现代控制理论基础：第一讲 现代控制理论概述

2022/11/13现代控制理论基础1现代控制理论基础FoundationofModernControlTheory2022/11/13现代控制理论基础2第一讲现代控制理论概述

基本控制类术语与现代控制理论相关的基本概念本课程的主要内容2022/11/13现代控制理论基础3基本控制类术语自动控制对象过程系统扰动反馈控制反馈控制系统随动系统自动调整系统过程控制系统2022/11/13现代控制理论基础41自动控制在无人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定要求进行。2对象

是一个设备，它是由一些机器零件有机地组合在一起的，其作用是完成一个特定的动作。在下面的讨论中，称任何被控物体（如加热炉、化学反应器或宇宙飞船）为对象。3过程称任何被控制的运行状态为过程，其具体例子如化学过程、经济学过程、生物学过程。4系统完成一定任务的一些元、部件的组合。2022/11/13现代控制理论基础55

扰动6

反馈控制

扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入量。

反馈控制是这样一种控制过程，它能够在存在扰动的情况下，力图减小系统的输出量与参考输入量（也称参据量）（或者任意变化的希望的状态）之间的偏差，而且其工作正是基于这一偏差基础之上的。2022/11/13现代控制理论基础6

反馈控制系统是一种能对输出量与参考输入量进行比较，并力图保持两者之间的既定关系的系统，它利用输出量与输入量的偏差来进行控制。应当指出，反馈控制系统不限于工程范畴，在各种非工程范畴内，诸如经济学和生物学中，也存在着反馈控制系统。7反馈控制系统2022/11/13现代控制理论基础7

随动系统是一种反馈控制系统，在这种系统的任务是在各种情况下保证输出以一定精度跟随着参考输入的变化而变化8随动系统9过程控制

在工业生产过程中，诸如对压力、温度、湿度、流量、频率以及原料、燃料成分比例等方面的控制，称为过程控制。2022/11/13现代控制理论基础8与现代控制理论相关的一些基本概念现代控制理论vs.经典控制理论状态的概念,，系统维数状态向量，状态空间状态方程&输出方程2022/11/13现代控制理论基础9现代控制理论特点基于状态空间法的控制理论，可处理MIMO问题，时变问题，非线性问题。系统化的分析方法；包含系统的输入输出信息，系统内部状态信息。2022/11/13现代控制理论基础10经典控制理论特点基于传递函数和频域技术的控制理论，一般只处理SISO问题LTI系统LTI+纯滞后系统经验化的分析方法，仅包含系统的输入输出信息，无法获知系统完整的内部状态信息。2022/11/13现代控制理论基础11状态的概念,系统维数动态系统的状态：系统中最少的一组变量，当已知：t0时刻该组变量值，tt0时刻系统输入u(t);

能完全确定系统在任何tt0时刻的行为。系统维数n=状态变量x1……xn

的个数。2022/11/13现代控制理论基础12状态向量，状态空间状态向量：将状态变量x1……xn写成列向量，状态空间：由n维状态向量x构成的向量空间。2022/11/13现代控制理论基础13状态方程&输出方程状态方程：描述状态变量和输入变量的一组一阶微分方程组；输出方程：描述输出变量和状态变量、输入变量的一组代数方程组；2022/11/13现代控制理论基础14本课程的主要内容状态及状态变量、状态向量、传递函数与状态空间的关系、传递矩阵；动态系统的状态空间表达式控制系统的状态空间分析（含传递函数的状态空间表达式、定常系统状态方程的解、向量矩阵分析的若干结果、可控性、可观测性控制系统的状态空间设计（极点配置、状态反馈控制、伺服系统、观测器等的设计）李亚普诺夫稳定性分析与二次型最佳控制Matlab应用（在各章中穿插）2022/11/13现代控制理论基础15教学参考书控制工程讲义华东理工大学，易建军编写

自动控制原理（下），清华大学，吴麒自动控制原理（下），国防工业出版社，胡寿松现代控制理论，机械工业出版社，刘豹现代控制理论基础，合