现代控制理论电子课件第0章

ModernControlTheory沈阳建筑大学信息与控制工程学院ModernControlTheory绪论L01课程介绍学习方法学习要求参考文献ModernControlTheory绪论L01课程结构控制系统数学模型状态空间分析能控能观性分析稳定性分析系统综合设计ModernControlTheory绪论L01用学习教学目标应知应会教学内容重点难点教学方法理论联系实际启发式、讨论式学时安排：2ModernControlTheory绪论L01课程介绍本课程是自动化专业的一门专业基础课，通过本课程的学习，使学生掌握现代控制理论中最基本的内容，它不仅是控制理论的基础，而且是现代网络分析和线性系统理论的基础，进一步学习有关专业知识及进行工程实践打好必要的基础。ModernControlTheory绪论L01课程内容绪论控制系统的状态空间表达式控制系统状态空间分析线性控制系统能控性和能观性控制系统的稳定性分析线性定常系统的综合最优控制ModernControlTheory绪论L01教材及参考书教材:《现代控制理论》（第三版），刘豹主编，机械工业出版社参考书:Moderncontroltheory,WilliamL.Brogan,Ph.D.,PRENTICE-HALL,INC.EnglewoodCliffs,NewJersey《现代控制理论》，于长官，哈尔滨工业大学出版社《现代控制理论基础》，王照林，国防大学出版社ModernControlTheory绪论L01网络交流为了配合教与学，更好地掌握《现代控制理论》知识，交流学习经验，交换学习信息，在网络上建立了《现代控制理论》社区。社区建在Yahoogroups上，社区名称为ModernControlTheory。此社区是针对所开设的课程建立的，内容与教与学密切相关,欢迎同学加入该社区。ModernControlTheory绪论L01网络交流注册方法：向以下邮件地址发邮件，会得到一封自动回复的邮件，按邮件提示，进行简单填写，提交，然后等候批准。获得批准后即可加入社区，参加社区活动。[e-mail]建议：在Yahoo上建立帐号sjzu+校园卡编号，以此账号注册ModernControlTheory绪论L01网络交流社区所能提供的：Lecturenotes/slides,Relatedlearningmaterials,Outlineofthegeneralreview,Informationandnewsinthiscourse.ModernControlTheory绪论L01教学要求参加本课程的同学必须人手一册教材出勤听课记课堂笔记完成作业（缺课达到1/3，缺作业达1/4者取消正常考试资格。）ModernControlTheory绪论L01绪论本节主要内容学习现代控制理论的意义关于自动化的介绍控制理论的发展历程现代控制理论研究的对象、方法及内容现代控制理论与经典控制理论的对比ModernControlTheory绪论L01绪论学习现代控制理论的意义科学技术的发展不仅需要迅速地发展控制理论，而且也给现代控制理论的发展准备了两个重要的条件—现代数学和数字计算机。现代数学，例如泛函分析、现代代数等，为现代控制理论提供了多种多样的分析工具；而数字计算机为现代控制理论发展提供了应用的平台。在二十世纪五十年代末开始，随着计算机的飞速发展，推动了核能技术、空间技术的发展，从而对出现的多输入多输出系统、非线性系统和时变系统。ModernControlTheory绪论L01绪论学习现代控制理论的意义是自动化专业的理论基础是提高学生专业理论水平的重要环节是许多专业报考研究生的必考课ModernControlTheory绪论L01绪论关于自动化的介绍BriefIntroductiontoAutomation定义所谓自动化是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动的进行操作或运行。广义地讲，自动化还包括模拟或再现人的智能活动。DefinitionTheartofmakingprocessesormachinesself-actingorself-moving.Alsopertainstothetechniqueofmakingadevice,machine,processorproceduremorefullyautomatic.ModernControlTheory绪论L01绪论关于自动化的介绍BriefIntroductiontoAutomation自动化的理论基础自动化技术是一门新兴的科学技术，它以控制论、信息论和系统论为理论基础，以哲学的方法论为研究方法。FundamentalknowledgeofautomationCyberneticsInformationTheorySystemismModernControlTheory绪论L01绪论关于自动化的介绍BriefIntroductiontoAutomation狭义自动化和广义自动化狭义自动化是指工业自动化，自动化也是最早应用于工业生产领域的。广义的自动化包括工业自动化、生活自动化、办公自动化和商务自动化。