现代控制系统绪论

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1、现代控制理论贺容波安徽工业大学电气信息学院ModernControlTheory8/23/2021电气信息学院《现代控制理论课程》参考书自动控制原理（下册）国防工业出版社李友善现代控制理论基础机械工业出版社王孝武线性控制系统清华大学出版社郑大钟现代控制理论习题集图书馆相关书目8/23/2021电气信息学院《现代控制理论课程》绪论本章要点：1现代控制理论的产生与发展2现代控制理论的内容3现代控制理论与经典控制理论的差异4现代控制理论的应用5现代控制理论课程内容划分8/23/2021电气信息学院《现代控制理论课程》1现代控制理论的产生与发展控制理论作为一门科学技术，已经广泛地运用

2、于我们社会生活的方方面面。控制理论的产生和发展要分为以下几个阶段：1）经典控制理论经典控制理论（古典控制理论）,也称为自动控制理论。从二十世纪四十年代到五十年代末，经典控制理论的发展与应用使整个世界的科学水平出现了巨大的飞跃，几乎在工业、农业、交通运输及国防建设的各个领域都广泛采用了自动化控制技术。8/23/2021电气信息学院《现代控制理论课程》1932年奈奎斯特（H.Nyquist）提出了频域内研究系统的频率响应法，为具有高质量的动态品质和静态准确度的军用控制系统提供了所需的分析工具。1948年伊文斯（W.R.Ewans）提出了复数域内研究系统的根轨迹法。建立在奈奎斯特的

3、频率响应法和伊文斯的根轨迹法基础上的理论，称为经典（古典）控制理论（或自动控制理论）。8/23/2021电气信息学院《现代控制理论课程》经典控制理论的特点1）把系统当作“黑箱”，不反映黑箱内系统内部结构和内部变量，只反映外部变量，即输入输出间的因果关系；2）传递函数为基础，研究系统外部特性，属于外部描述，不完全描述；3）主要采用频域法，建立在根轨迹和奈奎斯特判据等基础之上的；4）局限性：局限于线性定常系统，不适合非线性和时变系统；是分析方法而不是最佳的综合方法，以试凑法为主，满足性能指标为目的，无法设计出最优的系统，仅针对某个性能指标，设计方案多样。局限于单输入单输出系统（S

4、ISO系统）;无法考虑系统的初始条件（传递函数的定义）；只能研究确定性的系统，不适合随机系统；8/23/2021电气信息学院《现代控制理论课程》2）现代控制理论的产生和发展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，从而出现了对多输入多输出系统、非线性系统和时变系统的分析与设计问题的解决需求。越来越复杂的系统

5、，经典控制理论已不能胜任，于50年代末60年代初出现了现代控制理论，是建立在古典控制理论基础上的新一代的控制理论。8/23/2021电气信息学院《现代控制理论课程》既适合线性定常系统，也适合非线性及系统现代控制理论的优点（相对于经典控制）分析综合方法，可实现最优控制考虑了初始条件，系统状态可以由初始条件和输入来刻划既适合确定性的系统，也适合随机系统既适合SISO系统，也适合MIMO(多输入多输出)系统8/23/2021电气信息学院《现代控制理论课程》现代控制理论与经典控制理论的差异经典控制理论现代控制理论研究对象单输入单输出系统(SISO):高阶微分方程多输入多输出系统(MI

6、MO):一阶微分方程研究方法传递函数法(外部描述)状态空间法(内部描述)研究工具拉普拉斯变换线性代数，矩阵理论分析方法频域(复域),频率响应和根轨迹法复域、实域，可控和可观测设计方法PID控制和校正网络状态反馈和输出反馈其他频率法的物理意义直观、实用，难于实现最优控制易于实现实时控制和最优控制8/23/2021电气信息学院《现代控制理论课程》1.五十年代后期，贝尔曼（Bellman）等人提出了状态分析法；在1957年提出了动态规划——最优控制的理论基础。2.1959年卡尔曼（Kalman）和布西创建了卡尔曼滤波理论；1960年在控制系统的研究中成功地应用了状态空间法，并提出了

7、可控性和可观测性的新概念。卡尔曼8/23/2021电气信息学院《现代控制理论课程》卡尔曼介绍匈牙利数学家，1930年出生于匈牙利首都布达佩斯。1953、1954年于麻省理工学院分别获得电机工程学士及硕士学位。1957年于哥伦比亚大学获得博士学位。在现代控制理论中的卡尔曼滤波器，正是源于他的博士论文和1960年发表的论文《ANewApproachtoLinearFilteringandPredictionProblems》（线性滤波与预测问题的新方法）。后又发表了《控制系统的一般理论》、《线性估计和辨识问