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1、Modern Control Theory 沈阳建筑大学沈阳建筑大学信息与控制工程学院信息与控制工程学院Modern Control Theory绪论绪论L01课程介绍学习方法学习要求参考文献Modern Control Theory绪论绪论L01课程结构控制系统数学模型状态空间分析能控能观性分析稳定性分析系统综合设计Modern Control Theory绪论绪论L01 用用 学学 习习教学目标教学目标教学目标教学目标 应知应知应知应知 应会应会应会应会 教学内容教学内容教学内容教学内容 重点重点重点重点 难点难点难点难点教学方法教学方法教学方法教学方法 理论联系实际理论联系实际理论联系实
2、际理论联系实际 启发式、讨论式启发式、讨论式启发式、讨论式启发式、讨论式学时安排：学时安排：学时安排：学时安排：2 2Modern Control Theory绪论绪论L01课程介绍课程介绍n本课程是自动化专业的一门专业基础课，通过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，使学生掌握现代控制理论中最本课程的学习，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，而且基本的内容，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，进一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步学习有关专业知识及进行工程实践打好必要的基础。
3、的基础。 Modern Control Theory绪论绪论L01课程内容课程内容q绪论绪论q控制系统的状态空间表达式控制系统的状态空间表达式 q控制系统状态空间分析控制系统状态空间分析q线性控制系统能控性和能观性线性控制系统能控性和能观性 q控制系统的稳定性分析控制系统的稳定性分析 q线性定常系统的综合线性定常系统的综合 q最优控制最优控制 Modern Control Theory绪论绪论L01教材及教材及参考书参考书n教材教材: q现代控制理论现代控制理论（第三版），刘豹主编，机械工（第三版），刘豹主编，机械工业出版社业出版社n参考书参考书: qModern control theory
4、, William L. Brogan, Ph.D., PRENTICE-HALL, INC. Englewood Cliffs, New Jerseyq现代控制理论现代控制理论，于长官于长官，哈尔滨工业大学出版社哈尔滨工业大学出版社q现代控制理论基础现代控制理论基础，王照林，国防大学出版社，王照林，国防大学出版社Modern Control Theory绪论绪论L01网络交流网络交流n为了配合教与学，更好地掌握为了配合教与学，更好地掌握现代控制理论现代控制理论知识，交流学习经验，交换学习信息，在网知识，交流学习经验，交换学习信息，在网络上建立了络上建立了现代控制理论现代控制理论社区。社区建在
5、社区。社区建在Yahoo groups 上，社区名称为上，社区名称为Modern Control Theory。此社区是针对所开设的课程建立的，。此社区是针对所开设的课程建立的，内容与教与学密切相关内容与教与学密切相关, 欢迎同学加入该社区。欢迎同学加入该社区。Modern Control Theory绪论绪论L01网络交流网络交流n注册方法：注册方法：n向以下邮件地址发邮件，会得到一封自动回复的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，然后邮件，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，参加社区等候批准。获得批准后即可加入社区
6、，参加社区活动。活动。nModernControlTheory- n建议：在建议：在Yahoo 上建立帐号上建立帐号sjzu+校园卡编号，以此账号注册校园卡编号，以此账号注册Modern Control Theory绪论绪论L01网络交流网络交流n社区所能提供的：社区所能提供的：qLecture notes/slides,qRelated learning materials,qOutline of the general review,qInformation and news in this course.Modern Control Theory绪论绪论L01教学要求教学要求n参加本课程
7、的同学必须参加本课程的同学必须q人手一册教材人手一册教材q出勤听课出勤听课q记课堂笔记记课堂笔记q完成作业完成作业（缺课达到（缺课达到1/3，缺作业达，缺作业达1/4者取消正常考试资格。）者取消正常考试资格。）Modern Control Theory绪论绪论L01绪论绪论n本节主要内容本节主要内容q学习现代控制理论的意义学习现代控制理论的意义q关于自动化的介绍关于自动化的介绍q控制理论的发展历程控制理论的发展历程q现代控制理论研究的对象、方法及内容现代控制理论研究的对象、方法及内容q现代控制理论与经典控制理论的对比现代控制理论与经典控制理论的对比Modern Control Theory绪论
