現(xiàn)代控制工程-第1章緒論

1、Modern Control Engineering第第1章章 緒論緒論教材：教材：王萬(wàn)良，現(xiàn)代控制工程，高等教育出版社，王萬(wàn)良，現(xiàn)代控制工程，高等教育出版社，20112第1章 緒論：現(xiàn)代控制工程的發(fā)展1769年瓦特（年瓦特（J.Watt）發(fā)明）發(fā)明蒸汽機(jī)，提供動(dòng)力；蒸汽機(jī)，提供動(dòng)力；1788年年發(fā)明離心調(diào)速器，解決調(diào)速發(fā)明離心調(diào)速器，解決調(diào)速問題，加速了第一次工業(yè)革問題，加速了第一次工業(yè)革命的步伐。命的步伐。 隨之而來(lái)的問題：調(diào)速隨之而來(lái)的問題：調(diào)速器的不穩(wěn)定問題。器的不穩(wěn)定問題。瓦特瓦特3第1章 緒論：現(xiàn)代控制工程的發(fā)展1868年英國(guó)的麥克斯韋爾(J. C. Maxwell)發(fā)表“論調(diào)速器

2、”論文，被公認(rèn)為自動(dòng)控制理論的開端。 20世紀(jì)50年代以前的控制理論一般稱為經(jīng)典控制理論，主要包括以微分方程、拉普拉斯變換為主要數(shù)學(xué)工具的時(shí)域法、頻率法、根軌跡法等。麥克斯韋爾（麥克斯韋爾（J.C.MaxwellJ.C.Maxwell）4第1章 緒論：現(xiàn)代控制工程的發(fā)展5第1章 緒論：現(xiàn)代控制工程的發(fā)展19561956年，蘇聯(lián)龐特里亞年，蘇聯(lián)龐特里亞提出了極大值原理，解決提出了極大值原理，解決了發(fā)射人造衛(wèi)星的火箭控了發(fā)射人造衛(wèi)星的火箭控制問題，揭開了最優(yōu)控制制問題，揭開了最優(yōu)控制理論的序幕。理論的序幕。同年，美國(guó)貝爾曼提出了同年，美國(guó)貝爾曼提出了動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，便于用數(shù)動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，便于用數(shù)字計(jì)

3、算機(jī)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。字計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。貝爾曼貝爾曼龐特里亞金龐特里亞金619581958年，美國(guó)惠特克等研制出第一個(gè)模型參考適應(yīng)控年，美國(guó)惠特克等研制出第一個(gè)模型參考適應(yīng)控制系統(tǒng)?？柭岢鲞f推估計(jì)的自動(dòng)優(yōu)化控制原理，制系統(tǒng)。卡爾曼提出遞推估計(jì)的自動(dòng)優(yōu)化控制原理，解決了隨機(jī)噪聲干擾下的系統(tǒng)狀態(tài)的估計(jì)問題，奠定解決了隨機(jī)噪聲干擾下的系統(tǒng)狀態(tài)的估計(jì)問題，奠定了自校正控制器的基礎(chǔ)。了自校正控制器的基礎(chǔ)。19591959年，羅馬尼亞波波夫提出超穩(wěn)定性理論。年，羅馬尼亞波波夫提出超穩(wěn)定性理論。第1章 緒論：現(xiàn)代控制工程的發(fā)展71960年，卡爾曼引入狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)，提出能控性、能觀測(cè)性、最佳調(diào)節(jié)器和

4、卡爾曼濾波等重要概念，奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)。1963年，中外學(xué)者提出極點(diǎn)配置基本定理。第1章 緒論：現(xiàn)代控制工程的發(fā)展卡爾曼81970年，英國(guó)年，英國(guó)UMIST的羅森布羅克的羅森布羅克(H. H. Rosenbrock)提出多變量頻域法，提出多變量頻域法，將經(jīng)典控制理論中將經(jīng)典控制理論中的頻域方法推廣到多變量系統(tǒng)，的頻域方法推廣到多變量系統(tǒng)，架起了現(xiàn)代控制理論架起了現(xiàn)代控制理論與經(jīng)典控制理論的橋梁。與經(jīng)典控制理論的橋梁。 控制理論是基于數(shù)學(xué)模型分析與設(shè)計(jì)系統(tǒng)，所以，如控制理論是基于數(shù)學(xué)模型分析與設(shè)計(jì)系統(tǒng)，所以，如何得到系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型成為控制理論應(yīng)用的瓶頸問題。何得到系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型成為控制理

