現(xiàn)代控制理論

ModernControlTheory

主講教師：金輝講師Email:地點：信息工程8#103房間《現(xiàn)代控制理論》教學(xué)計劃總學(xué)時：48學(xué)時講授：42學(xué)時；3學(xué)時/周綜合實驗：6學(xué)時學(xué)分：3課程類型：選修課教學(xué)總體安排第1章線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述12學(xué)時第2章線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)方程求解8學(xué)時第3章線性系統(tǒng)的可控、可觀與穩(wěn)定性分析

12學(xué)時第4章線性時不變系統(tǒng)的綜合與設(shè)計6學(xué)時第5章最優(yōu)控制4學(xué)時教材與參考書目主講教材：袁德成主編《現(xiàn)代控制理論》清華大學(xué)出版社出版2007參考教材：于長官.現(xiàn)代控制理論及應(yīng)用.哈爾濱：哈工大出版社2005劉豹.現(xiàn)代控制理論（第二版）.北京，機(jī)械工業(yè)出版社.2005王孝武.

現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)（第二版）.北京，機(jī)械工業(yè)出版社.2006王劃一.現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ).北京:國防工業(yè)出版社.2004鄭大鐘.線性系統(tǒng)理論（第二版）.北京:清華大學(xué)出版社.2002吳麒.自動控制原理（第二版）.北京：清華大學(xué)出版社.2006袁德成.自動控制原理.北京:北京大學(xué)出版社.2006孫德寶.自動控制原理.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2002周春暉.控制原理例題習(xí)題集.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2001緒論1.1

控制理論的產(chǎn)生和發(fā)展1.2

現(xiàn)代控制理論的內(nèi)容1.3

現(xiàn)代控制理論與經(jīng)典控制理論的差異1.4

現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用現(xiàn)代控制理論的產(chǎn)生與發(fā)展

控制理論作為一門科學(xué)技術(shù)，已經(jīng)廣泛地運用于我們社會生活的方方面面。

控制理論的產(chǎn)生和發(fā)展分為以下幾個階段：第一階段：經(jīng)典(自動)控制理論

經(jīng)典控制理論即古典控制理論，也稱為自動控制理論。它的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個過程：一、萌芽階段如果要追溯自動控制技術(shù)的發(fā)展歷史，早在兩千年前中國就有了自動控制技術(shù)的萌芽。1.兩千年前我國發(fā)明的指南車，就是一種開環(huán)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

指南車，又稱司南車，是中國古代用來指示方向的一種機(jī)械裝置。它利用差速齒輪原理，它與指南針利用地磁效應(yīng)不同，它是利用齒輪傳動系統(tǒng)，根據(jù)車輪的轉(zhuǎn)動，由車上木人指示方向。不論車子轉(zhuǎn)向何方，木人的手始終指向南方，“車雖回運而手常指南”。

2.公元1086-1089年(北宋哲宗元祐初年)我國發(fā)明的水運儀象臺，就是一種閉環(huán)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

水運儀象臺簡介

水運儀象臺是中國古代一種大型的天文儀器，由宋朝天文學(xué)家蘇頌等人創(chuàng)建。它是集觀測天象的渾儀、演示天象的渾象、計量時間的漏刻和報告時刻的機(jī)械裝置于一體的綜合性觀測儀器，實際上是一座小型的天文臺。這臺儀器的制造水平堪稱一絕，充分體現(xiàn)了我國古代人民的聰明才智和富于創(chuàng)造的精神。整個水運儀象臺高12米，寬7米，共分3層。最上層的板屋內(nèi)放置著1臺渾儀，屋的頂板可以自由開啟，平時關(guān)閉屋頂，以防雨淋，這已經(jīng)具有現(xiàn)代天文觀測室的雛型了；中層放置著一架渾象；下層又可分成五小層木閣，每小層木閣內(nèi)均安排了若干個木人，5層共162個木人，它們各司其職：每到一定的時刻，就會有木人自行出來打鐘、擊鼓或敲打樂器、報告時刻、指示時辰等。在木閣的后面放置著精度很高的兩級漏刻和一套機(jī)械傳動裝置，可以說這里是整個水運儀象臺的“心臟”部分，用漏壺的水沖動機(jī)輪，驅(qū)動傳動裝置，渾儀、渾象和報時裝置便會按部就班地動作起來。

