现代控制理论课件(第三版),刘豹主编,机械工业出版社

Modern Control Theory
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绪论
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现代控制理论研究的对象、 现代控制理论研究的对象、内容及方法
现代控制理论研究的方法
研究系统输入/输出特性和内部性能 研究系统输入 输出特性和内部性能 (Input/output properties of systems and internal performance)
，
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网络交流
为了配合教与学，更好地掌握《现代控制理论》 为了配合教与学，更好地掌握《现代控制理论》 知识，交流学习经验，交换学习信息， 知识，交流学习经验，交换学习信息，已在网 络上建立了《现代控制理论》社区。 络上建立了《现代控制理论》社区。社区建在 Yahoo groups 上，社区名称为 社区名称为Modern Control Theory。此社区是针对现代控制理论 。 课程学习建立的，内容与教与学密切相关。 课程学习建立的，内容与教与学密切相关。鼓 励所有同学加入该社区。 励所有同学加入该社区。
沈阳建筑大学 信息与控制工程学院
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本节主要内容
学习现代控制理论的意义 关于自动化的介绍 控制理论的发展历程 现代控制理论研究的对象、 现代控制理论研究的对象、方法及内容 现代控制理论与经典控制理论的对比
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学习现代控制理论的意义
科学技术的发展不仅需要迅速地发展控制理论， 科学技术的发展不仅需要迅速地发展控制理论，而 且也给现代控制理论的发展准备了两个重要的条 现代数学和数字计算机。 件—现代数学和数字计算机。 现代数学和数字计算机 现代数学，例如泛函分析、现代代数等， 现代数学，例如泛函分析、现代代数等，为现代控 制理论提供了多种多样的分析工具； 制理论提供了多种多样的分析工具；而数字计算机 为现代控制理论发展提供了应用的平台。 为现代控制理论发展提供了应用的平台。 在二十世纪五十年代末开始， 在二十世纪五十年代末开始，随着计算机的飞速发 推动了核能技术、空间技术的发展， 展，推动了核能技术、空间技术的发展，从而对出 现的多输入多输出系统、非线性系统和时变系统。 现的多输入多输出系统、非线性系统和时变系统。
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课程内容
绪论 控制系统的状态空间表达式 控制系统状态空间分析 线性控制系统能控性和能观性 控制系统的稳定性分析 线性定常系统的综合 最优控制
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教材及参考书
教材: 教材
《现代控制理论》（第三版），刘豹主编，机械工 现代控制理论》 第三版），刘豹主编， ），刘豹主编 业出版社
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现代控制理论研究的对象、 现代控制理论研究的对象、内容及方法
现代控制理论研究的对象
线性系统 非线性系统 时变系统 多变量系统 连续与离散系统 (Linear systems) (Nonlinear systems) (Time variable systems) (Multivariable systems) (Continuous/discrete time systems)
控制理论与计算机技术相结合→计算机控制技术 控制理论与计算机技术相结合 计算机控制技术
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控制理论的发展历程
控制理论发展趋势
企业：资源共享、因特网、信息集成、信息技术+控制技 企业：资源共享、因特网、信息集成、信息技术 控制技 集成控制技术) 术 (集成控制技术 集成控制技术 网络控制技术 计算机集成制造CIMS：（工厂自动化） ：（工厂自动化 计算机集成制造 ：（工厂自动化）
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学习现代控制理论的意义
是自动化专业的理论基础 是提高学生专业理论水平的重要环节 是许多专业报考研究生的必考课
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关于自动化的介绍 Brief Introduction to Automation
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控制理论的发展历程
智能控制理论
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 专家系统，模糊控制， 专家系统，模糊控制，人工智能 神经网络，人脑模型， 神经网络，人脑模型，遗传算法
Soft computing
定义
所谓自动化是指机器或装置在无人干预的情况下按规定 的程序或指令自动的进行操作或运行。广义地讲， 的程序或指令自动的进行操作或运行。广义地讲，自动 化还包括模拟或再现人的智能活动。 化还包括模拟或再现人的智能活动。
Definition
The art of making processes or machines self-acting or self-moving. Also pertains to the technique of making a device, machine, process or procedure more fully automatic.
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控制理论的发展历程
现代控制理论
对象:以 线性、 对象 以MIMO线性、非线性、时变与非时变系统为主要 线性 非线性、 研究对象； 研究对象； 工具：以线性代数和微分方程为工具， 工具：以线性代数和微分方程为工具，以状态空间法为 基础。 基础。
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狭义自动化是指工业自动化， 狭义自动化是指工业自动化，自动化也是最早应用于工 业生产领域的。 业生产领域的。 广义的自动化包括工业自动化、生活自动化、 广义的自动化包括工业自动化、生活自动化、办公自动 化和商务自动化。 化和商务自动化。
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控制理论的发展历程 Progress of Control Theory
ModernControlTheory-subscribe@yahoogroups.com
建议： 建议：在Yahoo 上建立帐号 sjzu+校园卡编号，以此账号注册 校园卡编号， 校园卡编号
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网络交流
社区所能提供的： 社区所能提供的：
Lecture notes/slides, Related learning materials, Outline of the general review, Information and news in this course.
