现代控制理论1第一章 学习课件

2025/2/281现代控制

--线性控制系统（Linearcontrolsystem）中南大学信息科学与工程学院2025/2/282学时安排学时：32

讲授：28实验：4学分：22025/2/283教材张嗣瀛,高立群.现代控制理论，清华大学出版社，2006黄家英.自动控制原理（上下册），高等教育出版社，20102025/2/284参考书目

郑大钟(2002).线性系统理论.北京：清华大学出版社.•[美]KatsuhikoOgata著，卢伯英，于海勋等译，《现代控制工程》(第四版)，电子工业出版社；•[澳]Goodwin,G.C.,etal.ControlSystemDesign,北京：清华大学出版社；

JohnJ.D’Azzo.LinearControlSystemAnalysisandDesign(线性控制系统分析与设计，第4版).北京：清华大学出版社

RichardC.Dorf,RobertH.Bishop.ModernControlSystems（NinthEdition)（现代控制系统第九版）.北京：科学出版社•王枞.控制系统理论及应用，北京邮电大学出版社。2025/2/285基础课程专业基础：自控原理数学基础线性代数2025/2/286第一章绪论

1.1控制理论的发展历程简介1.2现代控制理论的主要内容2025/2/2871.1控制理论的发展历程简介

1.1.1经典控制理论

⑴形成和发展

美国贝尔实验室的H.Bode（1938），以及Nyquist（1940）提出了频率响应法;

美国MIT的N.Wiener在研究随机过程的预测问题中，提出Wiener滤波理论（1942），发表了《Cybernetics》（1948）－控制学科诞生;

美国W.Evans提出根轨迹法(RootLocusMethod)(1948)

。

2025/2/288（2）20世纪30-40年代形成经典控制理论

传递函数模型

频率理论

根轨迹法2025/2/289（3）控制理论存在的局限性简单对象SISO、线性、时不变系统---（LTI）缺乏系统化方法图形化方法，依赖于设计人员的经验达到的性能要求较低，不能处理多目标性能。（4）面临的挑战对象日益复杂化、控制性能要求不断提高（5）以拉普拉斯变换为工具

2025/2/28101.1.2现代控制理论(ModernControl)(1950-)

二次世界大战中火炮，雷达，飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。五十年代后兴起的现代控制起源于冷战时期的军备竞赛，如导弹(发射，操纵，指导及跟踪)，卫星，航天器和星球大战，以及计算机技术的出现(英国科学家A.J.G.MacFarlane)。2025/2/2811⑴现代控制理论的形成和发展1956年，前苏联的庞德里亚金发表了《最优过程的数学理论》，提出了极大值原理（MaximumPrinciple）；•1957年，美国的贝尔曼发表了《动态规划理论在控制过程中的应用》，建立了最优控制的理论基础；•1960年，美籍匈牙利人卡尔曼发表了“OntheGeneralTheoryofControlSystems”，引入状态空间法分析系统，提出了能控性、能观性、卡尔曼滤波等概念，奠定了现代控制理论的基础；

2025/2/28121957年成立了国际自动控制联合会（IFAC：InternationalFederationofAutomaticControl）。上世纪60年代末至70年代迅速发展：非线性系统、大系统和智能系统。2025/2/2813(2)以MIMO线性、非线性、时变与非时变系统为主要研究对象。(3) 以线性代数和微分方程为工具，以状态空间法为基础。

2025/2/2814

1.1.3上世纪80年代以来出现了新的控制思想和控制理论

(1) 多变量频率域控制理论。

(2) 模糊控制理论。2025/2/28151.2现代控制理论的主要内容

返回⑴线性系统理论⑵最优滤波理论⑶系统辨识⑷最优控制⑸自适应控制⑹非线性系统理论2025/2/28161.3现代控制理论－取得的成就•1957年发射了第一颗人造地球卫星；•工业机器人产品；•1961年载人航天（加加林）；•1966年月球软着陆；•1969年登陆月球。2025/2/28171.4现代控制理论－特点•描述对象的方法状态空间模型，适用于多输入多输出、时变、非线性系统•处理方法应用现代数学方法，以计算机作为工具，系统化的分析和综合方法；•实现多目标控制；•预测控制、鲁棒控制、模糊控制等先进控制。2025/2/2818本课程内容•状态空间模型(model