一个实例 现代控制论
控制论方法的应用举例
控制论方法的应用举例
控制论方法是一种研究系统稳定性和控制策略的数学方法，起源于20世纪40年代，由美国数学家诺伯特·维纳提出。
控制论方法在许多领域都有应用，以下是一些典型的应用举例：
1. 自动控制：自动控制是控制论方法最主要的应用领域之一。
在自动控制系统中，控制论方法可以帮助工程师设计稳定、高效的控制器，以实现对系统的精确控制。
例如，在工业生产过程中，控制论方法可以用于优化生产线上的自动化控制系统，提高生产效率和产品质量。
2. 航空航天：在航空航天领域，控制论方法被广泛应用于飞行器、卫星等系统的导航、制导和控制。
例如，在火箭发射过程中，控制论方法可以帮助工程师设计火箭发动机的控制系统，确保火箭能够按照预定轨迹飞行。
3. 机器人控制：在机器人控制领域，控制论方法可以帮助工程师设计稳定、灵活的机器人控制系统。
例如，在工业机器人、自动驾驶汽车等领域，控制论方法可以用于实现机器人的精确控制和自主决策。
4. 生物医学：在生物医学领域，控制论方法被应用于心脏起搏器、人工关节等医疗设备的设计。
例如，在心脏起搏器中，控制论方法可以帮助工程师设计稳定的脉冲发生器，确保心脏起搏器能够按照预定参数工作。
5. 通信系统：在通信系统领域，控制论方法可以帮助工程师设计稳定、高效的信号处理和调制解调器。
例如，在无线通信、光纤通信等领域，控制论方法可以用于优化信号传输和处理过程，提高通信系统的性能。
总之，控制论方法在许多领域都有应用，其核心思想是通过对系统的建模和分析，设计出稳定、高效的控制器，以实现对系统的精确控制。
控制理论在生活中的应用以及社会控制系统
控制理论在生活中的应用以及社会控制系统摘要：在工程上为了对某个机械系统进行控制常常会对其建立模型，然后利用一些控制算法对其进行控制，从而使输出跟随输入。
而对于社会管理来说，我们可以把社会看成是一个大的系统，各种政策法令便是控制算法，对社会进行控制，从而使社会和谐。
本文将先介绍控制论的基本定义以及常用的控制算法，接着介绍控制论在生活中的应用，最后介绍对社会这个大系统的控制模型的建立即各种政策法令。
关键词：控制论，机械系统，社会系统，政策，法令，道德1、概述控制系统的基本思想是根据误差来调控被控系统，从而消除误差。
在我们生活中控制理论随处可见，它广泛的应用在我们的生活中，如空调，空调会根据室内的温度来实时调控温度，当室内的温度高于设定的温度时，空调便会开启，通过压缩机来制冷，使得温度降低，当室内的温度与设定的温度相同时，或在允许的误差范围内时，空调便会停止工作，这样既能节能减排，又可以实时的监控室内的温度，使人们处于一个较舒适的温度下。
类似于这样的例子很多，本文将会在第三部分进行介绍。
而当把社会比作一个大的控制系统时，我们可以对它进行建模，然后按照控制论的思想对其进行反馈控制，即根据社会中出现的问题，即社会的实际状况与我们期望的状况之间的差别，通过制定相关的政策、法律以及运用道德来对其进行调整，从而消除差别，实现我们希望的社会状况。
典型的例子如房地产的调控便是如此。
房子作为人们日常社会的必需品，是每个家庭所必不可少的东西，然后，如今的房子却成了最最奢侈的奢侈品，它的价格已经完完全全超出了人们所能接受的范围，特别是对于一个刚毕业的普通大学生来说，买房子已经成为了遥不可及的梦。
由于房价的过快增长已经引发了许许多多的社会问题，这些问题急需解决，房子的价格已经远远超出了人们的预期，这个系统的误差已经大到了不可不调整的地步了，此时便需要政府出面来对其进行调控，使得房子的价格回到一个合理的范围内，于是乎近年来政府相继出台了许许多多的政策来调控房价，这些政策便像是控制系统中的控制算法，本文将会在第四部分阐述社会系统中的控制算法。
现代控制理论的论文
第一章经典控制理论和现代控制理论本学期学习了现代控制理论课程的主要内容，现代控制理论建立在状态空间法基础上的一种控制理论，是自动控制理论的一个主要组成部分。
在现代控制理论中，对控制系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是时间域方法。
现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多，包括线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统，单变量系统和多变量系统。
它所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上进行。
现代控制理论还为设计和构造具有指定的性能指标的最优控制系统提供了可能性。
现代控制理论的名称是在1960年以后开始出现的，用以区别当时已经相当成熟并在后来被称为经典控制理论的那些方法。
现代控制理论已在航空航天技术、军事技术、通信系统、生产过程等方面得到广泛的应用。
现代控制理论的某些概念和方法，还被应用于人口控制、交通管理、生态系统、经济系统等的研究中。
以下是经典控制理论和现代控制理论的比较：1、经典控制理论：(1)理论基础：Evens的根轨迹，Nyquist稳定判据。
(2)研究对象：线性定常SISO系统分析与设计。
(3)分析问题：稳、准、快(4)采用方法：是以频率域中传递函数为基础的外部描述方法。
(5)数学描述：高阶微分方程、传递函数、频率特性;方块图、信号流图、频率特性曲线。
(6)研究方法：时域法、根轨迹法、频率法。
2、现代控制理论：(1)理论基础：李雅普诺夫稳定性理论，Bellman动态规划，Понтрягин极值原理，Kalman 滤波。
(2)研究对象：MIMO系统分析与设计（复杂系统：多变量、时变、非线性）(3)分析问题：稳、准、快(4)设计（综合）问题：1)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。
2)数学描述：状态方程及输出方程、传递函数阵、频率特性；状态图、信号流图、频率特性曲线。
3)研究方法：状态空间法（时域法）、频率法。
现代控制理论于方法
三. 整车成本清单
由于在装配时还要用到一些辅助件，螺钉，车链等，这些辅助件
都是外购，总成本在 240元左右，所以我们自行车的价格定在
300元左右。
部件 车把 来源 外购 定购 外购 外购 定购 定购 外购 价格 10元 30元 50元 15元 8元 35*2元 10*2元 材料 +加工费 材料 +加工费 材料 +加工费 备注 前叉 定购 15元 由于我们的自行车是中小批量生产，所以我们的自行车在批量生
舒适性
1.通气车座。 在运动中容易流汗采用通气车座可使儿童骑车时 较舒服。 2.改进车闸，使其省力，安全。 童车最重要的就是安全性因此车闸尤为重要，考 虑到儿童力气小故改进车闸，使其省力，安全。 3.减小自行车所占空间，采用折叠或伸缩结构。 目前大部分家庭所住为楼房，住房空间小上下楼 不方便，可考虑采用折叠或伸缩结构。
一. 市场现状
经济性分析
现在有孩子的家里几乎都有童车，普通童车功能
简单只能用来骑行。而好奇是儿童的天性，经常
可见他们在玩滑板车。常常是家里既有童车又有
滑板车，一家两车的现象十分普遍。一辆童车的
价格在 200—400元之间，拿中等质量的好孩子 牌为例：一辆8寸的童车要280元。而滑板车呢？ 拿中等质量的迷你宝宝滑板车来说：其市场价格 为80元。两车加起来需要360元。
题，所以在自行车结构的设计中，应采用一些高
安全性的结构。
1.
