現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)：第一講 現(xiàn)代控制理論概述

2022/11/13現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)1現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)FoundationofModernControlTheory2022/11/13現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)2第一講現(xiàn)代控制理論概述

基本控制類術(shù)語與現(xiàn)代控制理論相關(guān)的基本概念本課程的主要內(nèi)容2022/11/13現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)3基本控制類術(shù)語自動(dòng)控制對(duì)象過程系統(tǒng)擾動(dòng)反饋控制反饋控制系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)2022/11/13現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)41自動(dòng)控制在無人直接參與的情況下，通過控制器使被控對(duì)象或過程自動(dòng)地按照預(yù)定要求進(jìn)行。2對(duì)象

是一個(gè)設(shè)備，它是由一些機(jī)器零件有機(jī)地組合在一起的，其作用是完成一個(gè)特定的動(dòng)作。在下面的討論中，稱任何被控物體（如加熱爐、化學(xué)反應(yīng)器或宇宙飛船）為對(duì)象。3過程稱任何被控制的運(yùn)行狀態(tài)為過程，其具體例子如化學(xué)過程、經(jīng)濟(jì)學(xué)過程、生物學(xué)過程。4系統(tǒng)完成一定任務(wù)的一些元、部件的組合。2022/11/13現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)55

擾動(dòng)6

反饋控制

擾動(dòng)是一種對(duì)系統(tǒng)的輸出產(chǎn)生不利影響的信號(hào)。如果擾動(dòng)產(chǎn)生在系統(tǒng)內(nèi)部稱為內(nèi)擾；擾動(dòng)產(chǎn)生在系統(tǒng)外部，則稱為外擾。外擾是系統(tǒng)的輸入量。

反饋控制是這樣一種控制過程，它能夠在存在擾動(dòng)的情況下，力圖減小系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量（也稱參據(jù)量）（或者任意變化的希望的狀態(tài)）之間的偏差，而且其工作正是基于這一偏差基礎(chǔ)之上的。2022/11/13現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)6

反饋控制系統(tǒng)是一種能對(duì)輸出量與參考輸入量進(jìn)行比較，并力圖保持兩者之間的既定關(guān)系的系統(tǒng)，它利用輸出量與輸入量的偏差來進(jìn)行控制。應(yīng)當(dāng)指出，反饋控制系統(tǒng)不限于工程范疇，在各種非工程范疇內(nèi)，諸如經(jīng)濟(jì)學(xué)和生物學(xué)中，也存在著反饋控制系統(tǒng)。7反饋控制系統(tǒng)2022/11/13現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)7

隨動(dòng)系統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)的任務(wù)是在各種情況下保證輸出以一定精度跟隨著參考輸入的變化而變化8隨動(dòng)系統(tǒng)9過程控制

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，諸如對(duì)壓力、溫度、濕度、流量、頻率以及原料、燃料成分比例等方面的控制，稱為過程控制。2022/11/13現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)8與現(xiàn)代控制理論相關(guān)的一些基本概念現(xiàn)代控制理論vs.經(jīng)典控制理論狀態(tài)的概念,，系統(tǒng)維數(shù)狀態(tài)向量，狀態(tài)空間狀態(tài)方程&輸出方程2022/11/13現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)9現(xiàn)代控制理論特點(diǎn)基于狀態(tài)空間法的控制理論，可處理MIMO問題，時(shí)變問題，非線性問題。系統(tǒng)化的分析方法；包含系統(tǒng)的輸入輸出信息，系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)信息。2022/11/13現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)10經(jīng)典控制理論特點(diǎn)基于傳遞函數(shù)和頻域技術(shù)的控制理論，一般只處理SISO問題LTI系統(tǒng)LTI+純滯后系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)化的分析方法，僅包含系統(tǒng)的輸入輸出信息，無法獲知系統(tǒng)完整的內(nèi)部狀態(tài)信息。2022/11/13現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)11狀態(tài)的概念,系統(tǒng)維數(shù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)：系統(tǒng)中最少的一組變量，當(dāng)已知：t0時(shí)刻該組變量值，tt0時(shí)刻系統(tǒng)輸入u(t);

能完全確定系統(tǒng)在任何tt0時(shí)刻的行為。系統(tǒng)維數(shù)n=狀態(tài)變量x1……xn

的個(gè)數(shù)。2022/11/13現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)12狀態(tài)向量，狀態(tài)空間狀態(tài)向量：將狀態(tài)變量x1……xn寫成列向量，狀態(tài)空間：由n維狀態(tài)向量x構(gòu)成的向量空間。2022/11/13現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)13狀態(tài)方程&輸出方程狀態(tài)方程：描述狀態(tài)變量和輸入變量的一組一階微分方程組；輸出方程：描述輸出變量和狀態(tài)變量、輸入變量的一組代數(shù)方程組；2022/11/13現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)14本課程的主要內(nèi)容狀態(tài)及狀態(tài)變量、狀態(tài)向量、傳遞函數(shù)與狀態(tài)空間的關(guān)系、傳遞矩陣；動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析（含傳遞函數(shù)的狀態(tài)空間表達(dá)式、定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解、向量矩陣分析的若干結(jié)果、可控性、可觀測性控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間設(shè)計(jì)（極點(diǎn)配置、狀態(tài)反饋控制、伺服系統(tǒng)、觀測器等的設(shè)計(jì)）李亞普諾夫穩(wěn)定性分析與二次型最佳控制Matlab應(yīng)用（在各章中穿插）2022/11/13現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)15教學(xué)參考書控制工程講義華東理工大學(xué)，易建軍編寫

自動(dòng)控制原理（下），清華大學(xué)，吳麒自動(dòng)控制原理（下），國防工業(yè)出版社，胡壽松現(xiàn)代控制理論，機(jī)械工業(yè)出版社，劉豹現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)，合