现代控制理论(II)-讲稿-课件-ppt--1.pptVIP

现代控制工程基础 1.引言 * * 现代控制理论(II) Theory of Modern Control 谭跃刚 武汉理工大学机电工程学院 现 代 控 制 理 论 (II) 主要参考文献： （1）刘豹 主编：现代控制理论（第2版）. 机械工业出版社，2000年 （2）胡寿松 主编：自动控制原理（第五版）. 科学出版社，2007年 （3）绪方胜彦 著，卢伯英 等译：现代控制工程（第3版）. 电子工业出版社，2000年 （4）Graham C.Goodwin, Stefan F.Graebe, Mario E.Salgado: Control System Design. Published by Pearson Education Inc.,2001(清华大学出版社，英文影印版，2002年) （5）韩京清 等著：线性系统理论代数基础.（沈阳）辽宁科学技术出版社，1987年 现 代 控 制 理 论 (II) 开卷考试 考 试 9 15 控制系统的分析与设计（案例2） 讲 授 8 14 控制系统的分析与设计（案例1） 讲 授 7 13 系统的PID控制方法与设计 自 学 6 12 控制系统的综合分析与设计 讲 授 5 11 控制系统的状态观测器 自 学 4 10 控制系统的可控性和可观性、稳定性 讲 授 3 9 状态空间分析法 自 学 2 8 绪论与状态空间分析法的基本思想和方法 讲 授 1 7 教 学 内 容 教学方式 课次 周次 1.引言 2.状态空间分析法 3.系统的可控性和可观性 4.系统的稳定性 5.控制系统状态观测器 6.控制系统的综合分析与设计（案例） 现 代 控 制 理 论 (II) 1.1 何为控制 对系统或对象施加作用或限制，使其达到或保持某种规定或要求的运动状态。施加作用或限制的本质就是对系统的调节，其依据是给定任务目标和系统变化。因此，控制就是为了实现任务目标给系统或对象的调节作用。这种调节作用是由系统或对象自身完成时，就是自动控制。 控制的基本要素： （1）控制对象或系统。要了解对象的性质，需建立或辨识系统模型 （2）控制方法。确定适当的调节作用 （3）反馈。检验和协调控制作用 控制理论——基于这三个要素的综合，分析设计控制系统的原理和方法 现 代 控 制 理 论 (II) 自动控制(Automation Control) 在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置(称为控制装置或控制器)，使机器、设备或生产过程(称为被控对象)的某个工作状态或参数(称为被控量)自动地按照预定的规律运行。 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学 现 代 控 制 理 论 (II) 控制的分类 （1）按分析设计方法分：线性控制和非线性控制 （2）按参考输入信号分：常值控制和随动控制 （3）按控制信号种类分：连续控制和离散控制（数字控制） （4）按控制方式分：开环控制和闭环控制 控制的基本要求 （1）稳定性。这是控制系统正常工作的必要条件 （2）响应特性。包括动态响应特性和静态响应特性 （3）可靠性和鲁棒性。对干扰和变化有很强的抑制作用和适应能力 （4）可控性和可观性。这是反馈控制的充要条件 现 代 控 制 理 论 (II) 1.2 控制理论的基本分析设计方法 传统控制理论（经典控制理论、现代控制理论）对问题处理的基本方法和思路是：建立对象的数学模型，依此分析其性能是否满足控制性能要求，不满足或某部分不满足时，就用某种方法进行修正补偿或进行综合设计。 时域法（状态空间法） 频域法、根轨迹法 分析方法 状态方程（动态方程） 传递函数（频率特性函数） 描述方式 基于对象模型的分析设计 共同点 解析法 (状态反馈和输出反馈) 图形法、试凑法 (PID控制和校正装置) 设计方法 线性代数、矩阵论 积分变换(拉普拉斯变换) 数学工具 多输入/多数出系统(MIMO) 单输入/单输出系统(SISO) 研究对象 现代控制理论 经典控制理论 现 代 控 制 理 论 (II) 1.3 控制理论的产生与发展 按照控制系统分析设计方法和要求的不同，控制理论存在经典控制理论和现代控制理论之分。一般来说，1960年代以前形成的控制理论属于经典控制理论，其后形成的是现代控制理论。 控制理论的产生和发展，主要源于“(负)反馈”的概念。“(负)反馈”的精髓是“利用误差，纠正误差”，这就是说反馈可以补偿任何原因引起的误差。因此，应用(负)反馈可使系统在不确定性存在条件下达到要求的性能目标，但是反馈又引出了系统的稳定性和响应特性等问题，对这些问题的研究就成了控制理论的主要内容。 现 代 控 制 理 论 (II) 控制理论所追寻的目标是“最优控制”，其概念是在有限时间内实现性能函数极值