现代控制理论在内燃机振动主动控制中的应用_王宝林
现代控制理论实际应用
现代控制理论实际应用引言现代控制理论是控制工程领域中的重要理论体系，它具有广泛的实际应用。
在各个领域中，现代控制理论能够帮助我们设计和优化控制系统，提高系统的性能和稳定性。
本文将介绍现代控制理论的一些实际应用，并探讨其在这些应用中的作用。
自动化生产线控制在自动化生产线中，现代控制理论可以帮助我们优化生产过程，提高生产效率和产品质量。
通过对生产线中的各个环节进行建模和控制，我们可以使用现代控制器来实现自动化控制，有效地减少人为操作的干预，提高生产线的稳定性和一致性。
此外，现代控制理论还可以应用于故障检测和诊断，及时发现和修复生产线中的故障，保证生产线的正常运行。
机器人控制现代控制理论在机器人控制方面也有着广泛的应用。
通过建立机器人的动力学模型，并利用现代控制器进行控制，可以实现机器人的高精度运动控制和轨迹规划。
在工业领域中，机器人的精确控制可以帮助我们完成各种复杂的任务，如焊接、装配和搬运等。
此外，现代控制理论还可以应用于机器人的感知和定位，提高机器人的自主导航能力。
飞行器姿态控制在航空领域，现代控制理论被广泛应用于飞行器姿态控制。
通过建立飞行器的动力学模型，并设计合适的控制器，可以实现飞行器的稳定飞行和精确姿态控制。
现代控制理论能够帮助我们解决飞行器受到外界干扰时的姿态调整问题，提高飞行器的飞行安全性和稳定性。
此外，它还可以应用于飞行器的自动导航和路径规划，实现飞行任务的自主完成。
轨道交通信号控制在轨道交通系统中，现代控制理论可以协助我们设计和优化交通信号控制系统，提高交通系统的效率和安全性。
通过对交通流的建模和分析，我们可以应用现代控制器来优化交通信号的控制策略，实现道路上交通流的合理分配和调度。
现代控制理论还可以应用于轨道交通列车的运行控制，提高列车的运行速度和准确性，有效地缩短乘客的出行时间。
结论现代控制理论是一个重要的理论体系，具有广泛的实际应用。
通过对各个领域中的控制问题进行建模和分析，并利用现代控制器进行控制，我们可以有效地提高系统的性能和稳定性。
现代控制理论习题集
现代控制理论习题集序为了帮助同学们更好地学习《现代控制理论》这门大学自动化专业的主干基础课程，在王整风老师的指导下，我们共同编写了这本基于刘豹版本教材的习题集，希望能让大家拥有做题不仅仅注重题目答案，更关注解题过程的意识。
本书第一章由张胜编写，第二章由何新礼编写，第三章由刘洋编写，第四章由邢雅琪编写，第五章由孙峰编写，由宋永康和王彦明统稿，在此向王老师和以上同学表示感谢。
由于时间仓促，本习题集难免有不当之处，个别题目的解法并不唯一，解题过程难免有错误、疏漏的地方，恳请大家批评指正。
编者2013年6月目录第一章控制系统的状态空间表达式 (1)第二章控制系统状态空间表达式的解 (13)第三章线性控制系统的能控性和观性 (21)第四章稳定性与李亚普诺夫方法 (33)第五章线性定常系统综合 (38)第一章控制系统的状态空间表达式张胜1-1 试求图1-27系统的模拟结构图，并建立其状态空间表达式。
解：直接对系统方块结构图转化得系统的模拟结构图如下：可得系统的状态方程：故系统的状态空间表达式为：1-2 有电路如图1-28所示。
以电压u(t)为输入量，求以电感中的电流和电容上的R上的电压作为输出量的输出方程。
电压作为状态变量的状态方程，和以电阻2解：易得系统为3维单输入单输出系统：假定流过c U 上的电流向下，对图中的两个回路由KVL 得 ：解得213.11x Cx C x -=转化成矩阵形式为：1-4 两输入21,u u ，两输出21,y y 的系统。
其结构模拟图如图1.30所示，试求其状态空间表达式和传递函数阵。
解：令11y u -前向通道上积分号后的状态变量分别为12,x x ；22y u -前向通道上积分号后的状态变量分别为4,3x x 。
由于系统为四维，两输入，两输出系统，故系统阵A 为4×4阶，输入阵B 为4×2阶，输出阵C 为2×4阶。
由图得，系统的状态空间表达式如下：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡43212101000001x x x x y y由 可求得系统传递函数阵。
论内燃机振动及其控制措施
而达到控制或减少振动危害 的目的。
参
天津大学 出版社 ，２ ０ ０ ８ ．
考 文 献
［ １ ］舒歌群 ，高文志 ，刘 月辉 ，等． 动力机械振 动与噪 声［ Ｍ］ ． 天津
［ ２ ］ 郭文勇 ，朴 甲哲 ，张永祥． 柴油机缸 套磨 损故障的机体振动监测 研 究［ Ｊ ］ ．振动 、测试与诊 断 ， ２ ０ ０ ５ ，２ ５ （ ４ ） ：２ ８ ９ — ２ ９ ２ ． ［ ３ ］ 周志革 ，武一 民，崔根群 ，等．汽车排气总管的振动控制［ Ｊ ］ ．汽
模态 ，通 过与激励频率 比较来判 断内燃机在实 际工况下是否会
产生共振 ，对 于有 可能产生共振 的情况 ，通过调整 内燃机 、悬
现 ，经济性和可靠性好 ，在工程领域得到 了广 泛应用 。但随着 人们对振动环境及 内燃机 的振动特性 的要求越来越 高 ，振动被
动控制存在一定的局限性 。该技术对低频 、超低频及 宽带 随机 振动 的控制效果有限 ，因此振动 主动控制技术应运而生。振 动 主动控制又称为有 源减振技术 ，是近年来随着计算机技术 、控
制理论 、材料科学 等学科的发展而迅速 发展的一项高新技 术 。 它需要依靠 附加 的能源来支持减振装 置的工作 ，具有效果 好 、 适应性 强等优势 ，已成 为 内燃机 振动控 制 的一 条重要 的新途
径 。目前 ，宽频带 隔振 、减振 的措施主要有双层隔振 、金属 弹
隔振 就是在振 源与需要 防振 的设备之 间 ，安装若干个具有
一
定 弹性 和阻尼性能 的隔振装置 （ 隔振器） ，将振源 与基础之 间或基础 与防振设备之 间的刚性连接改成柔性连接 ，以阻隔并
现代控制理论课后习题答案
精心整理绪论为了帮助大家在期末复习中能更全面地掌握书中知识点，并且在以后参加考研考博考试直到工作中，为大家提供一个理论参考依据，我们11级自动化二班的同学们在王整风教授的带领下合力编写了这本《现代控制理论习题集》（刘豹第三版），希望大家好好利用这本辅助工具。
根据老师要求，本次任务分组化，责任到个人。
我们班整体分为五大组，每组负责整理一章习题，每个人的任务由组长具体分配，一个人大概分1~2道题，每个人任务虽然不算多，但也给同学们提出了要求：1.写清题号，抄题，画图（用CAD或word画）。
