线性系统理论第一课时 绪论.ppt

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1、第一章绪论重庆大学自动化学院柴毅魏善碧2引言1.1系统控制理论的研究对象1.2线性系统理论的基本概貌第1章绪论3引言系统大百科全书：系统由相互关联、相互制约、相互作用的一些部分组成的具有某种功能的有机整体。英文中系统一词(system)来源于古希腊文systēma，意为部分组成的整体。现代对系统的深入研究和开发始于军事系统和工程系统，随后扩展到生物系统、经济系统和社会系统等。系统按其功能或层次可划分为一些相互关联、相互制约、相互作用的组成部分。4引言控制掌握住对象不使任意活动或超出范围；或使其按控制者的意愿活动。（《现代汉语词典

2、》）控制，是指对事物起因、发展及结果的全过程的一种把握，是能预测和了解并决定事物的结果。自动控制与系统工程：为了改善系统的性能或达到系统的目的，通过信息采集和加工而选出的施加在系统上的作用，又称控制作用。5引言1845年安培《论科学的哲学》：给关于国务管理的科学取了一个名字——控制论（Cybernetique），试图建立一门政治科学。（cybernetics(控制论)一词来源于希腊文﹐原意为“掌舵人”﹐转意是“管理人的艺术”）1948年维纳《控制论（Cyberntics）—关于动物和机器的控制与通信的科学》：把只属于生物的有目的

3、的行为赋予机器，促进了一门科学的发展：关于机械系统与电气系统的控制与自动操作的科学。1954年（1958年中文版）钱学森《工程控制论》（EngineeringCyberntics）：研究控制论这门科学中能够直接工程上设计被控制系统。控制学科的研究、应用和推广，对人类的生产、生活等方式已经并正在产生深远的影响6引言线性系统的时间域理论，是指以时间域数学模型为系统描述，直接在时间域内分析和综合线性系统的运动和特性的理论和方法。系统和控制理论发展单输入-单输出关系的单变量高阶微分方程，分析方面主要限于运动的稳定性；多输入-多输出关系的

4、多变量状态空间描述，既能用于分析系统，又能进行系统综合。1.1系统控制理论的研究对象系统是系统控制理论的研究对象系统：是由相互关联和相互制约的若干“部分”所组成的具有特定功能的一个“整体”。系统具有如下3个基本特征：7整体性抽象性相对性作为系统控制理论的研究对象，系统常常抽去了具体系统的物理，自然和社会含义，而把它抽象为一个一般意义下的系统而加以研究。1.结构上的整体性；2.系统行为和功能由整体所决定在系统的定义中，所谓“系统”和“部分”这种称谓具有相对属性。1.1系统控制理论的研究对象动态系统8动态系统：所谓动态系统，就是运动

5、状态按确定规律或确定统计规律随时间演化的一类系统——动力学系统。动态系统是系统控制理论所研究的主体，其行为有各类变量间的关系来表征。系统变量可区分为三类形式uxy1.输入变量组；2.内部变量组；3.输出变量组1.1系统控制理论的研究对象9动态系统的分类本书中仅限于研究线性系统和集中参数系统从机制的角度从特性的角度从作用时间类型的角度连续系统按其参数的空间分布类型1.连续变量动态系统CVDS；2.离散事件动态系统DEDS1.线性系统；2.非线性系统1.连续时间系统；2.离散时间系统1.集中参数系统：属有维系统；2.分布参数系统：属

6、于无穷维系统1.1系统控制理论的研究对象10线性系统理论的研究对象为线性系统，其模型方程具有线性属性即满足叠加原理。若表征系统的数学描述为L系统模型是对系统或其部分属性的一个简化描述线性系统理论研究对象是(线性的)模型系统，不是物理系统。线性系统系统模型的作用：仿真、预测预报、综合和设计控制器模型类型的多样性：用数学模型描述、用文字、图表、数据或计算机程序表示数学模型的基本性：着重研究可用数学模型描述的一类系统建立数学模型的途径：解析、辨识系统建模的准则：折衷系统模型1.2线性系统理论的基本概貌11线性系统理论是一门以研究线性系

7、统的分析与综合的理论和方法为基本任务的学科。线性系统理论着重研究线性系统状态的运动规律和改变这种规律的可能性和方法，以建立和揭示系统结构、参数、行为和性能间确定的和定量的关系。主要内容发展过程数学模型经典线性系统理论分析理论综合理论现代线性系统理论1.2线性系统理论的基本概貌12把对线性系统的研究转化为状态空间中的相应几何问题，并采用几何语言来对系统进行描述，分析和综合把系统各组变量间的关系看作为是某些代数结构之间的映射关系，从而可以实现对线性系统描述和分析的完全的形式化和抽象化，使之转化为纯粹的一些抽象代数问题主要学派状态空间

8、法几何理论代数理论多变量频域方法