1 现代控制理论的主要内容1
现代控制理论的主要内容
自适应控制(4/5)
模型参考自适应控制系统的主要结构为
参考模型 前馈调节器 被控系统
反馈调节器 自适应机构 图1 模型参考自适应控制
自适应控制(5/5)
自校正控制系统的主要结构为
调节器参数 设计与计算 (自适应机构) 前馈调节器 参数估计
被控系统
反馈调节器 图 自校正控制系统 图 2 3自校正控制系统
非线性系统理论(2/4)
由于非线性系统的研究缺乏系统的一般性的理论及方法,于 是综合方法得到较大的发展,主要有: 李雅普诺夫方法: 它是迄今为止最完善,最一般的非线性方法,但是由于 它的一般性,在用来分析稳定性或用来镇定综合时都 欠缺构造性。 变结构控制: 由于其滑动模态(sliding-mode)具有对干扰与摄动的 不变性, 1980年代受到重视，是一种实用的非线性控 制的综合方法。 微分几何法:在过去的20年中,微分几何法一直是非线性 控制系统研究的主流,它对非线性系统的结构分析、分解 以及与结构有关的控制设计带来极大方便。
随机系统理论就是研究这类随机动态系统的系统分析、 优化与控制。
随机系统理论和最优估计(2/2)
最优估计讨论根据系统的输入输出信息估计出或构造出随机 动态系统中不能直接测量的系统内部状态变量的值。 由于现代控制理论主要以状态空间模型为基础,构成反馈 闭环多采用状态变量,因此估计不可直接测量的状态变量 是实现闭环控制系统重要的一环。 该问题的困难性在于系统本身受到多种内外随机因素扰 动,并且各种输入输出信号的测量值含有未知的、不可测 的误差。 最优估计的早期工作是维纳在1940年代提出的维纳滤波器, 较系统完整的工作是卡尔曼在1960年代初提出的滤波器理论。 该分支的基础理论为概率统计理论、线性系统理论和最 优控制理论。
现代控制理论第一章 ppt课件
1.1 控制理论的发展历程
瓦特，James Watt
工业革命之父 1736-1819
离心调速器
1.1 控制理论的发展历程
瓦特，James Watt
1.1 控制理论的发展历程
麦克斯韦，J.C. Maxwell
第一个 对反馈系统稳定性进行系统研究，
并发表论文的人。
《ON GOVERNORS》 《论调节器》 1868
1.1 控制理论的发展历程
维纳，Norbert Wienner
控制论的创始人 标志控制学科诞生 《控制论，或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》
Cybernetics or Control and Communication in the animal and the machines. 1948
控制系统的理论研究开始于此!
1.1 控制理论的发展历程
麦克斯韦，J.C. Maxwell
A GOVERNOR is a part of a machine by means of which the velocity of the machine is kept nearly uniform, notwithstanding variations in the drivingpower or the resistance.
庞特里亚金 Lev Pontryagin
Bang-Bang控制
现代控制理论1
令i1(t)为x1,i2(t)为x2,则由上式可得：
R1 ( x2 x1 ) U1 U 2 x1 L1 L1
矩阵形式
R1 R1 x1 1 1 u1 x1 x u L1 L1 2 L1 L1 2
0 0
因此i(t)和eo(t)就可以表征这个电路的行为，这组 信息量就称为状态。
2. 状态空间的基本概念
1).状态:表征系统运动的信息和行为 2).状态变量：完全表征系统运动状态的最小一组变量 3).状态向量：把n个状态变量看作向量x(t)的分量，即x(t ) [xt ( )
1
xt ( 2 )
绪论
一 控制理论发展简史
1.控制论发展经过了三个时期：
