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现代控制理论电子课件第0章_图文

Modern Control Theory
沈阳建筑大学 信息与控制工程学院

L01

绪论

课程介绍
学习方法 学习要求 参考文献
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课程结构
控制系统数学 模型

状态空间 分析

能控能观性 分析

稳定性分析

系统综合设计

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教学目标

应知



应会
教学内容

重点 难点 理论联系实际 启发式、讨论式

教学方法

学 习

学时安排:2

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课程介绍
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本课程是自动化专业的一门专业基础课,通过 本课程的学习,使学生掌握现代控制理论中最 基本的内容,它不仅是控制理论的基础,而且 是现代网络分析和线性系统理论的基础,进一 步学习有关专业知识及进行工程实践打好必要 的基础。

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课程内容
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绪论 控制系统的状态空间表达式 控制系统状态空间分析 线性控制系统能控性和能观性 控制系统的稳定性分析 线性定常系统的综合 最优控制

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教材及参考书
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教材:
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《现代控制理论》(第三版),刘豹主编,机械工 业出版社
Modern control theory, William L. Brogan, Ph.D., PRENTICE-HALL, INC. Englewood Cliffs, New Jersey 《现代控制理论》 于长官,哈尔滨工业大学出版社 《现代控制理论基础》,王照林,国防大学出版社


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参考书:
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网络交流
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为了配合教与学,更好地掌握《现代控制理论》 知识,交流学习经验,交换学习信息,在网络 上建立了《现代控制理论》社区。社区建在 Yahoo groups 上,社区名称为Modern Control Theory。此社区是针对所开设的课程 建立的,内容与教与学密切相关, 欢迎同学加 入该社区。

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网络交流
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注册方法: 向以下邮件地址发邮件,会得到一封自动回复的 邮件,按邮件提示,进行简单填写,提交,然后 等候批准。获得批准后即可加入社区,参加社区 活动。
ModernControlTheory-subscribe@yahoogroups.com

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建议:在Yahoo 上建立帐号 sjzu+校园卡编号,以此账号注册
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网络交流
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社区所能提供的:
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Lecture notes/slides, Related learning materials, Outline of the general review, Information and news in this course.

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教学要求
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参加本课程的同学必须
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人手一册教材 出勤听课 记课堂笔记 完成作业

(缺课达到1/3,缺作业达1/4者取消正常考试资格。)
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本节主要内容
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学习现代控制理论的意义 关于自动化的介绍 控制理论的发展历程 现代控制理论研究的对象、方法及内容 现代控制理论与经典控制理论的对比

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学习现代控制理论的意义
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科学技术的发展不仅需要迅速地发展控制理论,而 且也给现代控制理论的发展准备了两个重要的条 件—现代数学和数字计算机。 现代数学,例如泛函分析、现代代数等,为现代控 制理论提供了多种多样的分析工具;而数字计算机 为现代控制理论发展提供了应用的平台。 在二十世纪五十年代末开始,随着计算机的飞速发 展,推动了核能技术、空间技术的发展,从而对出 现的多输入多输出系统、非线性系统和时变系统。
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学习现代控制理论的意义
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是自动化专业的理论基础 是提高学生专业理论水平的重要环节 是许多专业报考研究生的必考课

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关于自动化的介绍 Brief Introduction to Automation
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定义
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所谓自动化是指机器或装置在无人干预的情况下按规定 的程序或指令自动的进行操作或运行。广义地讲,自动 化还包括模拟或再现人的智能活动。

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Definition
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The art of making processes or machines self-acting or self-moving. Also pertains to the technique of making a device, machine, process or procedure more fully automatic.
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关于自动化的介绍 Brief Introduction to Automation
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自动化的理论基础
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自动化技术是一门新兴的科学技术,它以控制论、信息 论和系统论为理论基础,以哲学的方法论为研究方法。 Cybernetics Information Theory Systemism

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Fundamental knowledge of automation
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关于自动化的介绍 Brief Introduction to Automation
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狭义自动化和广义自动化
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狭义自动化是指工业自动化,自动化也是最早应用于工 业生产领域的。 广义的自动化包括工业自动化、生活自动化、办公自动 化和商务自动化。