二聞起步玩階段隨著攔科學(xué)黎技術(shù)天與工幕業(yè)生怕產(chǎn)的計發(fā)展慌，到配十八架世紀(jì)豆，自貧動控說制技序術(shù)逐偶漸被啦應(yīng)用捧到現(xiàn)螺代工肌業(yè)中如。其宅中最畫卓越竟的代負(fù)表是秩瓦特(J瞧.W潔al索t)發(fā)明祥的蒸俯汽機(jī)燥離心另調(diào)速廊器，乖加速巴了第塞一次雙工業(yè)慢革命榨的步栗伐。三蜂發(fā)展定階段1.濾18戚68年馬樓克斯帳韋爾()解決家了蒸紹汽機(jī)腹調(diào)速系瘋統(tǒng)中籌出現(xiàn)洲的劇漁烈振辮蕩的陡不穩(wěn)寶定問塘題，但提出聾了簡單的梳穩(wěn)定慨性代膛數(shù)判累據(jù)。2.哥18駕95年勞濫斯(R漆ou駱th墓)與允赫爾餡維茨儲(H伐ur纖wi癢tz裕)把馬克爆斯韋爾的思魯想擴(kuò)奪展到蓬高階臣微分鍛方程恨描述西的更蔑復(fù)雜詞的系統(tǒng)中叛，各摧自提窄出了扔兩個痰著名胡的穩(wěn)甘定性炭判據(jù)慕——百勞斯判據(jù)銀和赫鉤爾維秋茨判販據(jù)。派基本圓上滿與足了槳二十宮世紀(jì)運初期控制占工程顆師的擴(kuò)要求。3.由于鼠第二嚷次世哪界大恢戰(zhàn)需萍要控膜制理闊論具轎有準(zhǔn)些確跟殃蹤與沃補償采能力手，19桿32年奈乒奎斯蹦特(H搜.N口yq角ui稼st孤)提松出了鉆頻域符內(nèi)研塊究系擠統(tǒng)的病頻率隆響應(yīng)活法，拴為具善有高嗚質(zhì)量蘋的動陵態(tài)品心質(zhì)和淺靜態(tài)捕準(zhǔn)確啟度的班軍事留控制五系統(tǒng)常提供購了所售需的勸分析五工具。4.貝19傅48年伊址萬斯()娃提出貫了復(fù)鞏數(shù)域益內(nèi)研裳究系峽統(tǒng)的樂根軌臟跡法眾。建立挑在奈奎灶斯特清的頻回率響悟應(yīng)法旱和伊陡萬斯假的根軌菜基礎(chǔ)塊上的歌理論慎，稱萄為經(jīng)千典(款古典范)控澇制理吃論(油或自轟動控素制理野論)茄。三濤標(biāo)志星階段1.勿19四47年控暈制論續(xù)的奠惜基人枕美國禍數(shù)學(xué)松家韋納(N蠅.W俊ei丹ne卻r)把控捎制論趕引起龜?shù)淖灶D動化第群二次研產(chǎn)業(yè)責(zé)革命先聯(lián)系治起來共，并棄于19展48年出醋版了暖《控岡制論期——眉關(guān)于幕在動伯諾停特.尺維納物和顯機(jī)器住中控會制與搜通訊鍬的科機(jī)學(xué)》鬧，書牢中論挨述了發(fā)控制理論沈的一向般方飼法，死推廣迷了反薄饋的臉概念栗，為命控制偶理論這門叔學(xué)科終奠定靜了基屬礎(chǔ)。2.我國陷著名已科學(xué)祝家錢賀學(xué)森彎將控索制理右論應(yīng)用身于工皆程實案踐，亦并于19尾54年出火版了《工咸程控顏制論詞》。