拟定了以下三种方案：
方案设计
2.
3.
二轮自行车，附带两个辅助小轮，即两轮自行车可转 化成四轮的自行车，也就是和目前市场上比较畅销的 自行车机构相似。但在自行车的具体结构上有所创新， 将辅助小轮做成可以收取，车身可折叠结构，方便携 带。 针对 2-5 岁的儿童，做成三轮结构，外形结构新颖， 色彩比较鲜艳，将车身设计成卡通结构，吸引儿童。 并将自行车做成家长可以随时辅助儿童骑车的结构， 拟定结合儿童推车的结构，对三轮自行车进行改进。 做成二轮自行车与儿童踏板车的结合体，可以一车多 用。随时可以拆卸，即能满足儿童多动的天性，锻炼 他们的动手能力，同时可以实现高的性价比，在需要 时实现自行车与踏板车的转换。
(完整版)现代控制理论
第一章线性离散系统第一节概述随着微电子技术，计算机技术和网络技术的发展，采样系统和数字控制系统得到广泛的应用。
通常把采样系统，数字控制系统统称为离散系统。
一、举例自动测温，控温系统图;加热气体图解：1. 当炉温h变化时，测温电阻R变化→R∆，电桥失去平衡状态，检流计指针发生偏转，其偏转角度为)e；(t2. 检流计是个高灵敏度的元件，为防磨损不允许有摩擦力。
当凸轮转动使指针）,接触时间为τ秒；与电位器相接触（凸轮每转的时间为T3. 当炉温h 连续变化时，电位器的输出是一串宽度为τ的脉冲信号e *τ(t);4.e *τ(t)为常值。
加热气体控制阀门角度调速器电动机放大器h →→→→→→ϕ 二、相关定义说明（通过上例来说明） 1. 信号采样偏差)(t e 是连续信号，电位器的输出的e *τ(t)是脉冲信号。
连续信号转变为脉冲信号的过程，成为采样或采样过程。
实现采样的装置成为采样器。
To —采样周期，f s =--To1采样频率，W s =2πf s —采样角频率 2．信号复现因接触时间很小，τo T 〈〈τ，故可把采样器的输出信号）（t e *近似看成是一串强度等于矩形脉冲面积的理想脉冲，为了去除采样本身带来的高额分量，需要把离散信号）（t e *恢复到原信号)(t e 。
实现方法：是在采样器之后串联一个保持器，及信号复现滤波器。
作用：是把）（t e *脉冲信号变成阶梯信号e h (t)3.采样系统结构图r(t)，e(t)，c(t)，y(t)为连续信号，）（t e *为离散信号)(s G h ，)(s G p ，)(s H 分别为保持器，被控对象和反馈环节的传递函数。
(t)r4.采样系统工作过程⇒由保持器5. 采样控制方式采样周期To ⎪⎩⎪⎨⎧=≠=⇒相位不同步采样常数常数6. 采样系统的研究方法（或称使用的数字工具）因运算过程中出现s 的超越函数，故不用拉式变换法，二采用z 变换方法，状态空间法。
一个实例_现代控制论
电气原理图、电气安装接线图、电器元件布置图基于状态反馈控制的汽车悬驾系统引言随着经济的发展和人民生活水平的提高，汽车的乘坐舒适性越来越受到人们重视，舒适性成了汽车，特别是轿车的主要性能指标。
汽车是日常生活中被广泛应用的交通工具，其本身可以被看作是一个具有质量、弹性和阻尼的振动系统。
汽车产生的振动会导致车身与车架之间的连接部件的振动和噪声，严重的时候甚至损坏汽车的零部件，大大缩短汽车的使用寿命：另外也可导致乘客晕车，影响了乘客的身心健康，那些长期处在这种振动环境下的驾驶员等往往会患上腰椎劳损、胃下垂等职业病。
因此，如何布置悬置以获得较佳的减振降噪效果很有研究意义。
现代汽车动力总成大都是通过弹性支承安装在车架上的，这种弹性支承称为“悬置”。
汽车动力总成和悬置一起构成了汽车动力总成悬置系统。
动力总成的悬置装置可对在动力总成和车架间传递的振动进行双向的隔离，以降低车内的振动和噪声。
由于动力总成悬置装置的体积较小，在隔振理论的发展初期并没有引起设计者的过多的重视。
但随着车辆向高速、轻型、大功率方向的迈进，使得车身的刚度减小，动力总成振动激励增大，特别是采用了平衡性较差的动力总成前置前驱动的四缸四行程动力总成，都使车内的振动和噪声加大。
随着人们对乘坐舒适性的提高，这些现象就必须加以解决。
在解决问题的过程中，人们逐渐认识到了动力总成悬置装置的作用，并可以利用力学知识建立起各种模型。
1. 系统建模1.1系统模型分析传统的汽车悬驾系统的缺点：是一种被动的悬驾，悬驾参数不能改变，因此对路面的状况适应性差。
在路面质量较差的情况下，车身震动大，舒适性差。
主动汽车悬驾系统的优点：它能通过一个动力装置，根据路面的情况改变悬挂架的特性。
