【正文】 律的技術(shù)科學(xué) 現(xiàn) 代 控 制 工 程 基 礎(chǔ) 現(xiàn) 代 控 制 工 程 基 礎(chǔ) 控制的分類 （ 1）按分析設(shè)計(jì)方法分：線性控制和非線性控制 （ 2）按參考輸入信號(hào)分：常值控制和隨動(dòng)控制 （ 3）按控制信號(hào)種類分：連續(xù)控制和離散控制（數(shù)字控制） （ 4）按控制方式分：開環(huán)控制和閉環(huán)控制 控制的基本要求 （ 1）穩(wěn)定性。確定適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)作用 （ 3）反饋。 控制的基本要素： （ 1）控制對(duì)象或系統(tǒng)。因此，控制就是為了實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)給系統(tǒng)或?qū)ο蟮恼{(diào)節(jié)作用?，F(xiàn)代控制工程基礎(chǔ) Fundamentals of Modern Control Engineering 譚躍剛 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 現(xiàn) 代 控 制 工 程 基 礎(chǔ) 主要參考文獻(xiàn)： （ 1） 劉豹 主編：現(xiàn)代控制理論（第 2版） . （北京）機(jī)械工業(yè)出版社， 2022年 （ 2）郭雷 主編：控制理論導(dǎo)論 . （北京）科學(xué)出版社， 2022年 （ 3）緒方勝?gòu)? 著，盧伯英 等譯：現(xiàn)代控制工程（第 3版） .（北京）電子工業(yè)出 版社， 2022年 （ 4） Richard , Robert : Modern Control Systems. Published by Pearson Education Inc.,2022(科學(xué)出版社，英文影印版， 2022年 ) （ 5） Graham , Stefan , Mario : Control System Design. Published by Pearson Education Inc.,2022(清華大學(xué)出版社，英文 影印版， 2022年 ) （ 6）韓京清 等著 ： 線性系統(tǒng)理論代數(shù)基礎(chǔ) .（ 沈陽(yáng) ） 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社， 1987年 （ 7）須田信英 等著，曹長(zhǎng)修 譯：自動(dòng)控制中的矩陣?yán)碚?. 科學(xué)出版社， 1979年 (狀態(tài)空間分析法、可控性和可觀性、 穩(wěn)定性、反饋控制與狀態(tài)觀測(cè)器等 ) 現(xiàn) 代 控 制 工 程 基 礎(chǔ) 現(xiàn) 代 控 制 工 程 基 礎(chǔ) 何為控制 對(duì)系統(tǒng)或?qū)ο笫┘幼饔没蛳拗?，使其達(dá)到或保持某種規(guī)定或要求的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。施加作用或限制的本質(zhì)就是對(duì)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，其依據(jù)是給定任務(wù)目標(biāo)和系統(tǒng)變化。這種調(diào)節(jié)作用是由系統(tǒng)或?qū)ο笞陨硗瓿蓵r(shí)，就是自動(dòng)控制。要了解對(duì)象的性質(zhì)，需建立或辨識(shí)系統(tǒng)模型 （ 2）控制方法。檢驗(yàn)和協(xié)調(diào)控制作用 控制理論 —— 基于這三個(gè)要素的綜合，分析設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的原理和方法 自動(dòng)控制 (Automation Control) 在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置 (稱為控制裝置或控制器 )，使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程 (稱為被控對(duì)象 )的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù) (稱為被控量 )自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。這是控制系統(tǒng)正常工作的必要條件 （ 2）響應(yīng)特性。對(duì)干擾和變化有很強(qiáng)的抑制作用和適應(yīng)能力 （ 4）可控性和可觀性。 經(jīng)典控制理論 現(xiàn)代控制理論 研究對(duì)象 單輸入 /單輸出系統(tǒng) (SISO) 多輸入 /多數(shù)出系統(tǒng) (MIMO) 描述方式 傳遞函數(shù)（頻率特性函數(shù)） 狀態(tài)方程（動(dòng)態(tài)方程） 數(shù)學(xué)工具 積分變換 (拉普拉斯變換 ) 線性代數(shù)、矩陣論 分析方法 頻域法、根軌跡法 時(shí)域法（狀態(tài)空間法） 設(shè)計(jì)方法 圖形法、試湊法 (PID控制和校正裝置 ) 解析法 (狀態(tài)反饋和輸出反饋 ) 共同點(diǎn) 基于對(duì)象模型的分析設(shè)計(jì) 現(xiàn) 代 控 制 工 程 基 礎(chǔ) 現(xiàn) 代 控 制 工 程 基 礎(chǔ) 控制理論的產(chǎn)生與發(fā)展 按照控制系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法和要求的不同，控制理論存在經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論之分。 