控制理论的发展和应用.pptVIP

控制理论的发展及应用;内容;一 控制论简介;Cybernetics，希腊语，原意为掌舵术，包含了调节、操纵、管理、指挥、监督等多方面的涵义 1943年底在纽约召开了关于信息、反馈问题的讨论会，参加者中有生物学家、数学家、社会学家、经济学家，从各自角度对信息反馈问题发表意见。陆续举行的讨论会，对控制论的产生起了推动作用。 1948年维纳发表《控制论》，控制科学诞生。;控制论的三个发展时期;三部经典著作;二 自动控制技术的早期发展;;James wat发明的飞球调节器， 控制蒸汽机的转速（1769年）;稳定性的早期发展-1;稳定性的早期发展-2;稳定性的早期发展-3;1892年，俄罗斯伟大的数学力学家A.M.Lyapunov（1857-1918）发表了其具有深远历史意义的博士论文《The General Problem of the Stability of Motion》 提出了为当今学术界广为应用且影响巨大的李亚普诺夫方法，也即李亚普诺夫第二方法或李亚普诺夫直接方法。这一方法不仅可用于线性系统，而且可用于非线性时变系统的分析与设计。;负反馈放大器及频域理论的建立-1;反馈放大器的振荡问题：实用化困难 1932年，Nyquist发表了包含著名的“乃奎斯特判据” (Nyquist criterion)的论文，并在1934年加入了Bell Labs。Black关于的负反馈放大器的论文发表在1934年，参考了Nyquist的论文和他的稳定性判据。 同时，Hendrik Bode(1905-1982)开始对负反馈放大器的设计问题进行研究。1940年，Bode引入了半对数坐标系，使频率特性的绘制工作更加适用于工程设计。;负反馈放大器及频域理论的建立-3;根轨迹法的建立;脉冲控制理论的建立-1;由于离散拉氏变换式是超越函数，崔普金又提出了用保角变换将Z平面的单位圆内部转换到新平面的左半面的方法，这样即可以使用Routh-Hurwitz判据，又可将连续系统分析的频域方法引入离散系统分析。 在变换理论的研究方面，W.Hurewicz于1947年最先引进了一个变换用于对离散序列的处理。 在此基础上，崔普金于1949年，拉格兹尼和扎德于1952年分别提出并定义了Z变换方法，大大简化了运算步骤，并在此基础上发展起脉冲控制系统理论。;回顾脉冲控制理论的发展，尽管俄国的崔普金等都做出了不可磨灭的贡献，但建立脉冲理论的许多工作都是由美国哥伦比亚大学的拉格兹尼和他的博士生们完成的。他们包括朱里（离散系统稳定的朱里判据，能观测性与能达性，分析与设计工具等），卡尔曼（离散状态方法，能控性与能观性等。是自控界第二位获IEEE Medal of Honor者(1974)），扎德（Z变换定义等。是第五位获IEEE Medal of Honor者(1995)）。 五十年代末，脉冲系统的Z变换法 已臻成熟，好几本教科书同时出版。;控制史上重点人物;三 控制理论各阶段的特点;数学工具;开环控制系统与闭环控制系统;开环控制系统;控制量;自动控制系统的基本结构：;经典控制论研究内容：;现代控制理论;经典与现代控制论的比较;表示系统在过去、现在和未来时刻的状况;外部描述——传递函数：不表征系统的内部结构和内部变量，只反映外部变量组输入与输出间的因果关系;现代控制论的重要分支：状态空间设计方法;计算机控制系统（离散控制、脉冲控制、采样控制等）;控制系统通常分成两大类 ： 连续时间控制系统 ：各处的信号是时间的连续函数 ，则称该类系统为连续时间控制系统。 离散时间控制系统 ：有一处或数处信号不是时间的连续函数， 而是在时间上离散的一系列脉冲序列或数字信号，称这类系统为离散时间控制系统或采样控制系统。 ; 离散信号＝采样信号＋数字信号 时间整量化 时间和幅值同时整量化;连续整量化信号与数字信号;采样控制系统与连续时间控制系统相比;连续系统和离散系统分析方法的比较 连续系统分析 （L变换） 微分方程 传递函数，频域分析（经典） 状态方程：求运动解，通过系统矩阵分析（现代） 离散系统分析类似 （z变换） 差分方程 脉冲传数，频域分析（经典） 差分状态方程：状态空间方法（现代） ;在设计采样系统中，一个重要的参数就是采样周期T，T过大，复现原信号时将失真，T过小，增加计算量，具体T的选择可以通过连续信号和采样信号频谱之间的关系确定。 采样定理：采样后的离散信号能恢复为原连续信号的条件是采样频率要高于或等于连续信号频谱中最高频率的两倍。;四 现代控制理论的进一步发展;?控制任务的多样化 经典及现代控制论在于寻求（反馈）控制，使得闭环系统稳定，即“镇定”。 到了二十世纪，工程技