2.题解详略得当，老师要求的步骤必须写上。
3.遇到一题多解，要尽量写出多种方法。
本习题集贯穿全书，为大家展示了控制理论的基础、性质和控制一个动态系统的四个基本步骤，即建模、系统辨识、信号处理、综合控制输入。
我们紧贴原课本，强调运用统一、联系的方法分析处理每一道题，将各章节的知识点都有机地整合在一起，力争做到了对控制理论概念阐述明确，给每道题的解析赋予了较强的物理概念及工程背景。
在课后题中出现的本章节重难点部分，我们加上了必要的文字和图例说明，让读者感觉每一题都思路清晰，简单明了，由于我们给习题配以多种解法，更有助于发散大家的思维，做到举一反三！这本书是由11级自动化二班《现代控制理论》授课老师王整风教授全程监管，魏琳琳同学负责分组和发布任务书，由五个小组组组长李卓钰、程俊辉、林玉松、王亚楠、张宝峰负责自己章节的初步审核，然后汇总到胡玉皓同学那里，并由他做最后的总审核工作，绪论是段培龙同学和付博同学共同编写的。
本书耗时两周，在同学的共同努力下完成，是二班大家庭里又一份智慧和努力的结晶，望大家能够合理使用，如发现错误请及时通知，欢迎大家的批评指正！2014年6月2日第一章 控制系统的状态空间表达式1-1 试求图1-27系统的模拟结构图，并建立其状态空间表达式 解：系统的模拟结构图如下： 系统的状态方程如下： 令y s =)(θ，则1x y =所以，系统的状态空间表达式及输出方程表达式为1-2有电路如图1-28所示。
现代控制理论在内燃机振动主动控制中的应用
第37卷 第6期2008年12月小型内燃机与摩托车S MALL I N TERNAL COMBUSTI O N ENGI N E AND MOT ORCYCLEVol.37No.6Dec.2008现代控制理论在内燃机振动主动控制中的应用王宝林1 于镒隆2 王 爽3(1-天津大学内燃机研究所 天津 300072 2-天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室3-天津朝霞摩托车技术开发有限公司)摘 要:内燃机的振动是有害的,为了克服这类有害的振动,人们已经开始研究主动控制振动的途径。
本文简述了现代控制理论在内燃机振动主动控制领域的应用现状,阐述了各种控制理论与内燃机振动系统的关系。
本文以现代控制理论中有代表性的最优控制、自适应控制、鲁棒控制为重点分析了现代智能控制理论在振动系统控制中应用的可能性与发展,指出了内燃机振动主动控制领域今后一段时间内的研究重点与方向。
关键词:内燃机振动 主动控制 现代控制理论 现状与发展中图分类号:TK411.6 文献标识码:A 文章编号:1671-0630(2008)06-0092-05The Appli ca ti on of M odern Con trol Theory onActi ve Con trol of Eng i n e V i bra ti onW ang Baoli n1,Y u Y ilong2,W ang Shuang31-Tianjin I nternal Co mbusti on Engine Research I nstitute,Tianjin University(Tianjin,300072)2-State Key Laborat ory of Engines,Tianjin University3-Tianjin Zhaoxia Mot orcycle Technol ogy Devel opment Co.,L td.Abstract:Engine vibrati on is har mful.To avoid this kind of vibrati on,peop le are l ooking f or the way t o con2 tr ol the vibrati on actively.This paper intr oduces the app licati on status of modern contr ol theory on active con2 tr ol of engine vibrati on,and expounds the relati onshi p bet w een vari ous contr ol theories and the engine vibra2 ti on syste m.Taking op ti m al contr ol,adap tive contr ol and r obust contr ol as rep resentatives of modern contr ol theory,the p r obability and devel opment of modern contr ol theory’s app licati on on vibrati on syste m contr ol are analyzed,and the research e mphasis and directi on of active contr ol of engine vibrati on are put f or ward. Keywords:Engine vibrati on,Active contr ol,Modern contr ol theory,Status and devel opment引言内燃机的振动是有害的。
振动控制理论及其在工程中的应用
振动控制理论及其在工程中的应用一、引言振动是指由于突然的力量或者频繁的震动导致的物体固有运动。
在实际工程中，振动问题是不可避免的，因此如何有效控制振动成为研究和实践工程的关键问题之一。
振动控制理论作为一门分支学科，已成为日益成熟和重要的领域，它的优化成果和空间变形研究对实际工程问题的解决，具有重要的支撑和指导价值。
二、振动控制理论的概念及其理论基础1、概念振动控制是指以控制理论和控制方法尽量抑制或减小系统振动或使系统保持平衡的控制制度。
2、理论基础振动控制理论本质上是一个多学科的领域，其研究对象包括力学、结构动力学、材料科学、信号处理、数学和控制学等，它综合了这些学科的方法和手段。
因此，振动控制理论的理论基础涵盖了多个学科理论的相关基础，包括控制论、信号处理、机械振动、结构动力学和材料科学中的材料设计理论等。
三、常见的振动控制方法及其应用1、有源振动控制有源振动控制采用控制器来实现力或位移等控制方式，其最大优点是能够通过系统控制实现精确的抑制和减振。