第一阶段：四十年代末到五十年代的经典控制论时期，着 重研究单机自动化，解决单输入单输出（SISO-Single Input Single Output）系统的控制问题；它的主要数学 工具是微分方程、拉普拉斯变换和传递函数；主要研究方 法是时域法、频域法和根轨迹法；主要问题是控制系统的 快速性、稳定性及其精度。
输出方程为：
u A u2 R1 (i2 i1 )
矩阵形式
x1 u1 u A R1 R1 0 1 x2 u 2
1-3线性定常系统的状态空间表达式
现代控制理论第一章01
例：如下图所示电路， u(t ) 为输入量， uC (t ) 为输出量。
建立方程： L di (t ) Ri (t ) uC (t ) u (t ) dt 初始条件： i (t ) i (t0 ) t t
0 0
du C (t ) iC dt
uC (t ) t t uC (t0 )
数值型和逻辑型 线性和非线性 时变和定常的 连续时间型和离散时间型 集中参数和分布参数等
这种描述系统动态特性的数学表达式称为系统的动态 方程
建立数学模型的主要方法有
机理分析建模 实验建模（系统辨识）
动态系统数学描述的基本方法
外部描述－输入输出描述 内部描述－状态空间描述
a11 a1n A an1 ann nn c11 c1n C cm1 cmn m n
b11 b1r B bn1 anr nr d11 d1r D d m1 d mr m r
对前面引入的状态空间模型的意义,有如下讨论:
状态方程描述的是系统动态特性， 其决定系统状态变量的动态变化。 输出方程描述的是输出与系统内部的状态变量的关系。 系统矩阵A表示系统内部各状态变量之间的关联情况, 它主要决定系统的动态特性。 输入矩阵B又称为控制矩阵, 它表示输入对状态变量变化的影响。 输出矩阵C反映状态变量与输出间的作用关系。 直接传输矩阵D则表示了输入对输出的直接影响,许多系统 不存在这种直联关系,即矩阵D=0。
现代控制工程简答题
现代控制工程简答题
1、控制系统的基本构成及特点。
2、现代控制理论的主要内容。
3、控制系统的状态空间描述及意义。
4、线性定常非齐次连续系统状态（方程解）的动态特性。
参考答案：
1、控制系统主要由具有动态特性的被控对象系统、实现控制作用的控制机构、完成数据收集的检测机构，以及实现性能指标评价和信息处理的计算机构等部分构成。控制系统的主要特点为：以动态系统为控制对象，通过施加必要的操作，实现对象系统状态按照指定的规律进行变化，达到某一特定功能；强调动态过程和动态行为的目的性、稳定性、能观测性、可控性、最优性以及时实性等；控制系统的数学模型主要用微分方程描述，设计方法为动态优化方法。，
2、主要包括五个方面：①线性系统理论（状态空间描述、能控性、能观测性和稳定性分析，状态反馈、状态观测器及补偿理论和设计方法），②建摸和系统辩识（模型结构及参数辩识方法论、参数估计理论），③最优滤波理论（卡尔曼滤波理论），④最优控制理论（经典变分法、最大值原理法、动态规划法），⑤自适应控制理论（模型参考自适应控制方法论、自校正控制方法论、鲁棒稳定自适应理论等）。
3、控制系统的状态空间描述：由状态方程和输出方程组成的状态空间表达式。状态方程是一个一阶微分方程组，描述系统输入与系统状态的变化关系，即系统的内部描述；输出方程是一个代数方程，主要描述系统状态与系统输出的关系，即系统的外部描述。意义：状态空间描述反映了控制系统的全部信息，是对系统特性的全部描述，是实现现代控制系统分析、设计的重要手段。
4、线性定常非齐次连续系统状态（方程解）的一般形式为：
现代控制理论课程说明
现代控制理论课程说明
一、课程基本情况
二、课程描述
《现代控制理论》是自动化专业的一门重要的专业基础课，同时也是专业的主干课程，其任务让学生掌握分析与综合自动控制系统的另一种基础理论与方法。本课程为自动控制理论中的现代控制理论部分，其主要内容有：系统状态空间表达式的建立；状态方程的求解；系统的能控性和能观性；李雅普诺夫判别稳定性方法的原理及用其分析线性系统的稳定性；控制系统的综合，包括极点配置及状态观测器等。
