自動化專業(yè)英語(翻譯)P2U5教學課件

自動化專業(yè)英語教程教學課件July28,2007Email:wanghongwen@http://自動化專業(yè)英語教程教學課件July28,2007Emai1P2U5AIntroductiontoModernControlTheory第二部分第五單元課文A現(xiàn)代控制理論簡介A現(xiàn)代控制理論簡介

1.課文內(nèi)容簡介：主要介紹《現(xiàn)代控制理論》中現(xiàn)代控制理論產(chǎn)生的背景與原因，與傳統(tǒng)控制理論之間的差別及其優(yōu)點，狀態(tài)的概念等內(nèi)容。2.溫習《現(xiàn)代控制理論》中緒論的內(nèi)容。3.生詞與短語constraintn.強迫，約束multiplyv.加倍，倍增stimulusn.刺激，鼓勵optimalcontrol最優(yōu)控制dominatev.支配，使服從packagen.包verylargescaleintegratedcircuits(VLSI)超大規(guī)模集成電路P2U5AIntroductiontoModernC2P2U5AIntroductiontoModernControlTheory第二部分第五單元課文A現(xiàn)代控制理論簡介numericaladj.數(shù)字的matrixn.矩陣pl.matriceslinearvectorspace線性矢量空間adhoc尤其，特定地alleviatev.減輕，緩和arbitraryadj.任意的formulationn.公式化（表達）implementationn.實現(xiàn)，履行attainv.達到，實現(xiàn)constitutev.構造，組織insofaras到這樣的程度，在……范圍內(nèi)continuumn.連續(xù)grossnationalproduct國民生產(chǎn)總值tradedeficit貿(mào)易赤字scalaradj.數(shù)量的，標量的；n.數(shù)量，標量P2U5AIntroductiontoModernC3P2U5AIntroductiontoModernControlTheory第二部分第五單元課文A現(xiàn)代控制理論簡介n-dimensionaladj.n維的circumstancen.狀況，環(huán)境4.難句翻譯[1]Thetransitionfromsimpleapproximatemodels,whichareeasytoworkwith,tomorerealisticmodelsproducestwoeffects.從易于處理的簡單近似模型到實際一些的模型的轉換存在兩方面問題。[2]Itprovidesanidealformulationforcomputerimplementationandisresponsibleformuchoftheprogressinoptimizationtheory.它（現(xiàn)代控制理論）為計算機實現(xiàn)提供了理想的公式化方法，并對最優(yōu)化理論的發(fā)展起了重要作用。P2U5AIntroductiontoModernC4P2U5AIntroductiontoModernControlTheory第二部分第五單元課文A現(xiàn)代控制理論簡介[3]Asfarasthestateatt1isconcerned,itmakesnodifferencehowtheinitialstatewasattained.就t1時刻的狀態(tài)而言，它與初始狀態(tài)是怎樣實現(xiàn)的無關。asfaras…beconcerned：就……而言；makenodifference：無論……都沒有區(qū)別（沒關系）[4]Thusthestateatt0constitutesacompletehistoryofthesystembehaviorpriortot0,insofarasthathistoryaffectsfuturebehavior.因此，t0時刻的狀態(tài)構成了t0以前系統(tǒng)活動狀態(tài)的歷史，這個歷史狀態(tài)在一定范圍內(nèi)影響（系統(tǒng)）未來的行為。5.參考譯文A現(xiàn)代控制理論簡介引言經(jīng)典控制理論以輸入輸出關系主要是傳遞函數(shù)為基礎。當遇到微分方程時，它們必須是線性的、包含（服從）所有約束P2U5AIntroductiontoModernC5P2U5AIntroductiontoModernControlTheory第二部分第五單元課文A現(xiàn)代控制理論簡介條件，才能建立有用的輸入輸出關系。然而，現(xiàn)代控制理論是基于微分方程本身的直接使用。