控制理论基础讲座.ppt

自动控制基础讲座 李晓明 Lxm_zju@ 个人主页 一、控制论产生的背景 社会背景 现代社会的生产和管理对于高度自动化水平的需要 直接原因 二战期间，维纳参加了火炮控制和电子计算机的研制工作。 1943年， 维纳、毕格罗和罗森勃吕特三人共同发表了《行为、目的和目的论》， 1948年维纳发表了著名的《控制论—关于在动物和机器中控制和通讯的科 学》，控制论诞生。 理论准备 数学分析, 微分方程, 统计数学,信息科学 二、我国古老的自动装置及其反映的控制思想 什么是自动化？ 一般是指生产、管理和科研过程中，在没有人的直接干预下，通过一定的技术装置，就能达到预定的目标。其中有关的技术装置，就是自动控制装置。 水钟 台湾植物公园入口处的现代化水钟 指南车(三国时期) 喷射飞机始祖”万户”(约十四世纪末) 三、近代科学技术史上的自动装置 四、控制论的基本概念和方法 1、什么是控制？ 为了改善某个对象的功能，需要获得并使用信息，以这种信息为基础而选出的，加于该对象上的作用。 五、控制论的主要分支 工程控制论 控制论在工程技术方面（机械的、电机的和电子的自动控制系统）上的运用。又称自动控制理论，或简称控制理论（control theory） 我国著名科学家钱学森1954年在美国出版了《工程控制论》一书。 三个阶段： 四十至五十年代：经典控制理论 六十至七十年代：现代控制理论 七十年代以后：大系统控制理论 一般自动控制系统的结构图 水位自动控制系统 自动控制的发展过程 热力系统的例子热力系统的人工反馈控制 热力系统的自动反馈控制 * * 基本要求： 希望同学们了解系统与控制理论思想的产生、发展与应用，掌握系统控制中的最基本思想——反馈，掌握系统控制中几类典型问题的研究方法与实际意义，并学以致用，探讨控制论在本专业具体实际中的应用。 社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会比十所大学更能把科学 推向前进。 —— 恩格斯 冬至日行速，夏至日行 迟 在这里可以暂时停下来指出一个关于是非曲直的教训：把中国看作一个有无限劳动力因而不可能发明和采用节省劳力措施的文化，这种传统的欧洲偏见已被许多事实揭穿并真正推翻了——我们在以上发明中就看到这个突出的实例。 总之，在这里中国人是长期优先的，而感到惊奇、感激和不开化的人是欧洲人。 参考书 ①英国科学家李约瑟（Joseph Needham）博士1928年《中国科学技术史》(Science and Civilization in China) ②刘仙洲(曾任北洋大学校长，清华大学副校长) 《中国机械工程发明史》 瓦特离心式调速器 因果关系 目的 反馈 “一切有目的的行为都可以看作需要负反馈的行为。” —— 《行为、目的和目的论》 突破了动物与机器之间的界限 航行问题 无负反馈时的航线 有负反馈时的航线 1、按偏差进行补偿的系统 特点：系统中至少有一个将输出量加以回输的闭合环路，是具有反馈的闭环系统。 2、按扰动进行调节的系统 特点：输入量按负荷的变化而成比例的改变以趋近目标值，是开环系统，抗干扰能力差。 控制思想 3、黑箱——灰箱——白箱 “知人知面不知心” 中医“望、闻、问、切” 输入 输出 生物控制论 体液调节，神经控制 维持血糖稳态的装置图 社会控制论 控制论用于社会的生产管理、交通运输、资源开发、环境保护等 人口控制 经济控制 宏观经济的最优控制、建立最优经济增长模型、最佳消费投资比例、最佳广告费用、有价证券选择、金融市场最优控制、基本建设投资优化问题等等。 智能控制论 控制论的最高阶段 控制理论 代替人手 代替人眼 自动反馈控制系统 恒温控制系统 掌握重要概念：反馈！ 智 能 控 制 开 环 控 制 确定性反馈控制 最 优 控 制 随 机 控 制 自适应、鲁棒控制 自 学 习 控 制 控制复杂性 进展方向