第8章現(xiàn)代控制理論

ModernControlTheory第八章現(xiàn)代控制理論初步一、

控制理論發(fā)展概況二、現(xiàn)代控制理論的主要特點(diǎn)三、現(xiàn)代控制理論基本內(nèi)容一、控制理論發(fā)展概況控制論：1948年美國數(shù)學(xué)家維納《控制論》1940——1950經(jīng)典控制理論單機(jī)自動(dòng)化1960——1970現(xiàn)代控制理論機(jī)組自動(dòng)化1970——1980大系統(tǒng)理論控制管理綜合1980——1990智能控制理論智能自動(dòng)化1990——21c集成控制理論網(wǎng)絡(luò)控制自動(dòng)化1948年，美國Wiener在《控制論－關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制和通信的科學(xué)》中系統(tǒng)地論述了控制理論的一般原理和方法。－－－標(biāo)志控制學(xué)科的誕生控制論：研究動(dòng)物（包括人類）和機(jī)器內(nèi)部控制和通信的一般規(guī)律的學(xué)科。1954年，錢學(xué)森的《工程控制論》在美國出版。－－－奠定了工程控制論的基礎(chǔ)（1）經(jīng)典控制理論a.特點(diǎn)研究對(duì)象：單輸入、單輸出線性定常系統(tǒng)。解決方法：頻率法、根軌跡法、傳遞函數(shù)。非線性系統(tǒng)：相平面法和描述函數(shù)分析。數(shù)學(xué)工具：拉氏變換、常微分方程。b.局限性難以應(yīng)用于時(shí)變系統(tǒng)、多變量系統(tǒng)。難以揭示系統(tǒng)更為深刻的特性。(2)現(xiàn)代控制理論隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、航空航天技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的。a.特點(diǎn)研究對(duì)象：多輸入、多輸出系統(tǒng)，線性、定?；驎r(shí)變、離散系統(tǒng)。解決方法：狀態(tài)空間法（時(shí)域方法）。數(shù)學(xué)工具：線性代數(shù)、微分方程。b.主要標(biāo)志1965年，R.Bellman提出了尋求最優(yōu)控制的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法。復(fù)雜系統(tǒng)的特點(diǎn)：（1）動(dòng)力學(xué)模型的不確定性（2）測量信息的粗糙性和不完整性（3）動(dòng)態(tài)行為或擾動(dòng)的隨機(jī)性（4）離散層次和連續(xù)層次的混雜性（5)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的高度復(fù)雜性（6）狀態(tài)變量的高維性和分布性（7）各系統(tǒng)間的強(qiáng)耦合性大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三類：多級(jí)（遞階）控制多層控制（按任務(wù)）多段控制（如導(dǎo)彈軌跡控制）公司工廠車間決策、協(xié)調(diào)、計(jì)劃、組織、管理計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度，過程控制的最優(yōu)化調(diào)節(jié)裝置協(xié)調(diào)控制級(jí)遞階控制級(jí)局部控制級(jí)（4）智能控制是具有某些仿人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)，如智能機(jī)器人。利用知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)、推理與聯(lián)想，對(duì)環(huán)境干擾與不確定因素具有魯棒性。主要內(nèi)容：模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制專家控制、遺傳算法二、現(xiàn)代控制理論的主要特點(diǎn)研究對(duì)象：線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、時(shí)變系統(tǒng)、多變量系統(tǒng)、連續(xù)與離散系統(tǒng)數(shù)學(xué)上：狀態(tài)空間法方法上：研究系統(tǒng)輸入/輸出特性和內(nèi)部性能內(nèi)容上：線性系統(tǒng)理論、系統(tǒng)辨識(shí)、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等三、現(xiàn)代控制理論基本內(nèi)容控制理論必須回答的三個(gè)問題：（1）系統(tǒng)能否被控制？可控性有多大？（2）如何克服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不確定性及干擾帶來的影響？（3）如何實(shí)現(xiàn)滿足要求的控制策略？（1）線性系統(tǒng)理論研究線性系統(tǒng)在輸入作用下狀態(tài)運(yùn)動(dòng)過程規(guī)律，揭示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、動(dòng)態(tài)行為之間的關(guān)系。主要內(nèi)容：狀態(tài)空間描述、能控性、能觀性和穩(wěn)定性、狀態(tài)反饋、狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì)等。（3）自適應(yīng)控制在控制系統(tǒng)中，控制器能自動(dòng)適應(yīng)內(nèi)外部參數(shù)、外部環(huán)境變化，自動(dòng)調(diào)整控制作用，使系統(tǒng)達(dá)到一定意義下的最優(yōu)。a.模型參考自適應(yīng)控制（ModelReferenceAdaptiveControl)

b.自校正自適應(yīng)控制（Self-TurningAdaptiveControl)（4）系統(tǒng)辨識(shí)建立系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型的方法：根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從一類給定的模型中確定一個(gè)被研究系統(tǒng)本質(zhì)特征等價(jià)的模型，并確定其模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。（5）最佳濾波理論（最佳