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关于自动化的介绍 Brief Introduction to Automation
自动化的理论基础
自动化技术是一门新兴的科学技术，它以控制论、 自动化技术是一门新兴的科学技术，它以控制论、信息 论和系统论为理论基础，以哲学的方法论为研究方法。 论和系统论为理论基础，以哲学的方法论为研究方法。
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课程介绍
本课程是自动化专业的一门专业基础课， 本课程是自动化专业的一门专业基础课，通过 本课程的学习， 本课程的学习，使学生掌握现代控制理论中最 基本的内容，它不仅是控制理论的基础， 基本的内容，它不仅是控制理论的基础，而且 是现代网络分析和线性系统理论的基础， 是现代网络分析和线性系统理论的基础，进一 步学习有关专业知识及进行工程实践打好必要 的基础。 的基础。
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网络交流
注册方法： 注册方法： 向以下邮件地址发邮件， 向以下邮件地址发邮件，会得到一封自动回复的 邮件，按邮件提示，进行简单填写，提交， 邮件，按邮件提示，进行简单填写，提交，然后 等候批准。获得批准后即可加入社区， 等候批准。获得批准后即可加入社区，参加社区 活动。 活动。
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控制理论的发展历程
经典控制理论
形成和发展
世纪30-40年代，初步形成。 年代， 在20世纪 世纪 年代 初步形成。 世纪40年代形成体系 在20世纪 年代形成体系。 世纪 年代形成体系。 频率理论 根轨迹法
线性定常系统为研究对象。 以SISO线性定常系统为研究对象。 线性定常系统为研究对象 以拉氏变换为工具， 以拉氏变换为工具，以传递函数为基础在频率域中分析 与设计。 与设计。 经典控制理论的局限性
(P.177 About Lyapunov`s stability criteria for nonlinear systems)
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现代控制理论研究的对象、 现代控制理论研究的对象、内容及方法
现代控制理论研究的内容
线性系统理论 非线性系统理论 最优控制 系统辨识 自适应控制 最优滤波理论等 (Theory of Linear Systems) (Theory of Nonlinear Systems) (Optimal Control) (System Identification) (Adaptive Control) (Optimal filtering Theory)
经典控制理论 (Classical Control Theory) 现代控制理论 (Modern Control Theory) 智能控制理论 (Intelligent Control Theory) 控制理论发展趋势 (Trend of Development of Control Theory)
难以有效地应用于时变系统、 难以有效地应用于时变系统、多变量系统 难以有效地应用于非线性系统。 难以有效地应用于非线性系统。 Modern Control Theory
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控制理论的发展历程
现代控制理论
现代控制理论的形成和发展 Formation and Progress
在20世纪 年代形成 世纪50年代形成 世纪 动态规划法 极大值原理 卡尔曼滤波 上世纪60年代末至 年代迅速发展。 年代末至80年代迅速发展 上世纪 年代末至 年代迅速发展。 非线性系统 大系统 智能系统 Modern Control Theory
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教学要求
参加本课程的同学必须
人手一册教材 出勤听课 记课堂笔记 完成作业
者取消正常考试资格。） （缺课达到1/3，缺作业达 者取消正常考试资格。） 缺课达到 ，缺作业达1/4者取消正常考试资格
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参考书: 参考书
Modern control theory, William L. Brogan, Ph.D., PRENTICE-HALL, INC. Englewood Cliffs, New Jersey 现代控制理论》 《现代控制理论》 于长官，哈尔滨工业大学出版社 现代控制理论基础》 王照林， 《现代控制理论基础》，王照林，国防大学出版社
Fundamental knowledge of automation
Cybernetics Information Theory Systemism
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关于自动化的介绍 Brief Introduction to Automation
狭义自动化和广义自动化
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现代控制理论与经典控制理论的对比
对象 共同 分析：研究系统的原理和性能 主要内容 设计：改变系统的可靠性（综合性能） 系统
研究对象：单入单出（SIS0）系统，线性定常 古典 工具：传递函数(结构图)，已有初始条件为零时才适用 试探法解决问题 ： PID串联、超前、滞后、反馈 区别 研究对象：多入多出（MIMO）系统、线性定常、非线性、时变 工具：状态空间法、研究系统内部、输入－状态（内部）－输出 现代 改善系统的方法：状态反馈 、输出反馈