在路面质量较差的情况下，也能保持车身的平稳，舒适性好。
本次实习对汽车悬驾系统进行仿真计算的首要工作就是要建立悬驾系统的动力学模型，在验证了模型正确性的基础上，对所建立的模型进行仿真分析。
为了研究方便，取汽车的一个车轮的悬驾系统进行研究，该模型可简化为一维二自由度的弹簧-阻尼-质量系统。
现代控制理论应用实例2
现代控制理论应用实例2智能控制是控制理论与人工智能的交叉成果，是经典控制理论在现代的进一步发展，其解决问题的能力和适应性相较于经典控制方法有显著提高。
由于智能控制是一门新兴学科，正处于发展阶段，因此尚无统一的定义，存在多种描述形式。
美国IEEE协会将智能控制归纳为：智能控制必须具有模拟人类学习和自适应的能力。
我国蔡自兴教授认为：智能控制是一类能独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制，智能机器是能在各类环境中自主地或交互地执行各种拟人任务的机器。
1996年，蔡自兴教授把信息论引入智能控制学科结构，在国际上率先提出了图1所示智能控制的“四元交集结构理论”。
「2.智能控制的特点」传统控制控制方法存在以下几点局限性：（1）缺乏适应性，无法应对大范围的参数调整和结构变化。
（2）需要基于控制对象建立精确的数学模型。
（3）系统输入信息模式单一，信息处理能力不足。
（4）缺乏学习能力。
智能控制能克服传统控制理论的局限性，将控制理论方法和人工智能技术相结合，产生拟人的思维活动，采用智能控制的系统主要有以下几个特点：（1）智能控制系统能有效利用拟人的控制策略和被控对象及环境信息，实现对复杂系统的有效全局控制，具有较强的容错能力和广泛的适应性。
（2）智能控制系统具有混合控制特点，既包括数学模型，也包含以知识表示的非数学广义模型，实现定性决策与定量控制相结合的多模态控制方式。
（3）智能控制系统具有自适应、自组织、自学习、自诊断和自修复功能，能从系统的功能和整体优化的角度来分析和综合系统，以实现预定的目标。
（4）控制器具有非线性和变结构的特点，能进行多目标优化。
这些特点使智能控制相较于传统控制方法，更适用于解决含不确定性、模糊性、时变性、复杂性和不完全性的系统控制问题。
「3.智能控制的关键技术」1）专家控制专家控制又称专家智能控制，其结构如图2所示。
采用专家控制的控制系统一般由以下几部分组成：（1）知识库。
由事实集和经验数据、经验公式、规则等构成。
现代控制理论0
绪论
控制理论的发展过程
经典控制理论 现代控制理论 智能控制理论
t
线性系统正负阶跃响应
7.5
7
6.5
6
5.5 5
4.5
正阶跃 负阶跃
4
3.5
3
2.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
t
非线性系统正负阶跃响应
时域法
标准二阶系统及其动态性能
(s)
n2
.
s2 2ns n2
回顾古典控制理论
n
K Tm
自然频率
1
阻尼比
2 TmK
时域法
回顾古典控制理论
3．在对控制系统进行分析时，可以把系统的初 始条件包括进去。
4．有助于采用一些复杂的控制算法。如：自适 应算法等。
5．有助于利用计算机实现及仿真。
经典理论和现代控制理论是有内在联系的，相互 贯通的。这两种方法各有优缺点。学习时注意加以 比较。
现代控制理论中有许多分支，如最优控制、最优 估计和滤波、系统辨识、自适应控制、鲁棒控制和 随机控制等等。基于状态空间的方法在各个分支中 最重要，也影响最广泛，这里只介绍线性系统的状 态空间法。
（屋外温度、门窗）
控制量
（进水量）
被控量
执行机构
被控对象 （房间实际温度）
（ 制冷装置）
（空调房间）
现代控制理论 应用实例1
火箭动力学摘要这部分虚拟实验是关于火箭动力学的研究。
这里将通过一个简单的火箭模型来说明参数设计对于稳定性的影响。
同时，我们也会从中了解非线性动态方程的线性化，以及工作点在非线性系统的局部动态中的决定性作用。
这个实验室是Jim Kusters（荷兰艾恩德霍芬工业大学的一位硕士研究生）设计和资助建成的。
在他还是澳大利亚纽卡斯尔大学的访问研究生时，受到了加州大学机械航空宇宙工程学院圣迭戈学部的教授Robert Skelton的启示，开始酝酿了这个实验室。
当时Robert Skelton教授是纽卡斯尔大学的访问学者，在这个实验室的筹备阶段给Jim Kusters提了很多宝贵的意见。
