[理学]研究生现代控制工程绪论.ppt

课程目的 掌握现代控制理论的基本知识，锻炼研究生对于解决复杂系统的分析和综合等实际控制问题的能力, 特别是应用现代控制理论进行复杂机电系统的分析与综合的能力，从而将控制理论和电子技术相结合应用到机械系统中，实现智能化和自动化。这对于推动专业技术工作更加深入，充分发挥专业技术的潜能具有重要作用。 自动化科学与技术的历史沿革 中国古代的自动化装置 指南车 铜壶滴漏 对象和控制器形成控制系统 经典控制理论的形成、发展和应用 随动系统（伺服系统） 经典控制理论的发展和集大成者 现代系统与控制理论形成多个重要分支 自动化科学与技术的研究范畴 过程自动化与控制 综合自动化与计算机集成制造 机器人及应用 智能交通系统 巡航导弹和预警飞机 太空飞行 网络化系统 小世界网络拓扑 网络信息安全 传感器网络 综合自动化与计算机集成制造 计算机集成制造系统的结构 机器人理论与应用 智能汽车 高速列车 巡航导弹和预警飞机 预警飞机 太空飞行 国际空间站 神舟号载人飞船 网络化系统 集成化网络安全防卫系统演示配置图 传感器网络 以无线通信功能的微型传感器组成的传感器网络（Sensor Network）为基础的泛计算（Pervasive Computing）、泛监控（Pervasive Supervision）信息网络 国防和军事用途 传感器网络与RFID（Radio Frequency ID）技术相结合有可能全程监控物流和生产制造设备，彻底改变现有生产制造过程的控制与优化方法 物联网 物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。 智能交通系统 自动化科学与技术的新发展 自动化科学与技术正面临第三次突破 复杂性 智能化 网络化 期待大家的参与 现代复杂机电控制系统分析 小世界网络拓扑（参考哈佛大学David Pepyne博士讲稿） 网络信息安全 传感器网络 NSMS 通信 服务器 数据中心 Console 1 Console 2 Console 3 主机检测 控制台 XJTU Net Sensor (LINUX版) XJTU Net Sensor (WIN版) XJTU Host Sensor Snort Network Sensor WWW服务器 应用主机 1 应用主机 2 黑客 路由器 PIX 防火墙 Check Point 防火墙 WWW服务器 黑客2 * 传感器网络应用 RFID应用 RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。  智能织物 智能灰尘 能够探测疾病、监测心律和其他生命体征的电子纺织品 智能灰尘”并不是真正意义上的灰尘,实际上它是由无数超微型传感器组成的监测系统, 物联网：上海浦东国际机场防入侵系统 3万多个传感节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵 智能交通系统: 利用现代信息技术为核心，利用先进的通讯、计算机、自动控制、传感器技术，实现对交通的实时控制与指挥管理。 提高公路交通的安全性; 降低能源消耗，减少汽车运输对环境的影响;提高公路网络的通行能力;提高汽车运输生产率和经济效益 图1-14 数控机床工作台驱动系统 由于热、力、磨损、间隙造成的闭环控制失稳 秦川VTM180机床X-Y轴圆插补误差实测结果 C轴(旋转)误差测试结果 秦川Y7332A磨齿机温度-丝杠伸长以及运动误差试验结果 50分钟 复杂机电系统基础研究的思考 轧制板材厚度由压力、张力、速度、润滑综合确定 厚差、板型的变化——时变系统 发散、自激、复合强迫振动现象——非线性复杂耦合 复杂机电系统是一个非线性耦合系统 图8 热轧装备 复杂机电系统基础研究的思考 混合动力汽车能量管理 第一个层次：工作模式的切换规则，属于离散事件动态系统， 第二个层次：能量流的优化分配问题。多目标（燃料经济性，排放，成本等等）多变量（既包括连续变量又包括离散变量）的非线性动态优化问题。同时能量需求时变性与传动系统动力及运动传递的不确定性也增加了优化与控制的难度。 复杂机电系统基础研究的思考 整车控制系统：多输入多输出耦合系统 复杂机电系统基础研究的思考 三、古典控制理论与现代控制理论的比较： 1、古典控制理论： 五十年代末形成了完整的体系 1）把系统当作 “黑箱”，