现代控制理论-课件-绪论

现代控制理论浙江大学赵光宙zhaogz@绪论一.经典控制理论及其局限性

1、系统的建模：把对象或过程抽象成具有一定变量（输入、输出等）关系的系统，并用数学式子表示出它们之间的关系。

2、系统分析：用成熟的数学理论和先进的计算工具定量或定性地研究系统的各种性能：稳定性，静态特性和动态特性等。

3、系统综合(设计)：对系统设计出控制作用，使系统的性能满足要求。系统的研究:2.系统分析：稳定性：劳斯判据根轨迹奈氏判据静态特性：L终值定理动态特性：根轨迹截止频率谐振频率谐振峰值等1.系统模型：微分方程(常系数线性微分方程)L变换3.系统综合：根轨迹校正频率法校正经典控制理论:传递函数可知，用传递函数描述系统，用根轨迹法、频率法分析和设计系统的经典控制理论存在许多局限性：1、仅适合单变量（一个输入一个输出）、线性的、定常的系统。2、其输入—输出的系统描述方式不关心系统内部的运行及变量的变化，本质上忽略了系统结构的内在特性。3、采用工程的试探方法设计系统，依赖经验，不是最优。但也不能否定它：对线性定常的单变量系统，它简单实用，易于实现。并也在不断得以改进。

60年代航天技术和先进武器的发展，使这样一些问题必须得到研究（如飞行器姿态控制）：

1.多输入—多输出系统，变参数系统，非线性系统

2.系统的最优化问题，最小时间系统，最小能耗问题等3.对随机干扰的处理现代数学（线性代数，泛函分析，微分几何等）的发展为系统的定量化研究奠定了基础。二.现代控制理论的特点和主要内容电子计算机的发展和普及成为这种研究的有力工具。这两篇论文标志控制理论进入了一个崭新的历史时期，整个60年代理论的蓬勃发展，终于形成了现代控制理论。主要内容包括：1.线性多变量系统理论（状态空间描述）2.卡尔曼滤波理论（最优估计理论）3.最优控制理论4.系统辨识理论等等。1960年Kalman发表了“控制系统的一般理论”著名论文，1961年与Bucy合作发表了“线性过滤和预测问题的新结果”论文。1.对系统进行精确的数学描述，使控制由一类工程设计方法提高成为一门科学。2.从系统结构的内在特性出发研究控制系统，注重系统本质的理论刻划。3.促进了非线性系统，最优控制，自适应控制，辨识与估计理论，卡尔曼滤波，鲁棒控制等的发展，使它们成为独立的学科分支。其主要特点有：并不是现代控制理论就可以解决一切问题了，随着经济全球化和生产大规模化，单机、局部自动化走向综合自动化，自动化科学技术面对越来越复杂的系统，表现为：1.系统结构的复杂性：不确定性，非线性，变量过多，难以用常规数学工具建模和研究（自动化工厂等）。2.任务的复杂性：高产量，低消耗，调度，监控、预警等。3.运行环境的复杂性：外部环境的制约、影响（自动车行驶，挖掘机等）。面对3C，特别是由于现代控制理论依赖精确的数学模型的缺陷，从上世纪80年代开始，控制理论向“广度”和“深度”两个方面发展和开拓，又进入了一个新的发展时期，主要包括：三.控制理论的进一步发展“广度”——大系统理论：大型钢铁企业的自动化，大电网的调度、管理自动化等。分解、协调控制。

“深度”——智能控制（模糊控制，专家控制，神经网络控制）以人工智能技术为基础，模仿人类智能活动在控制、信息处理中的行为过程，使人的经验知识与思维方式参与其中，从而对系统实现有效的控制。此外，还有自适应控制、学习控制、鲁棒控制、故障诊断及容错控制等等。都是以现代控制理论作为基础。四.关于教材：1、比较适用于注重学科性的自动化专业（“研究主导型”、“工程研究应用型”）本科生。注重基本知识结构完整，对重要结论给出适当推导或说明，便于对重要内容的科学化理解和系统性掌握。2、以线性系统理论的基本内容为基础，以状态空间描述、结构特性分析（定量、定性）、线性定常系统的状态反馈综合为主要内容，适当介绍非线性系统分析以及最优控制、最优估计的内容。3、初学者面