其程序截图如图1.1所示。
图1.1 程序截图硬件设备这个虚拟实验室是关于火箭动力学的研究，所讨论的火箭与图1.2所示的火箭类似。
图1.2 一艘红石导弹火箭准备起飞(来源于美国国家航空和宇宙航行局) 这张图片上的红石火箭，它的外观是典型的火箭样式，美国国家航空和宇宙航行局、欧洲航天局和越来越多的其他组织用这种火箭来发射卫星，搭载探测飞行器和为宇宙空间站服务等。
现代火箭技术起源于二战期间德国的 V1 和 V2 火箭项目。
战后，负责该项目的科学家们不是去了美国就是去了苏联。
1957年，苏联火箭科学家将世界上第一颗人造卫星“人造地球卫星1号”通过火箭发射成功，震惊了全世界。
这项成就在震惊世界的同时，也强烈地刺激了美国对火箭技术的研发和演习。
美国雄心勃勃地向全世界宣布他的目标：赶上甚至超越苏联。
至此宇宙空间的竞赛开始了。
（参考Tom Wolfe的畅销书<The Right Stuff>，同时也可参考维基百科全书。
）随着时间的推移，火箭的用途在当今这个用轨道通讯卫星进行通信的世界已经很普遍，同时也是必不可少的。
尽管火箭技术已经常规化,但是运载火箭飞行器仍是航空工程的一个典型的例子,在其中控制工程起着至关重要的作用。
特别地,火箭的稳定性取决于对控制系统的合理设计。
现代控制理论小论文
现代控制理论小论文1. 引言现代控制理论是控制理论的一个重要分支，它在工程控制领域有着广泛的应用。
随着科技的发展，控制系统越来越复杂，要求控制系统具备更高的性能指标和更强的鲁棒性。
现代控制理论的研究和应用为工程控制带来了很大的推动力，以提升系统的控制性能和鲁棒性。
本篇小论文将介绍现代控制理论的基本概念、方法和应用，并讨论其在实际系统中的应用情况。
2. 现代控制理论的基本概念现代控制理论是基于数学模型的控制理论，其核心概念包括控制系统、系统模型和控制器等。
2.1 控制系统控制系统是由一组相互作用的组件组成的系统，旨在通过对系统输入进行调节以达到预期的输出。
控制系统通常包括传感器、执行器、控制算法和反馈环路等。
2.2 系统模型系统模型是控制系统的数学描述，可分为传递函数模型和状态空间模型。
传递函数模型描述了系统的输入与输出之间的关系，而状态空间模型描述了系统的状态随时间的变化。
2.3 控制器控制器是控制系统中的关键组件，根据系统的输入和输出信息，使用控制算法来生成控制信号，以调节系统的行为。
常见的控制器包括比例-积分-微分（PID）控制器、模糊控制器和自适应控制器等。
3. 现代控制理论的方法现代控制理论提供了多种方法来设计控制系统，以满足不同的控制需求。
3.1 线性控制线性控制是现代控制理论的重要方法之一，它基于线性系统的模型和理论，通过设计线性控制器来实现对系统的控制。
线性控制具有较好的稳定性和可调节性，在许多工业应用中得到广泛应用。
3.2 非线性控制非线性控制是应对非线性系统的控制方法，它考虑系统的非线性特性，并设计相应的非线性控制器来实现对系统的控制。
非线性控制可用于对复杂系统进行建模和控制，具有更强的适应性和鲁棒性。
3.3 鲁棒控制鲁棒控制是一种针对不确定性和扰动的控制方法，通过设计具有鲁棒性的控制器来使控制系统对不确定因素具有一定的容忍能力。
鲁棒控制可以提高系统的稳定性和鲁棒性，适用于对不确定因素较多的系统进行控制。
现代控制理论第一讲
1. 经典控制理论形成并发展；1945年美国 数学家维纳出版《控制论》（Cybernetics)，
为控制论奠定基础，并标志一门新学科的诞生； 1954年钱学森出版《工程控制论》，为控制论 开辟一个新分支。
2.PID调节器的广泛应用； 3.数字计算机直接控制生产过程。
美国数学家 Norbert Winner(18941964)震惊世界学术界的题为《控制论： 或在动物和机器中的通信与控制》 （Cybernetics or Control and communication in the animal and the machine)的著作，于1948年出版。
现代控制理论
长安大学电控学院
现代控制理论发展的 重要标志
航空航天技术的需求
为什么？
因为： 地面站需要对宇宙飞船的
运行 状态进行监测和实施有效 控制。
经典控制理论不能解决的问题
1. 多输入-多输出系统； 2. 复杂的非线性系统； 3. 同时采用时域和频域分析法；
4. 不仅适合理论分析还要注重计算机数值 计算。
1. 医学领域: 对加压素和皮质酮给药速率的控制.