ModernControlTheory绪论L01绪论控制理论的发展历程ProgressofControlTheory经典控制理论(ClassicalControlTheory)现代控制理论(ModernControlTheory)智能控制理论(IntelligentControlTheory)控制理论发展趋势(TrendofDevelopmentofControlTheory)ModernControlTheory绪论L01绪论控制理论的发展历程经典控制理论形成和发展在20世纪30-40年代，初步形成。在20世纪40年代形成体系。频率理论根轨迹法以SISO线性定常系统为研究对象。以拉氏变换为工具，以传递函数为基础在频率域中分析与设计。经典控制理论的局限性难以有效地应用于时变系统、多变量系统难以有效地应用于非线性系统。ModernControlTheory绪论L01绪论控制理论的发展历程现代控制理论现代控制理论的形成和发展FormationandProgress在20世纪50年代形成动态规划法极大值原理卡尔曼滤波上世纪60年代末至80年代迅速发展。非线性系统大系统智能系统ModernControlTheory绪论L01绪论控制理论的发展历程现代控制理论对象:以MIMO线性、非线性、时变与非时变系统为主要研究对象；工具：以线性代数和微分方程为工具，以状态空间法为基础。ModernControlTheory绪论L01绪论控制理论的发展历程智能控制理论1970——1980大系统理论控制管理综合1980——1990智能控制理论智能自动化1990——21c集成控制理论网络控制自动化专家系统，模糊控制，人工智能神经网络，人脑模型，遗传算法控制理论与计算机技术相结合→计算机控制技术SoftcomputingModernControlTheory绪论L01绪论控制理论的发展历程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）ModernControlTheory绪论L01绪论现代控制理论研究的对象、内容及方法现代控制理论研究的对象线性系统(Linearsystems)非线性系统(Nonlinearsystems)时变系统(Timevariablesystems)多变量系统(Multivariablesystems)连续与离散系统(Continuous/discretetimesystems)(P.177AboutLyapunov`sstabilitycriteriafornonlinearsystems)ModernControlTheory绪论L01绪论现代控制理论研究的对象、内容及方法现代控制理论研究的内容线性系统理论(TheoryofLinearSystems)非线性系统理论(TheoryofNonlinearSystems)最优控制(OptimalControl)系统辨识(SystemIdentification)自适应控制(AdaptiveControl)最优滤波理论等(OptimalfilteringTheory)ModernControlTheory绪论L01绪论现代控制理论研究的对象、内容及方法现代控制理论研究的方法研究系统输入/输出特性和内部性能(Input/outputpropertiesofsystemsandinternalperformance)ModernControlTheory绪论L01绪论现代控制理论与经典控制理论的对比共同区别对象主要内容系统分析：研究系统的原理和性能设计：改变系统的可靠性（综合性能）研究对象：单入单出（SIS0）系统，线性定常工具：传递函数(结构图)，已有初始条件为零时才适用试探法解决问题：PID串联、超前、滞后、反馈研究对象：多入多出（MIMO）系统、线性定常、非线性、时变工具：状态空间法、研究系统内部、输入－状态（内部）－输出改善系统的方法：状态反馈、输出反馈现代古典ModernControlTheory绪论L01绪论控制问题(ControlProblem)对于受控系统（广义系统）S，寻求控制规律u(t)，使得闭环系统满足给定的性能指标要求。ModernControlTheory绪论L01绪论控制问题(ControlProblem)建模(Modelling)：用数学模型描述被控对象分析(Analysing)：定性(Quality)：稳定性、能观能控性定量(Quantity)：时域指标、频域指标设计(Design)：控制器设计、满足性能要求结构设计参数设计实施(Implementation)：实现控制系统ModernControlTheory绪论L01绪论控制问题(ControlProblem)设计一个控制系统所涉及的内容：建模系统辨识信号处理控制方法的选择与确定ModernControlTheory绪论L01作业加入“现代控制理论”网上社区（选做）;复习上课内容;利用互联网查找有关经典控制理论和现代控制理论的形成和特点。ModernControlTheory绪论L01本章小结学习现代控制理论的意义关于自动化的介绍控制理论的发展历程现代控制理论研究的对象、方法及内容现代控制理论与经典控制理论的对比