現(xiàn)代控制理論沈陽建筑學(xué)院chapter

1、現(xiàn)代控制理論Modern Control Theory 沈陽建筑大學(xué)信息與控制工程學(xué)院課程介紹學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)要求參考文獻課程結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型狀態(tài)空間分析能控能觀性分析系統(tǒng)綜合設(shè)計穩(wěn)定性分析 用 學(xué) 習(xí)教學(xué)目標(biāo) 應(yīng)知 應(yīng)會 教學(xué)內(nèi)容 重點 難點教學(xué)方法 理論聯(lián)系實際 啟發(fā)式、討論式學(xué)時安排：2課程介紹本課程是自動化專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握現(xiàn)代控制理論中最基本的內(nèi)容，它不僅是控制理論的基礎(chǔ)，而且是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析和線性系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)，進一步學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)知識及進行工程實踐打好必要的基礎(chǔ)。 課程內(nèi)容緒論控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式 控制系統(tǒng)狀態(tài)空間分析線性控制系統(tǒng)能控性和能觀性 控

2、制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 線性定常系統(tǒng)的綜合 最優(yōu)控制 教材及參考書教材: 現(xiàn)代控制理論（第三版），劉豹主編，機械工業(yè)出版社參考書: Modern control theory, William L. Brogan, Ph.D., PRENTICE-HALL, INC. Englewood Cliffs, New Jersey現(xiàn)代控制理論，于長官，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)，王照林，國防大學(xué)出版社網(wǎng)絡(luò)交流為了配合教與學(xué)，更好地掌握現(xiàn)代控制理論知識，交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗，交換學(xué)習(xí)信息，在網(wǎng)絡(luò)上建立了現(xiàn)代控制理論社區(qū)。社區(qū)建在Yahoo groups 上，社區(qū)名稱為Modern Control The

3、ory。此社區(qū)是針對所開設(shè)的課程建立的，內(nèi)容與教與學(xué)密切相關(guān), 歡迎同學(xué)加入該社區(qū)。網(wǎng)絡(luò)交流注冊方法：向以下郵件地址發(fā)郵件，會得到一封自動回復(fù)的郵件，按郵件提示，進行簡單填寫，提交，然后等候批準(zhǔn)。獲得批準(zhǔn)后即可加入社區(qū)，參加社區(qū)活動。 建議：在Yahoo 上建立帳號sjzu+校園卡編號，以此賬號注冊網(wǎng)絡(luò)交流社區(qū)所能提供的：Lecture notes/slides,Related learning materials,Outline of the general review,Information and news in this course.教學(xué)要求參加本課程的同學(xué)必須人手一冊教材出勤聽課

4、記課堂筆記完成作業(yè)（缺課達到1/3，缺作業(yè)達1/4者取消正常考試資格。）緒論本節(jié)主要內(nèi)容學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制理論的意義關(guān)于自動化的介紹控制理論的發(fā)展歷程現(xiàn)代控制理論研究的對象、方法及內(nèi)容現(xiàn)代控制理論與經(jīng)典控制理論的對比緒論學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制理論的意義科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不僅需要迅速地發(fā)展控制理論，而且也給現(xiàn)代控制理論的發(fā)展準(zhǔn)備了兩個重要的條件現(xiàn)代數(shù)學(xué)和數(shù)字計算機。現(xiàn)代數(shù)學(xué)，例如泛函分析、現(xiàn)代代數(shù)等，為現(xiàn)代控制理論提供了多種多樣的分析工具；而數(shù)字計算機為現(xiàn)代控制理論發(fā)展提供了應(yīng)用的平臺。在二十世紀五十年代末開始，隨著計算機的飛速發(fā)展，推動了核能技術(shù)、空間技術(shù)的發(fā)展，從而對出現(xiàn)的多輸入多輸出系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)和時變系統(tǒng)

5、。緒論學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制理論的意義是自動化專業(yè)的理論基礎(chǔ)是提高學(xué)生專業(yè)理論水平的重要環(huán)節(jié)是許多專業(yè)報考研究生的必考課緒論關(guān)于自動化的介紹Brief Introduction to Automation定義所謂自動化是指機器或裝置在無人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動的進行操作或運行。廣義地講，自動化還包括模擬或再現(xiàn)人的智能活動。DefinitionThe art of making processes or machines self-acting or self-moving. Also pertains to the technique of making a device, machine,

6、 process or procedure more fully automatic.緒論關(guān)于自動化的介紹Brief Introduction to Automation自動化的理論基礎(chǔ)自動化技術(shù)是一門新興的科學(xué)技術(shù)，它以控制論、信息論和系統(tǒng)論為理論基礎(chǔ)，以哲學(xué)的方法論為研究方法。Fundamental knowledge of automationCyberneticsInformation Theory Systemism 緒論關(guān)于自動化的介紹 Brief Introduction to Automation狹義自動化和廣義自動化狹義自動化是指工業(yè)自動化，自動化也是最早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的