该方法由于其对环境噪声来源有较强的抑制力，因此在某些飞机、汽车、电子设备和地铁等运输工具的控制系统中被广泛应用。
2、无源振动控制无源振动控制是采用材料或结构的特殊设计，通过双层材料或结构的选择、合理的材料叠层方式、结构变形和局部加强等来实现抑制和减振控制。
该方法的优点是控制代价小，控制方式简单，因此在一些无源振动控制设备中得到广泛应用。
3、混合振动控制混合振动控制是将有源振动控制和无源振动控制相结合，以充分利用有源振动控制和无源振动控制的优点，来实现系统的抑制和减振。
该方法应用在飞机、汽车和高铁等控制系统中，具有较好的效果。
四、振动控制的应用示例振动控制的应用以自然灾害和工程领域应用较为广泛。
自然灾害领域，地震的不可预报性和突发性，使地震响应控制成为重要技术。
在工程领域中，如大型建筑、桥梁、塔等建筑结构和机械系统振动等，均需要利用振动控制技术来维护其安全稳定运行。
目录(内燃机学)
第六章 内燃机的替代燃料 第一节 替代燃料概述 第二节 含氧燃料 第三节 合成油 第四节 气体替代燃料 第五节 替代燃料的生命周期分析
第七章 内燃机的燃料供给与调节 第一节 概述 第二节 柴油机燃料供给与调节系统 第三节 柴油机喷油泵结构参数的确定 第四节 柴油机喷油器的结构和参数 第五节 柴油机的异常喷射现象 第六节 柴油机的工况调节与调速器 第七节 柴油机燃料供给与调节系统 第八节 点燃式内燃机燃料供给系统 第九节 电控汽油喷射系统 第十节 气体燃料供给系统
第一章 概论 第一节 内燃机简史 第二节 中国内燃机工业发展简史 第三节 内燃机分类 第四机的工作指标 第一节 示功图与指示性能指标 第二节 有效性能指标 第三节 机械损失与机械效率 第四节 排放指标 第五节 提高内燃机动力性能与经济性能
第三章 内燃机的工作循环 第一节 内燃机的理论循环 第二节 内燃机的燃料及燃烧热化学 第三节 内燃机的实际循环 第四节 内燃机的热平衡 第五节 内燃机工作过程的热力学模型
第四章 内燃机的换气过程 第一节 四冲程内燃机的换气过程 第二节 四冲程内燃机的换气损失 第三节 提高内燃机充量系数的措施 第四节 内燃机的增压 第五节 二冲程内燃机的换气
第五章 内燃机混合气的形成 第一节 内燃机缸内的气体流动 第二节 点燃式内燃机的燃烧 第三节 点燃式内燃机的燃烧室 第四节 压燃式内燃机的燃烧 第五节 压燃式内燃机的燃烧室 第六节 均质充量压缩着火燃烧发动机
第八章 内燃机污染物的生成 第一节 概述 第二节 污染物的生成机理和影响因素 第三节 内燃机的排放控制 第四节 内燃机的排气后处理 第五节 排放法规 第六节 OBD技术简介
第九章 内燃机的使用特性与匹配 第一节 内燃机的工况 第二节 内燃机的负荷特性 第三节 内燃机的速度特性 第四节 内燃机的万有特性 第五节 内燃机的功率标定及大气校正 第六节 内燃机与工作机械的匹配
振动控制-主动、半主动
目录0．前言 (1)0．1 结构振动控制研究与应用概况 (1)1．结构振动主动控制、半主动控制 (2)2．结构振动控制分类 (3)3．各类控制系统构造及性能 (4)3．1 结构振动主动控制概述 (4)3．1．1 主动控制控制原理 (5)3．1．2 加力方式及加力位置 (7)3．1．3 控制装置 (8)3．2 结构振动半主动控制概述 (8)4．结构振动主动控制、半主动控制算法 (11)4．1 主动控制算法 (12)4．1．2 几种算法的简单介绍 (13)4．2 半主动控制算法 (21)4．3 智能控制算法 (22)5．结构主动、半主动控制系统分析方法及设计方法 (24)5．1 主动控制系统的最优控制力设计与分析 (25)5．1．1 主动控制系统的最优控制力设计 (25)5．1．2 主动最优控制力和受控反应特征分析 (26)5．2 结构主动变阻尼和智能阻尼控制系统的最优控制力设计与分析 (30)5．2．1半主动最优控制力设计 (31)5．2．2系统反应分析 (36)5．3 结构主动变刚度控制系统的最优控制力设计与分析 (37)5．3．1主动变刚度最优控制力设计 (37)5．3．2系统反应分析 (40)6．结构振动主动控制、半主动控制系统的工程应用 (41)6．1 AMD控制系统的工程应用 (41)6．2 结构主动变刚度控制系统的工程应用 (41)6．3 结构主动变阻尼控制系统的工程应用 (42)6．4 其他结构振动控制系统的工程应用 (42)7．研究展望 (43)7．1 结构振动主动控制、半主动控制的研究与发展方向 (43)7．2 结构振动控制的有待研究的问题 (43)8．结语 (43)参考文献 (44)主动控制、半主动控制综述0．前言0．1 结构振动控制研究与应用概况结构振动控制技术与传统的依靠结构自身强度、刚度和延性来抵抗地震作用的做法不同，通过在结构中安装各种控制装置，从而达到减小结构地震反应、保障结构地震安全的目的。
现代控制论
分析主汽温对象的模型
2.化为约当标准型状态空间表达式
分析主汽温对象的模型
2.化为约当标准型状态空间表达式
分析主汽温对象的模型
3.系统状态空间表达式的求解
分析主汽温对象的模型
分析主汽温对象的模型
4.系统的能控性和能观性
分析主汽温对象的模型
4.系统的能控性和能观性
分析主汽温对象的模型
图3 减温水量扰动下汽温响应曲线
主汽温对象模型的建立
过热器布置在高温烟道中，大型锅炉的过热器往往分为若干段，在各段之间设置喷水减 温器，即采用汽温的分段控制，温度调节用减温水由锅炉的给水系统提供。 图中，θs为过热器出口蒸汽温度，它是控制系统的被调量；Ws1、Ws2是减温器的喷水 量，它是控制系统的调节量。
将它写成分块矩阵的形状
即
分析主汽温对象的模型
(2)系统的闭环传递函数 带观测器状态反馈闭环系统的传递函数阵等于直接状态反馈闭环系统的传递函数阵,它与是否采用 观测器反馈无关,即
(3)闭环系统的稳定性
由观测器构成状态反馈的闭环系统,其特征多项式等于状态反馈部分的特征多项式
和观
测器部分的特征多项式
的乘积,而且相互独立.这个闭环系统的特征值为-0.15,-0.15，
主汽温对象的静态特性
主汽温对象的静态特性
主汽温被控对象的静态特性是指汽温随锅炉负荷变化 的静态关系。过热器的传热形式、结构和布置将直接 影响过热器的静态特性。现代大容量锅炉多采用对流 过热器、辐射过热器和屏式过热器。
主汽温对象的动态特性
1 蒸汽流量扰动下主汽温的动态特性
在蒸汽流量 D 产生阶跃扰动时，主汽温q 变化的响应曲线如图 1 所示：
-0.4,-3,-3,-8,因此闭环系统稳定.