（由于人体系统对激素的调节和吸收具有高度非线性特性）
2. 电力生产用电量与发电量的调度.（许多不确定
因素，如电力负荷的不确定性和电厂的可能停歇）
3. 钢铁冶炼热轧厂的控制系统。
控制动态系统的几个基本步骤
控制动态系统的四个基本步骤:
1. 建模: 基于物理规律建立数学模型。 2. 系统辨识: 基于输入输出实测数据建立数
1. 指南车（基于双通道的扰动补偿原理） 2. 铜壶滴漏（负反馈原理）
控制和自动化技术发展
一.自动装置的出现和应用
现代控制理论 思政案例范文
现代控制理论思政案例范文Modern control theory is a branch of applied mathematics that deals with the design of systems to maintain a set of outputs within a specified range. It has applications in various fields such as engineering, economics, and biology.现代控制理论是应用数学的一个分支，处理的是系统设计，以保持一组输出在指定范围内。
它在工程、经济学和生物学等各个领域都有应用。
From an engineering perspective, modern control theory is essential for the design and analysis of control systems in industries such as aerospace, automotive, and electrical engineering. It provides tools and techniques for modeling, simulating, and optimizing the performance of complex systems.从工程的角度来看，现代控制理论对于航空航天、汽车和电气工程等行业的控制系统的设计和分析至关重要。
它提供了对复杂系统进行建模、仿真和优化性能的工具和技术。
In terms of economics, modern control theory is used to develop models for the optimal allocation of resources, decision-making processes, and financial market regulation. It plays a crucial role in ensuring stability and efficiency in economic systems.在经济学方面，现代控制理论用于发展最优资源分配模型、决策过程和金融市场监管。
现代控制理论教学课件
现代控制理论教学课件现代控制理论教学课件切斯特·巴纳德是西方现代管理理论中社会系统学派的创始人。
他在人群组织这一复杂问题上的奉献和影响，可能比管理思想开展过程中的任何人都更为重要。
下面了现代控制理论教学课件，一起去看看吧!(1)强调系统化，运用系统思想和系统分析方法来指导管理实践，解决和处理管理的实际问题。
(2)重视人的因素，就是要注意人的社会性，对人的需要予以研究和探索，在一定的环境条件下，尽最大可能满足人们的需要，以保证组织中全体成员齐心协力地为完成组织目标而自觉作出奉献。
(3)更视“ 非正式组织”的作用。
非正式组织是人们以感情为根底而结成的集体，这个集体有约定俗成的信念，人们彼此感情融洽。
在不违背组织原那么的前提下，发挥非正式群体在组织中的积极作用，从而有助于组织目标的实现。
(4)广泛地运用先进的管理理论与方法。
先进的科学技术和方法在管理中的应用越来越重要，各级主管人员必须利用现代的科学技术与方法，促进管理水平的提高。
(5)加强信息工作。
主管人员必须利用现代技术，建立信息系统，以便有效、及时、准确地传递信息和使用信息，促进管理的现代化。
(6)把“ 效率”( Efficiency)和“效果”(Effectiveness)结合起来。
管理工作不仅仅是追求效率，更重要的是要从整个组织的角度来考虑组织的整体效果以及对社会的奉献。
因此要把效率和效果有机地结合起来，使管理的目的表达在效率和效果之中，也即通常所说的绩效(Pedonnance)。
(7)重视理论联系实际。
(8)强调“预见”能力。
社会是迅速开展的，客观环境在不断变化，这就要求人们运用科学的方法进展预测，进展前馈控制，从而保证管理活动的顺利进展。
(9)强调不断创新。
在保证“惯性运行”的状态下，不满足现状，利用一切可能的时机进展变革，从而使组织更加适应社会条件的变化。
一一哈洛德·孔茨在1961年12月发表的《管理理论的丛林》一文，19年后又开展《再论管理理论的丛林》，他对管理流派进展分类，指出管理已由6个学派开展形成了11个学派。
(完整版)现代控制理论
第一章线性离散系统第一节概述随着微电子技术，计算机技术和网络技术的发展，采样系统和数字控制系统得到广泛的应用。
通常把采样系统，数字控制系统统称为离散系统。
一、举例自动测温，控温系统图;加热气体图解：1. 当炉温h变化时，测温电阻R变化→R∆，电桥失去平衡状态，检流计指针发生偏转，其偏转角度为)e；(t2. 检流计是个高灵敏度的元件，为防磨损不允许有摩擦力。
当凸轮转动使指针）,接触时间为τ秒；与电位器相接触（凸轮每转的时间为T3. 当炉温h 连续变化时，电位器的输出是一串宽度为τ的脉冲信号e *τ(t);4.e *τ(t)为常值。
加热气体控制阀门角度调速器电动机放大器h →→→→→→ϕ 二、相关定义说明（通过上例来说明） 1. 信号采样偏差)(t e 是连续信号，电位器的输出的e *τ(t)是脉冲信号。
连续信号转变为脉冲信号的过程，成为采样或采样过程。
实现采样的装置成为采样器。
To —采样周期，f s =--To1采样频率，W s =2πf s —采样角频率 2．信号复现因接触时间很小，τo T 〈〈τ，故可把采样器的输出信号）（t e *近似看成是一串强度等于矩形脉冲面积的理想脉冲，为了去除采样本身带来的高额分量，需要把离散信号）（t e *恢复到原信号)(t e 。
实现方法：是在采样器之后串联一个保持器，及信号复现滤波器。
作用：是把）（t e *脉冲信号变成阶梯信号e h (t)3.采样系统结构图r(t)，e(t)，c(t)，y(t)为连续信号，）（t e *为离散信号)(s G h ，)(s G p ，)(s H 分别为保持器，被控对象和反馈环节的传递函数。
