第一章现代控制理论绪论技巧.ppt

现代控制理论Modern Control Theory;教材：曲延滨、王新生主编，《现代控制理论基础》，哈尔滨工业大学出版社，2005 参考资料： 刘豹、唐万生主编，现代控制理论(第三版)，机械工业出版社，2006 张嗣瀛、高立群，现代控制理论，清华大学出版社,2006 俞立主编，《现代控制理论》，清华大学出版社，2007 袁德成等主编《现代控制理论》，清华大学出版社，2007 中国期刊网（自动化学报） 《Modern Control System Engineering》，Ogata 《控制系统CAD与仿真：MATLAB语言及应用》，王海英主编 ……………… 课时：32 ;;第一章 绪 论;引言; 钱学森曾经从生产力，特别是技术革命的进程分析了控制论的产生和发展。 他强调： “我们可以毫不含糊地说，从科学理论的角度来看，20世纪上半叶的三大伟绩是相对论、量子论和控制论，也许可以称它们为三项科学革命，是人类认识客观世界的三大飞跃。”;引言;1.1 控制理论的发展历程; 两千年前我国发明的 指南车，就是一种开  环自动调节系 统。;1.1 控制理论的发展历程;瓦特;1.1.1 经典控制理论;奈奎斯特;1945年，美国伯德Bode在《网络分析和反馈放大器设计》中提出频率响应法－Bode图。 1948年，美国伊万斯(W. E. Evans)提出了复数域内研究系统的根轨迹法。 ;维纳; 在第二次世界大战期间，为了解决防空火力控制和雷达噪声滤波问题，维纳综合运用了他以前几方面的工作，于1942年2月首先给出了从时间序列的过去数据推知未来的维纳滤波公式，建立了在最少均方误差准则下将时间序列外推进预测的维纳滤波理论。维纳的这项工作为设计自动防空控制炮火等方面的预测问题提供了理论依据，并为评价一个通讯和控制系统加工信息的效率和质量从理论上开辟了一条途径。它对自动化技术科学有重要的影响。维纳在问题中引进统计因素并使用了自相关和互相关函数，事实证明这是极其重要的。维纳滤波模型在50年代被推广到仅在有限时间区间内进行观测的平稳过程以及某些特殊的外平稳过程，其应用范围也扩充到更多的领域，至今它仍是处理各种动态数据(如气象、水文、地震勘探等)及预测未来的有力工具之一。; 维纳对科学发展所作出的最大贡献，是创立控制论。这是一门以数学为纽带，把研究自动调节、通信工程、计算机和计算技术以及生物科学中的神经生理学和病理学等学科共同关心的共性问题联系起来而形成的边缘学科。1947年10月，维纳写出划时代的著作《控制论》，1948年出版后，立即风行世界。维纳的深刻思想引起了人们的极大重视。它揭示了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律；为现代科学技术研究提供了崭新的科学方法；它从多方面突破了传统思想的束缚，有力地促进了现代科学思维方式和当代哲学观念的一系列变革。现在，控制论已有了许多重大发展，但维纳用吉布斯统计力学处理某些数学模型的思想仍处于中心地位。他定义控制论为：“设有两个状态变量，其中一个是能由我们进行调节的，而另一个则不能控制。这时我们面临的问题是如何根据那个不可控制变量从过去到现在的信息来适当地确定可以调节的变量的最优值，以实现对于我们最为合适、最有利的状态。” ?;1956年，美国贝尔曼R.Bellman发表《动态规划理论在控制过程中的应用》， 建立了最优控制的理论基础。 1956/1958年，前苏联的庞德里亚金发表了 《最优过程的数学理论》，提出了极大值原理（Maximum Principle）。 1960年，美籍匈牙利人卡尔曼R.E.Kalman 发表了“On the General Theory of Control Systems”，引入状态空间法分析系统，提 出了能控性、能观性、卡尔曼滤波等概念， 奠定了现代控制理论的基础。;1957年成立了国际自动控制联合会（IFAC：International Federation of Automatic Control）。; 70年代中期，自动化的应用开始面向大规模、复杂的系统，如大型电力系统、交通运输系统、国民经济系统等，运用现代控制理论方法已不能取得应有的成效，于是出现了： ——大系统理论 是指规模庞大、结构复杂、变量众多的信息与控制系统，如生产过程、交通运输、生物工程、社会经济和空间技术等复杂系统。;从控制论的观点看，人是最巧妙，最灵活的控制系统。 70年代始，人们开始尝试解决模拟人脑功能，形成了新的学科， 人工智能科学AI( Artificial Intelligence)，应用于控制系统后 ——智能控制（Intelligent Control） 具有某些仿人智能的工程