主要内容：
1．状态空间描述的概念
2. 线性控制系统的运动分析
3. 控制系统的能控性与能观测性
4. 控制系统的稳定性
5. 线性定常系统的综合
三、使用教材及主要参考书或资料
使用教材：《现代控制理论基础》（第二版）王孝武主编，机械工业出版社，2007年2月出版，普通高等教育“十一五”国家规划教材，普通高等教育电气
工程与自动化类“十一五”规划教材。
可作为自动化、电气工程及其自动化、计算机应用、电子信息工程、测控技术与仪器等专业的本科教材，也可供这些领域的工程技术人员参考。
内容包括：线性控制系统的状态空间描述，能够对线性系统的几种模型进行互相转化；掌握线性控制系统的运动规律及连续系统的离散化；熟悉线性控制系统的能控性与能观测性概念及其判定准则；了解控制系统的李亚普诺夫稳定性理论；掌握线性控制系统的状态反馈与状态观测器的设计方法。
主要参考书或资料
1．《现代控制理论》刘豹主编，机械工业出版社
2.《现代控制理论》王宏华主编，电子工业出版社
3.《线性系统理论》郑大钟主编，清华大学出版社
四、考核方式
考勤、作业、实验.................... 30%
《现代控制理论》课程教学大纲
《现代控制理论》课程教学大纲
课程代码：ABJD0422
课程中文名称：现代控制理论
课程英文名称：Moderncontro1theory
适用专业：自动化
课程类型：选修
课程学分数：2学分
课程学时数：32学时
先修课程：高等数学、线性代数、自动控制原理等
一、课程介绍
通过本课程的学习，使学生了解现代控制理论在国民工农业生产、交通运输、国防以及国民经济的各个部门中的作用，并使学生掌握建立工业控制系统模型以及分析和综合控制系统的方法,从而为毕业设计和未来工作中设计和分析控制系统提供强有力的理论分析依据和理论基础。
二、教学基本内容和要求
1 .绪论
讲解控制理论的发展史，并比较现代控制理论与经典控制理论的优缺点，介绍现代控制理论的基本内容。
重点和难点：现代控制理论与经典控制理论的优缺点。
2 .线性控制系统的状态空间描述
介绍状态空间描述的基本概念,讲解建立状态空间模型的方法以及以下各种模型之间的变换方法：（1）系统的一般时域描述化为状态空间描述；（2）系统的频域描述化为状态空间描述；（3）据状态变量图列写线性系统的状态空间描述；（4）据系统方块图导出状态空间描述。
重点和难点：根据物理定律和化学定律建立实际系统状态空间模型，以及将其它类型系统模型变换成状态空间模型方法
3 .线性控制系统的运动
讲解以下几个方面内容：（1）线性定常系统的自由运动；（2）矩阵指数的计算方法；（3）线性定常系统的受控运动。
重点与难点：线性控制系统的运动
4 .控制系统的李亚普诺夫稳定性
讲解以下几个方面内容：（1）李亚普诺夫第二法的概述；（2）李亚普诺夫意义下的稳定性；（3）李亚普诺夫稳定性定理；（4）线性系统的李亚普诺夫稳定性分析。
现代控制工程简答题
现代控制工程简答题
1、控制系统的基本构成及特点。
2、现代控制理论的主要内容。
3、控制系统的状态空间描述及意义。
4、线性定常非齐次连续系统状态（方程解）的动态特性。
参考答案：
1、控制系统主要由具有动态特性的被控对象系统、实现控制作用的控制机构、完成数据收集的检测机构，以及实现性能指标评价和信息处理的计算机构等部分构成。控制系统的主要特点为：以动态系统为控制对象，通过施加必要的操作，实现对象系统状态按照指定的规律进行变化，达到某一特定功能；强调动态过程和动态行为的目的性、稳定性、能观测性、可控性、最优性以及时实性等；控制系统的数学模型主要用微分方程描述，设计方法为动态优化方法。，
2、主要包括五个方面：①线性系统理论（状态空间描述、能控性、能观测性和稳定性分析，状态反馈、状态观测器及补偿理论和设计方法），②建摸和系统辩识（模型结构及参数辩识方法论、参数估计理论），③最优滤波理论（卡尔曼滤波理论），④最优控制理论（经典变分法、最大值原理法、动态规划法），⑤自适应控制理论（模型参考自适应控制方法论、自校正控制方法论、鲁棒稳定自适应理论等）。
