现代控制理论(第3版)刘豹-唐万生-绪论

0.1控制理论的性质0.2控制理论的发展0.3控制理论的应用0.4控制一个动态系统的几个基本步骤0.1控制理论的性质控制理论有两个目标：了解基本控制原理；以数学表达它们，使它们最终能用以计算进人系统的控制输入，或用以设计自动控制系统。自动控制领域中有两个不同的但又相互联系的主题。第一个主题是反馈的概念。第二个主题是最优控制的概念。反馈概括了很广泛的概念，包括当前系统中的多回路、非线性和自适直反馈，以及将来的智能反馈。0.2控制理论的发展20世纪20年代到40年代，马克斯威尔对装有调速器的蒸汽机系统动态特性的分析、马诺斯基对船舶驾驶控制的研究都是控制理论的开拓性工作。20世纪40年代至50年代，维纳对控制理论作出了创造性的贡献。20世纪50年代后期到60年代初期是控制理论发展的转折时期。苏联学者在20世纪50年代对包含非线性特性、饱和作用和受到限制的控制等因素的系统的最优瞬态的研究表现出很大的兴趣。这些学者的研究讨论导致了庞特里亚金的“极大值原理”。显示控制理论转折时期的另一个里程碑是20世纪50年代后期卡尔曼(卡尔曼——布西)滤波器的发现。最近25年线性系统理论的研究非常活跃。20世纪60年代后期和70年代早期，将线性二次型理论推广到无穷维系统(即以偏微分方程、泛函微分方程、积分微分方程和在巴拿赫空间的一般微分方程描述的系统)的工作得到很大进展。目前研究的是以线性偏微分方程或相对简单的迟延方程描述的只能在空间的边界上加以观察和控制的系统。20世纪70年代末80年代初，反馈控制的设计问题经历了一个重新修正的过程。随着人工智能的发展和引入了新的计算机结构，控制理论和计算机科学的联系愈来愈密切。0.3控制理论的应用控制系统之所以能得到如此普遍的应用，不但要归功于现代仪表化(完备的传感器和执行机构)与便宜的电子硬件，还由于控制理论有处理其模型和输出信号所具有的不确定性动态系统的能力。在控制理论中已完善的各种方法愈来愈得到普遍应用的同时，先进的理论概念的应用却仍集中在像空间工程那样的高技术方面。当然，由于计算机技术的飞速发展和世界性的激烈的工业竞争，这种情况将会改变。钢铁行业中热轧厂是最早成功地采用计算机控制的工厂。控制概念得到主要应用的一个领域是石油化工生产过程。0.4控制一个动态系统的几个基本步骤简单地说，控制一个动态系统有下列四个基本步骤：建模基于物理规律建立数学模型；系统辨识基于输入输出实测数据建立数学模型；信号处理用滤波、预报、状态估计等方法处理输出；综合控制输入用各种控制规律综合输入。1．建模为一个系统选择一个数学模型是控制工程中最重要的工作。2．系统辨识系统辨识可以定义为用在一个动态系统上观察到的输入与输出数据来确定它的模型的过程。当前系统辨识方面的研究集中在下列诸基本问题上：辨识问题的可解性和问题提出的恰当性、对各类模型的参数估计方法。信号处理是控制理论外面的独立的一门学科，但这两学科之问有许多重叠之处，而控制界曾对信号处理作出了重要贡献，特别是在滤波和平滑的领域。3．信号处理4．控制的综合这些过程的复杂性导致了各种控制研究课题，主要有：鲁棒控制理论适应控制一多变量控制非线性控制理论分布参数控制其它控制绪论完