5、論應(yīng)用的瓶頸問題。1967年，瑞典阿斯特勒姆（年，瑞典阿斯特勒姆（K. J. Astrom）提出最小）提出最小二乘系統(tǒng)辨識(shí)方法，解決了線性定常系統(tǒng)的參數(shù)估計(jì)二乘系統(tǒng)辨識(shí)方法，解決了線性定常系統(tǒng)的參數(shù)估計(jì)和定階問題。和定階問題。 第1章 緒論：現(xiàn)代控制工程的發(fā)展920世紀(jì)世紀(jì)80年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)的快速更新?lián)Q代極大地年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)的快速更新?lián)Q代極大地推動(dòng)了控制理論的發(fā)展。推動(dòng)了控制理論的發(fā)展。世界各國(guó)工業(yè)向著大型、連續(xù)、綜合化發(fā)展，其構(gòu)世界各國(guó)工業(yè)向著大型、連續(xù)、綜合化發(fā)展，其構(gòu)成的控制系統(tǒng)也變得越來(lái)越復(fù)雜。成的控制系統(tǒng)也變得越來(lái)越復(fù)雜。實(shí)際控制系統(tǒng)的復(fù)雜性可歸納為：實(shí)際控制系統(tǒng)的復(fù)雜性可歸納為

6、：（1）對(duì)象復(fù)雜。）對(duì)象復(fù)雜。 （2）環(huán)境復(fù)雜。）環(huán)境復(fù)雜。 （3）任務(wù)復(fù)雜。）任務(wù)復(fù)雜。 第1章 緒論：現(xiàn)代控制工程的發(fā)展10第1章 緒論：現(xiàn)代控制工程的發(fā)展11系統(tǒng)的不確定性（對(duì)象和環(huán)境）是最困難的問題，系統(tǒng)的不確定性（對(duì)象和環(huán)境）是最困難的問題，也是對(duì)傳統(tǒng)控制方法的最大挑戰(zhàn)，導(dǎo)致了智能控制也是對(duì)傳統(tǒng)控制方法的最大挑戰(zhàn)，導(dǎo)致了智能控制策略的產(chǎn)生。策略的產(chǎn)生。自動(dòng)控制與人工智能的結(jié)合產(chǎn)生了智能控制。自動(dòng)控制與人工智能的結(jié)合產(chǎn)生了智能控制。提出的模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家控制三種典提出的模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家控制三種典型的智能控制為大多數(shù)人接受。型的智能控制為大多數(shù)人接受。分級(jí)遞階智能

7、控制、仿人智能控制、學(xué)習(xí)控制以及分級(jí)遞階智能控制、仿人智能控制、學(xué)習(xí)控制以及遺傳算法也有研究和應(yīng)用。遺傳算法也有研究和應(yīng)用。復(fù)合控制模式是控制策略的發(fā)展方向。復(fù)合控制模式是控制策略的發(fā)展方向。第1章 緒論：現(xiàn)代控制工程的發(fā)展12智能控制是一門新興的理論和技術(shù)，具有非常廣泛的應(yīng)用，例如智能機(jī)器人、智能過程控制、智能調(diào)度與規(guī)劃、專家控制、智能故障診斷、智能儀器、醫(yī)院監(jiān)控、語(yǔ)音控制、飛行器控制及自動(dòng)制造系統(tǒng)控制等。第1章 緒論：現(xiàn)代控制工程的發(fā)展洗衣機(jī)智能控制洗衣機(jī)智能控制電冰箱智能控制電冰箱智能控制13PID ISmith S解耦 D自適應(yīng) A變結(jié)構(gòu) V魯捧 R預(yù)測(cè) P模糊 F專家 E 神經(jīng) N遺傳 GI S D A V R P F E N GI S D A V R P F E N GFI 模糊PIDEI 專家PIDFEI 模糊專家PIDSF Smith-模糊控制DF 多變量解耦模糊控制AF 自適應(yīng)模糊控制AN 自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制FV 模糊變結(jié)構(gòu)控制NV 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變結(jié)構(gòu)控制NI 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PIDRN 魯捧神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制FP 模糊預(yù)測(cè)控制EF 專家模糊控制EN 專家神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制FN 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制FNV 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變結(jié)構(gòu)控制FNA 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控