3、控制系统的状态空间描述：由状态方程和输出方程组成的状态空间表达式。状态方程是一个一阶微分方程组，描述系统输入与系统状态的变化关系，即系统的内部描述；输出方程是一个代数方程，主要描述系统状态与系统输出的关系，即系统的外部描述。意义：状态空间描述反映了控制系统的全部信息，是对系统特性的全部描述，是实现现代控制系统分析、设计的重要手段。
4、线性定常非齐次连续系统状态（方程解）的一般形式为：
现代控制理论基本内容
主要方法： 变分法、极大值原理、动态规划等
极大值原理
现代控制理论的核心
即：使系统的性能指标达到最优（最小或最大）
某一性能指标最优：
如时间最短或燃料消耗最小等。
（3）自适应控制 在控制系统中，控制器能自动适应内外部参数、 外部环境变化，自动调整控制作用，使系统达 到一定意义下的最优。
a. 模型参考自适应控制 （Model Reference Adaptive Control)
Kalman滤波器
（3）大系统理论 是指规模庞大、结构复杂、变量众多的信息 与控制系统，如生产过程、交通运输、生物 工程、社会经济和空间技术等复杂系统。
复杂系统的特点：
（1）动力学模型的不确定性 （2）测量信息的粗糙性和不完整性 （3）动态行为或扰动的随机性 （4）离散层次和连续层次的混杂性 （5) 系统动力学的高度复杂性 （6）状态变量的高维性和分布性 （7）各系统间的强耦合性
第八章 现代控制理论初步
一、 控制理论发展概况 二、 现代控制理论的主要特点 三、 现代控制理论基本内容
一、 控制理论发展概况
控制论：1948年 美国数学家维纳《控制论》 1940——1950 经典控制理论 单机自动化 1960——1970 现代控制理论 机组自动化 1970——1980 大系统理论 控制管理综 合 1980——1990 智能控制理论 智能自动化 1990——21c 集成控制理论 网络控制自 动化
现代控制原理
现代控制原理
现代控制原理是研究和设计控制系统的理论和方法，它广泛应用于工业、自动化、航空航天、机械、电子等各个领域。现代控制原理主要包括系统建模、传递函数、状态空间、反馈控制、校正控制等内容。
在现代控制原理中，系统建模是一个重要的环节。通过对被控对象进行建模，可以将其描述为数学方程或传递函数，从而方便进行后续的分析和设计。传递函数是描述系统输入与输出之间关系的数学表达式，通过对传递函数的分析可以了解系统的动态特性和稳定性。
状态空间是现代控制原理中另一个重要的概念。通过对系统的状态进行描述，可以更准确地表示系统的动态行为。状态空间模型可以用来进行系统分析、控制器设计和状态估计等。同时，利用状态反馈和状态估计可以提高系统的控制性能和鲁棒性。
在现代控制原理中，反馈控制是一种常用的控制策略。通过将系统输出的信息反馈到控制器中进行调节，可以实现对系统性能和稳定性的控制。反馈控制可以有效地抑制系统的扰动和误差，提高系统的稳定性和响应速度。
此外，校正控制是现代控制原理中的另一个重要内容。校正控制可以根据实际系统的运行情况对控制器进行参数的校正和调整，以提高控制系统的性能和稳定性。校正控制可以根据系统的动态响应和误差进行自适应调整，从而更好地适应实际应用需求。
总的来说，现代控制原理是一门应用广泛的学科，它通过对系统建模、状态空间、反馈控制和校正控制等内容的研究，为实际应用中的控制系统设计和优化提供了理论和方法。通过不断深入研究和应用，现代控制原理在提高控制系统性能和稳定性方面发挥着重要的作用。
现代控制理论-1-绪论
1954年，钱学森的《工程控制论》在美国出版。 －－－奠定了工程控制论的基础
我国自动控制界的先驱式人物、中国导 弹之父、《工程控制论》作者--钱学森
“钱学森无论走到哪里，都抵得上5个师的兵力，我宁可把他击毙在美 国也不能让他离开。”----美国海军高级将领金布尔
