現(xiàn)代控制理論(浙大)第一章(a)-全文預(yù)覽
【正文】 例器 加法器 狀態(tài)變量及狀態(tài)空間表達(dá)式的狀態(tài)模擬結(jié)構(gòu)圖 ?AB CDu yx? xBuAxx ???DuCxy ??狀態(tài)空間描述的模擬結(jié)構(gòu)圖 繪制步驟 ： ⑴畫(huà)出所有積分器； 積分器的 個(gè)數(shù) 等于狀態(tài)變量數(shù)，每個(gè)積分器的 輸出表示相應(yīng)的某個(gè)狀態(tài)變量。 m),()(),()(),()(2121212122212111tuuuxxxgtytuuuxxxgtytuuuxxxgtyrnmmrnrn?????????? )),(),(()( tttt uxgy ?向量形式： 輸出向量 1?mR L+_+_u( t) u c (t)+_ yi(t )輸入 輸出 解 ： 例 ：建立如圖所示的 RCL電路的狀態(tài)方程和輸出方程。 )()( 0tt xx ??狀態(tài)空間 ：以狀態(tài)變量 為坐標(biāo)軸所構(gòu)成的 維空間。 最小個(gè)數(shù) ：意味著這組變量是互相獨(dú)立的。 現(xiàn)代控制理論發(fā)展的主要標(biāo)志 (1)卡爾曼：狀態(tài)空間法； (2)卡爾曼：能控性與能觀性； (3)龐特里雅金：極大值原理； 現(xiàn)代控制理論的主要特點(diǎn) ? 研究對(duì)象 : 線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、時(shí)變系統(tǒng)、多變量系統(tǒng)、連續(xù)與離散系統(tǒng) ? 數(shù)學(xué)上：狀態(tài)空間法 ? 方法上：研究系統(tǒng)輸入 /輸出特性和內(nèi)部性能 ? 內(nèi)容上：線性系統(tǒng)理論、系統(tǒng)辯識(shí)、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等 （ 60年代末至今） ? 1970—— 1980 大系統(tǒng)理論 控制管理綜合 ? 1980—— 1990 智能控制理論 智能自動(dòng)化 ? 1990—— 集成控制理論 網(wǎng)絡(luò)控制自動(dòng)化 (1) 專(zhuān)家系統(tǒng)； (2)模糊控制，人工智能 (3) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，人腦模型； (4)遺傳算法 控制理論與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合 → 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 控制理論發(fā)展趨勢(shì) ? 企業(yè)：資源共享、因特網(wǎng)、信息集成、 信息技術(shù) +控制技術(shù) (集成控制技術(shù) ) ? 網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) ? 計(jì)算機(jī)集成制造 CIMS：（工廠自動(dòng)化） 三、現(xiàn)代控制理論與古典控制理論的對(duì)比 ? 共同 對(duì)象－系統(tǒng) 主要內(nèi)容 分析：研究系統(tǒng)的原理和性能 設(shè)計(jì)：改變系統(tǒng)的可能性（綜合性能） 研究對(duì)象：?jiǎn)稳雴纬觯?SIS0）系統(tǒng)，線性定常 古典 工具：傳遞函數(shù) (結(jié)構(gòu)圖 )，已有初始條件為零時(shí)才適用 試探法解決問(wèn)題 ： PID串聯(lián)、超前、滯后、反饋 ? 區(qū)別 研究對(duì)象：多入多出（ MIMO）系統(tǒng)、 線性定常、非線性、時(shí)變、 現(xiàn)代 工具：狀態(tài)空間法、研究系統(tǒng)內(nèi)部、 輸入－狀態(tài)（內(nèi)部）－輸出 改善系統(tǒng)的方法：狀態(tài)反饋 、輸出反饋 現(xiàn)代控制理論預(yù)覽 建模 分析 設(shè)計(jì) 狀態(tài)空間 表達(dá)式 建立 求解 轉(zhuǎn)換 可控 性 可觀 性 穩(wěn)定 性 狀態(tài)反饋 狀態(tài)觀測(cè)器 最優(yōu)控制 第一章 控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式 主要內(nèi)容： ? 狀態(tài)變量及狀態(tài)空間表達(dá)式 ? 狀態(tài)變量及狀態(tài)空間表達(dá)式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 ? 狀態(tài)變量及狀態(tài)空間表達(dá)式的建立 ? 狀態(tài)矢量的線性變換 ? 從狀態(tài)空間表達(dá)式求傳遞函數(shù)陣 系統(tǒng)描述中常用的基本概念 ? 系統(tǒng)的外部描述 傳遞函數(shù) ? 系統(tǒng)的內(nèi)部描述 狀態(tài)空間描述 狀態(tài)變量及狀態(tài)空間表達(dá)式 ?狀態(tài) ：是完全地描述動(dòng)態(tài)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀況的信息，系統(tǒng)在某一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀況可以用該時(shí)刻系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的一組信息表征，定義系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)信息的集合為狀態(tài)。現(xiàn)代控制理論 Modern Control Theory 浙江大學(xué)機(jī)械電子控制工程研究所 教材：現(xiàn)代控制理論 第三版 劉豹 唐萬(wàn)生 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 教 4302 機(jī)械制造、精密儀器、工業(yè)工程專(zhuān)業(yè) 緒論 一、控制的基本問(wèn)題 ? 控制問(wèn)題：對(duì)于受控系統(tǒng)（廣義系統(tǒng)） S，尋求控制規(guī)律 μ(t)，使得閉環(huán)系統(tǒng)滿足給定的性能指標(biāo)要求。 幾何法 （ 3）設(shè)計(jì)：帶參數(shù)修正 1948年 美國(guó)數(shù)學(xué)家維納 《 控制論 》 2． 現(xiàn)代控制理論 ： （ 50年代末 ~70年代初） 現(xiàn)代控制理論是以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)，研究MIMO，時(shí)變參數(shù)結(jié)構(gòu)，非線性、高精度、高性能控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)的領(lǐng)域。 )(,),( 001 txtx n?0tt?0tt ?)(,),(1 txtx n?)(tu0tt ?完全描述 ：如果給定了 時(shí)刻這組變量值 ，和 時(shí)輸入的時(shí)間函數(shù) ，那么，系統(tǒng)在 的任何瞬間的行為 就完全確定了。 )(,),( 001 txtx n?0tt?0tt ?)(,),(1 txtx n?)(tu0tt ?nnnnn?狀態(tài)矢量 ：設(shè) 是系統(tǒng)的一組狀態(tài)變量，并將它們看做矢量 的分量， 就稱為狀態(tài)矢量，記作： )(,),(1 txtx n?)(tx )(tx])()()([)()()()()(2121txtxtxttxtxtxtnTn?????????????????? xx 或?狀態(tài)軌跡 ：以 為起點(diǎn)，隨著時(shí)間的推移， 狀態(tài)矢量的端點(diǎn)在狀態(tài)空間不斷的移動(dòng)，所繪出的一條軌跡。 ),()(),()(),()(2121212122212111tuuuxxxftxtuuuxxxftxtuuuxxxftxrnnnrnrn????????????? )),(),(()( tttt uxfx ??向量形式： 1?n 狀態(tài)向量 n 輸入向量 1?r?輸出方程 ：在指定系統(tǒng)輸出的情況下，該 輸出 與 狀態(tài)變量間的 個(gè) 代數(shù) 方程，稱為系統(tǒng)的輸出方程。 )(1)()(ddtuLt
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