第一章 控制理论的发展历程简介.ppt

1、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,1.1 控制理论的发展历程简介,1.1.1 经典控制理论 形成和发展 在20世纪30-40年代，初步形成。 在20世纪40年代形成体系。 频率理论 根轨迹法, 以SISO线性定常系统为研究对象。 以拉氏变换为工具，以传递函数为基础在 频率域中分析与设计。 经典控制理论的局限性 难以有效地应用于时变系统、多变量系统 难以有效地应用于非线性系统。,20世纪50年代后，随着航天等技术发展和控制理论应用范围的扩大，经典线性控制理论的局限性日趋明显，不能满足实际需要，也不能解决理论本身提出的一些问题，这就推动了线性系统的研究

2、，于是在1960年以后从经典阶段发展到现阶段。美国学者R.E.卡尔曼首先把状态空间法应用于多变量线性系统的研究，提出了能控性和能观测性两个基本概念。20世纪60年代以后，现代线性系统理论又有了新发展，出现了线性系统几何理论、线性系统代数理论和多变量频域方法等研究多变量系统的新理论和新方法。随着计算机技术的发展，以线性系统为对象的计算方法和计算辅助设计问题也受到普遍的重视。,1.1.2 现代控制理论, 在20世纪50年代形成 动态规划法 极大值原理 卡尔曼滤波, 上世纪60年代末至80年代迅速发展。 非线性系统 大系统 智能系统,1.1.2 现代控制理论, 现代控制理论的形成和发展,(2) 以M

3、IMO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。,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。 (3) 神经网络控制理论。 (4) 智能控制（专家系统、模糊控制、神经网络控制）,1.2 现代控制理论的主要内容, 线性系统理论 以状态空间法为主要工具研究多变量线性系统的理论。与经典线性控制理论相比，现代线性系统主要特点：研究对象一般是多变量线性系统，而经典线性理论则以单输入单输出系统为对象；除输入和输出变量外，还描述系统内部状态的变量；在分析和综合方面以时域方法为主

4、而经典理论主要采用频域方法；使用更多数据工具。,1.2 现代控制理论的主要内容, 最优滤波理论 滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。分经典滤波和现代滤波。 卡尔曼滤波: 最优滤波一定是“渐近稳定”的。大致说来，就是由初始误差、舍入误差及其他的不准确性所引起的效应，将随着滤波时间的延长而逐渐消失或趋于稳定, 不致形成误差的积累。,1.2 现代控制理论的主要内容, 系统辨识 根据系统的输入输出时间函数来确定描述系统行为的数学模型，是现代控制理论中的一个分支。对系统进行分析的主要问题是根据输入时间函数和系统的特性来确定输出信号。对系统进行控制的主要问题是根据系统的特性设计控制输入，使输出满足预先规定的要求。,1.2 现代控制理论的主要内容, 最优控制 最优控制是现代控制理论的核心，它研究的主要问题是：在满足一定约束条件下，寻求最优控制策略，使得性能指标取极大值或极小值。,1.2 现代控制理论的主要内容, 自适应控制 不论外界发生巨大变化或系统产生不确定性，控制系统能自行调整参数或产生控制作用，使系统仍能按某一性能指标运行在最佳状态的一种控制方法。 非线性系统理论 自动控制理论中，研究非线性系统的运动