• 1934年上海交通大学毕业，次年留学美国 • 1938年在美国从事空气动力学研究 • 1939年加州理工学院获得航空、数学博士学位，曾任加 州理工学院副教授，麻省理工学院教授，加州理工学院 喷气推进中心主任、教授。 • 40年代末加州理工学院给研究生讲课 • 1955年一家乘克莱弗兰总统号回国 • 1964年我国第一颗原子弹爆炸成功 • 1967年我国第一颗氢弹爆炸成功 • 1970年我国第一颗人造卫星东方红一号上天 • 1989年获“小罗克韦尔奖章”（1982创立-1/16） • 2009年10月31日在北京逝世
• 导弹制导系统、宇宙飞船系统、卫星 姿态控制系统、机器人控制、飞机自 动驾驶系统
• 数控机床 • 工业过程控制，温度、气压、流速等
• 城市交通控制、Internet网络拥堵控制； • 生物系统、环境系统、社会经济系统………
1.3 现代控制理论的特点
① 研究对象是多变量系统；
（经典理论主要以单输入单输出系统为研究对象）
1.1.2 现代控制理论
• 1956年，美国贝尔曼R.Bellman发表《动态 规划理论在控制过程中的应用》，建立了 最优控制的理论基础。 • 1956/1958年，前苏联的庞德里亚金发表了 《最优过程的数学理论》，提出了极大值 原理（Maximum Principle）。
现代控制理论介绍
采用方法：是以频域中传递函数为基础的 外部描述方法。包括频域响应法、根轨迹
法、相平面法、描述函数法等。 主要研究：单输入(single-input)——单输 出(single-output)系统的分析与设计问题
(SIS0 system) 采用工具：奈氏曲线(Nyquist analysis)、 伯德图（Bode diagram）、尼氏图、根轨
目前发展的方向：大系统理论、复杂系
统、人工智能、模糊控制等分支。
对现代控制理论做出杰出贡献的有：
贝尔曼Bellman——动态规划法 庞特里亚金Ponteryagin——极值原理（苏） 卡尔曼Kalman——能控性、能观测性、
Kalman滤波（美）
本课介绍：现代控制理论基础
主要内容：多变量系统的分析方法与 设计（线性系统理论） 具体内容： 1、状态空间的表达式 2、能控性、能观测性 3、李亚谱诺夫稳定性方法 4、线性系统的综合（状态反馈、观 测器）
迹(root locus)等
●现代控制理论 (modern control
theory)
采用方法：是以时域中（状态变量）描述 系统内部特征的状态空间方法为基础的内 部描述方法 。the concept of state and of
state variable state-space form 主要研究：多输入——多输出系统
现代控制理论的主要内容
现代控制理论的主要内容
介绍
现代控制理论是控制工程领域的一门重要学科，它主要研
究利用数学模型和计算机技术进行系统控制的方法和理论。现代控制理论从20世纪50年代开始快速发展，并且在工业生产、航空航天、交通运输等领域有着广泛的应用。本文将介绍现代控制理论的主要内容，包括控制理论的基本概念、常用的控制方法和现代控制系统的设计原则。
控制理论的基本概念
系统
在控制理论中，系统指的是需要被控制或调节的对象，可
以是一个物理系统、一个工艺流程或是一个经济系统等。系统可以被描述为由输入和输出组成的黑箱模型，通过对输入信号的调节，可以实现对输出信号的控制。
控制系统
控制系统是由传感器、执行器、控制器和控制算法组成的
一系列组件的集合。控制系统的作用是通过对输入信号的调节，
使得系统的输出达到预期的目标。控制器根据传感器的反馈信息，通过控制算法计算出相应的控制信号，然后通过执行器对系统进行控制。
反馈控制
反馈控制是控制系统中常用的一种控制方法。它通过对系
统输出的实时反馈信息进行测量和分析，然后根据反馈误差调节输入信号，使得输出信号逼近预期目标。反馈控制能够提高系统的稳定性和鲁棒性，并且对系统参数变化有一定的适应性。
常用的控制方法
比例积分微分控制（PID控制）
PID控制是一种经典的控制方法，它根据误差的比例、积