(t)r4.采样系统工作过程⇒由保持器5. 采样控制方式采样周期To ⎪⎩⎪⎨⎧=≠=⇒相位不同步采样常数常数6. 采样系统的研究方法（或称使用的数字工具）因运算过程中出现s 的超越函数，故不用拉式变换法，二采用z 变换方法，状态空间法。
现代控制理论在工业中的应用
现代控制理论在工业中的应用现代控制理论在工业中的应用现代控制理论及其应用现代控制理论是在20 世纪50 年代中期迅速兴起的空间技术的推动下发展起来的。
空间技术的发展迫切要求建立新的控制原理，以解决诸如把宇宙火箭和人造卫星用最少燃料或最短时间准确地发射到预定轨道一类的控制问题。
这类控制问题十分复杂，采用经典控制理论难以解决。
1958 年，苏联科学家Л.С.庞特里亚金提出了名为极大值原理的综合控制系统的新方法。
在这之前, 美国学者R.贝尔曼于1954 年创立了动态规划,并在1956 年应用于控制过程。
他们的研究成果解决了空间技术中出现的复杂控制问题，并开拓了控制理论中最优控制理论这一新的领域。
1960～1961 年，美国学者R.E.卡尔曼和R.S.布什建立了卡尔曼-布什滤波理论,因而有可能有效地考虑控制问题中所存在的随机噪声的影响，把控制理论的研究范围扩大，包括了更为复杂的控制问题。
几乎在同一时期内，贝尔曼、卡尔曼等人把状态空间法系统地引入控制理论中。
状态空间法对揭示和认识控制系统的许多重要特性具有关键的作用。
其中能控性和能观测性尤为重要，成为控制理论两个最基本的概念。
到60 年代初，一套以状态空间法、极大值原理、动态规划、卡尔曼-布什滤波为基础的分析和设计控制系统的新的原理和方法已经确立，这标志着现代控制理论的形成。
现代控制理论所包含的学科内容十分广泛,主要的方面有: 线性系统理论、非线性系统理论、最优控制理论、随机控制理论和适应控制理论。
与传统的比例、积分、微分控制(PID)不同，先进控制通常是一种基于模型的控制策略，如模型预测控制。
目前，专家控制、神经网络和模糊控制等智能控制技术正成：为先进控制的一个重要发展方向。
先进控制通常用于处理复杂的多变量过程控制问题，如大时滞、多变量耦合、被控变量与控制变量存在着各种约束等。
先进控制是建立在常规单回路控制之上的动态协调约束控制，可使控制系统适应实际工业生产过程动态特性和操作要求。
现代控制理论课件
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被控过程
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典型控制系统由被控对象、传感器、执行器和控制器组成。
被控过程具有若干输入端和输出端。
数学描述方法： 输入－输出描述（外部描述）:高阶微分方程、传递函数矩阵。
种完整的描述。
状态空间描述（内部描述）：基于系统内部结构，是对系统的一
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1.2 状态空间描述常用的基本概念
1) 输入：外部对系统的作用（激励）； 控制：人为施加的激励；
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❖ 经典控制理论:
引论
数学模型:线性定常高阶微分方程和传递函数;
分析方法: 时域法(低阶1～3阶)
根轨迹法 频域法
近似分析
适应领域:单输入－单输出（SISO）线性定常系统
缺 点:只能反映输入－输出间的外部特性，难以揭示系统内部的结构和运行状态。
❖ 现代控制理论：
数学模型:以一阶微分方程组成差分方程组表示的动态方程
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❖ 现代控制理论的基本内容 ❖ 科学在发展，控制论也在不断发展。所以“现代”两个字加在“控制理
论”前面，其含义会给人误解的。实际上，我们讲的现代控制理论指的 是五六十年代所产生的一些控制理论，主要包括： ❖ 用状态空间法对多输入多输出复杂系统建模，并进一步通过状态方程求 解分析，研究系统的可控性、可观性及其稳定性，分析系统的实现问题； ❖ 用变分法、最大（最小）值原理、动态规划原理等求解系统的最优控制 问题；其中常见的最优控制包括时间最短、能耗最少等等，以及它们的 组合优化问题；相应的有状态调节器、输出调节器、跟踪器等综合设计 问题； ❖ 最优控制往往要求系统的状态反馈控制，但在许多情况下系统的状态是 很难求得的，往往需要一些专门的处理方法，如卡尔曼滤波技术来求得。 这些都是现代控制理论的范畴。 ❖ 六十年代以来，现代控制理论各方面有了很大的发展，而且形成几个重 要的分支课程，如线性系统理论，最优控制理论，自适应控制理论，系 统辩识理论，等等。
控制论在现实中的应用
控制论在现实中的应用控制论是一种数学工具和方法，广泛应用于各个领域，包括工业控制、交通管理、经济系统控制、物流与供应链管理、环境工程、生物医学工程等等。
下面是几个具体的控制论在现实中的应用示例：1. 工业控制：控制论在工业自动化控制系统中得到广泛应用，包括流程控制、温度控制、压力控制、速度控制等。
工业中的机器和设备通过传感器收集数据，控制器根据这些数据进行分析和决策，然后通过执行器实现对过程的控制和调节。
2. 交通管理：控制论在交通系统中的应用主要包括交通信号控制，通过对交通流的监测和分析，交通信号控制系统可以动态调整信号灯的时序，以优化交通流的效率和减少拥堵。
3. 经济系统控制：控制论在经济学中的应用主要涉及经济调控和金融市场的预测与控制。
通过建立数学模型和控制算法，可以对市场供求关系、价格水平、经济增长等进行预测和调控，以实现经济的稳定和可持续发展。
4. 物流与供应链管理：控制论在物流与供应链管理中主要应用于库存控制、运输调度、订单管理等方面。
通过建立动态的控制模型和算法，可以优化物流网络的运行效率和资源利用率，降低成本，并提高响应速度与顾客满意度。
5. 环境工程：控制论在环境工程领域的应用包括污水处理、废气处理、污染源控制等。
通过监测和分析环境数据，控制系统可以实时调整处理设备和工艺参数，以实现对环境污染的监测和控制。
6. 生物医学工程：控制论在生物医学工程中的应用主要包括医疗设备的控制与调节，如人工心脏、呼吸机、血液透析机等。
通过对生物系统的建模和仿真，可以优化医疗设备的设计和控制算法，提高治疗效果和患者的生命质量。
总之，控制论在现实中的应用非常广泛，不仅可以改善工业生产的效率和质量，还可以优化交通管理、经济系统的运行，提高物流与供应链管理的效率，以及改善环境质量和医疗健康水平。
