第8章現代控制理論

ModernControlTheory第八章現代控制理論初步一、

控制理論發(fā)展概況二、現代控制理論的主要特點三、現代控制理論基本內容一、控制理論發(fā)展概況控制論：1948年美國數學家維納《控制論》1940——1950經典控制理論單機自動化1960——1970現代控制理論機組自動化1970——1980大系統理論控制管理綜合1980——1990智能控制理論智能自動化1990——21c集成控制理論網絡控制自動化1948年，美國Wiener在《控制論－關于在動物和機器中控制和通信的科學》中系統地論述了控制理論的一般原理和方法。－－－標志控制學科的誕生控制論：研究動物（包括人類）和機器內部控制和通信的一般規(guī)律的學科。1954年，錢學森的《工程控制論》在美國出版。－－－奠定了工程控制論的基礎（1）經典控制理論a.特點研究對象：單輸入、單輸出線性定常系統。解決方法：頻率法、根軌跡法、傳遞函數。非線性系統：相平面法和描述函數分析。數學工具：拉氏變換、常微分方程。b.局限性難以應用于時變系統、多變量系統。難以揭示系統更為深刻的特性。(2)現代控制理論隨著計算機技術、航空航天技術的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的。a.特點研究對象：多輸入、多輸出系統，線性、定?；驎r變、離散系統。解決方法：狀態(tài)空間法（時域方法）。數學工具：線性代數、微分方程。b.主要標志1965年，R.Bellman提出了尋求最優(yōu)控制的動態(tài)規(guī)劃方法。復雜系統的特點：（1）動力學模型的不確定性（2）測量信息的粗糙性和不完整性（3）動態(tài)行為或擾動的隨機性（4）離散層次和連續(xù)層次的混雜性（5)系統動力學的高度復雜性（6）狀態(tài)變量的高維性和分布性（7）各系統間的強耦合性大系統結構分為三類：多級（遞階）控制多層控制（按任務）多段控制（如導彈軌跡控制）公司工廠車間決策、協調、計劃、組織、管理計算機實現生產調度，過程控制的最優(yōu)化調節(jié)裝置協調控制級遞階控制級局部控制級（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，如智能機器人。利用知識進行學習、推理與聯想，對環(huán)境干擾與不確定因素具有魯棒性。主要內容：模糊控制神經網絡控制專家控制、遺傳算法二、現代控制理論的主要特點研究對象：線性系統、非線性系統、時變系統、多變量系統、連續(xù)與離散系統數學上：狀態(tài)空間法方法上：研究系統輸入/輸出特性和內部性能內容上：線性系統理論、系統辨識、最優(yōu)控制、自適應控制等三、現代控制理論基本內容控制理論必須回答的三個問題：（1）系統能否被控制？可控性有多大？（2）如何克服系統結構的不確定性及干擾帶來的影響？（3）如何實現滿足要求的控制策略？（1）線性系統理論研究線性系統在輸入作用下狀態(tài)運動過程規(guī)律，揭示系統的結構性質、動態(tài)行為之間的關系。主要內容：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)觀測器設計等。（3）自適應控制在控制系統中，控制器能自動適應內外部參數、外部環(huán)境變化，自動調整控制作用，使系統達到一定意義下的最優(yōu)。a.模型參考自適應控制（ModelReferenceAdaptiveControl)

b.自校正自適應控制（Self-TurningAdaptiveControl)（4）系統辨識建立系統動態(tài)模型的方法：根據系統的輸入輸出的試驗數據，從一類給定的模型中確定一個被研究系統本質特征等價的模型，并確定其模型的結構和參數。（5）最佳濾波理論（最佳