自适应控制课件-001-新新版

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本科通识课程电子教案 《自适应控制与应用》 主编：陈复扬
国防工业出版社
版权所有 翻版必究
2009.5
本课程在控制学科中的地位
控制专业理论知识结构
40年代 60年代初 60年代末 80年代初
古典控制理论
第1章-第8章
60年代
现代控制理论
60年代
自适应控制
智能控制
线性系统理论
第9章
最优控制理论
第10章 《自动控制原理》教材
《自动控制原理》课程
《自适应控制与应用》教材
理 论 实 践 实 践
技术
理 论 实 践 实 践 本科课程
技术
基础教育 第一阶段 第二阶段 第三阶段 大学本科 研究生 工作、挣钱
课程实验 课程设计 毕业设计
理 论 实 践 实 践
技术
2003年SARS病毒大流行 钟南山
理 论 实 践 实 践
技术
自然科学
社会科学 系统性
人类发展
创新性
理 论 实 践 实 践 系统
大 学 时 代
技术
自然科学
社会科学 系统性
人类发展
创新性
理 论 实 践 实 践 系统
大 学 时 代
技术
自然科学
社会科学 系统性
人类发展
创新性
理 论 实 践 实 践 系统
大 学 时 代
技术
自然科学
社会科学 系统性
人类发展
创新性
理 论 实 践 实 践
技术
航空航天
工业控制
自适应控制
航空航天
经济控制
工业控制
管理学
自适应控制
道路交通管理 人力资源管理
音乐艺术
市场营销
本课程在控制学科中的地位
控制专业理论知识结构
40年代 60年代初 60年代末 80年代初
古典控制理论
第1章-第8章
60年代
现代控制理论
60年代
自适应控制
智能控制
线性系统理论
第9章
最优控制理论
第10章 《自动控制原理》教材
《自动控制原理》课程
《自适应控制与应用》教材
航空航天
工业控制
自适应控制
实例一：导 弹 拦 截
美国爱国者导弹成功拦 截伊拉克飞毛腿导弹。爱 国者导弹要成功拦截必须 满足控制要求：时间最短/ 命中率最高。这就是最优 控制以及自适应控制的实 例。
实例一：导 弹 拦 截
2001年12月13日，美国 总统布什在白宫宣布美国决 定退出美苏1972年签署的 《反弹道导弹条约》。美国 退出反导条约为美国研究发 展国家导弹防御系统和进一 步确立美国的核优势地位扫 除了障碍。
实例一：导 弹 拦 截
2002年3月15日，一枚 拦截导弹从太平洋中部马绍 尔群岛的夸贾林环礁发射升 空。稍后，这枚拦截导弹在 太平洋上空将模拟的“来袭” 导弹击毁。这是美国对导弹 防御系统进行第六次拦截试 验。
实例二：阿 波 罗 登 月
阿波罗宇宙飞船要成 功登上月球，必需要求飞 船为软着陆，即飞船到达 月球表面的向下速度为 零、飞船运行过程中燃料 消耗最小、飞行时间最短 等等，这就是最优控制的 实例。
实例二：阿 波 罗 登 月
阿波罗宇宙飞船要成 功登上月球，必需要求飞 船为软着陆，即飞船到达 月球表面的向下速度为 零、飞船运行过程中燃料 消耗最小、飞行时间最短 等等，这就是最优控制的 实例。
实例三：战机追击
战机追击中，敌机飞行 轨迹我机是无法预知的， 我机的飞行控制系统能准
确迅速地跟踪敌机将敌机
击毁。这是自适应控制的 典型应用。
实例四：隐 形 战 斗 机
美国F-22隐形战斗机 在执行任务时要避开敌 方雷达搜索，同时根据 地形变化进行控制，具 有自学习的功能，这是 典型的智能控制系统。
实例四：隐 形 战 斗 机
美国F-22隐形战斗机 在执行任务时要避开敌 方雷达搜索，同时根据 地形变化进行控制，具 有自学习的功能，这是 典型的智能控制系统。
实例四：隐 形 战 斗 机
美国F-22隐形战斗机 在执行任务时要避开敌 方雷达搜索，同时根据 地形变化进行控制，具 有自学习的功能，这是 典型的智能控制系统。