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控制理论的发展历程 Progress of Control Theory
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经典控制理论 (Classical Control Theory) 现代控制理论 (Modern Control Theory) 智能控制理论 (Intelligent Control Theory) 控制理论发展趋势 (Trend of Development of Control Theory)

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控制理论的发展历程
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经典控制理论
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形成和发展
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在20世纪30-40年代,初步形成。 在20世纪40年代形成体系。 ? 频率理论 ? 根轨迹法

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以SISO线性定常系统为研究对象。 以拉氏变换为工具,以传递函数为基础在频率域中分析 与设计。 经典控制理论的局限性
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难以有效地应用于时变系统、多变量系统 难以有效地应用于非线性系统。 Modern Control Theory

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控制理论的发展历程
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现代控制理论
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现代控制理论的形成和发展 Formation and Progress
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在20世纪50年代形成 ? 动态规划法 ? 极大值原理 ? 卡尔曼滤波 上世纪60年代末至80年代迅速发展。 ? 非线性系统 ? 大系统 ? 智能系统
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控制理论的发展历程
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现代控制理论
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对象:以MIMO线性、非线性、时变与非时变系统为主要 研究对象; 工具:以线性代数和微分方程为工具,以状态空间法为 基础。

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控制理论的发展历程
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智能控制理论
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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 专家系统,模糊控制,人工智能 神经网络,人脑模型,遗传算法

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Soft computing

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控制理论与计算机技术相结合→计算机控制技术

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控制理论的发展历程
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控制理论发展趋势
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企业:资源共享、因特网、信息集成、信息技术+控制技 术 (集成控制技术) 网络控制技术 计算机集成制造CIMS:(工厂自动化)

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现代控制理论研究的对象、内容及方法
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现代控制理论研究的对象
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线性系统 非线性系统 时变系统 多变量系统 连续与离散系统

(Linear systems) (Nonlinear systems) (Time variable systems) (Multivariable systems) (Continuous/discrete time systems)

(P.177 About Lyapunov`s stability criteria for nonlinear systems)

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现代控制理论研究的对象、内容及方法
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现代控制理论研究的内容
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线性系统理论 非线性系统理论 最优控制 系统辨识 自适应控制 最优滤波理论等

(Theory of Linear Systems) (Theory of Nonlinear Systems) (Optimal Control) (System Identification) (Adaptive Control) (Optimal filtering Theory)

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现代控制理论研究的对象、内容及方法
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现代控制理论研究的方法
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研究系统输入/输出特性和内部性能 (Input/output properties of systems and internal performance)

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现代控制理论与经典控制理论的对比
对象 系统 分析:研究系统的原理和性能 设计:改变系统的可靠性(综合性能)

共同 主要内容

研究对象:单入单出(SIS0)系统,线性定常 古典 区别 现代 工具:传递函数(结构图),已有初始条件为零时才适用 试探法解决问题 : PID串联、超前、滞后、反馈 研究对象:多入多出(MIMO)系统、线性定常、非线性、时变 工具:状态空间法、研究系统内部、输入-状态(内部)-输出 改善系统的方法:状态反馈 、输出反馈

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控制问题 (Control Problem)
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对于受控系统(广义系统)S,寻求控制规律u(t), 使得闭环系统满足给定的性能指标要求。

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控制问题 (Control Problem)
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建模(Modelling):用数学模型描述被控对象 分析(Analysing):
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定性(Quality):稳定性、能观能控性 定量(Quantity):时域指标、频域指标 结构设计 参数设计

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设计(Design):控制器设计、满足性能要求
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实施(Implementation):实现控制系统

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控制问题 (Control Problem)
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设计一个控制系统所涉及的内容:
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建模 系统辨识 信号处理 控制方法的选择与确定

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作业
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加入“现代控制理论”网上社区(选做); 复习上课内容; 利用互联网查找有关经典控制理论和现代控制 理论的形成和特点。

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本章小结
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学习现代控制理论的意义 关于自动化的介绍 控制理论的发展历程 现代控制理论研究的对象、方法及内容 现代控制理论与经典控制理论的对比

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