(kngzh)设备：配用侧电容(dinrng)自动投切负荷控制13共五十页电力系统安全稳定(wndng)控制面临挑战特高压电网（中国：三华同步电网；美国：超导电网）分布式发电（风电(fn din)、太阳能、燃气轮机；用户侧也有发电设备）风电：建设大基地，融入大电网（电源侧用户侧都存在很大随机性）电能不能有效大规模存储14共五十页2003 年：美国、加拿大、英国、意大利、俄罗斯等国就相继发生了大面积停电事故；8 .14停电： 波及2.4 万平方公里、受影响的人口达5 千万，仅纽约地区停电29 小时，直接经济损失达120 亿美元，美国白宫将“8.14”大停电事故

4、与“911”事件相提并论；2006 .7：河南电网因继电保护装置误动作引发4 条500kV 线路和5 条220kV线路相继跳闸，致使26 台机组(jz)退出运行，损失装机容量634 万千瓦，华中电网被迫与华北电网和西北电网解列，258 万千瓦的负荷被迫断电；2005.9 ：受台风影响，我国海南电网的电力设施遭到了严重破坏，并引发了部分电厂的连续跳机解列，系统最终全部瓦解，出现了罕见的全省范围大面积停电；2008 年初：我国南方的罕见冰灾先后造成了超过3.6 万条10kV 及以上电力线路、2 千多座35kV 及以上变电站的群发性停运，造成了难以估计的重大损失；。电力系统的安全面临(minlng)

5、严重威胁事故频出15共五十页电力(dinl)安全控制对策RTU/SCADA/EMS; 三道防线GPS/PMU/WAMS美国：智能电网, intelligrid欧洲：supergrid, smart grid我国：智能电网华工（HUST）：储能技术(jsh)应用（抽水蓄能、飞轮、超导磁储能、超级电容器、蓄电池等；电力系统稳定，风电三峡联网，电能质量控制）;自愈电网（新三道防线）16共五十页新防御框架协调(xitio)优化全局信息、自感知自诊断、自愈合自稳定、自恢复传统安全防御离线决策相互孤立局部控制传统(chuntng)防御框架与新型防御框架对比17共五十页自愈电网的预防控制(kngzh)、紧急

6、控制(kngzh)和恢复控制(kngzh)综合信息平台提供丰富信息电网的自我感知与识别，实现电网安全性和脆弱性的量化评估 建立以预防控制(kngzh)、紧急控制(kngzh)和恢复控制(kngzh)为主的新“三道防线”正常或故障蔓延状态根据脆弱性指标实施预防控制，防止故障发生或避免进入快速相继开断，在线修改定值，以应对再次故障。高危状态采取紧急控制将故障隔离在最小区域，降低影响范围，按照预定最优割集进行主动解列。大面积停电采取恢复控制为失电负荷尽快恢复供电，且减少不安全因素，降低系统脆弱度，避免再次停电。综合信息脆弱 性评估预防控制恢复控制状态感知与故障识别紧急控制18共五十页导论(do ln

7、)：控制系统的几个概念动力学系统控制系统干扰(gnro)与响应19共五十页动力学系统(xtng)由一些互有联系(linx)的、相互作用的元件和装置组成的整体有源动力学系统导论：控制系统的几个概念20共五十页控制：凡是在某动力学系统的某些特定点施加某种物理量以改善原有动力学系统的特性，使其满足人们某种预定要求的手段或方法(fngf)。控制量 控制对象 控制器 控制系统开环控制系统 与 闭环控制系统线性控制系统 与 非线性控制系统控制系统(kn zh x tn)导论：控制系统的几个概念21共五十页导论：控制系统的几个(j )概念22共五十页控制器被控(bi kn)对象检测(jin c)元件希望值

8、偏差扰动被控量（输出）导论：控制系统的几个概念23共五十页干扰(gnro)与响应过渡过程(guchng)干扰：阶跃、脉冲、伪随机二进制码PRBS动态响应导论：控制系统的几个概念24共五十页导论(do ln)：自动控制系统的设计发电机自动(zdng)励磁控制系统 励磁功率单元（三机励磁、自并励） 自动电压调节器（AVR）AVR功率单元发电机完整控制系统发电机自动调速控制系统 汽门、水门 调速器（GOV）GOV汽门（水门）汽轮机（水轮机）完整控制系统25共五十页导论：自动(zdng)控制系统的设计任务的提出技术要求的设定被控量、给定值及扰动量的确定反馈、比较手段的确定数学模型（传递函数）的确定增益

9、的调整，校正环节的采用技术性能？计算机模拟技术性能？方框图的变换实际系统的构成26共五十页导论：自动(zdng)控制系统的设计1. 技术(jsh)要求的设定 稳定性（最基本的要求） 暂态性能（包括稳定裕量） 稳态性能（稳态误差） 鲁棒性（对参数变化的不敏感性） 抗噪性27共五十页导论：自动(zdng)控制系统的设计1. 技术要求(yoqi)的设定暂态性能与稳定裕量的主要指标时域频域闭环开环过调量（Mp）谐振峰值（Mr）相位裕量（）幅值裕量（m）上升时间（tr）带宽（b）剪切频率（ c）调整时间（ts）28共五十页导论：自动控制系统(kn zh x tn)的设计2. 被控量、给定(i dn)值及

