现代控制理论讲稿01

1111现代控制理论基础ModernControlTheoryModernControlTheoryModernControlTheoryModernControlTheory中国海洋大学工程学院褚东升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，而且是进一步学习专业课程及进行工程实践的必要基础。学习现代控制理论的意义学习现代控制理论的意义学习现代控制理论的意义学习现代控制理论的意义1、是自动化专业的理论基础2、是提高学生专业理论水平的重要环节3、现代控制理论的思想和方法对许多课程和其他学科的学习有重要的借鉴作用4、是许多专业报考研究生的必考课ChaptChaptChaptChapt....Ⅰ概述§§§§1.1.1.1.产生与发展一、产生的环境一、产生的环境一、产生的环境一、产生的环境1.科学技术发展的需要科学技术发展的需要科学技术发展的需要科学技术发展的需要二十世纪50~6050~6050~6050~60年代复杂系统要能处理多变量时变等求，且高精度、优化运行等要高速、对各种控制系统提出了　　　电子计算机技术空间技术核能技术大发展呼唤新理论暴露经典理论的局限在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多．美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤．广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%．长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市总人口的37%．历史回顾历史回顾历史回顾历史回顾————————重要事件重要事件重要事件重要事件历史回顾：世界第一颗人造地球卫星(Sputnik)(Sputnik)(Sputnik)(Sputnik)Sputnik1wasthefirstartificialsatelliteSputnik1wasthefirstartificialsatelliteSputnik1wasthefirstartificialsatelliteSputnik1wasthefirstartificialsatellitelaunchedintospacelaunchedintospacelaunchedintospacelaunchedintospace1957195719571957年10101010月4444日，前苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星。从技术的角度，这标志着人类已经能够摆脱地球引力的束缚，飞出大气层，飞向宇宙星空，在当时世界，引起了巨大震动。2222历史回顾：世界上第一台数字式电子计算机““““ENIACENIACENIACENIAC””””1946194619461946年2222月,,,,美国宾夕法尼亚大学物理学家莫克利和工程师埃克特为首的数十人共同开发了世界上第一台通用数字电子计算机ElectronicNumericalIntegratorAndCalculatorElectronicNumericalIntegratorAndCalculatorElectronicNumericalIntegratorAndCalculatorElectronicNumericalIntegratorAndCalculator简称ENIACENIACENIACENIAC，译为电子数字积分机和计算机电子管:18000只电阻:70000个电容:10000只继电器:1500个耗电:140kW/h占地:170m2重量:30吨速度:5000次/秒ENIAC的主要任务是分析炮弹轨迹。当ENIAC公开展出时，一条炮弹的轨道用20s就能算出来，比炮弹本身的飞行速度还快。2222....科技发展为其产生所提供的条件科技发展为其产生所提供的条件科技发展为其产生所提供的条件科技发展为其产生所提供的条件1）现代数学——泛函分析、随机过程、离散数学、优化理论等（多种分析工具、软件基础）。2）数字计算机——现代控制方法的硬件实现工具(硬件基础)。二、应用成果和代表人物二、应用成果和代表人物二、应用成果和代表人物二、应用成果和代表人物1111、自动控制的几个发展阶段、自动控制的几个发展阶段、自动控制的几个发展阶段、自动控制的几个发展阶段（1）前期控制(EarlyControl)(1400B.C.-1900)（2）经典控制前期(ThePre-classicalPeriod)(1900-1935)（3）经典控制(ClassicalControl)(1935-1950)（4）现代控制(ModernControl)(1950-)2222、现代控制理论的发展、代表人物及成果、现代控制理论的发展、代表人物及成果、现代控制理论的发展、代表人物及成果、现代控制理论的发展、代表人物及成果(1950-)(1950-)(1950-)(1950-)二次世界大战中火炮、雷达、飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。五十年代后兴起的现代控制起源于冷战时期的军备竞赛，如导弹(发射，操纵，指导及跟踪)，卫星，航天器和星球大战，以及计算机技术的出现(英国科学家A.J.G.MacFarlane)。