《控制理论概要》PPT课件

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1、智能控制理论主讲人:李俊民西安电子科技大学数学系控制论学科属于数学学科下属的五个二级学科之一数学一级学科二级学科：基础数学；计算数学；概率统计；应用数学运筹学与控制论：应用背景最强的学科，是控制工程的理论。工业自动化，机器人系统中有重要的应用。第一讲控制理论概况介绍提纲Outline控制问题实例控制的概念及其分类控制科学发展简史与挑战控制理论研究热点问题控制论国际国内著名杂志和会议课程要求与考试提纲Outline控制问题实例控制的概念及其分类控制科学发展简史与挑战控制理论研究热点问题控制论国际国内著名杂志和会议课程要求与考试1控制基本问题—实例1(a)手动控制漫画(b)自动控制图1水温的手动控

2、制和自动控制的示意图图1中水温的操作员要用手（通过感觉）来测试水的温度，并将此温度与他要求的值（给定值）相比较（通过大脑）。同时他要决定（通过大脑）：他的手应该朝哪个方向旋转加温用的蒸汽阀门和旋转多大的角度。采用自动控制时上述功能都有各种的元件和仪表来代替。例如，温度测量元件、控制记录仪表和调节阀等。调节问题（Regulation）实例2--防空导弹制导系统1-目标跟踪雷达2-导弹导引雷达3-计算机雷达4-导弹发射架各种现代火炮的俯仰角和方位角都是自动控制的，特别用双雷达控制的防空导弹可以自动跟踪高空的飞行目标进行命中爆炸（图2）。跟踪问题(Tracking)现代社会和现代生活离不开对

3、一些物理量的控制，包括实现对这种控制的自动化。例如公共电网上的电压是50周、220伏的交流电。为此，在发电厂就要设法控制电压、频率这两物理量为恒值，这要采用自动调压和自动调频装置。在工业生产中，如在化肥厂控制反应釜（塔）内温度和压力为恒值，使化学反应速度加快。在机械加工厂金属切削机床上，经常是控制工件或刀具的转速为恒值，使产品的质量、产量能提高。而各种现代火炮的俯仰角和方位角都是自动控制的。现代生活中，空调器保持室内温度为恒值、卫生洁具水箱的水位也保持为恒值。其它如冰箱、洗衣机无不进行一些物理量的控制为恒值，而洗衣机更把洗衣、漂洗和脱水等操作自动按程序进行。控制系统遍布现代社会和现代生活!人

4、类离不开自动控制装置和设备.提纲Outline控制问题实例控制的概念及其分类控制科学发展简史与挑战控制理论研究热点问题控制论国际国内著名杂志和会议课程要求与考试控制的工程概念控制概念的关键是反馈，它的工程概念是指用一个机器或过程偏离所期望的运行状态的偏差来推动一个装置，使机器或过程回到期望的状态。该概念适合于自动调节系统，自动跟踪系统等工程系统。1948年Wiener(维纳)将通讯和控制系统的控制机理和生物机体中某些控制机制加以类比，形成控制论控制概念的一般定义对于某个确定对象或过程，根据给定的目标或任务所采取的行为或决策。该概念可以应用于更一般的系统,如经济系统、社会系统、生物系统和方法论中

5、。控制基本问题的分类调节问题（Regulation）跟踪问题(Tracking)提纲Outline控制问题实例控制的概念及其分类控制科学发展简史与展望控制理论研究热点问题控制论国际国内著名杂志和会议课程要求与考试控制科学发展历史及其展望1经典控制理论阶段远在十七世纪人类就利用对反馈和控制的认识，创造了许多装置，如古老的钟表机构，水轮及风力磨房的速度调节。1765年瓦特（JamesWate）发明了蒸汽机，利用离心式飞锤调速器原理控制蒸汽机，标志着人类以蒸汽为动力的机械化时代的开始，对第一次工业革命产生了重大作用。公元1788年J.瓦特将离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速的闭环自动

6、调速系统（图3）1868年Maxwell发表的“关于调节器”一文指出，控制系统的品质可用微分方程来描述，系统的稳定性可用特征方程根的位置和形式来确定。1875年Routh利用多项式根的组方法建立了判断实多项式右半平面根个数的算表从而给出了判别稳定性的Routh判据。1895年赫尔维茨(Hurwitz),采用多项式系数排成的矩阵的主子式的符号来判断右半平面根的个数和稳定性。先后找到了系统稳定的代数判据，即系统特征根具有负实部是系统稳定的充要条件。1892年俄国学者Lyapunov发表了“论运动稳定性的一般问题”的博士论文提出了用适当的能量函数——Lyapunov函数和正定性及其导数的负定性来鉴别

7、系统的稳定性准则，从而总结和发展了系统的经典时域分析法。1927年Black发明了负反馈放大器1932年美国贝尔实验室工程师Nyquist发表了反馈放大器稳定性的著名论文，给出了系统稳定的Nyquist判据。后来苏联学者米哈依洛夫又把Nyquist判据推广到条件稳定的开环不稳定系统的一般情况，由Nyquist判据而提出的频率响应理论为控制工程师提供了设计一个具有高度质量动态品质及静态准确度的控制系