控制理論的發(fā)展及應(yīng)用-wenkub
2023-05-23 10:54:56 本頁面
【正文】 時期。 ? 它研究生物體和機器以及各種不同基質(zhì)系統(tǒng)的通訊和控制的過程，探討它們共同具有的信息交換、反饋調(diào)節(jié)、自組織、自適應(yīng)的原理和改善系統(tǒng)行為、使系統(tǒng)穩(wěn)定運行的機制，從而形成了一大套適用于各門科學(xué)的概念、模型、原理和方法。 ? Cyberics， 希臘語，原意為掌舵術(shù)，包含了調(diào)節(jié)、操縱、管理、指揮、監(jiān)督等多方面的涵義 ? 1943年底在紐約召開了關(guān)于信息、反饋問題的討論會，參加者中有生物學(xué)家、數(shù)學(xué)家、社會學(xué)家、經(jīng)濟學(xué)家，從各自角度對信息反饋問題發(fā)表意見。 代表作： 1948年維納發(fā)表 《 控制論 》 1954年錢學(xué)森發(fā)表的 《 工程控制論 》 。 III：上世紀(jì) 70年代后：大系統(tǒng)理論時期。 ? 開創(chuàng)了控制理論研究的先河 , 文中還催促數(shù)學(xué)家們盡快地解決多項式的系數(shù)同多項式根的關(guān)系問題。 ? Routh E J.《 A Treatise on the Stability of Motion》（ London:Macmillan,1877）獲 1877年 Adams Prize ? 提出根據(jù)多項式的系數(shù)確定多項式在右半平面的根的數(shù)目。因此這一穩(wěn)定性判據(jù)現(xiàn)在也被稱為 RouthHurwitz穩(wěn)定性判據(jù) 。T公司 Bell Labs的 科學(xué)家們?yōu)楹诵模纸⒘丝刂葡到y(tǒng)分析與設(shè)計的頻域方法 。 1940年， Bode引入了 半對數(shù)坐標(biāo)系 ，使頻率特性的繪制工作更加適用于工程設(shè)計。 ? 1942年， 傳遞函數(shù) 的概念。它同時域法，頻域法可稱是三分天下。 經(jīng)典控制理論的發(fā)展 脈沖控制理論的建立 1 ? 隨著計算機技術(shù)的誕生，脈沖控制理論迅速發(fā)展。 ? 線性脈沖控制理論以線性差分方程為基礎(chǔ)，線性差分方程理論在三、四十年代中已逐步發(fā)展起來。 ? 在此基礎(chǔ)上，崔普金于 1949年，拉格茲尼和扎德于 1952年分別提出并定義了 Z變換方法，大大簡化了運算步驟，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展起脈沖控制系統(tǒng)理論。是第五位獲 IEEE Medal of Honor者(1995)）。 控制結(jié)構(gòu)： 通常是采用輸出負(fù)反饋控制，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 首先是建立系統(tǒng)的 狀態(tài)空間描述 問題 ， 然后在狀態(tài)空間 描述的基礎(chǔ)上討論系統(tǒng)的 運動規(guī)律 ， 能控性 ， 能觀性 和 穩(wěn)定性 理論 ， 逐步 闡明系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)特性 ， 最后專門討論 綜合 問題 ， 包括極點配置 ， 鎮(zhèn)定 ， 跟蹤 ， 解耦等 。 狀態(tài)變量 選取的不唯一性 以完全表征系統(tǒng)的狀態(tài)變量為元構(gòu)成的向量就是狀態(tài)向量 狀態(tài)向量 ?????????????)()()()( 21txtxtxtxn?以 n個狀態(tài)變量為基底所構(gòu)成的 n維空間就稱為狀態(tài)空間，狀態(tài)空間中的一點就代表系統(tǒng)在某一特定時刻的狀態(tài)。 ? 離散時間控制系統(tǒng) ：有一處或數(shù)處信號不是時間的連續(xù)函數(shù)， 而是在時間上離散的一系列脈沖序列或數(shù)字信號，稱這類系統(tǒng)為離散時間控制系統(tǒng)或采樣控制系統(tǒng)。 ?采樣控制系統(tǒng)：包括了采樣數(shù)據(jù)信號和數(shù)字信號，如過程控制系統(tǒng)（ PCS）。 連續(xù)整量化信號與數(shù)字信號 )(tu0 k 1?k t連續(xù)模擬信號與采樣信號 0 t)(tu采樣控制系統(tǒng)與連續(xù)時間控制系統(tǒng)相比 優(yōu)點： （ 1）容易實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律； （ 2）控制規(guī)律易改變； （ 3）精度高、抗干擾性能好。 理想的采樣過程 四 現(xiàn)代控制理論的進一步發(fā)展 ? 其他動態(tài)系統(tǒng)的研究 非線性系統(tǒng) :Lyapunov理論，微分幾何，微分代數(shù) 時變系統(tǒng)：隨環(huán)境變， 自適應(yīng)系統(tǒng) 或 不確定系統(tǒng) 隨機系統(tǒng)：基于概率統(tǒng)計方法，研究穩(wěn)定、鎮(zhèn)定和最優(yōu)控制等 分布參數(shù)系統(tǒng)：廣泛應(yīng)用于熱工、化工、導(dǎo)彈、航天航空、核裂、聚變等工程系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、社會系統(tǒng)等 大規(guī)模系統(tǒng)：用子系統(tǒng)及其關(guān)聯(lián)性質(zhì)來對其進行分析和控制 機械系統(tǒng)： 2階非線性系統(tǒng)，并充分利用力學(xué)特性簡化研究 不確定系統(tǒng)：自適應(yīng)控制、魯棒控制等多個學(xué)科 ? 控制任務(wù)的多樣化 經(jīng)典及現(xiàn)代控制論在于尋求（反饋）控制，使得閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，即 “ 鎮(zhèn)定”。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的控制活動越來越多，因而控制任務(wù)也會越來越復(fù)雜和困難。 智能材料：具有及時預(yù)報缺陷及損傷，自加強等功能。 錢三強 “ 科學(xué)來源于生產(chǎn)和對自然現(xiàn)象的觀察，它的發(fā)展取決于生產(chǎn)和社會的需求。例如在控制理論發(fā)展史上做出巨大貢獻的科學(xué)家如 Maxwell、Lyapunov、 Zadeh等無不在多個方面均有建樹?？刂萍夹g(shù)在中國和巴比倫已有數(shù)千年的歷史，但由于沒有上升為理論，只能在低級的水平上發(fā)展。 人們對控制的熱情在下降 。 自動化學(xué)科真的不重要了 ？ 不需要了 ？ 已經(jīng)走到了學(xué)科發(fā)展的盡頭 ？ 答案是否定的 什么原因？ 控制發(fā)展歷史： 控制學(xué)科從來是重大實際需求的拉動，然后用數(shù)學(xué)等理論工具求解，進而解決重大實際問題。 今天仍然是非常重要的 。
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