基于现代控制理论的电机应用实例_杨曌
5. 0 3 2 2 . 7 ] 。 2.5 求状态观测器的反馈系数 电机开环极点为 λ 1λ = = 2-3 2.3 4. 4， λ2 λ= 0 ，取期望观测器的极点是原 0 12 =
2
极点的３ － ５倍， λ =-75 。 由此得到的期望多项式为： 2 = det （ sI-A+HC ） =s 2 + （10.6 g 1 α * (s) = （ s+75 ）
现代控制理论是建立在状态空间法基础上的一种控制理论，对 控制系统的分析和设计主要是通过状态变量来进行。 与经典控制理 论相比，其所能处理的控制问题要更加广泛，包括线性系统和非线 性系统，定常系统和时变系统，单变量系统和多变量系统，所采用的 算法也更适合于在数字计算机上进行。 本论文通过为小型直流电机机组设计完整的位置控制系统，采用 现代控制理论状态反馈和状态观测的原理。 功能强大的Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件，在对控制系统进行分析和设计时发挥着重要的作用。 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ可与硬件设备实现实时控制的功能，最终，使得整个系统能够 满足给定的性能指标（无静态误差，电机响应时间＜０．３ｓ，超调量＜２０％）。
因为本次实验的基础是线性定常系统在实际控制中为达到理想控制需消除死区对于示例电机来说死区为189v221v消除的方法是死区中点值加上死区长度的一半即205016v22电机建模将电机的速度反馈口接入数据采集口用虚拟示波器显示速度的波形输入一个阶跃信号输出响应上升到稳态的0632倍处的时间变化量对应了电机的时间常数t示例值
图 2 引入状态观测后系统的方框图
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数控技术
数字技术 与应用
图 6 转矩响应曲线
子磁链和转矩的滑模变结构控制器［４］。 滑模变结构控制器参数： K1 = 20 ， K 2 = 10 ， µ1 = ５ ０ ， µ 2 = ３ ， 给定转速起始４０ｒ／ｍｉｎ，０．０１ｓ变化到８０ｒ／ｍｉｎ， λ1 = ０．３， λ2 = ０．０３ 。 负载转矩起始５Ｎ・ ｍ，０．０１５ｓ负载突变为８Ｎ・ ｍ。 系统响应曲线如图 ６到８。 转矩响应曲线中可以看到较传统直接转矩控制转矩脉动明显 减小，转矩从起动到达限幅值１０Ｎ・ ｍ的响应时间约为０．５ｍｓ，略慢 于预测ＰＩ控制器直接转矩控制，但从５ｍｓ到１０ｍｓ之间转矩脉动范围 在［４．９５５．０５］之间，转矩脉动率仅为２％。 从磁链局部放大曲线可以 得到磁链脉动范围在［０．１７４５０．１７５５］区间，磁链脉动率仅为０．５７％。
控制理论案例
For personal use only in study and research; not for commercial usePID 控制在暖通方面的应用1. 恒温室的温度控制恒温室空调系统被控对象的数学模型根据能量守恒定律，单位时间内进入恒温室的能量减去单位时间内由恒温室流出的能量等于恒温室中能量蓄存的变化率。
,⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+⎢⎥ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦恒温室内蓄每小时进入室内每小时室内设备照热量的变化率的空气的热量明和人体的散热量 ⎡⎤⎛⎫⎛⎫-+⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦每小时从事内排每小时室内向出的空气的热量室外的传热量）上述关系的数学表达式是：111()()c a b n a d C Gc q Gc dt αθθθθθγ-=+-+ (2-1) 式中 1C —恒温室的容量系数（包括室内空气的蓄热和设备与维护结构表层的蓄热）（KJ/ C ︒ ）；a θ—室内空气温度，回风温度（C ︒）；G —送风量（Kg/h ）；1c —空气的比热（KJ/Kg ）；c θ —送风温度（C ︒）；n q —室内散热量（Kg/h ）；b θ—室外空气温度（C ︒）；γ—恒温室围护结构的热阻（h*C ︒/KJ ）。
将式（2—1）整理为：11111n a q Gc Gc Gc γθγ⎛⎫+ ⎪ ⎪=+ ⎪+ ⎪⎝⎭(2-2) 或 11()a a c f d T K dtθθθθ+=+ (2-3) 式中 111T R C = —恒温室的时间常数（h ）。
1111R Gc γ=+ —为恒温室的热阻（h /KJ ）1111Gc K Gc γ=+ —恒温室的放大系数（/C C ︒）；1b n f q Gc θγθ+= —室内外干扰量换算成送风温度的变化（C ︒）。
式（2—3）就是恒温室温度的数学模型。
式中f θ和 c θ是恒温的输入参数，或称输入量；而a θ是恒温室的输入参数或称被调量。
输入参数是引起被调量变化的因素，其中起调节作用，而起干扰作用。
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基于状态反馈控制的汽车悬驾系统
引言
随着经济的发展和人民生活水平的提高，汽车的乘坐舒适性越来越受到人们重视，舒适性成了汽车，特别是轿车的主要性能指标。
汽车是日常生活中被广泛应用的交通工具，其本身可以被看作是一个具有质量、弹性和阻尼的振动系统。
汽车产生的振动会导致车身与车架之间的连接部件的振动和噪声，严重的时候甚至损坏汽车的零部件，大大缩短汽车的使用寿命：另外也可导致乘客晕车，影响了乘客的身心健康，那些长期处在这种振动环境下的驾驶员等往往会患上腰椎劳损、胃下垂等职业病。
因此，如何布置悬置以获得较佳的减振降噪效果很有研究意义。
现代汽车动力总成大都是通过弹性支承安装在车架上的，这种弹性支承称为“悬置”。
汽车动力总成和悬置一起构成了汽车动力总成悬置系统。
动力总成的悬置装置可对在动力总成和车架间传递的振动进行双向的隔离，以降低车内的振动和噪声。
由于动力总成悬置装置的体积较小，在隔振理论的发展初期并没有引起设计者的过多的重视。
但随着车辆向高速、轻型、大功率方向的迈进，使得车身的刚度减小，动力总成振动激励增大，特别是采用了平衡性较差的动力总成前置前驱动的四缸四行程动力总成，都使车内的振动和噪声加大。
随着人们对乘坐舒适性的提高，这些现象就必须加以解决。
在解决问题的过程中，人们逐渐认识到了动力总成悬置装置的作用，并可以利用力学知识建立起各种模型。
