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第8章现代控制理论

第八章现代控制理论初步一、控制理论发展概况二、现代控制理论的主要特点三、现代控制理论基本内容1控制论：1948年美国数学家维纳《控制论》21940——1950经典控制理论单机自动化31960——1970现代控制理论机组自动化41970——1980大系统理论控制管理综合61990——21c集成控制理论网络控制自动化51980——1990智能控制理论智能自动化一、控制理论发展概况1875年，1895年，英国Routh和德国Hurwitz先后提出判别系统稳定性的代数方法。1892年，俄国李雅普诺夫在《论运动稳定性的一般问题》中建立了动力学系统的一般稳定性理论。1932年，Nyquist提出了根据频率响应判断系统稳定性的准则。1945年，美国Bode在《网络分析和反馈放大器设计》中提出频率响应分析法－Bode图。1788年，英国Wate利用反馈原理发明蒸汽机用的离心调速机。1948年，美国Wiener在《控制论－关于在动物和机器中控制和通信的科学》中系统地论述了控制理论的一般原理和方法。控制论：研究动物（包括人类）和机器内部控制和通信的一般规律的学科。1954年，钱学森的《工程控制论》在美国出版。－－标志控制学科的诞生－－奠定了工程控制论的基础2341经典控制理论特点研究对象：单输入、单输出线性定常系统。解决方法：频率法、根轨迹法、传递函数。非线性系统：相平面法和描述函数分析。数学工具：拉氏变换、常微分方程。局限性难以应用于时变系统、多变量系统。难以揭示系统更为深刻的特性。随着计算机技术、航空航天技术的迅速发展而发展起来的。现代控制理论研究对象：多输入、多输出系统，线性、定常或时变、离散系统。解决方法：状态空间法（时域方法）。数学工具：线性代数、微分方程。特点1965年，R.Bellman提出了寻求最优控制的动态规划方法。主要标志1958年，R.E.Kalman采用状态空间法分析系统，提出能控性、能观性、Kalman滤波概念1961年，庞特里亚金证明了最优控制中的极大值原理。大系统理论是指规模庞大、结构复杂、变量众多的信息与控制系统，如生产过程、交通运输、生物工程、社会经济和空间技术等复杂系统。01动力学模型的不确定性02测量信息的粗糙性和不完整性03动态行为或扰动的随机性04离散层次和连续层次的混杂性05系统动力学的高度复杂性06状态变量的高维性和分布性07各系统间的强耦合性复杂系统的特点：大系统结构分为三类：多级（递阶）控制多层控制（按任务）多段控制（如导弹轨迹控制）公司工厂车间决策、协调、计划、组织、管理计算机实现生产调度，过程控制的最优化调节装置协调控制级递阶控制级局部控制级模糊控制神经网络控制专家控制、遗传算法主要内容：智能控制是具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统，如智能机器人。利用知识进行学习、推理与联想，对环境干扰与不确定因素具有鲁棒性。(5)控制理论发展趋势企业：资源共享、因特网、信息集成信息技术+控制技术集成控制技术网络控制技术计算机集成制造CIMS：（工厂自动化）ComputerIntegratedManufacturingSystem应用：生物控制、经济控制、社会控制等01020304研究对象：线性系统、非线性系统、时变系统、多变量系统、连续与离散系统数学上：状态空间法方法上：研究系统输入/输出特性和内部性能内容上：线性系统理论、系统辨识、最优控制、自适应控制等二、现代控制理论的主要特点