控制理論的發(fā)展及應(yīng)用(完整版)
【正文】 ???)()()()( 21txtxtxtxn?以 n個(gè)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(diǎn)就代表系統(tǒng)在某一特定時(shí)刻的狀態(tài)。 ?采樣控制系統(tǒng)：包括了采樣數(shù)據(jù)信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，如過(guò)程控制系統(tǒng)（ PCS）。 理想的采樣過(guò)程 四 現(xiàn)代控制理論的進(jìn)一步發(fā)展 ? 其他動(dòng)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(shí)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(jī)系統(tǒng)：基于概率統(tǒng)計(jì)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(huì)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(lái)對(duì)其進(jìn)行分析和控制 機(jī)械系統(tǒng)： 2階非線性系統(tǒng)，并充分利用力學(xué)特性簡(jiǎn)化研究 不確定系統(tǒng)：自適應(yīng)控制、魯棒控制等多個(gè)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”。 智能材料：具有及時(shí)預(yù)報(bào)缺陷及損傷，自加強(qiáng)等功能。例如在控制理論發(fā)展史上做出巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)家如 Maxwell、Lyapunov、 Zadeh等無(wú)不在多個(gè)方面均有建樹(shù)。 人們對(duì)控制的熱情在下降 。 今天仍然是非常重要的 。 寄語(yǔ)： ? 毛主席 ：希望寄托在你們身上，中國(guó)的前途寄托在你們身上，有志氣、有抱負(fù)的青年一代一定要為實(shí)現(xiàn)我們偉大的歷史使命而奮斗 ? 鄧小平 ：科學(xué)的未來(lái)在于青年，青年一代的成長(zhǎng)正是我們事業(yè)必定要興旺發(fā)達(dá)的希望所在 ? 江澤民 ：二十一世紀(jì)是青年的世紀(jì)，中國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的重任，歷史地落在你們肩上 謝 謝！ 。 這是目前控制困境的一個(gè)原因 。 有人主張取消自動(dòng)化學(xué)科或改換名稱 。 Black的論文也是在參考了 Nyquist的論文之后才完成，他的專利申請(qǐng)也是在 Nyquist等的工作完成后才被認(rèn)可并獲準(zhǔn)的。 現(xiàn)代控制理論的進(jìn)一步發(fā)展 3 五 歷史的思考 ? 社會(huì)發(fā)展的需要是科學(xué)發(fā)展的動(dòng)力 控制技術(shù)的存在與發(fā)展已有數(shù)千年的歷史，但只有在工業(yè)的發(fā)展對(duì)動(dòng)力產(chǎn)生巨大的需求，蒸氣機(jī)穩(wěn)定性問(wèn)題出現(xiàn)并具有至關(guān)重要的意義時(shí)，人們才集中智力來(lái)解決這一難題，并由此產(chǎn)生了穩(wěn)定性理論。 監(jiān)控、預(yù)警：化工過(guò)程、車(chē)間、煤礦采掘面等各種工業(yè)過(guò)程 跟蹤、替人操作、裝配：擬人機(jī)器人、智能機(jī)器人及車(chē)等 ? 這一趨勢(shì)是明顯的，也是必然的。 ?數(shù)字控制系統(tǒng)：信號(hào)是一個(gè)數(shù)字序列，如數(shù)字仿真系統(tǒng)（ DSS）。 )()()(sXsYsG ?0( ) ( ) ( ) ( 0 )x t A x t B u t x x? ? ?，)()()( tDutCxty ??現(xiàn)代控制論的重要分支：狀態(tài)空間設(shè)計(jì)方法 ? 系統(tǒng)模型 狀態(tài)空間模型的建立 、 與傳遞函數(shù)描述之間的相互轉(zhuǎn)化； ? 系統(tǒng)分析 狀態(tài)空間運(yùn)動(dòng)分析；能控性和能觀性的基本概念與判據(jù) 、 能控 、 能觀標(biāo)準(zhǔn)形及結(jié)構(gòu)分解； ? 系統(tǒng)綜合 基于狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 —— 極點(diǎn)配置和觀測(cè)器設(shè)計(jì) 。 ● 控制精度不高 ● 系統(tǒng)抗干擾能力差 ● 對(duì)元器件的要求 比較高 控制量 輸入量 輸出量 (b) 閉環(huán)控制系統(tǒng) 反饋元件 ﹢ ﹣ 控制器 受控對(duì)象 控制器 受控對(duì)象 控制量 輸入量 輸出量 (a) 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 控制量 輸入量 輸出量 (b) 閉環(huán)控制系統(tǒng) 反饋元件 ﹢ ﹣ 控制器 受控對(duì)象 控制器 受控對(duì)象 控制量 輸入量 輸出量 (a) 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng) — 反饋控制系統(tǒng) ? 反饋通路 負(fù)反饋與正反饋 控制系統(tǒng)一般采用負(fù)反饋 ? 信號(hào)傳遞形成一個(gè)閉合回路 輸入量與反饋量之差稱為 偏差信號(hào) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)： 設(shè)定值 r ﹣ 控制器 執(zhí)行器 被控對(duì)象 測(cè)量、變送 擾動(dòng) f 被控變量 y 反饋量 z 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 偏差 e 控制變量 u 經(jīng)典控制論研究?jī)?nèi)容： ? 系統(tǒng)模型 傳遞函數(shù)模型的建立 ? 系統(tǒng)分析 系統(tǒng)時(shí)域分析；穩(wěn)定性 （ 勞斯穩(wěn)定判據(jù) ） ；穩(wěn)態(tài)偏差；根軌跡；頻率特性分析 ? 系統(tǒng)綜合 基于根軌跡 、 頻率特性進(jìn)行控制器設(shè)計(jì) 。他們包括 朱里（離散系統(tǒng)穩(wěn)定的朱里判據(jù)，能觀測(cè)性與能達(dá)性，分析與設(shè)計(jì)工具等）， 卡爾曼 （離散狀態(tài)方法，能控性與能觀性等。 Nyquist首先證明把正弦信號(hào)從它的采樣值復(fù)現(xiàn)出來(lái)，每周期至少必須進(jìn)行兩次采樣。（把對(duì)具體物理系統(tǒng)，統(tǒng)一用傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)等抽象的概念來(lái)研究） ? 至 1945年，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的頻域方法， “波德圖 ”(Bode plots)方法，已基本建立了。Black關(guān)于的負(fù)反饋放大器的論文發(fā)表在 1934年，參考了Nyquist的
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