实例五：造纸机构
造纸过程中,绕纸卷筒 的惯性由于纸的卷绕而变 化。因此控制器参数要随 着转动惯量的变化而及 时调整，必须采用自适
应控制技术，才能使产
品质量得到保证。
航空航天
经济控制
工业控制
管理学
自适应控制
道路交通管理 人力资源管理
音乐艺术
市场营销
第一讲 自适应控制的基本概念 1-1 自适应控制的产生 1-2 自适应控制的定义 1-3 自适应控制的基本原理 1-4 自适应控制系统的主要类型 1-5 自适应控制的应用 1-6 自适应控制的主要研究问题
第一讲 自适应控制的基本概念 1-1 自适应控制的产生
开环控制 闭环控制 反馈控制 古典控制
控制 方式
第一讲 自适应控制的基本概念 1-1 自适应控制的产生
开环控制 闭环控制 反馈控制 古典控制
控制 方式
最优控制
容错控制 鲁棒控制 自适应控制 智能控制
现代控制
第一讲 自适应控制的基本概念 1-1 自适应控制的产生
开环控制 闭环控制 反馈控制 古典控制
控制 方式
《自动控制原理》 基础
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 1-2 自动控制系统的基本概念 1-3 自动控制系统的分类及组成 1-4 对控制系统的性能要求
第一章 自动控制的一般概念
1-1 引言 一 自动控制技术 二 自动控制理论
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 一 自动控制技术 几个航空航天自动控制技术现象
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 一 自动控制技术 几个航空航天自动控制技术现象
1 无人驾驶飞机
在阿富汗战场上，美国的无人驾驶间谍飞机“掠夺者”ＲＱ-１ 曾经风光一时，特别是当它成功摧毁喀布尔的一处恐怖基地之后， 迅速成了美国人心目中的“明星”。布什总统当年还提出，投资1.58 亿美元购买２２架新的“掠夺者”间谍机，以提高军队的现代化水平 和作战能力
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 一 自动控制技术 几个航空航天自动控制技术现象
1 无人驾驶飞机 2 导弹
导弹的质量和重心随着燃料的消耗而变化
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 一 自动控制技术 几个航空航天自动控制技术现象
1 无人驾驶飞机 2 导弹 3 各类人造卫星
中国在修建大 同-秦皇岛的铁路时 ，原 认为桑乾河为不可通的 地段，铁路须绕行40千 米。而每千米的铁路建 设费高达900万元人民 币，还要占用数千亩良 田。后来研究了资源卫 星提供的卫星图片，桑 乾河的地质条件可以让 铁路通过，这样一下子 就减少了国家4亿元的投 资。
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 一 自动控制技术 几个航空航天自动控制技术现象
1 无人驾驶飞机 2 导弹 3 各类人造卫星 4 宇宙探测器
勇气号火星探测器
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 一 自动控制技术 自动控制技术可以解决如下问题：
1 使机器设备和管理机构高速高效的运行
化学反应过程中的参数也会随着环境温度/流率的变化而变动;
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 一 自动控制技术 自动控制技术可以解决如下问题：
1 使机器设备和管理机构高速高效的运行 2 提高产品质量和劳动生产率/降低成本
造纸过程中,绕纸卷筒的惯性由于纸的卷绕而变化.