1. 系统建模
1.1系统模型分析
传统的汽车悬驾系统的缺点：是一种被动的悬驾，悬驾参数不能改变，因此对路面的状况适应性差。
在路面质量较差的情况下，车身震动大，舒适性差。
主动汽车悬驾系统的优点：它能通过一个动力装置，根据路面的情况改变悬挂架的特性。
在路面质量较差的情况下，也能保持车身的平稳，舒适性好。
本次实习对汽车悬驾系统进行仿真计算的首要工作就是要建立悬驾系统的动力学模型，在验证了模型正确性的基础上，对所建立的模型进行仿真分析。
为了研究方便，取汽车的一个车轮的悬驾系统进行研究，该模型可简化为一维二自由度的弹簧-阻尼-质量系统。
如图1.1-1所示
图1.1-1
系统说明：
• U 为悬驾动力装置的施加力
• W 为路面位移
• X1为车身位移
• X2为悬驾位移来度量车身的振动情况，并视为系统的输出
• 路面状况以w 为尺度，并视为系统的一个干扰输入。
当汽车从平面落入坑时，w 可
用一个阶跃信号来模拟
• u 为主动悬架的作用力，它是系统的控制量
1.2 建立悬驾系统的动力学模型
对车身和悬架进行力分析，由牛顿第二规律可得车身悬架系统的动力学方程为:
⎪⎩⎪⎨⎧-+--+-=+-+-=)()()()()(2212122121211X W K u X X b X X K X m u X X b X X K X m t S S
1.3 动力学模型转换状态空间模型
设系统状态变量为:
[]2,211,,X X X X X =
则上面系统动力学方程可改写为状态空间表达式式中:
11112222,,,(),,,0, 1, 0, 00, 0, 0, 1S s S s t K K b b m m m m K K K b b m m m m A ---+-⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦
1t 220, 01, 00, 01,m B K m m ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎣⎦ []0,1,0,1-=C []0,0=D
2．系统仿真
2.1Matlab 创建系统模型程序代码
m1=2500;m2=320;ks=10000;b=140000;
kt=10*ks;
a=[0 1 0 0;-ks/m1 -b/m1 ks/m1 b/m1;0 0 0 1;
ks/m2 b/m2 -(ks+kt)/m2 -b/m2];
b=[0 0;1/m1 0;0 0;-1/m2 kt/m2];
c=[1 0 -1 0];
d=[0 0];
sys=ss(a,b,c,d);
Set(sys,'inputname',{'u';'w'},'outputname','y=x1-x3');
sys=tf(sys)
sysuy=sys(1,1);
syswy=sys(1,2);
[num1,dem1]=tfdata(sysuy,'v');
[num2,dem2]=tfdata(syswy,'v');
sysf=tf(num2,num1);
save busmod sysuy syswy sysf
2.2 系统极点配置
汽车悬挂状态空间形式前面以给出，这是一个双输出状态方程，系统状态反馈－kx 和r 叠加，得到系统状态空间表达式:
⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=W u B X K B A X )10(
因此系统闭环特征值由
))10((K B A I ⎥⎦⎤⎢⎣⎡--λ
决定。
由于A 为4*4矩阵，K 为1*4向量。
为求得K 值，需配置４个期望极点P 。
利
用MATLAB 函数PLACE 求出Ｋ值。
考虑到系统超调量不大于5%的设计要求，阻尼比
为0.0707，选择两个主导极点-5+5i 和-5-5i ，选择另两个极点为-25和-100。
2.3 Matlab 程序源代码：
m1=2500;m2=320;ks=10000;b=140000;
kt=10*ks;
a=[0 1 0 0;-ks/m1 -b/m1 ks/m1 b/m1;0 0 0 1;ks/m2 b/m2 -(ks+kt)/m2 -b/m2];
b=[0 0;1/m1 0;0 0;-1/m2 kt/m2];
c=[1 0 -1 0];
d=[0 0];
sys=ss(a,b,c,d);
sys=tf(sys);
a1=a;
b1=b(:,1);
c1=c;
d1=d(1);
sys1=ss(a1,b1,c1,d1);
sys1=tf(sys1);
a2=a;
b2=b(:,2);
c2=c;
d2=d(2);
sys2=ss(a2,b2,c2,d2);
sys2=tf(sys2);
ss3=tf([1],[1 0]);
P=[-5+5i,-5-5i,-25,-100];
K=acker(a,b*[0, 1]',P)
输出结果
[]-76912, -1374 , -77011 , -1K =
2.4 Matlab 绘响应曲线图
程序代码如下：
Orignalsys=ss(a,b(:,2),c,d(2));
Newsys=ss((a-b*[0,1]'*K),b(:,2),c,d(2));
t=0:0.01:20;
u=0.1*ones(size(t));
[y1,t]=lsim( Orignalsys,u,t);
figure
[y,t]=lsim(Newsys,u,t);
plot(t,y1,t,y,'R')
legend('未加控制器响应曲线' ,'加控制器响应曲线');
axis([0,20,-0.01,0.01]);
title('响应曲线');
grid
M1atlab绘制的扰动信号响应曲线如图
3. Simulink仿真
3.1 Simulink系统结构仿真构图
3.2 Simulink仿真结果如图
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%修改scope属性程序源代码%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% shh = get(0,'ShowHiddenHandles');
set(0,'ShowHiddenHandles','On')
set(gcf,'menubar','figure')
set(gcf,'CloseRequestFcn','closereq')
set(gcf,'DefaultLineClipping','Off')
set(0,'ShowHiddenHandles',shh)。