天津大学 现代控制理论课件 窦立谦

《天津大学 现代控制理论课件 窦立谦》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、绪论现代控制理论主讲：窦立谦课程结构与内容绪论第1章控制系统的状态空间表达式1.1状态变量及状态空间表达式1.2状态空间表达式的模拟结构图1.3状态空间表达式的建立（一）1.4状态空间表达式的建立（二）1.5状态变量的线性变换1.6从状态空间表达式求传递函数1.7离散时间系统的状态空间表达式1.8时变系统和非线性系统的状态空间表达式绪论课程结构与内容第2章控制系统状态空间表达式的解2.1线性定常齐次状态方程的解2.2矩阵指数函数—状态转移矩阵2.3线性定常系统非齐次方程的解2.4线性时变系统的解2.5离散时间系统状态方程的解2.6连续时间

2、状态空间表达式的离散化绪论课程结构与内容第3章线性控制系统的能控性和能观性3.1能控性的定义3.2线性定常系统的能控性判别3.3线性连续定常系统的能观性3.4离散时间系统的能控性与能观性3.5时变系统的能控性与能观性3.6能控性与能观性的对偶关系3.7状态空间表达式的能控标准型与能观标准型3.8线性系统的结构分解3.9传递函数阵的实现问题3.10传递函数中零极点对消与状态能控性和能观性的关系绪论课程结构与内容第4章稳定性与李雅普诺夫方法4.1李雅普诺夫关于稳定性的定义4.2李雅普诺夫第一法4.3李雅普诺夫第一法4.4李雅普诺夫方法在线性系

3、统中的应用4.5李雅普诺夫方法在非线性系统中的应用绪论课程结构与内容第5章线性定常系统的综合5.1线性反馈控制系统的基本结构5.2极点配置问题5.3系统镇定问题5.4系统解耦问题5.5状态观测器5.6利用状态观测器实现状态反馈的系统绪论课程结构与内容第6章最优控制6.1最优控制问题6.2研究最优控制的前提条件6.3Bang-Bang控制6.4线性二次型最优控制问题绪论课程教材与参考书目教材：现代控制理论(第3版)/刘豹,唐万生主编.机械工业出版社参考书：1现代控制理论/俞立编著.清华大学出版社，20072现代控制理论(第4版)/Ogata

4、K.著,卢伯英,于海勋等译,电子工业出版社,20033线性系统理论(第2版)/郑大钟编.清华大学出版社,2002绪论课程特点基础概念多：状态空间、稳定性、能控能观、实现、观测器、极点配置、最优控制理论性强：矩阵理论计算量大：标准型实现、状态转移矩阵、能控能观判定绪论本章结构绪论0.1经典控制理论的特色与局限0.2现代控制理论的起源和发展0.3现代控制理论的研究内容0.4现代控制理论的应用绪论0.1经典控制理论的特色和局限1控制的本质特征反馈和算法是控制系统的本质特征0.1经典控制理论的特色和局限2经典控制的特点经典控制理论特点研究对象单输

5、入单输出系统(SISO)，高阶微分方程研究方法传递函数法(外部描述)研究工具拉普拉斯变换分析方法频域(复域),频率响应和根轨迹法设计方法PID控制和校正网络其他频率法的物理意义直观、实用0.1经典控制理论的特色和局限3经典控制的局限性（1）难以有效地应用于时变系统（2）难以有效地应用于多变量系统（3）难以有效地应用于非线性系统（4）难以实现最优控制0.1经典控制理论的特色和局限4经典控制的奠基人（1）1868年马克斯韦尔（J.C.Maxwell）解决了蒸汽机调速系统中出现的剧烈振荡的不稳定问题，提出了简单的稳定性代数判据。马克斯韦尔（J.

6、C.Maxwell）第一个对反馈控制系统的稳定性进行系统分析并发表论文的人0.1经典控制理论的特色和局限4经典控制的奠基人（2）1877年和1895年劳斯（Routh）与赫尔维茨（Hurwitz）把马克斯韦尔的思想扩展到高阶微分方程描述的更复杂的系统中,各自提出了两个著名的稳定性判据—劳斯判据和赫尔维茨判据。基本上满足了二十世纪初期控制工程师的需要。赫尔维茨（Hurwitz）劳斯（Routh）0.1经典控制理论的特色和局限4经典控制的奠基人（3）由于第二次世界大战需要控制系统具有准确跟踪与补偿能力，1932年奈奎斯特（H.Nyquist）

7、提出了频域内研究系统的频率响应法，为具有高质量的动态品质和静态准确度的军用控制系统提供了所需的分析工具。奈奎斯特耶鲁大学(Yale)BellLabs0.1经典控制理论的特色和局限4经典控制的奠基人（4）1948年伊万斯（W.R.Ewans）提出了复数域内研究系统的根轨迹法。建立在奈奎斯特的频率响应法和伊万斯的根轨迹法基础上的理论，称为经典（古典）控制理论（或自动控制理论）HendrikW.Bode（5）Bode。目前IEEE中，控制的最高奖为Bode奖Evans美国电气工程师，所从事的是飞机导航和控制哥伦比亚大学BellLabs本章结构绪

8、论0.1经典控制理论的特色与局限0.2现代控制理论的起源和发展0.3现代控制理论的研究内容0.4现代控制理论的应用绪论0.2现代控制理论的起源和发展1现代控制的起源20世纪50年代形成动态规划