内燃机工作循环及性能要求
2004年我国公布了汽车燃油经济性法规，从2005年7月1日起实行第一阶段要求， 2008年年初实行第二阶段要求 表 l. 乘用车表燃料消耗量限值(1)单位：L／100km
如果申请车型在结构上具有以下一种或多种特征，其限值见表2： a)装有自动变速器； b)具有三排或三排以上座椅，； c)符合GB／T 15089-2001中3.5.1规定条件的M1G类汽车。 表2.乘用车燃料消耗量限值(2)单位：L／100km
我国轻型汽车（≯ 我国轻型汽车（≯3。5T） 5T） 污染物排放限值
(GB 18352.1-2001) 车辆类型
6座2.5吨以下 M1类
基准质量kg 全部 RM≤1250
1250<RM≤1700
CO（g/km） 2.72 2.72 5.17 6.90 3.5 1.2 1.1
HC+NO（g/km）
SI&IDI DI
此外从行驶的稳定性出发当车速由于外界阻力矩的增加而减少时由于外界阻力矩的增加而减少时希望动力装置能提供更大的主动力矩从而达到新的稳定运行点但内燃机的输出转矩随转速的变化特性通常比较平坦对于柴油机来说更由于柴油机供油特性和涡轮增压器特性分别随转速的降低而供油量相应减少进气增压压力相应减少使输出转矩反而下降因此必须在燃油泵中设置调速器在涡轮增压器上设置放气阀以便改善其原有特性提高发动机对工况变化的适应性
车辆需要在多种环境条件和道路工况条件下使用，因而在规定发动机设计 任务时必须考虑发动机在各种条件下能经济、正常、有效使用的适应能力。 对发动机性能有直接影响的自然环境条件包括气温、气压、沙尘等。例如， 低温起动性能是发动机的重要性能指标，对于汽油机一般要求在-10℃环境 温度下不依靠任何辅助起动装置或措施能用电动机拖转后自行点火运转； 对柴油机一般要求在-5℃环境温度下能起动。若车辆工作的环境温度更低， 则往往要考虑采用辅助起动措施来提高发动机的低温环境适应性。低温时 除了有起动问题外，还存在低温进气造成的燃烧不良和金属结构材料的低 温脆性等问题，这些也都是需要注意的。为适应高气温下工作，发动机冷 却系设计必须留有充分余量，橡胶、塑料件的耐高温性能也必须得到保证。 环境气压主要涉及高海拔下因进气密度低而引起的一系列问题。为此可考 虑通过增压提高进气密度以恢复发动机所需要的功率或通过气压控制系统 防止燃油过量造成油耗或排放过高。对于行驶在沙漠等沙尘区的车辆来说， 仅装有通常的空气滤清器是不够的，必须在其前加装初滤器，形成有效的 二级过滤装置来清除进气中的尘埃，否则将严重损害发动机的寿命。
现代控制理论实际应用
现代控制理论实际应用1. 引言现代控制理论在工程技术中的应用越来越广泛。
它提供了许多强大和灵活的技术工具，可应用于各种控制系统的设计和优化。
本文将介绍现代控制理论的实际应用，从理论层面到实际工程应用，展示现代控制理论在实践中的重要性和优势。
2. 现代控制理论概述现代控制理论主要包括状态空间方法、滑模控制、自适应控制等。
这些方法在提高系统鲁棒性、响应速度和稳定性方面具有显著优势。
它们不仅能够处理线性系统，还能够有效应用于非线性系统，并且能够通过设计不同的控制器结构来满足不同的系统要求。
3. 现代控制理论在机械工程中的应用3.1 机器人控制机器人控制是现代控制理论在机械工程中的一个重要应用领域。
通过运用状态空间方法和自适应控制技术，可以实现对机器人系统的精确控制。
现代控制理论能够处理机械系统的非线性和时变特性，在机器人运动控制、路径规划和姿态控制等方面发挥重要作用。
3.2 汽车电子控制系统现代汽车通常配备了复杂的电子控制系统，用于控制引擎、制动系统、悬挂系统等。
现代控制理论可以应用于汽车电子控制系统的设计和优化。
滑模控制可以提供强大的鲁棒性，使得汽车在各种不确定性和外部干扰的情况下仍能保持稳定的控制。
3.3 机电一体化系统机电一体化系统是将机械、电子和计算机技术结合在一起的一种复杂系统。
现代控制理论在机电一体化系统的控制和优化方面发挥着重要作用。
通过状态空间方法和自适应控制技术，可以实现对机电一体化系统的高效控制和优化。
4. 现代控制理论在电力系统中的应用4.1 高压直流输电系统现代控制理论在高压直流输电系统的控制方面具有重要的应用价值。
滑模控制可以应用于高压直流输电系统的电流控制、功率控制和电压控制等方面，提供了较好的鲁棒性和动态响应。
4.2 智能电网智能电网是一种新型的电力系统，通过使用现代控制理论，可以对智能电网进行控制和优化。
智能电网的复杂性和高度动态性需要使用现代控制理论中的高级控制策略，以提高电力系统的效率、可靠性和稳定性。
现代控制理论在动态经济学中的应用(2009)
现代控制论在动态经济学中的应用王翼自动化学会前理事长宋健教授在《自动化》杂志的发刊词中写了这样一段话来描述控制理论应用的广泛性：“凡是能用定量方法描述的自然现象和社会现象，只要可能由人进行控制的，都可以用控制论的方法进行研究，并能得到人们预想不到的结果”（见教材第2页，第17行）。
这一段话深刻地描绘了现代控制理论的广阔的应用前景，控制论诞生以来的事实证明了它有强大的生命力，它的发展不仅对自动化学科，对很多其他学科（包括经济和管理科学）的发展都作出了重要的贡献，甚至对促进人们的思维方式的变革也产生了重大的影响。
反馈的思想、最优化的思想在很多领域被广泛地应用就是例证。
因此有人提出广大的自然科学和社会科学工作者，都必须具备一定的现代控制理论的基础，这对拓展思路、提高工作水平是大有裨益的。
经济学家认为经济变量是随时间变化的，经济系统是动态的，对经济系统的研究也应该是进行动态分析。
对经济系统的动态分析包括稳定性分析、能控性、能观测性分析和动态最优化。
控制论诞生以后很快就有人研究控制论在经济系统中的应用，并在第一届IFAC大会上正式称这一领域为经济控制论。
对经济系统的动态分析的研究一直与控制论的发展紧密相连。