3333(2)美国R.Bellman在RANDCoporation数学部的支持下，发表著名的DynamicProgramming，建立最优控制的基础(1957)(3)国际自动控制联合会(IFAC)成立(1957)，中国为发起国之一，第一届学术会议于莫斯科召开(1960)(1)苏联L.S.Pontryagin发表“最优过程数学理论”，提出极大值原理(MaximumPrinciple)(1956)L.S.L.S.L.S.L.S.PontryaginPontryaginPontryaginPontryagin(4)美国MIT的ServomechanismLaboratory研制出第一台数控机床(1952)(5)(5)(5)(5)世界第一颗人造地球卫星(Sputnik)(Sputnik)(Sputnik)(Sputnik)由苏联发射成功(1957)(1957)(1957)(1957)Sputnik1wasthefirstartificialsatellitelaunchedSputnik1wasthefirstartificialsatellitelaunchedSputnik1wasthefirstartificialsatellitelaunchedSputnik1wasthefirstartificialsatellitelaunchedintospaceintospaceintospaceintospace1957.1957.1957.1957.LaikaLaikaLaikaLaika.Sputnik2.Sputnik2.Sputnik2.Sputnik2Oct.4,1957:LaunchoftherocketcarryingSputnik,thefirstman-Oct.4,1957:LaunchoftherocketcarryingSputnik,thefirstman-Oct.4,1957:LaunchoftherocketcarryingSputnik,thefirstman-Oct.4,1957:LaunchoftherocketcarryingSputnik,thefirstman-madesatellite.Photosofthelaunchwerenotinitiallyreleased.madesatellite.Photosofthelaunchwerenotinitiallyreleased.madesatellite.Photosofthelaunchwerenotinitiallyreleased.madesatellite.Photosofthelaunchwerenotinitiallyreleased.Thisphotoisastillfroma1967Sovietdocumentaryfilm.Thisphotoisastillfroma1967Sovietdocumentaryfilm.Thisphotoisastillfroma1967Sovietdocumentaryfilm.Thisphotoisastillfroma1967Sovietdocumentaryfilm.K.S.Pavlovitch(1906-1966),K.S.Pavlovitch(1906-1966),K.S.Pavlovitch(1906-1966),K.S.Pavlovitch(1906-1966),RussianspacecraftdesignerandRussianspacecraftdesignerandRussianspacecraftdesignerandRussianspacecraftdesignerandheaderoftheheaderoftheheaderoftheheaderoftheVostokVostokVostokVostokandandandandVoskhodVoskhodVoskhodVoskhodprojects.projects.projects.projects.(6)(6)(6)(6)美国GeorgeGeorgeGeorgeGeorgeDevolDevolDevolDevol研制出第一台工业机器人样机(1954)(1954)(1954)(1954)两年后，被称为机器人之父的JosephJosephJosephJosephEngelbergerEngelbergerEngelbergerEngelberger创立了第一家机器人公司，UnimationUnimationUnimationUnimation(7)(7)(7)(7)美籍匈牙利人R.E.R.E.R.E.R.E.KalmanKalmanKalmanKalman发表““““OntheOntheOntheOntheGeneralTheoryofControlSystemsGeneralTheoryofControlSystemsGeneralTheoryofControlSystemsGeneralTheoryofControlSystems””””等论文，引入状态空间法分析系统，提出能控性，能观测性，最佳调节器和kalmankalmankalmankalman滤波等概念，奠定了现代控制理论的基础(1960)(1960)(1960)(1960)R.E.R.E.R.E.R.E.KalmanKalmanKalmanKalman4444(8)(8)(8)(8)苏联东方-１号飞船载着加加林进入人造地球卫星轨道，人类宇航时代开始了(1961)1961,attheageof27,Gagarinlefttheearth.ItwasAprilthe12th,9.07Moscowtime(launch-site,Baikonur).108minuteslater,hewasback.Theperiodoforbitalrevolutionwas89:34minutes(thisfigurewascalculatedbyelectroniccomputers).Themissionsmaximumflightaltitudewas327000meters.Themaximumspeedreachedwas28260kilometersperhour.宇宙哥伦布----加加林AstampAstampAstampAstampissuedbyissuedbyissuedbyissuedbyRussiatoRussiatoRussiatoRussiatomemorizememorizememorizememorizeY.GagarinY.GagarinY.GagarinY.GagarinCapsuleusedinfirstmanne