控制理論的發(fā)展及應(yīng)用課件

內(nèi)容控制論簡介自動(dòng)控制理論與技術(shù)的早期發(fā)展控制理論各階段的特點(diǎn)控制理論的進(jìn)一步發(fā)展歷史的思考新世紀(jì)自動(dòng)化學(xué)科的挑戰(zhàn)和發(fā)展控制論簡介研究各類系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制規(guī)律的科學(xué)它是自動(dòng)控制、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)理邏輯、神經(jīng)生理學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、行為科學(xué)等多種科學(xué)技術(shù)相互滲透形成的一門綜合性學(xué)科。它研究生物體和機(jī)器以及各種不同基質(zhì)系統(tǒng)的通訊和控制的過程,探討它們共同具有的信息交換、反饋調(diào)節(jié)、自組織、自適應(yīng)的原理和改善系統(tǒng)行為、使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的機(jī)制,從而形成了一大套適用于各門科學(xué)的概念、模型、原理和方法?？刂啤ybernetics,希臘語,原意為Cybernetics掌舵術(shù),包含了調(diào)節(jié)、操縱管理、指揮、監(jiān)督等多方面的NorbertWiener涵義七1943年底在紐約召開了關(guān)于信)息、反饋問題的討論會(huì),參者中有生物學(xué)家、數(shù)學(xué)家、社會(huì)學(xué)家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家,從各自角度對(duì)信息反饋問題發(fā)表意見。陸續(xù)舉行的討論會(huì),對(duì)控制論的產(chǎn)生起了推動(dòng)作用。1948年維納發(fā)表《控制論》控制科學(xué)誕生。控制論的三個(gè)發(fā)展時(shí)期I:上世紀(jì)50年代,經(jīng)典控制論時(shí)期代表作:1948年維納發(fā)表《控制論》1954年錢學(xué)森發(fā)表的《工程控制論》I:上世紀(jì)60年代,現(xiàn)代控制論時(shí)期?？刂普摰闹攸c(diǎn)從單變量控制到多變量控制,從自動(dòng)調(diào)節(jié)向最優(yōu)控制,由線性系統(tǒng)向非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。美國卡爾曼提出的狀態(tài)空間方法以及其它學(xué)者提出的極大值原理和動(dòng)態(tài)規(guī)劃等方法,形成了系統(tǒng)辨識(shí)、最優(yōu)控制、自組織、自適應(yīng)系統(tǒng)等現(xiàn)代控制理論。:上世紀(jì)70年代后:大系統(tǒng)理論時(shí)期。控制論由工程控制論、生物控制論向經(jīng)濟(jì)控制論、社會(huì)控制論發(fā)展。三部經(jīng)典著作信息論開端:1948年香農(nóng)(C.E.Shannon)的發(fā)表在《貝爾系統(tǒng)技術(shù)雜志》上的論文《AMathematicalTheoryofCommunication控制論創(chuàng)立:1948年維納(N.Wienner)的經(jīng)典論著:《CyberneticsorControlandCommunicationintheanimalandthemachines工程控制論:1954年錢學(xué)森(Tsienhs)的著作《EngineeringCybernetics)二自動(dòng)控制技術(shù)的早期發(fā)展數(shù)干年的歷史控制”:本身反映人們對(duì)征服自然與外在的渴望,“控制理論與技術(shù)”也自然地在人類認(rèn)識(shí)自然與改造自然的歷史中發(fā)展;具有反饋控制原理的控制裝置:古代的計(jì)時(shí)器“水鐘”(“刻漏”,也葉“漏壺”);公元前三世紀(jì)中葉,亞歷山大里亞城的Ctesibius首先在受水壺中使用了浮子,具有負(fù)反饋的思想北宋時(shí)期,蘇頌等于1086年-1090年在開封建成“水運(yùn)儀象臺(tái)相當(dāng)準(zhǔn)確地跟蹤天體的運(yùn)行1765年俄國的波爾祖諾夫(Polzunov)發(fā)明了蒸汽機(jī)鍋爐的水位自動(dòng)調(diào)節(jié)器(在俄國被認(rèn)為是世界上的第一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)器)。中國、古埃及和巴比倫人發(fā)明的自動(dòng)計(jì)時(shí)裝置(公元前11世紀(jì))具有過程控制思想的提花織布機(jī)(明代)Jameswat發(fā)明的飛球調(diào)節(jié)器控制蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速(1769年)的↓蒸汽金屬球閥門調(diào)節(jié)器蒸汽機(jī)3浮球Polzunov發(fā)明的浮球調(diào)節(jié)器,用于水位控制(1765年)經(jīng)制1論的穩(wěn)定性的早期發(fā)展1J.C.Maxwell是最早對(duì)反饋控制系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)分析KOnGovernors(Proc.RoyalSocietyofLondon,1868),目前公認(rèn)的以反饋控制為其主要研究內(nèi)容的第篇理論論文導(dǎo)出了調(diào)節(jié)器的微分方程,并在平衡點(diǎn)附近進(jìn)行線性化處理,指出穩(wěn)定性取決于特征方程的根是否具有負(fù)的實(shí)部。開創(chuàng)了控制理論研究的先河,文中還催促數(shù)學(xué)家們盡快地解決多項(xiàng)式的系數(shù)同多項(xiàng)式根的關(guān)系問題。由于五次以上的多項(xiàng)式?jīng)]有直接的求根公式,這給判斷高階系統(tǒng)的穩(wěn)定性代來了困難經(jīng)典控制理論的發(fā)展穩(wěn)定性的早期發(fā)展-2兩年一次的Adamsprize獎(jiǎng)授予在該委員會(huì)所選科學(xué)主題方面競(jìng)爭的最佳論文。1877年的主題是“運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性”RouthEJ.(ATreatiseontheStabilityofMotion)London:Macmillan,1877)獲18