现代控制理论1 PPT课件
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运动分析、能控性、能观性、稳定性
• 基于状态空间模型的系统综合（Synthesis）；
极点配置、稳定化控制器设计、观测器设计、二次型最优控 制器设计。
本课程教学方法和要求
• 主线：问题的提出—–解决的思路—–具体方 法—–算法编程—–应用实例 ；
• 和MATLAB相结合，理论证明、仿真验证； • 参与课堂讨论、回答提问、完成作业； • 编程设计、演示； • 介绍应用领域、实验结果； • 考试
• 1957年，美国的贝尔曼发表了《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；
• 1960年，美籍匈牙利人卡尔曼发表了“On the General Theory of Control Systems”， 引入状态空间法分析系统，提出了能控 能观性、卡尔曼滤波等概念，奠定
代控制理论的基础；
现代控制理论－特点
• 描述对象的方法பைடு நூலகம்
状态空间模型，适用于多输入多输出、时变、非线 性系统
• 处理方法
应用现代数学方法，以计算机作为工具，系统化的
分析和综合方法； • 实现多目标控制； • 预测控制、鲁棒控制、模糊控制等先进控制。
本课程内容
• 状态空间模型； • 基于状态空间模型的系统分析（Analysis）；
• 美国贝尔实验室的H. Bode（1938）， 以及Nyquist（1940）提出了频率响应法
• 美国MIT的N. Wiener在研究随机过程 的预测问题中，提出Wiener滤波理论
（1942），发表了《Cybernetics》 －控制学科诞生
（1948）
存在的问题
经典控制理论
• 简单对象 单输入单输出、线性、时不变系统
• 张嗣瀛, 高立群. 现代控制理论，清华大学出版社， 2006
课程资源
• 课程网站：http://kczy.zjut.edu.cn/xdkz/ http://210.32.200.206/xdkz/
• 控制工程虚拟图书馆：
http://wwwcontrol.eng.cam.ac.uk/extras/Virtual_Library/Control_VL.html
性、 了现
• 1957年成立了国际自动控制联合会（IFAC： International Federation of Automatic Control）。
现代控制理论
现代控制理论－取得的成就
• 1957年发射了第一颗人造地球卫星； • 工业机器人产品； • 1961年载人航天（加加林）； • 1966年月球软着陆； • 1969年登陆月球。
• MATLAB仿真例子 http://www.engin.umich.edu/group/ctm/
• Goodwin的 “Control System Design”课程网站 http://csd.newcastle.edu.au/
• 缺乏系统化方法 图形化方法，依赖于设计人员的经验
• 达到的性能要求较低，不能处理多目标性能。
面临的挑战
对象日益复杂化、控制性能要求不断提高
现代控制理论
挑战出生新知识、新技术
现代控制理论
• 1956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）；
叙述、证明、计算
参考书目
• [美]Katsuhiko Ogata著，卢伯英，于海勋等译，《现 代控制工程》(第四版)，电子工业出版社，2003年；
• [澳]Goodwin, G.C., et al. Control System Design, 清华 大学出版社，2002；
• 王枞. 控制系统理论及应用，北京邮电大学出版社， 2003；
现代控制理论
Modern Control Theory (1)
唐海峰
武昌理工学院 信息工程学院
本课程的设想
• 培养分析问题和解决问题的能力； • 培养创新能力； • 拓展知识面； • 采用启发式、互动的教学方式； • 突出自主学习； • ……
问题的提出－控制的必要性
• 飞机的自动驾驶系统、宇宙飞船系统和导弹制 导系统；
问题的提出－控制的必要性
• 数控机床 • 工业过程中流量、压力、温度的控制；
问题的提出－控制的必要性
• 机器人控制、城市交通控制、网络拥塞控制； • 生物系统、生物医学系统、社会经济系统； • ……
提出的方法－经典控制理论（1935-1950）
• 传递函数模型