事实上，在维纳（N.Wiener）的专著《控制论》问世之前，反馈、调节、稳定等概念已经在一些经济学的文献中出现，此后经典控制论中的PID调解器曾经于20世纪50年代中期被用于经济系统的镇定。
说明经济学与控制论的发展紧密相连的另一个突出的例子是LQG问题中的分离定理（见教材第10章），它首先由经济学家提出，称为确定性等价原理，后来在控制论中得到证明。
[经济学家H.A.Simon和H.Theil分别与1956、1957年独立提出，1960年由控制论专家证明] 。
美国的经济学家和控制论专家在20世纪70年代通力合作研究控制论在经济系统中的应用对这个领域的发展做出了重大的贡献。
麦克康耐尔（McConnell）和布鲁伊（Brue）在《经济学》一书中定义：经济学是为了在最大程度上满足人类的物质需要而有效地利用有限或稀缺资源的社会科学。
现代控制理论及其在工程中的应用
现代控制理论及其在工程中的应用现代控制理论是指以数学和理论为基础的系统控制方法和技术，它通过对系统的建模、分析和设计，使得工程系统能够以最佳方式运行。
现代控制理论的应用广泛，可以涵盖从自动化工程到航空航天工程等各个领域。
本文将探讨现代控制理论的基本原理以及它在工程中的实际应用。
一、现代控制理论基本原理现代控制理论的基本原理包括控制系统原理、线性控制理论、非线性控制理论、自适应和鲁棒控制等。
在控制系统原理中，主要研究控制系统的基本概念和结构，包括反馈控制、前馈控制等。
线性控制理论主要用于研究线性控制系统的建模和设计方法，其中包括经典控制理论和现代控制理论。
非线性控制理论则是用于研究非线性系统的建模和分析方法，它考虑了系统中的非线性因素。
自适应和鲁棒控制则是用于处理控制系统中的不确定性和变化环境的方法。
二、现代控制理论在工程中的应用1. 自动化工程现代控制理论在自动化工程中得到了广泛的应用。
例如，在工业生产中，通过引入现代控制理论，可以提高生产效率和质量。
自适应和鲁棒控制方法可以应对系统参数变化和外部干扰，使得系统能够更加稳定地运行。
另外，在自动化系统中，控制器的设计对系统性能至关重要，通过利用现代控制理论的方法，可以设计出更优秀的控制器，提高系统的响应速度和稳定性。
2. 电力工程在电力工程中，现代控制理论被广泛应用于电力系统的运行和控制中。
例如，在电力系统的稳定性分析中，线性控制理论可以用于建立电力系统的传输方程，从而评估系统的稳定性。
另外，在电力系统的控制中，现代控制理论的方法可以用于设计和优化发电机、变压器等设备的控制系统，提高电力系统的响应能力和稳定性。
3. 交通工程现代控制理论在交通工程中的应用也非常广泛。
例如，在交通信号控制中，现代控制理论可以用于对交通流进行建模和预测，从而在不同的交通状况下，自动调整交通信号的控制策略，使得交通流能够更加顺畅地运行。
另外，在交通系统中，现代控制理论的方法也可以用于设计和优化交通系统的控制器，提高交通系统的效率和安全性。
机械工程中的现代控制理论与方法研究
机械工程中的现代控制理论与方法研究引言：机械工程作为现代工程领域的重要分支之一，研究的对象是机械系统的设计、制造和运行等方面。
而现代控制理论与方法在机械工程中扮演了至关重要的角色。
本文将探讨现代控制理论与方法在机械工程中的应用研究，以及其对机械工程领域的影响。
一、现代控制理论的发展历程现代控制理论的发展可追溯至20世纪初，从最早的经验控制到后来的经典控制理论，再到今天的现代控制理论，每一次的发展都推动了机械工程的进步。
经典控制理论主要面向线性系统，而现代控制理论则能更好地应对非线性系统的控制问题。
随着计算机技术的快速发展，现代控制理论也得到了更广泛的应用，并演变出了许多高级控制方法。
二、模糊控制理论在机械工程中的应用研究模糊控制理论是现代控制理论中的重要分支，其应用涵盖了各个领域，包括机械工程。
模糊控制理论克服了传统控制理论中需要准确的系统数学模型的限制，使得对复杂系统的控制更加灵活和容易。
在机械工程中，模糊控制理论被广泛应用于机器人控制、汽车自动驾驶、智能制造等领域，为机械系统的运行提供了更高的精度和稳定性。
三、神经网络控制方法在机械工程中的研究进展神经网络控制方法是现代控制理论中的又一重要分支，它模仿了人脑神经网络的结构和功能，可以对非线性系统进行建模和控制。
机械工程中的一些复杂系统往往具有非线性特性，传统控制方法难以解决这些问题。
而神经网络控制方法的出现填补了这一空白，被广泛应用于机械系统的运动控制、质量控制和先进制造等方面，极大地提高了机械工程系统的性能和效率。
四、智能控制方法在机械工程中的发展趋势随着人工智能领域的快速发展，智能控制方法在机械工程中的应用也日益增多。
智能控制方法采用了多种智能技术，如模糊逻辑、神经网络和遗传算法等，使得机械系统能够具备学习、预测和优化等能力。
这为机械工程领域带来了更多的创新和发展机会，同时也对机械工程师的技能提出了更高的要求。
结论：现代控制理论与方法在机械工程中的应用研究为机械系统的设计、制造和运行等方面提供了重要支持。
控制理论在机械系统中的应用研究
控制理论在机械系统中的应用研究控制理论是一个系统工程中重要的学科领域，在机械系统中有广泛的应用。
它通过对系统的建模和分析，设计控制算法，实现对系统的稳定性、鲁棒性和性能的优化。
本文将探讨控制理论在机械系统中的应用研究。
一、控制理论的基础控制理论的基础是对系统动力学行为的建模和分析。
传统的机械系统通常可以用微分方程描述，通过对方程进行数学分析，可以得到系统的稳定性、阻尼、共振等动力学特性。
然而，实际机械系统中往往存在非线性、时变和耦合等复杂问题，需要更先进的方法来描述和控制。
二、传统控制方法在传统的控制方法中，经典的PID控制器是最常用的一种。
PID控制器通过对系统的误差、积分误差和微分误差进行加权求和，得到一个控制量来实现对系统的控制。
然而，PID控制器在处理非线性、时变系统时效果有限，容易产生震荡或饱和现象。
三、先进控制方法为了解决非线性、时变系统的控制问题，控制理论提出了一系列先进的控制方法，如线性二次调节（LQR）、模糊控制、自适应控制等。