盡管經(jīng)典控制理論的技術是強有力的，而且相對簡單，但它的確存在一些局限和缺點，這些缺點會隨著被控對象和控制系統(tǒng)的復雜化而加劇，這正是現(xiàn)代控制理論出現(xiàn)的原因。幾種因素為現(xiàn)代控制理論的發(fā)展提供了動力：1.處理更為實際的系統(tǒng)模型的需要。2.側重點移向最優(yōu)控制和最優(yōu)系統(tǒng)設計。3.計算機技術的持續(xù)發(fā)展。4.先前方法的缺陷。5.對其他知識領域已知方法的應用能力的認識。從易于處理的簡單近似模型到實際一些的模型的轉換產(chǎn)生了兩種作用（存在著兩個方面的問題）。第一，大量的變量必須包含在模型中。第二，更實際的模型更容易包含非線性和時變參數(shù)。以前系統(tǒng)被忽視的方面，如與周圍環(huán)境的相互作用和通過環(huán)境的反饋往往被包含進來。P2U5AIntroductiontoModernC6P2U5AIntroductiontoModernControlTheory第二部分第五單元課文A現(xiàn)代控制理論簡介技術社會的發(fā)展正朝向更加雄必勃勃的目標前進。這也意味著要處理有著大量相互作用部件的復雜系統(tǒng)。對更高精度和效率的要求已經(jīng)改變了控制系統(tǒng)性能的重點。以超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間、帶寬等詞來描述的經(jīng)典的技術要求，在很多情況中已讓位于最優(yōu)判據(jù)如最小能量、最小代價、最小時間。最優(yōu)化這些判據(jù)難以避開所不希望的非線性。最優(yōu)控制理論常常要求使用非線性、時變的控制規(guī)律，即使基本系統(tǒng)是線性和時不變的。計算機技術的不斷發(fā)展在控制領域產(chǎn)生了重要的影響，數(shù)字計算機快速的處理能力和巨大的存儲容量，使得求解帶有復雜高階微分方程的實際問題成為可能。經(jīng)典控制理論主要是（由...支配）圖形方式，因為在那個時代這是解決特定問題的唯一方法?，F(xiàn)在每一位控制設計者都可以輕松地使用功能強大的計算機（軟件）包進行系統(tǒng)分析和設計。盡管計算機可以用于實現(xiàn)經(jīng)典的變換－反變換方法，但用它來直接求解（計算）P2U5AIntroductiontoModernC7P2U5AIntroductiontoModernControlTheory第二部分第五單元課文A現(xiàn)代控制理論簡介微分方程的數(shù)值解往往效率高。隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，微型計算機的價格、尺寸和可靠性使它們能夠常規(guī)地用于許多系統(tǒng)中。計算機現(xiàn)在就像控制系統(tǒng)的一個部件一樣被很平常地使用?，F(xiàn)代控制理論正好適合上述的趨勢，因為它的時域技術和它的數(shù)學語言（矩陣、線性矢量空間等等）用計算機處理時非常理想。計算機是狀態(tài)變量方法存在的一個主要原因。大多數(shù)經(jīng)典控制技術是面向單輸入單輸出（也許有幾個輸入輸出）的線性常系數(shù)系統(tǒng)。經(jīng)典技術的語言是拉普拉斯或Ｚ變換和傳遞函數(shù)，當存在非線性時變的時候，經(jīng)典技術就失去了正確的基礎。一些成功的技術如相平面法、描述函數(shù)和其他特定方法被開發(fā)出來以緩解這個缺點。然而，最大的成功被限制在低階系統(tǒng)中?，F(xiàn)代控制理論的狀態(tài)變量方法提供了一個統(tǒng)一的、強有力的、表達任意階的線性或非線性的、時變或常系數(shù)的系統(tǒng)的方法。它為計算機實現(xiàn)提供了理想的公式化表達，也導致了在最優(yōu)化理論方面的一些進步。P2U5AIntroductiontoModernC8P2U5AIntroductiontoModernControlTheory第二部分第五單元課文A現(xiàn)代控制理論簡介狀態(tài)的概念在現(xiàn)代控制理論中狀態(tài)的概念占據(jù)了中心地位，然而，它也出現(xiàn)在一些其他的技術或非技術的文章上下文中。在熱力學中，“狀態(tài)（state)”方程被突出地使用，二進制時序電路一般根據(jù)它們的“狀態(tài)（state)”來分析，在日常生活中每月的財政“報告（statement)”是很平常的，聯(lián)邦總統(tǒng)報告的消息是另一個例子。在所有這些例子中，“狀態(tài)（state)”的概念從本質上是相似的，它是系統(tǒng)狀況在特定時刻完整的總結。在某一初始時刻t0的狀態(tài)（情況）加上t0時刻以后的系統(tǒng)輸入情況，可以確定在后來的t1時刻的狀態(tài)。就t1時刻的狀態(tài)而言，它與初始狀態(tài)是怎樣實現(xiàn)的無關。