錢學(xué)胳森從四巴十年蠟代到醉五十輝年代愚末，飄經(jīng)典迫控制合理論場的發(fā)督展與桂應(yīng)用季使整奇?zhèn)€世愁界的搏科學(xué)郊水平奏出現(xiàn)彎了巨葵大的膠飛躍構(gòu)，幾俗乎在坐工業(yè)歐、農(nóng)學(xué)業(yè)、棒交通侍運輸擺及國意防建陽設(shè)的裕各個率領(lǐng)域傍都廣站泛采錫用了偉自動難化控肉制技右術(shù)極(可完以說敬工業(yè)殘革命甜和戰(zhàn)咳爭促功使了考經(jīng)典玩控制顏理論搬的發(fā)擴(kuò)展)登。第二互階段組現(xiàn)代姜控制皺理論科學(xué)欠技術(shù)順的發(fā)礙展不扭僅需尊要迅園速的情發(fā)展候控制慎理論束，而哥且也猶給現(xiàn)卻代控慨制理踐論的飼發(fā)展頂準(zhǔn)備粘了兩晝個準(zhǔn)共要的達(dá)條件床——掉現(xiàn)代涉數(shù)學(xué)首的數(shù)堡字計驗算機(jī)脆。現(xiàn)代旅數(shù)學(xué)圈，例肌如泛塔函分喜析、遷現(xiàn)代噴代數(shù)室等，凱為現(xiàn)肯代控圾制理蔬論提示供了弄多種掠多樣奮的分葡析工淡具；兵而數(shù)剛字計柔算機(jī)牙為現(xiàn)椒代控倚制理際論發(fā)貢展提藝供了痛應(yīng)用池的平健臺。在二怠十世仆紀(jì)五料十年準(zhǔn)代末蚊開始稱，隨其著計咽算機(jī)呼的飛陳速發(fā)咱展，耐推動己了核焦能技亮術(shù)、灣空間忘技術(shù)仿的發(fā)皺展，垂從而字出現(xiàn)媽了多驚輸入祥多輸嬌出系叛統(tǒng)、捕非線盟性系銹統(tǒng)和獵時變浙系統(tǒng)握。1.五十掉年代厚后期泥，貝肅爾曼手(Be倘ll積ma盞n)等扶人提碌出了水狀態(tài)持分析衰法；件在19涼57年提幟出了葡動態(tài)烈規(guī)劃黃。2.姥1楚95水7年卡掘爾曼貿(mào)(Ka水lm錯an)周和布錄西創(chuàng)搬建了棍卡爾漠曼濾攀波理陪論；19云57年在屑控制薄系統(tǒng)絮的研糟究中才成功御地應(yīng)傾用了斑狀態(tài)懸空間怨法，洗并提粱出了租可控泡性和耀可觀揚測性證的新輔概念芳。3.凍1太96妻1年龐仍特里當(dāng)亞金冰(俄蠶國人供)提里出了漫極小錢(大棉)值月原理生。4.羅森貍布洛籠克鍛(Ro噸se傅nb間ro值ck)性、歐蝕文斯乳(Ow課en惕s)和街麥克格法輪鉛(Ma腔cf冰ar喚la帶ne)研重究了聰適用膏于計派算機(jī)浴輔助奔控制救系統(tǒng)酷設(shè)計航的現(xiàn)郵代頻侵域法蠻理論譽，將擋經(jīng)典兆控制招理論悶傳遞仙函數(shù)配的概礙念推課廣到僵多變秒量系嗎統(tǒng)，消并探裹討了違傳遞緞函數(shù)私矩陣昂與狀晚態(tài)方波程之想間的腰等價挪轉(zhuǎn)換陡關(guān)系校，為屋進(jìn)一卷步建稠立統(tǒng)鎮(zhèn)一的急線性好系統(tǒng)貌理論蘭奠定臭了基哨礎(chǔ)。5.20世紀(jì)70年代億奧斯醉特隆晴姆(勁瑞典渣)和旬朗道水(法偵國，粗)爪在自罰適應(yīng)爐控制億理論刻和應(yīng)盼用方雙面做趟出了肉貢獻(xiàn)防。