10、扰动量的确定 AVR：端电压、电流 GOV：转速、有功功率 调节系统：希望值为常数或缓慢变化值 程序控制系统：希望值为按确定规律变化的量 随动系统：希望值为无法预知其变化规律的量29共五十页导论(do ln)：自动控制系统的设计3. 反馈、比较手段(shudun)的确定 测量精度高 时间滞后小 量纲与参考输入信号的一致30共五十页导论：自动(zdng)控制系统的设计4. 系统(xtng)数学模型的建立 传递函数方框图 高阶微分方程 状态空间方程首先建立被控对象的数学模型然后按已有经验假定一种控制规律（作为第一步可以假定为比例控制规律）31共五十页导论：自动(zdng)控制系统的设计5. 增益的

11、调整(tiozhng)、校正环节的采用首先调整系统的开环增益当无法满足各项性能指标时，加装必要的校正环节（各种分析方法和控制策略）串联校正、并联校正、局部反馈校正PI（稳态性能）、PD（稳定性、稳定裕量、暂态性能）、PID32共五十页导论：自动控制系统(kn zh x tn)的设计5. 增益的调整、校正环节(hunji)的采用校正方法主要特点串联校正在Bode图上便于分析它对系统性能的影响并联校正便于引入I、D、ID的作用局部反馈校正便于削弱非线性的影响，或改变被控对象的时间常数，并能提高对参数变化时的不敏感性33共五十页导论：自动(zdng)控制系统的设计5. 增益(zngy)的调整、校正环

12、节的采用各种分析方法和控制策略Nyquist图Bode图根轨迹图Routh判据34共五十页导论：自动控制系统(kn zh x tn)的设计6. 计算机模拟(mn)控制系统的设计过程是一个根据已有经验进行多次试探的过程，反复测试，反复修正，直到满意为止。35共五十页导论：自动(zdng)控制系统的设计7. 方框图的变换与实际系统(xtng)的构成进行系统分析时所采用的方框图，还要作某些等效变换，以便使其更便于实际物理系统的构成。36共五十页导论：自动控制(z dn kn zh)理论的发展概况经典控制(kngzh)理论现代控制理论（多个分支）37共五十页 20世纪(shj)60年代前发展起来的控制

13、理论，生产技术水平低，控制对象结构较简单，控制参数较单一，要求达到的性能指标也不高。导论：经典控制(kngzh)理论38共五十页导论：经典(jngdin)控制理论研究对象：SISO线性系统数学模型：传递函数系统性能：传递函数的零点和极点(jdin)位置分析方法：频域分析数学工具：微分方程、差分方程、傅立叶变换、拉普拉斯变换、Z变换39共五十页导论：现代(xindi)控制理论 20世纪60年代后发展起来的控制(kngzh)理论，生产技术水平大幅度提高，控制(kngzh)对象结构越来越复杂，控制(kngzh)参数越来越多，要求达到的性能指标越来越高。40共五十页导论：现代(xindi)控制理论研究

14、(ynji)对象： 广义的系统数学模型：状态方程系统性能：状态方程的解分析方法：状态空间分析法，时域数学工具：非常广泛，对基础部分，主要是线性代数、矩阵分析、古典变分法、概率论、随机过程等。41共五十页导论：系统(xtng)的分类静态动态(dngti)连续离散线性非线性确定性随机性正常奇异单变量多变量定常时变电力系统：迄今为止人类制造的规模最庞大、控制最复杂的物理系统（高阶、同步、光速）42共五十页导论：现代(xindi)控制理论形成的标志用于系统的整体描述、分析和设计过程的状态空间方法（Kalman）；最优控制中的Pontriagin极大值原理和Bellman的动态规划；随机(su j)系统

15、理论中的Kalman滤波技术。43共五十页导论：现代(xindi)控制理论的分支线性最优控制自适应控制H2/H鲁棒控制变结构(jigu)控制非线性控制智能控制（ANN，FLC，ES，SE）44共五十页导论：现代控制理论(lln)的基本内容数学模型与系统辨识问题(wnt)线性系统理论最优控制理论最优估计理论45共五十页导论：现代(xindi)控制理论的基本内容数学模型与系统(xtng)辨识问题模型是定量分析的基础系统辨识参数辨识46共五十页导论：现代控制(kngzh)理论的基本内容线性系统理论（最基础 最成熟 最实用）能控性、能观测性状态(zhungti)反馈和状态(zhungti)估计极点配置问题、解耦问题、实现问题、状态观测器的设计问题等李雅普诺夫稳定性理论47共五十页导论：现代(xindi)控制理论的基本内容最优控制理论满足约束条件同时使目标函数(hnsh)最优变分法（伽利略）极大值原理（Pontriagin）动态规划（Bellman）48共五十页导论：现代控制理论的基本(jbn)内容最优估计理论(lln)确定性的估计问题：状态观测器非确定性的估计问题：卡尔曼滤波49共五十页内容摘要现 代 控 制 理 论。飞机打飞机。特高压电网（中国：三华同步电网。风电：建设大基地，融入大电