7、。廣義的自動化包括工業(yè)自動化、生活自動化、辦公自動化和商務(wù)自動化。緒論控制理論的發(fā)展歷程Progress of Control Theory經(jīng)典控制理論 (Classical Control Theory)現(xiàn)代控制理論(Modern Control Theory) 智能控制理論 (Intelligent Control Theory)控制理論發(fā)展趨勢 (Trend of Development of Control Theory)緒論控制理論的發(fā)展歷程經(jīng)典控制理論形成和發(fā)展在20世紀30-40年代，初步形成。在20世紀40年代形成體系。頻率理論根軌跡法以SISO線性定常系統(tǒng)為研究對象。以拉氏變

8、換為工具，以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)在頻率域中分析與設(shè)計。經(jīng)典控制理論的局限性難以有效地應(yīng)用于時變系統(tǒng)、多變量系統(tǒng)難以有效地應(yīng)用于非線性系統(tǒng)。緒論控制理論的發(fā)展歷程現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展Formation and Progress在20世紀50年代形成動態(tài)規(guī)劃法極大值原理卡爾曼濾波上世紀60年代末至80年代迅速發(fā)展。非線性系統(tǒng)大系統(tǒng)智能系統(tǒng) 緒論控制理論的發(fā)展歷程現(xiàn)代控制理論對象:以MIMO線性、非線性、時變與非時變系統(tǒng)為主要研究對象；工具：以線性代數(shù)和微分方程為工具，以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)。緒論控制理論的發(fā)展歷程智能控制理論19701980 大系統(tǒng)理論 控制管理綜合19801990 智能控制

9、理論 智能自動化199021c 集成控制理論 網(wǎng)絡(luò)控制自動化專家系統(tǒng)，模糊控制，人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，人腦模型，遺傳算法控制理論與計算機技術(shù)相結(jié)合計算機控制技術(shù)Soft computing緒論控制理論的發(fā)展歷程控制理論發(fā)展趨勢企業(yè)：資源共享、因特網(wǎng)、信息集成、信息技術(shù)+控制技術(shù) (集成控制技術(shù))網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) 計算機集成制造CIMS：（工廠自動化）緒論現(xiàn)代控制理論研究的對象、內(nèi)容及方法現(xiàn)代控制理論研究的對象線性系統(tǒng)(Linear systems)非線性系統(tǒng)(Nonlinear systems)時變系統(tǒng)(Time variable systems)多變量系統(tǒng)(Multivariable systems

10、)連續(xù)與離散系統(tǒng)(Continuous/discrete time systems)(P.177 About Lyapunovs stability criteria for nonlinear systems)緒論現(xiàn)代控制理論研究的對象、內(nèi)容及方法現(xiàn)代控制理論研究的內(nèi)容線性系統(tǒng)理論 (Theory of Linear Systems)非線性系統(tǒng)理論(Theory of Nonlinear Systems)最優(yōu)控制(Optimal Control)系統(tǒng)辨識(System Identification)自適應(yīng)控制(Adaptive Control)最優(yōu)濾波理論等(Optimal filterin

11、g Theory)緒論現(xiàn)代控制理論研究的對象、內(nèi)容及方法現(xiàn)代控制理論研究的方法研究系統(tǒng)輸入/輸出特性和內(nèi)部性能(Input/output properties of systems and internal performance)緒論現(xiàn)代控制理論與經(jīng)典控制理論的對比共同區(qū)別對象主要內(nèi)容系統(tǒng)分析：研究系統(tǒng)的原理和性能設(shè)計：改變系統(tǒng)的可靠性（綜合性能）研究對象：單入單出（SIS0）系統(tǒng)，線性定常工具：傳遞函數(shù)(結(jié)構(gòu)圖)，已有初始條件為零時才適用試探法解決問題 ： PID串聯(lián)、超前、滯后、反饋研究對象：多入多出（MIMO）系統(tǒng)、線性定常、非線性、時變工具：狀態(tài)空間法、研究系統(tǒng)內(nèi)部、輸入狀態(tài)（內(nèi)部）輸出改善系統(tǒng)的方法：狀態(tài)反饋 、輸出反饋現(xiàn)代古典緒論控制問題 (Control Problem)對于受控系統(tǒng)（廣義系統(tǒng)）S，尋求控制規(guī)律u(t)，使得閉環(huán)系統(tǒng)滿足給定的性能指標(biāo)要求。緒論控制問題 (Control Problem)建模(Modelling)：用數(shù)學(xué)模型描述被控對象分析(Analysing)：定性(Quality)：穩(wěn)定性、能觀能控性定量(Quantity)：時域指標(biāo)、頻域指標(biāo)設(shè)計(Design)：控制器設(shè)計、滿足性能要求結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)設(shè)計實施(Implementation)：實