控制理論的發(fā)展及應(yīng)用-文庫(kù)吧資料
2025-05-20 10:54本頁(yè)面
【正文】 YsG ?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) 。 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(gè)狀態(tài)變量為基底所構(gòu)成的 n維空間就稱(chēng)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)。 控制結(jié)構(gòu)： 通常是采用狀態(tài)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(wèn)題 ， 然后在狀態(tài)空間 描述的基礎(chǔ)上討論系統(tǒng)的 運(yùn)動(dòng)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(zhuān)門(mén)討論 綜合 問(wèn)題 ， 包括極點(diǎn)配置 ， 鎮(zhèn)定 ， 跟蹤 ， 解耦等 。 ● 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(chēng)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) 。 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)。 脈沖控制理論的建立 3 經(jīng)典控制理論的發(fā)展 控制史上重點(diǎn)人物 Wiener Kalman Nyquist Zadeh Astr246。是第五位獲 IEEE Medal of Honor者(1995)）。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。 ? 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(jiǎn)化了運(yùn)算步驟，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展起脈沖控制系統(tǒng)理論。 經(jīng)典控制理論的發(fā)展 ? 由于離散拉氏變換式是超越函數(shù)，崔普金又提出了用保角變換將 Z平面的單位圓內(nèi)部轉(zhuǎn)換到新平面的左半面的方法，這樣即可以使用 RouthHurwitz判據(jù)，又可將連續(xù)系統(tǒng)分析的頻域方法引入離散系統(tǒng)分析。 ? 線(xiàn)性脈沖控制理論以線(xiàn)性差分方程為基礎(chǔ)，線(xiàn)性差分方程理論在三、四十年代中已逐步發(fā)展起來(lái)。 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。 經(jīng)典控制理論的發(fā)展 脈沖控制理論的建立 1 ? 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的誕生，脈沖控制理論迅速發(fā)展。 ? Evans所從事的是飛機(jī)導(dǎo)航和控制 ， 其中涉及許多動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定問(wèn)題 ， 因此又回到 70多年前 Maxwell和 Routh曾做過(guò)的特征方程的研究工作 。它同時(shí)域法，頻域法可稱(chēng)是三分天下。（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。 ? 1942年， 傳遞函數(shù) 的概念。不久拉普拉斯變換就被應(yīng)用到分析自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)問(wèn)題上，并取得了顯著成效。 1940年， Bode引入了 半對(duì)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(jì)。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的論文和他的穩(wěn)定性判據(jù)。T公司 Bell Labs的 科學(xué)家們?yōu)楹诵?，又建立了控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的頻域方法 。這一方法不僅可用于 線(xiàn)性系統(tǒng)，而且 可用于非線(xiàn)性時(shí)變系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì) 。因此這一穩(wěn)定性判據(jù)現(xiàn)在也被稱(chēng)為 RouthHurwitz穩(wěn)定性判據(jù) 。 經(jīng)典控制理論的發(fā)展 穩(wěn)定性的早期發(fā)展 3 ? 18
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