自动化研究生专业外语——第七讲.ppt

1 第一章自动控制理论 1 2 第一章自动控制理论 1 1自动控制系统概述1 2经典控制理论1 3现代控制理论 2 3 4 稳定性 Stability Leavingtheconceptsofcontrollabilityandobservability weneedtoreexaminetheconceptsanddefinitionsofstabilitywithregardtocontinuous variablesystemsingeneral Asystemissaidtobestableiftrajectoriesleavinganinitialstatereturntoandremainwithinaspecifiedregionsurroundinganequilibriumstate ThisgeneraldefinitionofstabilityisoftenreferredtoasstabilityinthesenseofLyapunovandpermitslimitcyclesandvortices 4 IfthetrajectoriesofasystemthatisstableinthesenseofLyapunoveventuallyconvergetotheequilibriumstate thesystemissaidtobeasymptoticallystable asymptotically渐进地 Ifthesystemisstableonlyforinitialstateswithinaboundedregionofstatespace itissaidtobelocallystableorstableinthesmall Ifitisstableforallinitialstateswithintheentirestatespace itissaidtobegloballystableorstableinthelarge 5 5 最优控制 OptimumControl Inrecentyearsmuchattentionhasbeenfocuseduponoptimizingthebehaviorofsystem Aparticularproblemmayconcernmaximizingtherangofarocket maximizingtheprofitofabusiness minimizingtheerrorinestimationofpositionofanobject minimizingtheenergyorcostrequiredtoachievesomerequiredterminalstate oranyofavastvarietyofsimilarstatements Thesearchforthecontrolwhichattainsthedesiredobjectivewhileminimizing ormaximizing adefinedsystemcriterionconstitutesthefundamentalproblemofoptimizationtheory 6 最优控制理论研究的主要问题是 根据已建立的被控对象数学模型 选择一个容许的控制律 使得被控对象按预定要求运行 并使给定的某一性能指标达到极小值或极大值 从数学观点 最优控制理论研究的问题是求解一类带有约束条件的泛函极值问题 属于变分学的范畴 7 经典变分法只能解决容许控制属于开集的一类最优控制问题 即控制无约束 而在工程实践中所遇到的多为容许控制属于闭集的一类最优控制问题 即控制有约束 这就要求人们研究新方法 动态规划法和极小值原理 8 动态规划法1957年美国学者R E 贝尔曼建立 他发展了变分学中的哈密顿 雅克比方程 解决了控制有闭集约束的变分问题 极小值原理1958年前苏联学者庞特里亚金建立 他在力学哈密顿原理的启发下 推测并证明了极小值原理 解决了控制有闭集约束的变分问题 9 翻译学习五 Thesingle chipmicrocomputeristheculminationofboththedevelopmentofthedigitalcomputerandtheintegratedcircuit arguablythetwomostsignificantinventionsofthe20thcentury 单片机是数字计算机和集成电路发展中的一个顶峰 而这二者可以说是20世纪的两项最有意义的发明 culmination k lmi nei n 顶点 高潮 10 Today thereisinfactablurringbetweentherolesofmicroprocessoranddigitalsignalprocessor blurring bl ri 模糊 当前 微处理器和数字信号处理器两者的任务界限已经变得模糊了 Theexactingtolerancesdemandedoffiltersinspeechprocessingsystemssimplycouldnotbemaintainedovertimewithanalogtechniques subjectastheyaretotemperaturedrift componenttolerances andaging tolerances容许误差 11 Embeddedsystemsareonthecuttingedgeofconsumerelectronics poisedtorevolutionizevarioustechnologiesbymakingthem smarter cuttingedge前沿 尖端smarter智能化poisedto准备做某事 嵌入式系统是电子消费中最先进的技术 它们的 智能化 将彻底改变各种技术 在语音处理系统里使用模拟技术 滤波器对误差的苛刻要求得不到保证 这主要由于模拟技术存在温度漂移 元件误差和老化等问题 12 Thatis wewanttohaveinstrumentsthatcontrolthevariableswithoutrequiringinterventionfromtheoperator 这就是说 我们需要一些不用操作人员介入就可控制这些变量的设备 instruments仪器 设备 intervention介入 Thisexpressionshowsthatthegainisnotconstantbutratherafunctionofflow 此表达式说明增益不是常量 而是一个流量的函数 13 Neuralnetworksareperformingsuccessfullywhereothermethodsdonot recognizingandmatchingcomplicated vague orincompletepatterns 神经网络在识别匹配复杂 含糊和不完整图案的问题上得到了成功的应用 Operatingsystemshavedevelopedoverthepastthirtyyearsfortwomainpurposes First theyprovideaconvenientenvironmentforthedevelopmentandexecutionofprograms Second operatingsystemsattempttoschedulecomputationactivitiestoensuregoodperformanceofthecomputingsystem 14 6 线性二次型调节器 LinearQuadraticRegulatorControl Anadvantageofthequadraticoptimalcontrolmethodisthatitprovidesasystematicwayofcomputingthestatefeedbackcontrolgainmatrix QuadraticOptimalRegulatorProblems Weshallnowconsidertheoptimalregulatorproblemthat giventhesystemequation 15 determinesthematrixKoftheoptimalcontrolvector soastominimizetheperformanceindex whereQisapositive definite orpositive semidefinite realsymmetricmatrixandRisapositive definiterealsymmetricmatrix NotethatthesecondtermontherighthandsideofEquation 3 accountsfortheexpenditureoftheenergyofthecontrolsignals 消耗 16 ThematricesQandRdeterminetherelativeimportanceoftheerrorandtheexpenditureoftheenergy Aswillbeenseenlater thelinearcontrollawgivenbyEquation 2 istheoptimalcontrollaw Therefore iftheunknownelementsofthematrixKaredeterminedsoastominimizetheperformanceindex thenisoptimalforanyinitialstatex 0 17 Theblockdiagramshowingtheoptimalconfigurationisshowninthefollowingfigure NowletussolvetheoptimizationproblemwithMatlab Thecommandis 18 Example1 Considerthesystemgivenby where DeterminetheoptimalfeedbackgainmatrixKtom