这些方法通过对系统进行建模和参数的优化，实现对系统的鲁棒性和性能的优化。
LQR是一种基于最优控制理论的方法，通过对系统建模、状态变量的加权，实现系统的最优控制。
LQR方法可用于控制机械系统的位置、速度、力矩等，并可以在系统遭遇扰动时进行自适应调节。
模糊控制是一种基于模糊逻辑推理的方法，通过建立模糊规则库，实现对系统的控制。
模糊控制在处理非线性问题时具有较好的性能，可以应用于机械系统的运动控制、位置控制等。
自适应控制是一种通过对系统的自动调整，实现对系统动态特性的优化的方法。
自适应控制可以根据实际系统的动态特性和不确定性，调整控制器的参数或结构，以提高系统的性能和鲁棒性。
四、控制理论在机械系统中的应用控制理论在机械系统中具有广泛的应用。
例如，在机床控制中，通过控制理论可以实现对机床运动精度的控制和提高加工效率。
在机器人控制中，控制理论可以实现对机器人的路径规划和运动控制，实现对复杂工件的加工和组装。
振动控制理论在航空工程中的应用
振动控制理论在航空工程中的应用航空工程是研究飞行器的设计、制造和运输的学科，涵盖了广泛的领域，例如航空发动机设计、航空电子、航空结构、航空力学等。
在航空工程中，振动控制技术是一项重要的技术，它可以减小飞行器在飞行过程中遭受的振动和气动力的影响，保证飞行器的安全和稳定。
振动控制理论是一种广为应用的技术，在航空工程中应用特别广泛。
在飞行过程中，飞行器是受到众多外部作用力的影响，例如空气动力、地面动力等，这些力会使飞行器发生振动，对安全和稳定造成威胁。
振动控制理论就是通过传感器和控制器来检测和控制振动，从而保证飞行器的安全和稳定。
振动控制理论的应用有很多种，例如主动振动控制、被动振动控制和半主动振动控制等。
主动振动控制是通过安装一些带有能量源的装置，来改变结构的刚度和阻尼，从而改变结构的固有频率，而被动振动控制则是通过减小结构的柔度和阻尼，来抑制结构的振动。
半主动振动控制是指通过传感器和控制器来实现振动控制。
这些方法的共同点在于利用传感器、控制器和执行器，来检测与控制机体的振动，从而达到振动控制的目的。
在航空工程中，振动控制技术的应用非常广泛。
以飞行控制系统为例，它是飞行器最重要的系统之一，因为它直接影响着飞行器的飞行安全和稳定。
在飞行控制系统中，振动控制技术是一项重要的技术，它可以有效地控制飞行器的振动，从而确保飞行器的安全和稳定。
另外，在航空发动机的设计中，振动控制技术也起着重要的作用。
由于发动机是飞行器的关键部件，所以其振动对于安全和稳定的影响也是非常大的。
通过振动控制技术，可以有效地降低发动机的振动，增强发动机的可靠性和稳定性。
此外，振动控制技术也在飞行器的航电和航空电子方面得到了广泛的应用。
例如，振动控制技术可以在飞行器的各种电子设备中，检测并抑制机体的振动，从而保证电子设备的正常运行。
在飞行器的机动控制中，振动控制技术也可以通过检测和控制机体的振动，从而有效地增加飞行器的灵活性和机动性。
总之，振动控制理论是一项非常重要的技术，在航空工程中应用广泛。
电气仪表自动化控制关键技术与发展趋势 王宝林
电气仪表自动化控制关键技术与发展趋势王宝林摘要：本文首先分析了电气仪表自动化和自动化控制技术，接下来详细阐述了电气仪表自动化控控制关键技术以及电气仪表自动化安装技术的应用，最后对其发展趋势做具体论述，希望给行业内人士以借鉴和启发。
关键词：电气仪表；自动化控制；技术引言作为一种新型的自动控制技术，电气自动化控制技术能够有效的改善劳动条件，实现对工作效率及质量的提升，对社会的发展而言有着十分重要的作用。
在此技术中，形成了对计算机领域、电子信息和单片机控制技术的深入结合。
随着电力行业的不断发展，电气自动化控制技术在当前逐渐有了更加广泛的应用，为我国工业的发展发挥了巨大的作用。
在实际应用中，其表现出了许多优点，因而也被许多企业重视并应用。
在引进并发展自动化控制技术的过程中，企业要认识到该技术的重要性，从而为企业的高效生产做出保障，使经济效益得到提升。
1电气仪表自动化和自动化控制技术就目前来看，所开展的电气仪表自动化和自动化控制技术通常体现在以下方面，具体为：收集信息、处理及应用信息。
所收集的信息一般是各个企业的运营情况，利用所收集的这些信息，能够更明确的得出自动化技术的发展现状。
信息处理对整个系统而言有着极为重要的作用，它能够有效的诊断、控制各企业的生产流程。
信息应用则体现在更加全面的满足企业需要及诊断要求，利用以上的信息采集及处理，来最大程度的确保流程的完成。
2电气仪表自动化控控制关键技术2.1智能化监控技术智能监控技术在我国已经应用多年，在很多领域都发挥了很大的作用，对于电气自动化仪表而言，智能监控是其十分重要的组成部分，该功能的作用在于能够针对各个区域进行监控，最为常见的应用场所有各个企事业单位、楼房小区、工厂、学校、医院、银行等，在应用过程中除了进行实时监控外，还能够将监控信息有效的记录下来，甚至可以通过剪辑技术来对其进行更全方位的操作，这样一来人们就可以根据实际需要来对监控画面进行查找，能够减少时间上的浪费。
现代控制理论在汽车行业的应用
现代控制理论在汽车领域的应用现代控制理论发展于20 世纪50 年代末，它以状态空间方法为主，研究控制系统状态的运动规律，通过反馈系统解决某些非线性和时变系统的控制问题，用于多输入多输出反馈控制系统，可以实现最优控制规律。
作为一名车辆工程专业的研究生，现代控制理论在我所学的领域上也有很多应用。
比如说现代控制理论在内燃机振动主动控制中的应用、在汽车防抱死制动系统中的应用、在汽车悬架控制中的应用等等，下面我将根据自己查阅的资料对这三种应用进行简单介绍。
已有文献阐明了现代控制理论在内燃机振动主动控制领域的应用现状，阐述了各种控制理论与内燃机振动系统的关系。
以现代控制理论中有代表性的最优控制、自适应控制、鲁棒控制为重点分析了现代智能控制理论在振动系统控制中应用的可能性与发展，指出了内燃机振动主动控制领域今后一段时间内的研究重点与方向。