8、绪论L01绪论绪论n学习现代控制理论的意义学习现代控制理论的意义q科学技术的发展不仅需要迅速地发展控制理论，而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件且也给现代控制理论的发展准备了两个重要的条件现代数学和数字计算机。现代数学和数字计算机。q现代数学，例如泛函分析、现代代数等，为现代控现代数学，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；而数字计算机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。q在二十世纪五十年代末开始，随着计算机的飞速发在二十世纪五十年代
9、末开始，随着计算机的飞速发展，推动了核能技术、空间技术的发展，从而对出展，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。Modern Control Theory绪论绪论L01绪论绪论n学习现代控制理论的意义学习现代控制理论的意义q是自动化专业的理论基础是自动化专业的理论基础q是提高学生专业理论水平的重要环节是提高学生专业理论水平的重要环节q是许多专业报考研究生的必考课是许多专业报考研究生的必考课Modern Control Theory绪论绪论L01绪论绪论n关于自动化的介绍关于自动化的介绍Brief Intr
10、oduction to Automationq定义定义n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，自动化还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。包括模拟或再现人的智能活动。qDefinitionnThe art of making processes or machines self-acting or self-moving. Also pertains to the technique of making a device, machine, proc
11、ess or procedure more fully automatic.Modern Control Theory绪论绪论L01绪论绪论n关于自动化的介绍关于自动化的介绍Brief Introduction to Automationq自动化的理论基础自动化的理论基础n自动化技术是一门新兴的科学技术，它以控制论、信息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。和系统论为理论基础，以哲学的方法论为研究方法。qFundamental knowledge of automationnCyberneticsnInformation Theory
12、 nSystemism Modern Control Theory绪论绪论L01绪论绪论n关于自动化的介绍关于自动化的介绍 Brief Introduction to Automationq狭义自动化和广义自动化狭义自动化和广义自动化n狭义自动化是指工业自动化，自动化也是最早应用于工业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。生产领域的。n广义的自动化包括工业自动化、生活自动化、办公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。和商务自动化。Modern Control Theory绪论绪论L01绪论绪论n控制理论的发展历程控制理论的发展历程Prog
13、ress of Control Theoryq经典控制理论经典控制理论 (Classical Control Theory)q现代控制理论现代控制理论 (Modern Control Theory) q智能控制理论智能控制理论 (Intelligent Control Theory)q控制理论发展趋势控制理论发展趋势 (Trend of Development of Control Theory)Modern Control Theory绪论绪论L01绪论绪论n控制理论的发展历程控制理论的发展历程q经典控制理论经典控制理论n形成和发展形成和发展q在在20世纪世纪30-40年代，初步形成。年代，
14、初步形成。q在在20世纪世纪40年代形成体系。年代形成体系。频率理论频率理论根轨迹法根轨迹法n以以SISO线性定常系统为研究对象。线性定常系统为研究对象。n以拉氏变换为工具，以传递函数为基础在频率域中分析与以拉氏变换为工具，以传递函数为基础在频率域中分析与设计。设计。n经典控制理论的局限性经典控制理论的局限性q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时变系统、多变量系统q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绪论绪论L01绪论绪论n控制理论的发展历程控制理论的发展历程q现代控制理论现代控制理论n现代控制理论的形成和发展现代
15、控制理论的形成和发展Formation and Progressq在在20世纪世纪50年代形成年代形成动态规划法动态规划法极大值原理极大值原理卡尔曼滤波卡尔曼滤波q上世纪上世纪60年代末至年代末至80年代迅速发展。年代迅速发展。非线性系统非线性系统大系统大系统智能系统智能系统 Modern Control Theory绪论绪论L01绪论绪论n控制理论的发展历程控制理论的发展历程q现代控制理论现代控制理论n对象对象:以以MIMO线性、非线性、时变与非时变系统为主要线性、非线性、时变与非时变系统为主要研究对象；研究对象；n工具：以线性代数和微分方程为工具，以状态空间法为基工具：以线性代数和微分方程
