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《現(xiàn)代控制理論與經(jīng)典控制理論》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、現(xiàn)代控制理論與經(jīng)典控制理論一、控制理論經(jīng)典控制理論（19世紀末~1940年代）。起源于：伺服機械的調(diào)節(jié)/控制設計方法、數(shù)學界的常微分方程穩(wěn)定性理論、基于Fourier變換的頻率域分析設計。經(jīng)典文獻——錢學森的《工程控制論》；主要特征——頻率域分析設計?，F(xiàn)代控制理論（1950年代~至今）。起源于：(美國)卡爾曼線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性理論和最優(yōu)濾波理論(前蘇聯(lián))龐特里亞金的極大值原理、(美國)貝爾曼的動態(tài)規(guī)劃理論。主要特——現(xiàn)代時間域分析設計。經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論：建立在奈奎斯特的頻率響應法和伊萬斯的根軌跡法基礎上的理論，也稱或稱古典控
2、制理論、自動控制理論，為工程技術人員提供了一個設計反饋控制系統(tǒng)的有效工具。1947年控制論的奠基人美國數(shù)學家維納(N.Weiner)把控制論引起的自動化同第二次產(chǎn)業(yè)革命聯(lián)系起來，并與1948年出版了《控制論—關于在動物和機器中控制與通訊的科學》。我國著名科學家錢學森將控制理論應用于工程實踐，并與1954年出版了《工程控制論》。從20世紀40年代到50年代末，經(jīng)典控制理論的發(fā)展與應用使整個世界的科學水平出現(xiàn)了巨大的飛躍，幾乎在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸及國防建設的各個領域都廣泛采用了自動化控制技術。以傳遞函數(shù)作為描述系統(tǒng)的數(shù)學模型，以時
3、域分析法、根軌跡法和頻域分析法為主要分析設計工具，構(gòu)成了經(jīng)典控制理論的基本框架。到20世紀50年代，經(jīng)典控制理論發(fā)展到相當成熟的地步，形成了相對完整的理論體系，為指導當時的控制工程實踐發(fā)揮了極大的作用。經(jīng)典控制理論主要用于解決反饋控制系統(tǒng)中控制器的分析與設計的問題。圖1反饋控制系統(tǒng)的簡化原理框圖。經(jīng)典控制理論主要研究線性定常系統(tǒng)。所謂線性控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)中各組成環(huán)節(jié)或元件的狀態(tài)或特性可以用線性微分方程描述的控制系統(tǒng)。如果描述該線性系統(tǒng)的微分方程的系數(shù)是常數(shù)，則稱為線性定常系統(tǒng)。描述自動控制系統(tǒng)輸入量、輸出量和內(nèi)部量之間關系的數(shù)學
4、表達式稱為系統(tǒng)的數(shù)學模型，它是分析和設計控制系統(tǒng)的基礎。經(jīng)典控制理論中廣泛使用的頻率法和根軌跡法，是建立在傳遞函數(shù)基礎上的。線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是在零初始條件下系統(tǒng)輸出量的拉普拉斯變換與輸入量的拉普拉斯變換之比，是描述系統(tǒng)的頻域模型。傳遞函數(shù)只描述了系統(tǒng)的輸入輸出間關系，沒有內(nèi)部變量的表示。經(jīng)典控制理論的特點是以傳遞函數(shù)為數(shù)學工具，本質(zhì)上是頻域方法，主要研究“單輸入單輸出”(Single-InputSingle-output，SISO)線性定常控制系統(tǒng)的分析與設計，對線性定常系統(tǒng)已經(jīng)形成相當成熟的理論。典型的經(jīng)典控制理論包括P
5、ID控制、Smith控制、解耦控制、Dalin控制、串級控制等。經(jīng)典控制理論雖然具有很大的實用價值，但也有著明顯的局限性，主要表現(xiàn)在：經(jīng)典控制理論只適用于SISO線性定常系統(tǒng)，推廣到多輸入多輸出(Multi-InputMulti-Output，MIMO)線性定常系統(tǒng)非常困難，對時變系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)則更無能為力；20用經(jīng)典控制理論設計控制系統(tǒng)一般根據(jù)幅值裕度、相位裕度、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間等頻率域里討論的指標來進行設計和分析。這些指標并不直觀易于接受，與我們通常所討論的性能指標，如最快、最小能量等，難以建立直接對應關系；經(jīng)典控制理論在
6、系統(tǒng)設計分析時無法考慮系統(tǒng)的初始條件，這對于高精度的位置、速度等控制系統(tǒng)設計難以達到要求；經(jīng)典控制理論在進行控制系統(tǒng)設計和綜合時，需要豐富的經(jīng)驗進行試湊以及大量的手工計算?，F(xiàn)代控制理論20世紀50年代中期，科學技術及生產(chǎn)力的發(fā)展，特別是空間技術的發(fā)展，迫切要求解決更復雜的多變量系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題(例如火箭和宇航器的導航、跟蹤和著陸過程中的高精度、低消耗控制，到達目標的控制時間最小等)。實踐的需求推動了控制理論的進步，同時，計算機技術的發(fā)展也從計算手段上為控制理論的發(fā)展提供了條件，適合于描述航天器的運動規(guī)律，又便于計算
7、機求解的狀態(tài)空間模型成為主要的模型形式。1956年，美國數(shù)學家貝爾曼(R.Bellman)提出了離散多階段決策的最優(yōu)性原理，創(chuàng)立了動態(tài)規(guī)劃。之后，貝爾曼等人提出了狀態(tài)分析法；并于1964年將離散多階段決策的動態(tài)規(guī)劃法解決了連續(xù)動態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題。美國數(shù)學家卡爾曼(R.Kalman)等人于1959年提出了著名的卡爾曼濾波器，1960年又在控制系統(tǒng)的研究中成功地應用了狀態(tài)空間法，提出系統(tǒng)的能控性和能觀測性問題。1956年，前蘇聯(lián)科學家龐特里亞金(L.S.Pontryagin)提出極大值原理，并于1961年證明并發(fā)表了極大值原理。
8、極大值原理和動態(tài)規(guī)劃為解決最優(yōu)控制問題提供了理論工具。到1960年代初，一套以狀態(tài)方程作為描述系統(tǒng)的數(shù)學模型，以最優(yōu)控制和卡爾曼濾波為核心的控制系統(tǒng)分析、設計的新原理和方法基本確定，現(xiàn)代控制理論應運而生。進入20世紀60年代，英國控制理論學者羅森布洛克(H.H.