内燃机的振动是有害的，对于有害的振动，人们总是在想方设法将其消减甚至消除。
消减振动一般从两个方面着眼：一是耗散振动能，二是抑制激振力。
耗能的方法有加装阻尼摩擦片、附带质量冲击块；抑制激振力的方法有提高系统刚度、加装动力减振器或是主动对振动系统施加同频反向的抑振力。
通过控制系统对振动主体主动施加抑振力即振动的动态控制(也称有源控制、主动控制)。
该控制系统一般由振动体(内燃机振动系统如曲轴)、振动信息采集器(对于旋转振动系统多用涡流传感器和光电传感器，对于整机多用弹簧质量加速度传感器)、变送器、处理器、控制器、执行器、显示与调节器等部件组成。
其中控制器是系统的核心，控制器的设计应依据振动体即被控对象的特性进行。
本文将依据内燃机的振动的特性探讨控制器设计中运用的各种控制理论问题以及在振动动态控制上各种现代控制理论应用的可能性。
汽车防抱制动系统(简称ABS)实质上是一种制动力自动调节装置。
这种装置使汽车制动系统的结构发生了质的变化，它不仅能充分发挥制动器的制动性能,提高制动减速度和缩短制动距离，而且能有效地提高汽车制动时的方向稳定性,大大改善汽车的行驶安全性。
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第37卷 第6期2008年12月小型内燃机与摩托车S MALL I N TERNAL COMBUSTI O N ENGI N E AND MOT ORCYCLEVol.37No.6Dec.2008现代控制理论在内燃机振动主动控制中的应用王宝林1 于镒隆2 王 爽3(1-天津大学内燃机研究所 天津 300072 2-天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室3-天津朝霞摩托车技术开发有限公司)摘 要:内燃机的振动是有害的,为了克服这类有害的振动,人们已经开始研究主动控制振动的途径。
本文简述了现代控制理论在内燃机振动主动控制领域的应用现状,阐述了各种控制理论与内燃机振动系统的关系。
本文以现代控制理论中有代表性的最优控制、自适应控制、鲁棒控制为重点分析了现代智能控制理论在振动系统控制中应用的可能性与发展,指出了内燃机振动主动控制领域今后一段时间内的研究重点与方向。
关键词:内燃机振动 主动控制 现代控制理论 现状与发展中图分类号:TK411.6 文献标识码:A 文章编号:1671-0630(2008)06-0092-05The Appli ca ti on of M odern Con trol Theory onActi ve Con trol of Eng i n e V i bra ti onW ang Baoli n1,Y u Y ilong2,W ang Shuang31-Tianjin I nternal Co mbusti on Engine Research I nstitute,Tianjin University(Tianjin,300072)2-State Key Laborat ory of Engines,Tianjin University3-Tianjin Zhaoxia Mot orcycle Technol ogy Devel opment Co.,L td.Abstract:Engine vibrati on is har mful.To avoid this kind of vibrati on,peop le are l ooking f or the way t o con2 tr ol the vibrati on actively.This paper intr oduces the app licati on status of modern contr ol theory on active con2 tr ol of engine vibrati on,and expounds the relati onshi p bet w een vari ous contr ol theories and the engine vibra2 ti on syste m.Taking op ti m al contr ol,adap tive contr ol and r obust contr ol as rep resentatives of modern contr ol theory,the p r obability and devel opment of modern contr ol theory’s app licati on on vibrati on syste m contr ol are analyzed,and the research e mphasis and directi on of active contr ol of engine vibrati on are put f or ward. Keywords:Engine vibrati on,Active contr ol,Modern contr ol theory,Status and devel opment引言内燃机的振动是有害的。
对于有害的振动,人们总是在想方设法将其消减甚至消除。
消减振动一般从两个方面着眼:一是耗散振动能,二是抑制激振力。
耗能的方法有加装阻尼摩擦片、附带质量冲击块;抑制激振力的方法有提高系统刚度、加装动力减振器或是主动对振动系统施加同频反向的抑振力。
通过控制系统对振动主体主动施加抑振力即振动的动态控制(也称有源控制、主动控制)。
该控制系统一般由振动体(内燃机振动系统如曲轴)、振动信息采集器(对于旋转振动系统多用涡流传感器和光电传感器,对于整机多用弹簧质量加速度传感器)、变送器、处理器、控制器、执作者简介:王宝林(1953-),男,工程师,主要从事摩托车检测与控制技术研究。
行器、显示与调节器等部件组成。
其中控制器是系统的核心,控制器的设计应依据振动体即被控对象的特性进行。
