現(xiàn)代控制理論1第一章 學(xué)習(xí)課件

2025/2/281現(xiàn)代控制

--線性控制系統(tǒng)（Linearcontrolsystem）中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院2025/2/282學(xué)時(shí)安排學(xué)時(shí)：32

講授：28實(shí)驗(yàn)：4學(xué)分：22025/2/283教材張嗣瀛,高立群.現(xiàn)代控制理論，清華大學(xué)出版社，2006黃家英.自動(dòng)控制原理（上下冊(cè)），高等教育出版社，20102025/2/284參考書目

鄭大鐘(2002).線性系統(tǒng)理論.北京：清華大學(xué)出版社.?[美]KatsuhikoOgata著，盧伯英，于海勛等譯，《現(xiàn)代控制工程》(第四版)，電子工業(yè)出版社；?[澳]Goodwin,G.C.,etal.ControlSystemDesign,北京：清華大學(xué)出版社；

JohnJ.D’Azzo.LinearControlSystemAnalysisandDesign(線性控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)，第4版).北京：清華大學(xué)出版社

RichardC.Dorf,RobertH.Bishop.ModernControlSystems（NinthEdition)（現(xiàn)代控制系統(tǒng)第九版）.北京：科學(xué)出版社?王樅.控制系統(tǒng)理論及應(yīng)用，北京郵電大學(xué)出版社。2025/2/285基礎(chǔ)課程專業(yè)基礎(chǔ)：自控原理數(shù)學(xué)基礎(chǔ)線性代數(shù)2025/2/286第一章緒論

1.1控制理論的發(fā)展歷程簡(jiǎn)介1.2現(xiàn)代控制理論的主要內(nèi)容2025/2/2871.1控制理論的發(fā)展歷程簡(jiǎn)介

1.1.1經(jīng)典控制理論

⑴形成和發(fā)展

美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的H.Bode（1938），以及Nyquist（1940）提出了頻率響應(yīng)法;

美國(guó)MIT的N.Wiener在研究隨機(jī)過程的預(yù)測(cè)問題中，提出Wiener濾波理論（1942），發(fā)表了《Cybernetics》（1948）－控制學(xué)科誕生;

美國(guó)W.Evans提出根軌跡法(RootLocusMethod)(1948)

。

2025/2/288（2）20世紀(jì)30-40年代形成經(jīng)典控制理論

傳遞函數(shù)模型

頻率理論

根軌跡法2025/2/289（3）控制理論存在的局限性簡(jiǎn)單對(duì)象SISO、線性、時(shí)不變系統(tǒng)---（LTI）缺乏系統(tǒng)化方法圖形化方法，依賴于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)達(dá)到的性能要求較低，不能處理多目標(biāo)性能。（4）面臨的挑戰(zhàn)對(duì)象日益復(fù)雜化、控制性能要求不斷提高（5）以拉普拉斯變換為工具

2025/2/28101.1.2現(xiàn)代控制理論(ModernControl)(1950-)

二次世界大戰(zhàn)中火炮，雷達(dá)，飛機(jī)以及通訊系統(tǒng)的控制研究直接推動(dòng)了經(jīng)典控制的發(fā)展。五十年代后興起的現(xiàn)代控制起源于冷戰(zhàn)時(shí)期的軍備競(jìng)賽，如導(dǎo)彈(發(fā)射，操縱，指導(dǎo)及跟蹤)，衛(wèi)星，航天器和星球大戰(zhàn)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)(英國(guó)科學(xué)家A.J.G.MacFarlane)。2025/2/2811⑴現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展1956年，前蘇聯(lián)的龐德里亞金發(fā)表了《最優(yōu)過程的數(shù)學(xué)理論》，提出了極大值原理（MaximumPrinciple）；?1957年，美國(guó)的貝爾曼發(fā)表了《動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論在控制過程中的應(yīng)用》，建立了最優(yōu)控制的理論基礎(chǔ)；?1960年，美籍匈牙利人卡爾曼發(fā)表了“OntheGeneralTheoryofControlSystems”，引入狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)，提出了能控性、能觀性、卡爾曼濾波等概念，奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)；

2025/2/28121957年成立了國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)（IFAC：InternationalFederationofAutomaticControl）。上世紀(jì)60年代末至70年代迅速發(fā)展：非線性系統(tǒng)、大系統(tǒng)和智能系統(tǒng)。2025/2/2813(2)以MIMO線性、非線性、時(shí)變與非時(shí)變系統(tǒng)為主要研究對(duì)象。(3) 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)。

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1.1.3上世紀(jì)80年代以來出現(xiàn)了新的控制思想和控制理論

(1) 多變量頻率域控制理論。

(2) 模糊控制理論。2025/2/28151.2現(xiàn)代控制理論的主要內(nèi)容

返回⑴線性系統(tǒng)理論⑵最優(yōu)濾波理論⑶系統(tǒng)辨識(shí)⑷最優(yōu)控制⑸自適應(yīng)控制⑹非線性系統(tǒng)理論2025/2/28161.3現(xiàn)代控制理論－取得的成就?1957年發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星；?工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品；?1961年載人航天（加加林）；?1966年月球軟著陸；?1969年登陸月球。2025/2/28171.4現(xiàn)代控制理論－特點(diǎn)?描述對(duì)象的方法狀態(tài)空間模型，適用于多輸入多輸出、時(shí)變、非線性系統(tǒng)?處理方法應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法，以計(jì)算機(jī)作為工具，系統(tǒng)化的分析和綜合方法；?實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)控制；?預(yù)測(cè)控制、魯棒控制、模糊控制等先進(jìn)控制。2025/2/2818本課程內(nèi)容?狀態(tài)空間模型(model