因此，t0時刻的狀態(tài)構成了t0以前系統(tǒng)活動狀態(tài)的完整歷史，它在一定范圍內(nèi)影響（系統(tǒng)）未來的行為。當前狀態(tài)使得（系統(tǒng)）的過去和未來可以有很大的差別。P2U5AIntroductiontoModernC9P2U5AIntroductiontoModernControlTheory第二部分第五單元課文A現(xiàn)代控制理論簡介在任何固定的時刻，系統(tǒng)狀態(tài)可以由一組變量xi的值來描述，xi稱作狀態(tài)變量。熱力學系統(tǒng)的一個狀態(tài)變量是溫度，它的取值范圍是連續(xù)實數(shù)域R。在二進制電路中，狀態(tài)變量只能取兩個離散的值０或１。注意，你在月末檢查帳目的狀態(tài)可以只用一個數(shù)來表示，平衡（指收支數(shù)）。聯(lián)邦狀況可以由國民生產(chǎn)總值、失業(yè)率、貿(mào)易赤字等表示。對于本文所考慮的系統(tǒng)，狀態(tài)變量可以取任意實數(shù)或復數(shù)的標量值，即xiC。盡管一些系統(tǒng)需要無限多個狀態(tài)變量，這里只考慮能夠用有限的n個狀態(tài)變量描述的系統(tǒng)。那么系統(tǒng)可以由一個n個元素的狀態(tài)矢量x=[x1

x2...xn

]T表示，它屬于一個定義在域C上有n維矢量空間。對于連續(xù)時間系統(tǒng)，狀態(tài)可以對某段時間內(nèi)的所有時刻定義，例如一個連續(xù)變化的溫度或電壓。離散時間系統(tǒng)的狀態(tài)只能定義在離散的時刻，如每月一次的財政報告或一個一度的聯(lián)P2U5AIntroductiontoModernC10P2U5AIntroductiontoModernControlTheory第二部分第五單元課文A現(xiàn)代控制理論簡介邦狀態(tài)消息。連續(xù)時間和離散時間系統(tǒng)可以通過定義要考察的時間為T來同時討論。對于連續(xù)系統(tǒng)T由所有t

[t0

,tf]的實數(shù)組成，對于離散系統(tǒng)，T由一組離散時間{t0,t1,t2,…tk}構成。在許多情況下，每種系統(tǒng)初始時間都可以是-，最終時間可以是。狀態(tài)矢量x(t)只在tT時定義。在任一給定t，很簡單，它是一組n個有序的數(shù)。然而，系統(tǒng)特性會隨著時間而改變，從而引起了所需狀態(tài)變量數(shù)目的變化（不僅是值）。如果狀態(tài)空間的維數(shù)隨時間改變，就要使用符號t，這里假設在所有tT時有相同維數(shù)的n維狀態(tài)空間。P2U5AIntroductiontoModernC11P2U5BStateEquations第二部分第五單元課文B狀態(tài)方程B狀態(tài)方程1.課文內(nèi)容簡介：主要介紹《現(xiàn)代控制理論》中狀態(tài)空間模型、傳遞函數(shù)矩陣和穩(wěn)定性等內(nèi)容。2.溫習《現(xiàn)代控制理論》中有關狀態(tài)空間、特征方程等概念。3.生詞與短語derivationn.起源，得來eliminatev.消除inherentadj.固有的equivalentadj.同等的，等效的；n.同等，等效dictatev.命令，要求uniformadj.一致的themen.題目，主題，論文generalizev.概括，一般化，普及coordinaten.坐標，同等的人或物P2U5BStateEquations12P2U5BStateEquations第二部分第五單元課文B狀態(tài)方程momentan.動量，沖量Hamiltonian哈密爾頓的Lagrangian拉格朗日的superpositionn.疊加inversen.反，逆，倒數(shù)adjointn.,adj.伴隨（的），共軛（的）determinantn.行列式eigenvaluen.特征值（eigen-特征）exploitv.開發(fā)routinesn.程序4.難句翻譯[1]Intransferfunctionmodelstheseequationsaretransformedandvariablesareeliminatedbetweenthemtofindtherelationbetweenselectedinputandoutputvariables.在傳遞函數(shù)模型中，這些方程經(jīng)過（拉氏）變換，并消去中間變量，以求得選定的輸入輸出變量間的關系。P2U5BStateEquations13P2U5BStateEquations第二部分第五單元課文B狀態(tài)方程[2]ThegeneralizedcoordinatesandmomentaofHamiltonianandLagrangianmechanicsare,infact,asetofstatevariables.