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 一 自动控制技术 自动控制技术可以解决如下问题：
1 使机器设备和管理机构高速高效的运行 2 提高产品质量和劳动生产率/降低成本 3 使人们从繁重的体力劳动/手工操作和高温 高压/有毒有害的工作条件下解放出来
1986年，日本海洋科 技中心开始计划研制“海 沟”号无人潜水器，1990 年完成设计开始制造，经 过6年的努力，研制出海 沟无人潜水器。海沟号长 3米，重5.4吨，耗资5000 万美元。它是缆控式水下 机器人，装备有复杂的摄 像机、声呐和一对采集海 底样品的机械手。它的目 标很明确，就是要考察查 林杰海渊。
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 一 自动控制技术 自动控制技术可以解决如下问题：
4 数控机床可以按照事先排定的工艺程序 加工工件
数控电火花 线切割机床
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 一 自动控制技术 自动控制技术可以解决如下问题：
4 数控机床可以按照事先排定的工艺程序 加工工件 5 各种机器人的广泛应用
在日本、美国等发 达国家，农业人口较 少，随着农业生产的规 模化、多样化、精确 化，劳动力不足的现象 越来越明显。许多作业 项目如蔬菜、水果的挑 选与采摘，蔬菜的嫁接 等都是劳动力密集型的 工作，再加上时令的要 求，劳动力问题很难解 决。正是基于这种情 况，农林业机器人应运
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 一 自动控制技术 自动控制技术可以解决如下问题：
4 数控机床可以按照事先排定的工艺程序 加工工件 5 各种机器人的广泛应用 6 城市环境保护决策更为合理
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言
一 自动控制技术 所谓自动控制就是应用控制装置自动地、有
目的地控制或操纵机器/设备或生产过程，使之具 有一定的状态和性能。
定义
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言
一 自动控制技术 所谓自动控制就是应用控制装置自动地、有
目的地控制或操纵机器/设备或生产过程，使之具 有一定的状态和性能。 被控制的机器设备或物体称为被控对象； 所用的控制装置称为控制器。
定义
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 一 自动控制技术 二 自动控制理论
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 二 自动控制理论
自动控制理论是研究自动控制共同规律的一门学 科，一般可分为经典控制理论(又叫古典控制理论) 和现代控制理论两大部分。
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 二 自动控制理论
自动控制理论是研究自动控制共同规律的一门学 科，一般可分为经典控制理论(又叫古典控制理论) 和现代控制理论两大部分。 经典控制理论也有人称为调节原理。相对于其他 经典理论它是一个年轻的学科，但是自动调节现象 却是极为常见和极为悠久的。
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 二 自动控制理论
经典控制理论也有人称为调节原理。相对于其他 经典理论它是一个年轻的学科，但是自动调节现象 却是极为常见和极为悠久的。
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 二 自动控制理论 人体本身就是 一个温度控制自动调节系统，
主要原理是代谢发热/蒸发冷却的共同作用。
经典控制理论也有人称为调节原理。相对于其他 经典理论它是一个年轻的学科，但是自动调节现象 却是极为常见和极为悠久的。
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 二 自动控制理论 人体本身就是 一个温度控制自动调节系统，
主要原理是代谢发热/蒸发冷却的共同作用。
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 二 自动控制理论 人体本身就是 一个温度控制自动调节系统，
主要原理是代谢发热/蒸发冷却的共同作用。
瓦特 (1736-1819)
在工业大革命时 代，詹姆斯·瓦特所发 明的蒸汽机中的离心 调速器可以说是早期 自动控制装置的一个 杰作。
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 二 自动控制理论
1868年麦克斯韦及1895年劳斯和赫
尔维茨提出的对由微分方程描述的系 统稳定性判据可以说是控制理论方面较早
的文献。
麦克斯韦 (1831-1879)
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 二 自动控制理论 20世纪40年代至50年代才开始逐步 形成一门独立学科。现代控制理论更 是迟至1960年前后才开始形成的。
第一章 自动控制的一般概念 1-1 引言 二 自动控制理论
控制理论科技文献及科技成果数量
1868
年份
1868年麦克斯韦及1895年劳斯和赫尔维茨提 出的对由微分方程描述的系统稳定性判据
控制理论科技文献及科技成果数量
麦克斯韦 (1831-1879)
1868
年份
1868年麦克斯韦及1895年劳斯和赫尔维茨提 出的对由微分方程描述的系统稳定性判据
控制理论科技文献及科技成果数量
麦克斯韦 (1831-1879)
1868
年份
1945年控制系统设计问题的重点从设计许多可行系统 中的一种系统，转到设计在某种意义上的最佳系统。 控制理论科技文献及科技成果数量