分和微分部分来计算控制信号。比例部分根据当前误差与目标值之间的差异来计算控制信号，积分部分根据误差的累积值来计算控制信号，微分部分根据误差变化的速率来计算控制信号。PID控制具有简单易实现、鲁棒性好的特点，在工业自动化控制中得到了广泛的应用。
《现代控制理论》课程教案
《现代控制理论》课程教案
一、教学目标
1. 了解自动控制的基本概念、原理和方法。
2. 掌握线性系统的状态空间分析、传递函数分析和频率响应分析。
3. 熟悉现代控制理论的主要内容，包括最优控制、鲁棒控制和自适应控制等。
4. 学会运用现代控制理论解决实际工程问题。
二、教学内容
1. 自动控制的基本概念：开环控制与闭环控制、稳定性、稳态误差、性能指标等。
2. 线性系统的数学模型：差分方程、微分方程、状态空间方程。
3. 状态空间分析：系统的可控性、可观测性、稳定性和性能分析。
4. 传递函数分析：劳斯-赫尔维茨准则、奈奎斯特准则、频率响应分析。
5. 最优控制：线性二次调节器、庞特里亚金最小原理、动态规划。
三、教学方法
1. 讲授：讲解基本概念、原理和方法，结合实际案例进行分析。
2. 互动：提问、回答问题，引导学生思考和讨论。
3. 练习：课后作业、小测验，巩固所学知识。
4. 项目：分组完成控制系统设计项目，提高实际应用能力。
四、教学资源
1. 教材：《现代控制理论》，作者：宋志坚。
2. 课件：PowerPoint演示文稿。
3. 辅助软件：MATLAB，用于分析和设计控制系统。
五、教学评价
1. 平时成绩：课堂表现、作业、小测验（30%）。
2. 项目成绩：分组完成的项目（30%）。
3. 期末考试成绩：闭卷考试（40%）。
六、教学安排
1. 课时：总共32课时，每课时45分钟。
2. 授课方式：课堂讲授与实践相结合。
3. 授课进度安排：
自动控制的基本概念（2课时）
线性系统的数学模型（3课时）
状态空间分析（5课时）
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系统辨识(1/2)
1.2.4 系统辨识
简而言之,系统辨识就是 ➢ 利用系统在试验或实际运行中所测得的输入输出数据， ➢ 运用数学方法归纳和构造出描述系统动态特性的数学模 型， ➢ 并估计出其模型参数的理论和方法。
该分支是由数理统计学发展而来的。 ➢ 无论是采用经典控制理论或现代控制理论，在进行系统 分析、综合和控制系统设计时，都需要事先知道系统的 数学模型。
线性系统是一类最为常见系统，也是控制理论中讨论得最为 深刻的系统。 ➢ 该分支着重于研究线性系统状态的运动规律和改变这种 运动规律的可能性和方法，以建立和揭示系统结构、参 数、行为和性能间的确定的和定量的关系。 ➢ 通常，研究系统运动规律的问题称为分析问题，研究改 变运动规律的可能性和方法的问题则为综合问题。 ➢ 线性系统理论的主要内容有
自适应控制(1/5)
1.2.5 自适应控制
自适应控制研究当被控系统的数学模型未知或者被控系统的 结构和参数随时间和环境的变化而变化时，通过实时在线修 正控制系统的结构或参数使其能主动适应变化的理论和方法 。
➢ 自适应控制系统通过不断地测量系统的输入、状态、输 出或性能参数，逐渐了解和掌握对象，然后根据所得的 信息按一定的设计方法，做出决策去更新控制器的结构 和参数以适应环境的变化，达到所要求的控制性能指标 。
➢ 该问题的困难性在于系统本身受到多种内外随机因素扰 动，并且各种输入、输出信号的测量值含有未知的、不 可测的误差。
最优估计的早期工作是维纳在1940年代提出的维纳滤波器， 较系统完整的工作是卡尔曼在1960年代初提出的卡尔曼滤波 器理论。
➢ 该分支的基础理论为概率统计理论、线性系统理论和最 优控制理论。
最优控制(1/1)
1.2.2 最优控制
最优控制理论是研究和解决从一切可能的控制方案中寻找最 优解的一门学科。 ➢ 具体地说就是研究被控系统在给定的约束条件和性能指 标下，寻求使性能指标达到最佳值的控制规律问题。 ➢ 例如，要求航天器达到预定轨道的时间最短、所消耗的 燃料最少等。
