对于非线性控制理论发展的回顾与展望..doc

对于非线性控制理论发展的回顾和展望 机械电子工程专业学生　　 指导老师　　摘要：本文扼要介绍了经典控制理论、现代控制理论及非线性控制理论的产生与发展过程，重点回顾了非线性控制理论的相关研究历史、现状与进展。区别了线性系统和非线性系统，并对非线性控制的几类主要方法进行了比较和区别，论述了它们各自的优缺点，最后概述了非线性控制理论研究面临的挑战。 Review and prospect of nonlinear control theory Student majoring in Mechatronic Engineering Chen Xinggu Tutor Lin Xiangze Abstract: This paper makes a brief introduction of the generation and development of classical control theory, modern control theory and nonlinear control theory, especially the research situation of nonlinear control theory. This paper also makes a compare of several main methods of nonlinear control and point out their advantages and disadvantages. At the end, it introduces challenges of nonlinear control theory and system in the future. Key words: nonlinear control theory; control method 引言 控制理论是现代自动控制技术发展的理论基础。而最初的反馈控制理论雏形最早可以追溯到公元前300年。 经典控制理论发展的起点被认为是以Nyquist于1932年发表的关于反馈放大器稳定性的经典论文为标志，在第二次世界大战期间武器控制的需要使经典的反馈控制理论得以发展并得到完善。二战之后，冷战的竞争以及发展空间技术的需要，促进了自动控制学科的发展。20世纪60年代，卡尔曼（R.E.Kalman）的状态变量法开创了现代控制理论的研究，庞特里亚金(Понтрягин)的极大值原理和贝尔曼的动态规划奠定了现代控制理论的基础。经典控制理论与现代控制理论以线性系统为研究对象，至今已形成了完整、系统的理论体系。 整个自动控制理论自创立至今已经过了三代的发展：第一代为20世纪初开始形成并于50年代趋于成熟的经典反馈控制理论；第二代为50、60年代在线性代数的数学基础上发展起来的现代控制理论；第三代为60年代中期即已萌芽，在发展过程中综合了人工智能、自动控制、运筹学、信息论等多学科的必威体育精装版成果并在此基础上形成的非线性控制理论以及智能控制理论。 经典控制理论(本质上是频域方法)和现代控制理论（本质上是时域方法都是建立在控制对象精确模型上的控制理论，而实际上的工业生产系统中的控制对象和过程大多具有非线性、时变性、变结构、不确定性、多层次、多因素等特点，难以建立精确的数学模型。因此传统的线性控制理论越来越难以满足现代工业的需要，由此催生了非线性控制理论的发展。 控制理论的产生与发展 1.1 经典控制理论 自动控制中一个最基本的概念是反馈。人类对反馈控制的应用最早可以追溯公元前300年左右。但是，直到工业革命时期，英国人James Watt发明蒸汽机离心飞锤式调速器，解决了在负载变化条件下保持蒸汽机基本恒速的问题，自动控制才引起人们的重视。后来，经过20世纪初Nyquist，Bode，Harris，Evans，Wienner，Nichols等人的杰出贡献，形成了经典反馈控制理论基础，到20世纪50年代，经典控制理论已趋于成熟。 经典控制理论主要用于解决反馈控制系统中控制器的分析与设计的问题。图1为反馈控制系统的简化原理框图。 图1反馈控制系统的简化原理框图 经典控制理论主要研究线性定常系统。经典控制理论中广泛使用的频率法和根轨迹法，是建立在传递函数基础上的。经典控制理论的特点是以传递函数为数学工具，本质上是频域方法，主要研究单输入单输出线性定常控制系统的分析与设计，对线性定常系统已经形成相当成熟的理论。典型的经典控制理论包括PID控制、Smith控制、解耦控制、Dalin控制、串级控制等。 经典控制理论尽管原则上只适宜于解决单输入单输出系统中的分析与设计问题，但是，经典控制理论至今仍活跃在各种工业控制领域中,它是进一步研究现代控制理论和智能控制理论的基础。 现代控制理论 随着20