控制理論的產(chǎn)生和發(fā)展，主要源于“ (負(fù) )反饋”的概念。因此，應(yīng)用 (負(fù) )反饋可使系統(tǒng)在不確定性存在條件下達(dá)到要求的性能目標(biāo)，但是反饋又引出了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)特性等問(wèn)題，對(duì)這些問(wèn)題的研究就成了控制理論的主要內(nèi)容。這個(gè)問(wèn)題的定量描述和求解就形成了現(xiàn)代控制理論的主要內(nèi)容。 現(xiàn) 代 控 制 工 程 基 礎(chǔ) 現(xiàn) 代 控 制 工 程 基 礎(chǔ) 經(jīng)典控制理論的產(chǎn)生和發(fā)展 經(jīng)典控制理論也稱為古典控制理論，其發(fā)展歷史雖然 從目前公認(rèn)的第一篇理論文章： 1868年發(fā)表的“論調(diào)節(jié)器 (On Governors)”算起已有一百多年，但是控制的思想和技術(shù)至少有幾千年的歷史。公元前三世紀(jì)的古埃及，亞歷山大里亞城的Ctesibius首先在水鐘的受水壺中使用浮子，這個(gè)浮子的作用就是節(jié)制注入的水，這種節(jié)制方式就包含了負(fù)反饋的思想。 現(xiàn) 代 控 制 工 程 基 礎(chǔ) 現(xiàn) 代 控 制 工 程 基 礎(chǔ) 18世紀(jì)，隨著人們對(duì)動(dòng)力的需求，各種動(dòng)力裝置成為人們研究或關(guān)注的重點(diǎn)。在這一時(shí)期蒸汽機(jī)也取得突破發(fā)展， 1765年俄國(guó)人發(fā)明了蒸汽機(jī)鍋爐的水位自動(dòng)調(diào)節(jié)器， 1788年詹姆斯 ?瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)的飛球調(diào)節(jié)器，這是反饋調(diào)節(jié)器的一種最成功應(yīng)用，使得蒸汽機(jī)工作速度更加均勻，從而使蒸汽機(jī)得到了推廣應(yīng)用。 現(xiàn) 代 控 制 工 程 基 礎(chǔ) 1. 1868年 馬克斯韋爾（ ） 解決了蒸汽機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中出現(xiàn)的 劇烈振蕩的不穩(wěn)定問(wèn)題，提出了簡(jiǎn)單的穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù)。基本上滿足了二十世紀(jì)初 期控制工程師的需要。 從 19世紀(jì)中葉開始，反饋控制思想和方法經(jīng)過(guò)幾個(gè)重要突破和發(fā)展，到 20世紀(jì)中葉逐漸形成了經(jīng)典控制理論的體系。 5. 1948年美國(guó)數(shù)學(xué)家 維納（ ） 出版了 《 控制 論 — 關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制與通訊的科學(xué) 》 ，為 控制理論這門學(xué)科奠定了基礎(chǔ)。 經(jīng)典控制理論的主要特點(diǎn)： (1)單變量線性定常系統(tǒng)是主要研究對(duì)象 (2)頻率法是研究控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的主要方法 (3)各種圖表 (Nichles圖、 Bode圖、 Nyquist曲線、根軌跡曲線、 Roth表等 ) 是控制系統(tǒng)分析和綜合的主要工具 現(xiàn) 代 控 制 工 程 基 礎(chǔ) 現(xiàn) 代 控 制 工 程 基 礎(chǔ) 從 20世紀(jì) 40年代到 50年代末，經(jīng)典控制理論的發(fā)展與應(yīng)用使整個(gè)世界的科學(xué)技術(shù)水平出現(xiàn)了巨大的飛躍，幾乎在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸及國(guó)防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域都廣泛地應(yīng)用了自動(dòng)控制技術(shù)。 現(xiàn)代控制理論的產(chǎn)生和發(fā)展 從 20世紀(jì) 50年代末開始，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)實(shí)際的進(jìn)一步需要，出現(xiàn)了多輸入 /多輸出控制系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)和時(shí)變控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問(wèn)題。近代數(shù)學(xué)為現(xiàn)代控制理論提供了多種多樣的分析工具；數(shù)字計(jì)算機(jī)為現(xiàn)代控制理論發(fā)展提供了分析和應(yīng)用的平臺(tái)。 2. 1959年卡爾曼（ Kalman）和布西創(chuàng)建了卡爾曼濾波理 論， 1960年在控制系統(tǒng)的研究中成功地應(yīng)用了狀態(tài)空間 法，并提出了可控性和可觀測(cè)性的新概念。 現(xiàn)代控制理論發(fā)展歷程中的幾個(gè)主要標(biāo)志： 4. 羅森布洛克 （ ）、 歐文斯 （ ） 和 麥克法倫 （ ）研究了適用于計(jì)算機(jī)輔 助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 現(xiàn)代頻域法理論，將經(jīng)典控制理論 傳遞函數(shù)的概念推廣到多變量系統(tǒng)，并探討了傳遞函 數(shù)矩陣與狀態(tài)方程之間的等價(jià)轉(zhuǎn)換關(guān)系，為進(jìn)一步建 立統(tǒng)一的線性系統(tǒng)理論