《自动控制原理——现代控制理论 Modern Control Theory》课程教学资源（PPT课件）第一章 绪论

现代控制理论 Modern Control Theory

现代控制理论 Modern Control Theory

第一章绪论 1.1控制理论发展概况 1.2现代控制理论的主要特点 1.3现代控制理论基本内容 1.4本课程内容 教学计划安排

第一章 绪论 1.1 控制理论发展概况 1.2 现代控制理论的主要特点 1.3 现代控制理论基本内容 1.4 本课程内容 教学计划安排

第一章绪论 1.1控制理论发展概况 控制论:1948年美国数学家维纳《控制论》 1940—1950经典控制理论单机自动化 1960——1970现代控制理论机组自动化 1970——1980大系统理论控制管理综 1980——1990智能控制理论智能自动化 199021c集成控制理论网络控制自动化

第一章 绪论 1.1 控制理论发展概况  控制论：1948年 美国数学家维纳《控制论》  1940——1950 经典控制理论 单机自动化  1960——1970 现代控制理论 机组自动化  1970——1980 大系统理论 控制管理综合  1980——1990 智能控制理论 智能自动化  1990——21c 集成控制理论 网络控制自动化

1788年,英国Wate利用反馈原理发明蒸汽机 用的离心调速机 n1875年,1895年,英国 Routh和德国 Hurwitz 先后提出判别系统稳定性的代数方法 1892年,俄国李雅普诺夫在《论运动稳定性 的一般问题》中建立了动力学系统的一般稳 定性理论。 ■1932年, Nyqui!t提出了根据频率响应判断系 统稳定性的准则。 1945年,美国Bode在《网络分析和反馈放大 器设计》中提出频率响应分析法-Bode图

 1788年，英国Wate利用反馈原理发明蒸汽机 用的离心调速机。  1875年，1895年，英国Routh和德国Hurwitz 先后提出判别系统稳定性的代数方法。  1892年，俄国李雅普诺夫在《论运动稳定性 的一般问题》中建立了动力学系统的一般稳 定性理论。  1932年，Nyquist提出了根据频率响应判断系 统稳定性的准则。  1945年，美国Bode在《网络分析和反馈放大 器设计》中提出频率响应分析法－Bode图

1948年,美国 Wiener在《控制论一关于在动 物和机器中控制和通信的科学》中系统地论 述了控制理论的一般原理和方法。 标志控制学科的诞生 控制论:研究动物(包括人类)和机器内部 控制和通信的一般规律的学科。 ■1954年,钱学森的《工程控制论》在美国出 版 奠定了工程控制论的基础

 1948年，美国Wiener在《控制论－关于在动 物和机器中控制和通信的科学》中系统地论 述了控制理论的一般原理和方法。 －－－标志控制学科的诞生 控制论：研究动物（包括人类）和机器内部 控制和通信的一般规律的学科。  1954年，钱学森的《工程控制论》在美国出 版。 －－－奠定了工程控制论的基础

(1)经典控制理论 a特点 研究对象:单输入、单输出线性定常系统 解决方法:频率法、根轨迹法、传递函数。 ■非线性系统:相平面法和描述函数分析 ■数学工具:拉氏变换、常微分方程。 b局限性 难以应用于时变系统、多变量系统。 ■难以揭示系统更为深刻的特性

（1）经典控制理论 a.特点  研究对象：单输入、单输出线性定常系统。  解决方法：频率法、根轨迹法、传递函数。  非线性系统：相平面法和描述函数分析。  数学工具：拉氏变换、常微分方程。 b.局限性  难以应用于时变系统、多变量系统。  难以揭示系统更为深刻的特性

(2)现代控制理论 随着计算机技术、航空航天技术的迅速发展而发展 起来的。 a.特点 研究对象:多输入、多输出系统,线性、定常或时 变、离散系统 ■解决方法:状态空间法(时域方法)。 数学工具:线性代数、微分方程 b主要标志 ■1965年,R. Bellman提出了寻求最优控制的动态规 划方法

(2)现代控制理论 随着计算机技术、航空航天技术的迅速发展而发展 起来的。 a.特点  研究对象：多输入、多输出系统，线性、定常或时 变、离散系统。  解决方法：状态空间法（时域方法）。  数学工具：线性代数、微分方程。 b.主要标志  1965年，R.Bellman提出了寻求最优控制的动态规 划方法

■1958年, RE Kalman采用状态空间法分析系 统,提出能控性、能观性、 Kalman滤波概念 ■1961年,庞特里亚金证明了最优控制中的极 大值原理。 (3)大系统理论 是指规模庞大、结构复杂、变量众多的信息 与控制系统,如生产过程、交通运输、生物 工程、社会经济和空间技术等系统

 1958年，R.E.Kalman采用状态空间法分析系 统，提出能控性、能观性、Kalman滤波概念  1961年，庞特里亚金证明了最优控制中的极 大值原理。 （3）大系统理论 是指规模庞大、结构复杂、变量众多的信息 与控制系统，如生产过程、交通运输、生物 工程、社会经济和空间技术等复杂系统

复杂系统的特点: (1)动力学模型的不确定性 (2)测量信息的粗糙性和不完整性 (3)动态行为或扰动的随机性 (4)离散层次和连续层次的混杂性 (5)系统动力学的高度复杂性 (6)状态变量的高维性和分布性 (7)各系统间的强耦合性

复杂系统的特点： （1）动力学模型的不确定性 （2）测量信息的粗糙性和不完整性 （3）动态行为或扰动的随机性 （4）离散层次和连续层次的混杂性 （5) 系统动力学的高度复杂性 （6）状态变量的高维性和分布性 （7）各系统间的强耦合性

大系统结构分为三类: 多级(递阶)控制 多层控制(按任务) 多段控制(如导弹轨迹控制) 决策、协调 司 协调控制级 计划、组织 管理 计算机实现生产 工厂 递阶控制级 调度,过程控制 的最优化 调节装置 车间 局部控制级

 大系统结构分为三类： 多级（递阶）控制 多层控制（按任务） 多段控制（如导弹轨迹控制） 公司 工厂 车间 决策、协调、 计划、组织、 管理 计算机实现生产 调度，过程控制 的最优化 调节装置 协调控制级 递阶控制级 局部控制级