现代控制理论第一章2012.ppt

线性控制系统 第一章 绪论 线性控制系统 第一章 绪论 * * 现代控制--线性控制系统（Linear control system） 中南大学信息科学与工程学院 黄挚雄 联系方式(zxhuang@csu.edu.cn) * * 学时安排 学 时：32 讲授：26 实验：6 学 分： 2 * * 教材 张嗣瀛, 高立群. 现代控制理论，清华大学出版社，2006 * * 参考书目 郑大钟(2002). 线性系统理论. 北京：清华大学出版社. ? [美]Katsuhiko Ogata著，卢伯英，于海勋等译，《现代控制工程》(第四版)，电子工业出版社； ?[澳]Goodwin, G.C., et al. Control System Design,北京：清华大学出版社； John J.D’Azzo. Linear Control System Analysis and Design (线性控制系统分析与设计，第4版). 北京：清华大学出版社? Richard C. Dorf, Robert H. Bishop. Modern Control Systems （Ninth Edition)（现代控制系统 第九版）. 北京：科学出版社 ?王枞. 控制系统理论及应用，北京邮电大学出版社。 * * 基础课程 专业基础： 自控原理 数学基础 线性代数 * * 教学方法 重点讲授： 基本概念+原理 着重培养学生的分析和综合能力： 提出问题→描述问题→运用原理和方法如何分析和解决问题→借助MATLAB理论证明或仿真验证 应用实例： 帮助以直观和具体的方式帮助消化和理解抽象的概念与原理 编程设计、演示(老师引导，自学为主) * * 教学要求 积极参与课堂讨论与主动回答老师提问； 按时独立完成作业 独立完成课程实验 习惯编程验算与验证 考核： 平时成绩（30%）+考试成绩（70%） * * 第一章 绪 论 1.1 控制理论的发展历程简介 1.2 现代控制理论的分支 1.3现代控制理论的发展 1.4现代控制理论－取得的成就 1.5现代控制理论的特点 1.6本课程的主要内容 1.1 控制理论的发展历程简介  * * 1868年马克斯韦尔（J.C.Maxwell）解决了蒸汽机调速系统中出现的 剧烈振荡的不稳定问题，提出了简单的稳定性代数判据。 1895年劳斯（Routh）与赫尔维茨（Hurwitz）把马克斯韦尔的思想扩展到高阶微分方程描述的更复杂的系统中,各自提出了两个著名的稳定性判据—劳斯判据和赫尔维茨判据。基本上满足了二十世纪初 期控制工程师的需要。 1.1.1 经典控制理论 ⑴ 形成和发展 * * 1.1 控制理论的发展历程简介 美国贝尔实验室的H. Bode（1938），以及Nyquist（1940）提出了频率响应法; 美国MIT的N. Wiener在研究随机过程的预测问题中，提出Wiener滤波理论（1942），发表了《Cybernetics》（1948）－控制学科诞生; H.Harris引入了传递函数概念(1942); 美国W. Evans提出根轨迹法(Root Locus Method) (1948) 。 我国著名科学家钱学森将控制理论应用于工程实践，并于1954年出版了《工程控制论》。  * * （2）20世纪30-40年代形成经典控制理论 传递函数模型 频率理论 根轨迹法 * * （3）控制理论存在的局限性 简单对象 SISO、线性、时不变系统---（LTI） 缺乏系统化方法 图形化方法，依赖于设计人员的经验 达到的性能要求较低，不能处理多目标性能。 （4）面临的挑战 对象日益复杂化、控制性能要求不断提高 （5）以拉普拉斯变换为工具 * * 1.1.2 现代控制理论(Modern Control) (1950- )  二次世界大战中火炮，雷达，飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。五十年代后兴起的现代控制起源于冷战时期的军备竞赛，如导弹(发射，操纵，指导及跟踪)，卫星，航天器和星球大战，以及计算机技术的出现(英国科学家A.J.G. MacFarlane)。 * * ⑴ 现代控制理论的形成和发展 1956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）； ?1957年，美国的贝尔曼发表了《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； ?1960年，美籍匈牙利人卡尔曼发