控制系统导论ppt培训课件

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1、AutomaticControlTheory河南理工电气学院自动控制原理罗宇锋联系电话：13782631982邮箱：zhanglyf@126.com助教：电气本：李敏捷，15824628877，D216电气：贾珍，18300629066，D219最初的闭环自动控制装置是1788年瓦特（J.Watt）发明的飞锤调速器的研究。四个阶段：经典控制理论阶段现代控制理论阶段大系统控制理论阶段智能控制阶段序：自动控制的发展简史1868年麦克斯韦尔（J.C.Maxwell）基于微分方程描述从理论上给出了它的稳定性条件。

2、1877年劳斯（E.J.Routh）,1895年古尔维茨（A.Hurwitz）分别独立给出了高阶线性系统的稳定性判据。经典控制理论阶段（传递函数作为系统数学模型）劳斯古尔维茨1892年，李雅普诺夫（A.M.Lyapunov）给出了非线性系统的稳定性判据。在同一时期，维什哥热斯基（I.A.Vyshnegreskii）也用一种正规的数学理论描述了这种理论。1922年米罗斯基(N.Minorsky)给出了位置控制系统的分析，并对PID三作用控制给出了控制规律公式。1942年，齐格勒（J.G.Zigler）和尼科

3、尔斯(N.B.Nichols)又给出了PID控制器的最优参数整定法。【上述方法基本上是时域方法】经典控制理论阶段（传递函数作为系统数学模型）1932年柰奎斯特(Nyquist)提出了负反馈系统的频率域稳定性判据。1940年，波德(H.Bode)进一步研究通信系统频域方法，提出了频域响应的对数坐标图描述方法。频域分析法主要用于描述反馈放大器的带宽和其他频域指标。经典控制理论阶段（传递函数作为系统数学模型）柰奎斯特作为贝尔电话实验室的工程师，在热噪声(Johnson-Nyquistnoise)和反馈放大器稳定

4、性方面做出了很大的贡献。他早期的理论性工作关于确定传输信息需满足的带宽要求，在《贝尔系统技术》期刊上发表了《影响电报速度传输速度的因素》文章，为后来香农的信息论奠定了基础。1927年，奈奎斯特确定了如果对某一带宽的有限时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且在抽样率达到一定数值时，根据这些抽样值可以在接收端准确地恢复原信号。为不使原波形产生“半波损失”，采样率至少应为信号最高频率的两倍，这就是著名的奈奎斯特采样定理。奈奎斯特1928年发表了《电报传输理论的一定论题》。1954年，他从贝尔实验室退休。美国物理学

5、家，1889年出生在瑞典。1976年在德克萨斯逝世。奈奎斯特对信息论做出了重大的贡献。奈奎斯特1907年移民到美国并于1912年进入北达克塔大学学习。1917年在耶鲁大学获得物理学博士学位。1917年～1934年在AT&T公司工作，后转入贝尔电话实验室工作小知识：奈奎斯特1943年，霍尔(A.C.Hall)利用传递函数（复数域模型）和方框图，把通信工程的频域响应方法和机械工程的时域方法统一起来，人们称此方法为复域方法。1948年伊文斯（W.Evans）又进一步提出了属于经典方法的根轨迹设计法，它给出了系统

6、参数变换与时域性能变化之间的关系。经典控制理论阶段（传递函数作为系统数学模型）总结：经典控制理论的分析方法为复数域方法,以传递函数作为系统数学模型，优点:可通过试验方法建立数学模型，物理概念清晰。缺点:只适应单变量线性定常系统，对系统内部状态缺少了解。经典控制理论阶段（传递函数作为系统数学模型）1954年贝尔曼(R.Bellman)的动态规划理论。1956年庞特里雅金(L.S.Pontryagin)的极大值原理。1960年卡尔曼（R.E.Kalman）的多变量最优控制和最优滤波理论。现代频域方法，自适应控

7、制理论和方法、鲁棒控制方法等。现代控制理论阶段（以状态空间表达式为模型）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）。小知识：卡尔曼RudolfEmilKalman，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。总结：状态空间方法属于时域

8、方法，其核心是最优化技术。它以状态空间描述（实质上是一阶微分或差分方程组）作为数学模型。适应于多变量、非线性、时变系统。现代控制理论阶段（以状态空间表达式为模型）20世纪70年代，随着控制理论应用范围的扩大，人们开始了对大系统理论的研究。大系统理论是过程控制与信息处理相结合的综合自动化理论基础，是动态的系统工程理论，具有规模庞大、结构复杂、功能综合、目标多样、因素众多等特点。它是一个多输入、多输出、多干扰、多变量的系统。大系统