G(s) = bn s n + bn 1 s n 1 L + b1 s + b0 s n + a n 1 s n 1 + L + a1 s + a0
• 基于状态空间模型的系统综合（Synthesis）；
极点配置、稳定化控制器设计、观测器设计、二次型最优控 制器设计。
本课程教学方法和要求
• 主线：问题的提出—–解决的思路—–具体方 法—–算法编程—–应用实例 ；
• 和MATLAB相结合，理论证明、仿真验证； • 参与课堂讨论、回答提问、完成作业； • 编程设计、演示； • 介绍应用领域、实验结果； • 考试
• 1957年，美国的贝尔曼发表了《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；
• 1960年，美籍匈牙利人卡尔曼发表了“On the General Theory of Control Systems”， 引入状态空间法分析系统，提出了能控 能观性、卡尔曼滤波等概念，奠定
代控制理论的基础；
现代控制理论－特点
• 描述对象的方法பைடு நூலகம்
状态空间模型，适用于多输入多输出、时变、非线 性系统
• 处理方法
应用现代数学方法，以计算机作为工具，系统化的
分析和综合方法； • 实现多目标控制； • 预测控制、鲁棒控制、模糊控制等先进控制。
本课程内容
• 状态空间模型； • 基于状态空间模型的系统分析（Analysis）；
• 美国贝尔实验室的H. Bode（1938）， 以及Nyquist（1940）提出了频率响应法
• 美国MIT的N. Wiener在研究随机过程 的预测问题中，提出Wiener滤波理论
（1942），发表了《Cybernetics》 －控制学科诞生
（1948）
存在的问题
经典控制理论
• 简单对象 单输入单输出、线性、时不变系统
• 张嗣瀛, 高立群. 现代控制理论，清华大学出版社， 2006
课程资源
• 课程网站：http://kczy.zjut.edu.cn/xdkz/ http://210.32.200.206/xdkz/
• 控制工程虚拟图书馆：
http://wwwcontrol.eng.cam.ac.uk/extras/Virtual_Library/Control_VL.html
性、 了现
• 1957年成立了国际自动控制联合会（IFAC： International Federation of Automatic Control）。
现代控制理论
现代控制理论－取得的成就
• 1957年发射了第一颗人造地球卫星； • 工业机器人产品； • 1961年载人航天（加加林）； • 1966年月球软着陆； • 1969年登陆月球。
• MATLAB仿真例子 http://www.engin.umich.edu/group/ctm/
• Goodwin的 “Control System Design”课程网站 http://csd.newcastle.edu.au/
• 缺乏系统化方法 图形化方法，依赖于设计人员的经验
• 达到的性能要求较低，不能处理多目标性能。
面临的挑战
对象日益复杂化、控制性能要求不断提高
现代控制理论
挑战出生新知识、新技术
现代控制理论
• 1956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）；
叙述、证明、计算
参考书目
• [美]Katsuhiko Ogata著，卢伯英，于海勋等译，《现 代控制工程》(第四版)，电子工业出版社，2003年；
• [澳]Goodwin, G.C., et al. Control System Design, 清华 大学出版社，2002；
• 王枞. 控制系统理论及应用，北京邮电大学出版社， 2003；
现代控制理论
Modern Control Theory (1)
唐海峰
武昌理工学院 信息工程学院
本课程的设想
• 培养分析问题和解决问题的能力； • 培养创新能力； • 拓展知识面； • 采用启发式、互动的教学方式； • 突出自主学习； • ……
问题的提出－控制的必要性
• 飞机的自动驾驶系统、宇宙飞船系统和导弹制 导系统；
问题的提出－控制的必要性
• 数控机床 • 工业过程中流量、压力、温度的控制；
问题的提出－控制的必要性
• 机器人控制、城市交通控制、网络拥塞控制； • 生物系统、生物医学系统、社会经济系统； • ……
提出的方法－经典控制理论（1935-1950）
• 传递函数模型
G(s) = bn s n + bn 1 s n 1 L + b1 s + b0 s n + a n 1 s n 1 + L + a1 s + a0