现代控制工程基础-讲稿-1.ppt

现代控制工程基础
主要参考文献:
(1)刘豹主编:现代控制理论(第2版). (北京)***出版社,2000年
(2)郭雷主编:控制理论导论. (北京)科学出版社,2005年
(3)绪方胜彦著,卢伯英等译:现代控制工程(第3版).(北京)电子工业出
版社,2000年
(4)Richard , Robert : Modern Control Systems. Published by
Pearson Education Inc.,2001(科学出版社,英文影印版,2002年)
(5) Graham , Stefan , Mario : Control System
Design. Published by Pearson Education Inc.,2001(清华大学出版社,英文
影印版,2002年)
(6)韩京清等著:线性系统理论代数基础.(沈阳)辽宁***,1987年
(7)须田信英等著,曹长修译:自动控制中的矩阵理论. 科学出版社,1979年


(状态空间分析法、可控性和可观性、稳定性等)




现代控制工程基础
现代控制工程基础
何为控制
对系统或对象施加作用或限制,使其达到或保持某种规定或要求的运动状态。施加作用或限制的本质就是对系统的调节,其依据是给定任务目标和系统变化。因此,控制就是为了实现任务目标给系统或对象的调节作用。这种调节作用是由系统或对象自身完成时,就是自动控制。
控制的基本要素:
(1)控制对象或系统。要了解对象的性质,需建立或辨识系统模型
(2)控制方法。确定适当的调节作用
(3)反馈。检验和协调控制作用
控制理论——基于这三个要素的综合,分析设计控制系统的原理和方法

自动控制(Automation Control)
在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置(称为控制装置或控制器),使机器、设备或生产过程(称为被控对象)的某个工作状态或参数(称为被控量)自动地按照预定的规律运行。
自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学
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控制的分类
(1)按分析设计方法分:线性控制和非线性控制
(2)按参考输入信号分:常值控制和随动控制
(3)按控制信号种类分:连续控制和离散控制(数字控制)
(4)按控制方式分:开环控制和闭环控制
控制的基本要求
(1)稳定性。这是控制系统正常工作的必要条件
(2)响应特性。包括动态响应特性和静态响应特性
(3)可靠性和鲁棒性。对干扰和变化有很强的抑制作用和适应能力
(4)可控性和可观性。这是反馈控制的充要条件
控制理论的基本分析设计方法
传统控制理论(经典控制理论、现代控制理论)对问题处理的基本方法和思路是:建立对象的数学模型,依此分析其性能是否满足控制性能要求,不满足或某部分不满足时,就用某种方法进行修正补偿或进行综合设计。
经典控制理论
现代控制理论
研究对象
单输入/单输出系统(SISO)
多输入/多数出系统(MIMO)
描述方式
传递函数(频率特性函数)
状态方程(动态方程)
数学工具
积分变换(拉普拉斯变换)
线性代数、矩阵论
分析方法
频域法、根轨迹法
时域法(状态空间法)
设计方法
图形法、试凑法
(PID控制和校正装置)
解析法
(状态反馈和输出反馈)
共同点
基于对象模型的分析设计
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控制理论的产生与发展
按照控制系统分析设计方法和要求的不同,控制理论存在经典控制理论和现代控制理论之分。一般来说,1960年代以前形成的控制理论属于经典控制理论,其后形成的是现代控制理论。
控制理论的产生和发展,主要源于“(负)反馈”的概念。“(负)反馈”的精髓是“利用误差,纠正误差”,这就是说反馈可以补偿任何原因引起的误差。因此,应用(负)反馈可使系统在不确定性存在条件下达到要求的性能目标,但是反馈又引出了系统的稳定性和响应特性等问题,对这些问题的研究就成了控制理论的主要内容。
控制理论所追寻的目标是“最优控制”,其概念是在有限时间内实现性能函数极值化。这个问题的定量描述和求解就形成了现代控制理论的主要内容。
请参阅:中科院自动化所王庆林:自动控制理论的早期发展历史. 自动化博览,1996,:22-25 (ibit/lunwen)
反馈控制和最优控制是控制理论中两个独立又相互联系的主题。
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经典控制理论的产生和