现代控制理论1

现代控制理论ModernControlTheory(1)唐海峰武昌理工学院信息工程学院本课程的设想•培养分析问题和解决问题的能力；•培养创新能力；•拓展知识面；•采用启发式、互动的教学方式；•突出自主学习；•……问题的提出－控制的必要性•飞机的自动驾驶系统、宇宙飞船系统和导弹制导系统；问题的提出－控制的必要性•数控机床•工业过程中流量、压力、温度的控制；问题的提出－控制的必要性•机器人控制、城市交通控制、网络拥塞控制；•生物系统、生物医学系统、社会经济系统；•……提出的方法－经典控制理论（1935-1950）•传递函数模型•美国贝尔实验室的H.Bode（1938），以及Nyquist（1940）提出了频率响应法•美国MIT的N.Wiener在研究随机过程的预测问题中，提出Wiener滤波理论（1948）（1942），发表了《Cybernetics》－控制学科诞生G(s)=bnsn+bn1sn1L+b1s+b0sn+an1sn1+L+a1s+a0存在的问题经典控制理论•简单对象单输入单输出、线性、时不变系统•缺乏系统化方法图形化方法，依赖于设计人员的经验•达到的性能要求较低，不能处理多目标性能。面临的挑战对象日益复杂化、控制性能要求不断提高现代控制理论挑战出生新知识、新技术现代控制理论•1956年，前苏联的庞德里亚金发表了《最优过程的数学理论》，提出了极大值原理（MaximumPrinciple）；•1957年，美国的贝尔曼发表了《动态规划理论在控制过程中的应用》，建立了最优控制的理论基础；•1960年，美籍匈牙利人卡尔曼发表了“OntheGeneralTheoryofControlSystems”，性、了现引入状态空间法分析系统，提出了能控能观性、卡尔曼滤波等概念，奠定代控制理论的基础；•1957年成立了国际自动控制联合会（IFAC：InternationalFederationofAutomaticControl）。现代控制理论现代控制理论－取得的成就•1957年发射了第一颗人造地球卫星；•工业机器人产品；•1961年载人航天（加加林）；•1966年月球软着陆；•1969年登陆月球。现代控制理论－特点•描述对象的方法状态空间模型，适用于多输入多输出、时变、非线性系统•处理方法应用现代数学方法，以计算机作为工具，系统化的分析和综合方法；•实现多目标控制；•预测控制、鲁棒控制、模糊控制等先进控制。本课程内容•状态空间模型；•基于状态空间模型的系统分析（Analysis）；运动分析、能控性、能观性、稳定性•基于状态空间模型的系统综合（Synthesis）；极点配置、稳定化控制器设计、观测器设计、二次型最优控制器设计。本课程教学方法和要求•主线：问题的提出—–解决的思路—–具体方法—–算法编程—–应用实例；•和MATLAB相结合，理论证明、仿真验证；•参与课堂讨论、回答提问、完成作业；•编程设计、演示；•介绍应用领域、实验结果；•考试叙述、证明、计算参考书目•[美]KatsuhikoOgata著，卢伯英，于海勋等译，《现代控制工程》(第四版)，电子工业出版社，2003年；•[澳]Goodwin,G.C.,etal.ControlSystemDesign,清华大学出版社，2002；•王枞.控制系统理论及应用，北京邮电大学出版社，2003；•张嗣瀛,高立群.现代控制理论，清华大学出版社，2006课程资源•课程网站：://210.32.200.206/xdkz/•控制工程虚拟图书馆：•MATLAB仿真例子•Goodwin的“ControlSystemDesign”课程网站