现代控制理论与工程课件

1、 1.1 现代控制理论的基本概念现代控制理论的基本概念 与古典控制理论相比，现代控制理论主与古典控制理论相比，现代控制理论主要用来解决多输入要用来解决多输入-多出系统的问题，并且被多出系统的问题，并且被控对象可以是线性或非线性系统、定常或时控对象可以是线性或非线性系统、定常或时变系统。现代控制理论是基于时域的状态空变系统。现代控制理论是基于时域的状态空间分析方法，主要实现系统最优控制的研究。间分析方法，主要实现系统最优控制的研究。现代控制理论的名称是在现代控制理论的名称是在1960年召开的美国年召开的美国自动化大会上正式提出来的。自动化大会上正式提出来的。 另一方面，对于上述复杂控制问题，应用

2、另一方面，对于上述复杂控制问题，应用古典控制理论很难解决。在这种背景下，现代古典控制理论很难解决。在这种背景下，现代控制理论应运而生。而且计算机技术和现代数控制理论应运而生。而且计算机技术和现代数学的进步也为现代控制理论的发展提供了有力学的进步也为现代控制理论的发展提供了有力的支持。庞德里亚金的极大值原理、贝尔曼的的支持。庞德里亚金的极大值原理、贝尔曼的动态规划和卡尔曼滤波的理论成果，奠定了现动态规划和卡尔曼滤波的理论成果，奠定了现代控制理论的基础。代控制理论的基础。 焊接机器人的组成焊接机器人的组成1焊炬焊炬送丝机送丝机焊丝焊丝焊接电源焊接电源机器人关节机器人关节机器人本体机器人本体电弧焊电

3、弧焊 而汽车制造过程中的激光焊接、轧钢过而汽车制造过程中的激光焊接、轧钢过程的滚轮控制及石油化工提炼等都应用了最程的滚轮控制及石油化工提炼等都应用了最优控制技术。显然，随着控制理论与计算机优控制技术。显然，随着控制理论与计算机技术的不断发展，现代控制理论内容也会不技术的不断发展，现代控制理论内容也会不断得到进一步的充实，并在工程上得到更广断得到进一步的充实，并在工程上得到更广泛的应用，创造更大的经济和社会效益。泛的应用，创造更大的经济和社会效益。 1.2 现代控制理论的基本内容现代控制理论的基本内容 现代控制理论主要包括以下内容。现代控制理论主要包括以下内容。 1. 线性系统理论线性系统理论

4、主要包括系统的数学模型、运动分析、稳主要包括系统的数学模型、运动分析、稳定性分析、能控与能观测性、状态反馈与观测器定性分析、能控与能观测性、状态反馈与观测器等问题。等问题。 2最优控制最优控制 在给定的约束条件和评价函数（目标函数）在给定的约束条件和评价函数（目标函数）下，寻求使系统性能指标最优的控制规律。其中，下，寻求使系统性能指标最优的控制规律。其中，庞德里亚金极大值原理和贝尔曼的动态规划是最庞德里亚金极大值原理和贝尔曼的动态规划是最重要的两种方法。重要的两种方法。焊接机器人实物图图1-6 闭环控制系统iucXiucX tuU tucYLRLC110AL10B01C 0D52 输出方程状态

5、方程DUCXYBUAXX UDXCYUBXAXttttububububyayayaynnnnnnnn11011)1()()()(ubyayayaynnnnn11)()( )1(21nnyxyxyxubxaxaxaubyayayayxxyxxyxnnnnnnnnnn1211)1(11)(3)2(221ubxxxaaaaxxxnnnnnn001000010000102112121nxxxy21001uyyyy76103 yx 1yx2yx 3uxxxxxx7003106100010321321321001xxxyububububyayayaynnnnnnnn11011)1()()()( uxxxaaaaxxxnnnnnn212112121100001000010 uxxxyn02100101111021122011100nnnnnaaabaababbuuyyyy64016064019218 181a1922a6403a010 bb1602b6403b2