事實上，哈密爾頓和拉格朗日力學的廣義坐標和動量就是一組狀態(tài)變量。5.參考譯文B狀態(tài)方程狀態(tài)空間模型一個狀態(tài)空間模型是一組壓縮寫成矩陣形式的一階微分方程來描述的。這種標準形式使得通用計算機程序的開發(fā)成為可能，這種通用程序可以用于相當巨大的系統(tǒng)的分析和設計。狀態(tài)空間模型的獲得與傳遞函數(shù)是一樣的。首先要列寫出描述系統(tǒng)動態(tài)的微分方程。在傳遞函數(shù)模型中，這些方程要進行（拉氏）變換，消去中間變量，求出選定的輸入輸出變量間的關系。而對于狀態(tài)模型，方程要按照選定的狀態(tài)變量組織成一個一階微分方程組，輸出也以相同的狀態(tài)變量表示出來。P2U5BStateEquations14P2U5BStateEquations第二部分第五單元課文B狀態(tài)方程因為消去方程間的變量并不是這個過程固有的部分，所以狀態(tài)模型往往比較容易得到。有兩個例子用來說明并將狀態(tài)模型與至今使用的傳遞函數(shù)聯(lián)系起來。一個沒有零點的傳遞函數(shù)：由這個傳遞函數(shù)或平衡微分方程式描述的系統(tǒng)的狀態(tài)模型并不是唯一的，而是決定于狀態(tài)變量組x1(t),x2(t)和x3(t)的選取。一個可能的選擇如下：P2U5BStateEquations15P2U5BStateEquations第二部分第五單元課文B狀態(tài)方程在矩陣形式中，輸出c也用相同的狀態(tài)變量表示狀態(tài)空間模型的一般形式如下：式中A稱為被控對象矩陣或系統(tǒng)矩陣，B稱為控制矩陣。未命名的矩陣C和D將輸出變量狀態(tài)和控制變量聯(lián)系起來。狀態(tài)變量的矢量x是狀態(tài)矢量。在這個例子中，控制矢量u是標量函數(shù)r，輸出矢量y是標量函數(shù)c，D=0。P2U5BStateEquations16P2U5BStateEquations第二部分第五單元課文B狀態(tài)方程帶零點的傳遞函數(shù)：先只考慮分母這種沒有零點的情況下P2U5BStateEquations17P2U5BStateEquations第二部分第五單元課文B狀態(tài)方程但是因此輸出方程，y=c,為所以輸出方程表示系統(tǒng)零點的影響或是輸入的從變量。關于狀態(tài)空間表示法的說明狀態(tài)變量的選取不是一個唯一的過程，可以使用不同組變量。選用有物理意義的變量有一些優(yōu)點，如果可能它們應該是可以測量的。有幾種可以應用的選擇狀態(tài)變量的方法。系統(tǒng)的可用信息的形式往往決定應該使用哪種方法。例如在一些情況下可以憑經(jīng)驗（實驗）得到傳遞函數(shù)，就要用開頭那種方法。P2U5BStateEquations18P2U5BStateEquations第二部分第五單元課文B狀態(tài)方程在任何情況下，狀態(tài)空間方法的優(yōu)點包括以下：1．它提供了一種方便的、壓縮的記法，使功能強大的矢量矩陣理論得到應用。2．對所有系統(tǒng)一致的記法使得一套一致的求解技術成為可能。3．狀態(tài)空間表示法對于計算機求解是一個理想的形式，無論是模擬（機）還是數(shù)字（機）。這點非常重要，因為對于復雜系統(tǒng)的分析，經(jīng)常需要使用計算機。4．狀態(tài)空間法給出了比輸入輸出法更全面的系統(tǒng)描述。在后面討論到可控性和可觀性時這點會得到進一步的證明。狀態(tài)空間法是現(xiàn)代控制理論的中心主題，然而這種想法出現(xiàn)已經(jīng)有一段時間了。事實上，哈密爾頓和拉格朗日力學的廣義坐標和動量就是一組狀態(tài)變量。對那些熟悉這些主題的（研究人員）來說，狀態(tài)變量選擇的另一種方法是可以使用的。P2U5BStateEquations19P2U5BStateEquations第二部分第五單元課文B狀態(tài)方程傳遞函數(shù)矩陣和穩(wěn)定性有了系統(tǒng)動態(tài)的狀態(tài)模型描述，第一個要回答的問題是：穩(wěn)定性怎樣確定。為得到穩(wěn)定性判據(jù)，首先考慮通過求與狀態(tài)模型相應的傳遞函數(shù)矩陣一般化傳遞函數(shù)的概念。這需要對狀態(tài)模型方程進行拉氏變換。一個矢量的拉氏變換是它的元素的拉氏變換的矢量。所以x和變換形式如下：式中因此的變換形式為，或，這里I是單位矩陣。注意sX(s)=sIX(s)和(s-A)是不正確的，因為s是個標量，而A不是。如果系統(tǒng)輸出y=Cx,那么Y(s)=CX(s):(2-5B-2)P2U5BStateEquations20P2U5BStateEquation