该分支的基本内容和常用方法为 ➢ 变分法； ➢ 庞特里亚金的极大值原理； ➢ 贝尔曼的动态规划方法。
自适应控制(3/5)
自适应控制系统的类型主要有： ➢ 自校正控制系统， ➢ 模型参考自适应控制系统， ➢ 自寻最优控制系统， ➢ 学习控制系统等。（无模型控制也是一种特殊的学习控 制方法）
最近，非线性系统的自适应控制，基于神经网络的自适 应控制(NNC)得到重视，提出了一些新的方法。
自适应控制领域是少数几个中国人取得较大成就的领域。中 国科学院陈翰馥院士与郭雷院士在1990年代初圆满解决自适 应控制的收敛性问题。
线性系统理论(2/2)
✓ 系统结构性问题，如能控性、能观性、稳定性、系 统实现和结构性分解等；
✓ 线性状态反馈及极点配置； ✓ 镇定； ✓ 解耦； ✓ 状态观测器等。
近30年来，线性系统理论一直是控制领域研究的重点，其主 要研究方法有: ➢ 以状态空间分析为基础的代数方法； ➢ 以多项式理论为基础的多项式描述法； ➢ 以空间分解为基础的几何方法。
➢ 该分支诞生于1950年代末，是控制理论中近60年发展最 为迅速、最为活跃的分支。
自适应控制(2/5)
自适应控制系统应具有3个基本功能： ➢ 辨识对象的结构和参数，以便精确地建立被控对象的数 学模型； ➢ 给出一种控制律以使被控系统达到期望的性能指标； ➢ 自动修正控制器的参数。
因此，自适应控制系统主要用于过程模型未知或过程模型结构 已知但参数未知且随机的系统。
系统辨识(2/2)
系统辨识包括两个方面：结构辨识和参数估计。 ➢ 在实际的辨识过程中，随着使用的方法不同，结构辨识 和参数估计这两个方面并不是截然分开的，而是可以交 织在一起进行的。
系统辨识是重要的建模方法，因此亦是控制理论实现和应用 的基础。 ➢ 系统辨识是控制理论中发展最为迅速的领域，它的发展 还直接推动了自适应控制领域及其他控制领域的发展。
➢ 随机系统理论就是研究这类随机动态系统的系统分析、 优化与控制。
随机系统理论和最优估计(2/2)
最优估计讨论根据系统的输入输出信息估计出或构造出随机 动态系统中不能直接测量的系统内部状态变量的值。 注意：与软测量区别
➢ 由于现代控制理论主要以状态空间模型为基础，构成反 馈闭环多采用状态变量，因此估计不可直接测量的状态 变量是实现闭环控制系统重要的一环。
随机系统理论和最优估计(1/2)
1.2.3 随机系统理论和最优估计
实际工业、农业、社会及经济系统的内部本身含有未知或不 能建模的因素，外部环境上亦存在各种扰动因素，以及信号 或信息的检测与传输上往往不可避免地带有误差和噪音。
➢ 随机系统理论将这些未知的或未建模的内、外扰动和误 差，用不能直接测量的随机变量及过程以概率统计的方 式来描述，并利用随机微分方程和随机差分方程作为系 统动态模型来刻划系统的特性与本质。
1 现代控制理论的主要 内容1
2020年4月21日星期二
目录
1.1 控制理论发展概述 1.2 现代控制理论的主要内容 1.3 Matlab软件概述 1.4 本书的主要内容 参考教材 参考期刊
目录(1/1)
现代控制理论的主要内容(1/2)
1.2 现代控制理论的主要内容
在工业生产过程应用中，常常遇到 被控对象精确状态空间模型不易建立、 合适的最优性能指标难以构造、 以及所得到最优的、稳定的控制器往往过于复杂 等问题。 ➢ 为了解决这些问题，科学家们从20世纪50年代末现代控制理 论的诞生至今，不断提出新的控制方法和理论，其内容相当 丰富、广泛，极大地扩展了控制理论的研究范围。
下面简单介绍现代控制理论的主要分支及所研究的内容： ➢ 线性系统理论 ➢ 最优控制
➢ 随机系统理论和最优估计 ➢ 系统辨识 ➢ 自适应控制 ➢ 非线性系统理论 ➢ 鲁棒性分析与鲁棒控制 ➢ 分布参数控制 ➢ 离散事件控制 ➢ 智能控制
现代控制理论的主要内容(2/2)
ห้องสมุดไป่ตู้
线性系统理论(1/2)
1.2.1 线性系统理论