16、为工具，以状态空间法为基础。础。Modern Control Theory绪论绪论L01绪论绪论n控制理论的发展历程控制理论的发展历程q智能控制理论智能控制理论n19701980 大系统理论大系统理论 控制管理综合控制管理综合n19801990 智能控制理论智能控制理论 智能自动化智能自动化n199021c 集成控制理论集成控制理论 网络控制自动化网络控制自动化n专家系统，模糊控制，人工智能专家系统，模糊控制，人工智能n神经网络，人脑模型，遗传算法神经网络，人脑模型，遗传算法n控制理论与计算机技术相结合控制理论与计算机技术相结合计算机控制技术计算机控制技术Soft computingModer
17、n Control Theory绪论绪论L01绪论绪论n控制理论的发展历程控制理论的发展历程q控制理论发展趋势控制理论发展趋势n企业：资源共享、因特网、信息集成、信息技术企业：资源共享、因特网、信息集成、信息技术+控制技控制技术术 (集成控制技术集成控制技术)n网络控制技术网络控制技术 n计算机集成制造计算机集成制造CIMS：（工厂自动化）：（工厂自动化）Modern Control Theory绪论绪论L01绪论绪论n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、内容及方法q现代控制理论研究的对象现代控制理论研究的对象n线性系统线性系统(Linear systems)n非线性系统
18、非线性系统(Nonlinear systems)n时变系统时变系统(Time variable systems)n多变量系统多变量系统(Multivariable systems)n连续与离散系统连续与离散系统(Continuous/discrete time systems)(P.177 About Lyapunovs stability criteria for nonlinear systems)Modern Control Theory绪论绪论L01绪论绪论n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、内容及方法q现代控制理论研究的内容现代控制理论研究的内容n线性系统理论
19、线性系统理论 (Theory of Linear Systems)n非线性系统理论非线性系统理论(Theory of Nonlinear Systems)n最优控制最优控制(Optimal Control)n系统辨识系统辨识(System Identification)n自适应控制自适应控制(Adaptive Control)n最优滤波理论等最优滤波理论等(Optimal filtering Theory)Modern Control Theory绪论绪论L01绪论绪论n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、内容及方法q现代控制理论研究的方法现代控制理论研究的方法n研究系统
20、输入研究系统输入/输出特性和内部性能输出特性和内部性能(Input/output properties of systems and internal performance)Modern Control Theory绪论绪论L01绪论绪论n现代控制理论与经典控制理论的对比现代控制理论与经典控制理论的对比共同共同区别区别对象主要内容系统分析：研究系统的原理和性能设计：改变系统的可靠性（综合性能）研究对象：单入单出（SIS0）系统，线性定常工具：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、反馈研究对象：多入多出（MIMO）系统、线性定常、非线性、时变工
21、具：状态空间法、研究系统内部、输入状态（内部）输出改善系统的方法：状态反馈 、输出反馈现代古典Modern Control Theory绪论绪论L01绪论绪论n控制问题控制问题 (Control Problem)q对于受控系统（广义系统）对于受控系统（广义系统）S，寻求控制规律，寻求控制规律u(t)，使得闭环系统满足给定的性能指标要求。使得闭环系统满足给定的性能指标要求。Modern Control Theory绪论绪论L01绪论绪论n控制问题控制问题 (Control Problem)q建模建模(Modelling)：用数学模型描述被控对象：用数学模型描述被控对象q分析分析(Analysin
22、g)：n定性定性(Quality)：稳定性、能观能控性：稳定性、能观能控性n定量定量(Quantity)：时域指标、频域指标：时域指标、频域指标q设计设计(Design)：控制器设计、满足性能要求：控制器设计、满足性能要求n结构设计结构设计n参数设计参数设计q实施实施(Implementation)：实现控制系统：实现控制系统Modern Control Theory绪论绪论L01绪论绪论n控制问题控制问题 (Control Problem)q设计一个控制系统所涉及的内容：n建模n系统辨识n信号处理n控制方法的选择与确定Modern Control Theory绪论绪论L01作业作业n加入加入“现代控制理论现代控制理论”网上社区（选做）网上社区（选做）;n复习上课内容复习上课内容;n利用互联网查找有关经典控制理论和现代控制利用互联网查找有关经典控制理论和现代控制理论的形成和特点。理论的形成和特点。Modern Control Theory绪论绪论L01本章小结本章小结n学习现代控制理论的意义学习现代控制理论的意义n关于自动化的介绍关于自动化的介绍n控制理论的发展历程控制理论的发展历程n现代控制理论研究的对象、方法及内容现代控制理论研究的对象、方法及内容n现代控制理论与经典控制理论的对比现代控制理论与经典控制理论的对比