與此鮮同時比，關(guān)醬于系劫統(tǒng)辨舞識、坡最優(yōu)錘控制困、離停散時技間系旬統(tǒng)和華自適易應(yīng)控奶制的逆發(fā)展剝大大拉豐富貝了現(xiàn)匠代控雁制理余論的慮內(nèi)容驅(qū)。第三杯階段盤魯棒藏控制賴?yán)碚摼嚯A段1.由于派現(xiàn)代綱數(shù)學(xué)騙的發(fā)滲展，柜結(jié)合塌著H2和H∞等范片數(shù)而賠出現(xiàn)恥了H2和H∞控制植，還括有逆尊系統(tǒng)慎控制狗等方刻法。2.在20世紀(jì)70年代脂末，辨控制西理論厲向著逐“大近系統(tǒng)臂理論悟”、掀“智隸能控甘制理潮論”嘆和“犯復(fù)雜演系統(tǒng)勞理論?！钡耐卜较蜩T發(fā)展迷。大系門統(tǒng)理喬論：赤用控震制和晚信息編的觀結(jié)點，緩研究倆各種粒大系灰統(tǒng)的廊結(jié)構(gòu)里方案也、總傾體設(shè)頸計中抗的分憐解方逼法和片協(xié)調(diào)階等問錦題的絕技術(shù)掃基礎(chǔ)騙理論渣。智能夕控制晉理論艱：研礙究與至模擬客人類民活動服及其野控制表與信幸息傳泰遞過事程的突規(guī)律妙，研中制具扯有某頑些擬貍?cè)寺毮w能的笛工程羞控制創(chuàng)與信偶息處湖理系拆統(tǒng)的觸理論甜。復(fù)雜派系統(tǒng)栗理論鵲：把計系統(tǒng)鐮的研秧究推夠廣到回開放題復(fù)雜今系統(tǒng)端的范挪疇，肺以解桶決復(fù)易雜系瞧統(tǒng)的夾控制晃為目炎標(biāo)。1.廣2現(xiàn)代夸控制抄理論蘭的內(nèi)頌容線性玻系統(tǒng)雖理論最優(yōu)急控制嗎系統(tǒng)沾理論最優(yōu)肚估計閑理論系統(tǒng)唯辨識餡理論自適案應(yīng)控冤制理草論智能糞控制割理論線性服系統(tǒng)膠理論勺的內(nèi)套容狀態(tài)努空間漆實現(xiàn)板：線燃性系擴(kuò)統(tǒng)的喊數(shù)學(xué)去模型感問題線性艘系統(tǒng)稱的內(nèi)躺部特播性：娛穩(wěn)定侄性、滅可控卻性和寸可觀軋測性僚。線性塑系統(tǒng)祖的設(shè)震計方優(yōu)法：燈極點頭配置榨方法最優(yōu)釘控制族系統(tǒng)妻理論煮的內(nèi)是容最優(yōu)燥控制絹的具釣體方唇法：變分憤方法極小艙值原寨理動態(tài)吹規(guī)劃杰方法殺：最京優(yōu)性出原理線性磨二次廉型性涌能指六標(biāo)的招最優(yōu)蜓控制最優(yōu)缸估計駐理論斥的內(nèi)告容參數(shù)富估計套方法科：最脈小方海差、僑線性偶最小房誠方差腐、最置小二蔥乘估瘦計方猾法狀態(tài)饑估計無方法游：卡溫爾曼巴濾波版方法滋(預(yù)暫測和粗濾波當(dāng))系統(tǒng)蹄辨識危理論聚的內(nèi)收容經(jīng)典垮的系宇統(tǒng)辨國識方牲法最小搭二乘薯辨識屆方法系統(tǒng)酷模型歲階確繩定方坡法自適茫應(yīng)控清制理弱論的獲內(nèi)容自適使應(yīng)控吳制的印基本洞概念自適平應(yīng)控勒制的遲基本袍設(shè)計犁方法智能胡控制喉理論摔的內(nèi)嘉容智能寶控制