本文将依据内燃机的振动的特性探讨控制器设计中运用的各种控制理论问题以及在振动动态控制上各种现代控制理论应用的可能性。
众所周知,二十世纪是一个自动化控制技术飞速发展的时代;随着技术的发展,自动控制理论不断得到完善;技术的发展、理论的完善也使得各个领域中的控制方式得到丰富和健全。
就内燃机的振动控制领域而言,控制方式已由早期的运用经典控制理论的单输入单输出的P I D调节方式(只适合设计简单的被动减振、隔振装置)发展到运用现代控制理论的最优控制(使用线性二次型LQ/线性高斯二次型LQG算法方式居多)、自适应控制(最小方差LMS算法最具代表性)。
而运用智能控制理论中的鲁棒性控制(使用H -infinite控制律)、是振动噪声动态控制的主动控制理论现代研究的发展方向,包括理论分析、系统设计与仿真都有待于深入研究。
由于内燃机的振动频率变化范围大、振动幅值高,而且内燃机工作环境极其恶劣,使得在内燃机上应用主动控制减振技术具有一定的难度和复杂性,因此,振动的主动控制技术应用于内燃机的控制方面尚不多见。
1 控制理论的发展与内燃机振动的控制 以传递函数为基础的经典控制理论是一种将控制系统的分析与设计建立在某种近似和试探的基础上的控制理论,控制对象一般是单输入单输出(SI S O)系统、线性时不变系统(LTI);对多输入多输出(M I M O)系统、时变系统、非线性系统等,则无能为力。
经典控制理论主要的分析方法有频率特性分析法、根轨迹分析法、描述函数法、相平面法、波波夫法等。
控制策略仅局限于反馈控制、P I D控制等。
这种控制不能实现最优控制。
人类利用控制技术已有相当漫长的历史,然而真正形成理论是在二十世纪上半叶。
随着《控制论》(W.R.Evans,1948年)与《工程控制论》(钱学森, 1954年)两文的发表,社会与国民经济的各个领域都掀起应用自动控制技术的波澜,这也标志着经典控制理论的成熟。
可是,正由于经典控制理论只能对付单输入单输出时不变系统,对复杂的内燃机的振动与噪声(通常是多输入多输出时变系统)无能为力,所以此时振动动态控制这一领域几乎没有什么理论与实践成果。
以状态空间为基础的现代控制理论是一种基于状态方程数学模型的分析综合理论,控制系统的分析与设计是精确的,控制对象可以是单输入单输出控制系统,也可以是多输入多输出(M I M O)控制系统,可以是线性定常控制系统,也可以是非线性时变(NLT)控制系统,可以是连续控制系统,也可以是离散或数字控制系统。
主要的建立在已知系统的基础之上的控制策略有极点配置、状态反馈、输出反馈等。
由于现代控制理论的分析与设计方法的精确性,因此,现代控制可以得到根据被控对象状态空间模型来综合的最优控制、也可以发展为自适应控制。
但它们都要求系统已知;可是,严格来说,大部分的控制系统是一个完全未知或部分未知系统,这里包括系统本身参数未知、系统状态未知两个方面,同时被控制对象还受外界不确定的干扰、环境变化等的因素影响。
这一阶段,人们已将控制理论运用到振动动态控制领域。
也就是说,振动动态控制已有五十余年的历史,首先是C・E・Crede,R・D ・Cavanaugh[美]等人做了直升飞机回转轴动态隔振的可行性研究[1]。
针对内燃机振动控制研究起步较晚,始自上个世纪80年代,但发展较快,最优控制理论、自适应控制理论等很快便得到研究与应用。
以模仿人类智能达到目标性能最优为出发点的智能控制理论是一种非传统的综合自动控制理论、人工智能和运筹学等学科分支的控制理论。
内容包括自适应控制、鲁棒性控制、神经网络控制、模糊控制、粗糙集合、遗传算子、拟人控制、等。
其控制对象可以是已知的确定型系统也可以是未知系统(只需知道系统所属的模型集合),其控制策略不仅能抑制外界干扰、环境变化、参数变化的影响,且能有效地消除模型化误差的影响。
内燃机是大型系统,其振动特性又相当复杂,因而要得到它的精确的数学模型是不可能的。
内燃机的振动系统是复杂的非线性系统,以智能控制理论分析处理非线性系统的有效性,采用智能控制理论及方法,对大型复杂振动系统的扭振、弯振、耦合振动进行预测和控制。
根据耗散结构论分析振动的机理和规律,在此基础上应用现代非线性、分岔与混沌力学理论以及转子动力学理论研究振动形成吸引子的性质,进而应用鲁棒性控制、模糊逻辑控制、神经网络控制、遗传算法及粗糙集合等人工智能理论与技术研究一类智能控制规律抑制轴系振动;或者当出现振动先兆时进行科学准确地预测,并根据所获得的特征变量的信息进行实时智能控制,以避免振动失稳,抑制导致失稳的发散性振荡,加快收敛性振荡的收敛速度。
所以,应用基于39第6期王宝林等:现代控制理论在内燃机振动主动控制中的应用 非线性科学的智能控制理论(特别是鲁棒性较好的控制理论)对内燃机振动系统进行预测和控制,是内燃机的振动动态控制研究发展的方向。
2 最优控制理论与内燃机振动主动控制 现代工业与技术的发展,促进了控制理论的发展,同时也对控制系统的精确性、快速性、稳定性要求愈来愈高。
然而,经典控制理论使用的方法有三点局限性:首当其冲的是,经典控制(以P I D方式为例)只适用于线性定常系统即线性时不变(LTI)系统,对非线性系统或线性时变系统无能为力;再是,它只适用于单输入单输出系统,对于复杂的多入多出(M I M O)系统望尘莫及;此外,严格来说,经典控制理论只是系统的一类分析方法,为了能用它实现系统的综合和设计,通常采用半经验的做法,通过反复试探调试才能得到较满意的控制方案。
这种以系统稳定性为基础的经典控制方法日益暴露其无法满足控制系统高品质的要求,于是最优控制理论应运而生。
最优控制问题核心是通过设计控制律———选择控制函数U(t),使得某一性能指标J(x(t),t)达到最小或最大值。
这一性能指标通常包含着对系统控制品质的某种要求。
这种控制问题是将物理控制问题严格抽象为数学问题,自始至终采用数学分析的方法。
因而应用这种方法首先应当构造数学模型,分析初值条件,再根据性能指标设计控制律。