第一章 控制理論的發(fā)展歷程簡(jiǎn)介.ppt

1、第一章 緒 論,1.1 控制理論的發(fā)展歷程簡(jiǎn)介 1.2 現(xiàn)代控制理論的主要內(nèi)容,1.1 控制理論的發(fā)展歷程簡(jiǎn)介,1.1.1 經(jīng)典控制理論 形成和發(fā)展 在20世紀(jì)30-40年代，初步形成。 在20世紀(jì)40年代形成體系。 頻率理論 根軌跡法, 以SISO線性定常系統(tǒng)為研究對(duì)象。 以拉氏變換為工具，以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)在 頻率域中分析與設(shè)計(jì)。 經(jīng)典控制理論的局限性 難以有效地應(yīng)用于時(shí)變系統(tǒng)、多變量系統(tǒng) 難以有效地應(yīng)用于非線性系統(tǒng)。,20世紀(jì)50年代后，隨著航天等技術(shù)發(fā)展和控制理論應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，經(jīng)典線性控制理論的局限性日趨明顯，不能滿足實(shí)際需要，也不能解決理論本身提出的一些問題，這就推動(dòng)了線性系統(tǒng)的研究

2、，于是在1960年以后從經(jīng)典階段發(fā)展到現(xiàn)階段。美國學(xué)者R.E.卡爾曼首先把狀態(tài)空間法應(yīng)用于多變量線性系統(tǒng)的研究，提出了能控性和能觀測(cè)性兩個(gè)基本概念。20世紀(jì)60年代以后，現(xiàn)代線性系統(tǒng)理論又有了新發(fā)展，出現(xiàn)了線性系統(tǒng)幾何理論、線性系統(tǒng)代數(shù)理論和多變量頻域方法等研究多變量系統(tǒng)的新理論和新方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以線性系統(tǒng)為對(duì)象的計(jì)算方法和計(jì)算輔助設(shè)計(jì)問題也受到普遍的重視。,1.1.2 現(xiàn)代控制理論, 在20世紀(jì)50年代形成 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法 極大值原理 卡爾曼濾波, 上世紀(jì)60年代末至80年代迅速發(fā)展。 非線性系統(tǒng) 大系統(tǒng) 智能系統(tǒng),1.1.2 現(xiàn)代控制理論, 現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展,(2) 以M

3、IMO線性、非線性、時(shí)變與非時(shí)變系統(tǒng)為主要研究對(duì)象。 (3)以線性代數(shù)和微分方程為工具，以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)。,1.1.3 上世紀(jì)80年代以來出現(xiàn)了新的控制思想 和控制理論 (1) 多變量頻率域控制理論。 (2) 模糊控制理論。 (3) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論。 (4) 智能控制（專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制）,1.2 現(xiàn)代控制理論的主要內(nèi)容, 線性系統(tǒng)理論 以狀態(tài)空間法為主要工具研究多變量線性系統(tǒng)的理論。與經(jīng)典線性控制理論相比，現(xiàn)代線性系統(tǒng)主要特點(diǎn)：研究對(duì)象一般是多變量線性系統(tǒng)，而經(jīng)典線性理論則以單輸入單輸出系統(tǒng)為對(duì)象；除輸入和輸出變量外，還描述系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的變量；在分析和綜合方面以時(shí)域方法為主

4、而經(jīng)典理論主要采用頻域方法；使用更多數(shù)據(jù)工具。,1.2 現(xiàn)代控制理論的主要內(nèi)容, 最優(yōu)濾波理論 濾波是將信號(hào)中特定波段頻率濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。分經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。 卡爾曼濾波: 最優(yōu)濾波一定是“漸近穩(wěn)定”的。大致說來，就是由初始誤差、舍入誤差及其他的不準(zhǔn)確性所引起的效應(yīng)，將隨著濾波時(shí)間的延長而逐漸消失或趨于穩(wěn)定, 不致形成誤差的積累。,1.2 現(xiàn)代控制理論的主要內(nèi)容, 系統(tǒng)辨識(shí) 根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出時(shí)間函數(shù)來確定描述系統(tǒng)行為的數(shù)學(xué)模型，是現(xiàn)代控制理論中的一個(gè)分支。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析的主要問題是根據(jù)輸入時(shí)間函數(shù)和系統(tǒng)的特性來確定輸出信號(hào)。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制的主要問題是根據(jù)系統(tǒng)的特性設(shè)計(jì)控制輸入，使輸出滿足預(yù)先規(guī)定的要求。,1.2 現(xiàn)代控制理論的主要內(nèi)容, 最優(yōu)控制 最優(yōu)控制是現(xiàn)代控制理論的核心，它研究的主要問題是：在滿足一定約束條件下，尋求最優(yōu)控制策略，使得性能指標(biāo)取極大值或極小值。,1.2 現(xiàn)代控制理論的主要內(nèi)容, 自適應(yīng)控制 不論外界發(fā)生巨大變化或系統(tǒng)產(chǎn)生不確定性，控制系統(tǒng)能自行調(diào)整參數(shù)或產(chǎn)生控制作用，使系統(tǒng)仍能按某一性能指標(biāo)運(yùn)行在最佳狀態(tài)的一種控制方法。 非線性系統(tǒng)理論 自動(dòng)控制理論中，研究非線性系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)