现代控制理论课程设计

1、控制理论:控制理论是讲述系统控制科学中具有新观念、新思想的理论研究 成果及其在各个领域中,特别是高科技领域中的应用研究成果,但是 在民用领域即实际生活中有很严重的脱节。现代控制理论:建立在状态空间法基础上的一种控制理论，是自动控制理论的一 个主要组成部分。在现代控制理论中,对控制系统的分析和设计主要 是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是时间域方 法。现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多， 包括线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统，单变量系统和多 变量系统。它所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上进行。发展过程:现代控制理论是在20世纪50年代中期迅速兴起

2、的空间技术的 推动下发展起来的。空间技术的发展迫切要求建立新的控制原理，以 解决诸如把宇宙火箭和人造卫星用最少燃料或最短时间准确地发射 到预定轨道一类的控制问题。这类控制问题十分复杂，采用经典控制 理论难以解决。1958年，苏联科学家几C.庞特里亚金提出了名为极大值原理的 综合控制系统的新方法。在这之前，美国学者R贝尔曼于1954年创 立了动态规划，并在1956年应用于控制过程。他们的研究成果解决 了空间技术中出现的复杂控制问题，并开拓了控制理论中最优控制理 论这一新的领域。I960 1961年，美国学者RE卡尔曼和R.S.布什 建立了卡尔曼布什滤波理论，因而有可能有效地考虑控制问题中所 存在

3、的随机噪声的影响，把控制理论的硏究范围扩大，包括了更为复 杂的控制问题。几乎在同一时期内，贝尔曼、卡尔曼等人把状态空间 法系统地引入控制理论中。状态空间法对揭示和认识控制系统的许多 重要特性具有关键的作用。其中能控性和能观测性尤为重要，成为控 制理论两个最基本的概念。到60年代初，一套以状态空间法、极大 值原理、动态规划、卡尔曼布什滤波为基础的分析和设计控制系统 的新的原理和方法已经确立，这标志着现代控制理论的形成。学科内容：按照发展的过程，我彳门通常把自动控制理论区分为经典控制理论 和现代控制理论两个部分。经典控制理论经典控制理论的研究对象是单输入单输出的自动 控制系统,特别是线性定常系统。

4、经典控制理论的特点是以输入输出 特性为系统的数学模型。现代控制理论所包含的学科内容十分广泛，主要的方面有:线性 系统理论、非线性系统理论、最优控制理论、随机控制理论和适应控 制理论。线性系统理论：它是现代控制理论中最为基本和比较成熟的一个 分支,着重于研究线性系统中状态的控制和观测问题，其基本的分析 和综合方法是状态空间法。按所采用的数学工具，线性系统理论通常 分成为三个学派 基于几何概念和方法的几何理论，代表人物是W.M. 旺纳姆;基于抽象代数方法的代数理论，代表人物是RE卡尔曼；基 于复变量方法的频域理论，代表人物是H.H.罗森布罗克。非线性系统理论：非线性系统的分析和综合理论尚不完善。硏

5、究 领域主要还限于系统的运动稳定性、双线性系统的控制和观测问题、 非线性反馈问题等。更一般的非线性系统理论还有待建立。从70年 代中期以来,由微分几何理论得出的某些方法对分析某些类型的非线 性系统提供了有力的理论工具。最优控制理论:最优控制理论是设计最优控制系统的理论基础， 主要研究受控系统在指定性能指标实现最优时的控制规律及其综合 方法。在最优控制理论中，用于综合最优控制系统的主要方法有极大 值原理和动态规划。最优控制理论的研究范围正在不断扩大，诸如大 系统的最优控制、分布参数系统的最优控制等。随机控制理论：随机控制理论的目标是解决随机控制系统的分析 和综合问题。维纳滤波理论和卡尔曼布什滤波

6、理论是随机控制理论 的基础之_。随机控制理论的_个主要组成部分是随机最优控制，这 类随机控制问题的求解有赖于动态规划的概念和方法。适应控制理论：适应控制系统是在模仿生物适应能力的思想基础 上建立的一类可自动调整本身特性的控制系统。适应控制系统的硏究 常可归结为如下的三个基本问题：识别受控对象的动态特性;在 识别对象的基础上选择决策;在决策的基础上做出反应或动作。智能系统:智能控制是人工智能和自动控制的结合物，是一类无需人的干预 就能够独立地驱动智能机器，实现其目标的自动控制。智能控制的注 意力并不放在对数学公式的表达、计算和处理上，而放在对任务和模 型的描述，符号和环境的识别以及知识库和推理机的设计开发上。智 能控制用于生产过程，让计算机系统模仿专家或熟练操作人员的经 验，建立起以知识为基础的广义模型，采用符号信息处理、启发式程 序设计、知识表示和自学习、推理与决策等智能化技术,对外界环境 和系统过程进行理解、判断、预测和规划，使被控对象按一定要求达 到预定的目的。智能控制的理论基础是人工智能,控制论，运筹学和系统学等学科 的交叉，它的主要特点是：同时具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型表示的 混合控制过程;智能控制的核匕'在高层控制，即组织级，它的主要任务在于对 实际环境或过程进行组织;系统获取的信息不仅是数