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《現(xiàn)代控制理論與經(jīng)典控制理論》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
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(jì)末~1940年代）。起源于：伺服機(jī)械的調(diào)節(jié)/控制設(shè)計(jì)方法、數(shù)學(xué)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(shè)計(jì)。經(jīng)典文獻(xiàn)——錢(qián)學(xué)森的《工程控制論》；主要特征——頻率域分析設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代控制理論（1950年代~至今）。起源于：(美國(guó))卡爾曼線(xiàn)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(guó))貝爾曼的動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論。主要特——現(xiàn)代時(shí)間域分析設(shè)計(jì)。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(yīng)法和伊萬(wàn)斯的根軌跡法基礎(chǔ)上的理論，也稱(chēng)或稱(chēng)古典控
2、制理論、自動(dòng)控制理論，為工程技術(shù)人員提供了一個(gè)設(shè)計(jì)反饋控制系統(tǒng)的有效工具。1947年控制論的奠基人美國(guó)數(shù)學(xué)家維納(N.Weiner)把控制論引起的自動(dòng)化同第二次產(chǎn)業(yè)革命聯(lián)系起來(lái)，并與1948年出版了《控制論—關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制與通訊的科學(xué)》。我國(guó)著名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森將控制理論應(yīng)用于工程實(shí)踐，并與1954年出版了《工程控制論》。從20世紀(jì)40年代到50年代末，經(jīng)典控制理論的發(fā)展與應(yīng)用使整個(gè)世界的科學(xué)水平出現(xiàn)了巨大的飛躍，幾乎在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸及國(guó)防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域都廣泛采用了自動(dòng)化控制技術(shù)。以傳遞函數(shù)作為描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，以時(shí)
3、域分析法、根軌跡法和頻域分析法為主要分析設(shè)計(jì)工具，構(gòu)成了經(jīng)典控制理論的基本框架。到20世紀(jì)50年代，經(jīng)典控制理論發(fā)展到相當(dāng)成熟的地步，形成了相對(duì)完整的理論體系，為指導(dǎo)當(dāng)時(shí)的控制工程實(shí)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(shè)計(jì)的問(wèn)題。圖1反饋控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化原理框圖。經(jīng)典控制理論主要研究線(xiàn)性定常系統(tǒng)。所謂線(xiàn)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(xiàn)性微分方程描述的控制系統(tǒng)。如果描述該線(xiàn)性系統(tǒng)的微分方程的系數(shù)是常數(shù)，則稱(chēng)為線(xiàn)性定常系統(tǒng)。描述自動(dòng)控制系統(tǒng)輸入量、輸出量和內(nèi)部量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)
4、表達(dá)式稱(chēng)為系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，它是分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。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(chǔ)上的。線(xiàn)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(guān)系，沒(méi)有內(nèi)部變量的表示。經(jīng)典控制理論的特點(diǎn)是以傳遞函數(shù)為數(shù)學(xué)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(xiàn)性定?？刂葡到y(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，對(duì)線(xiàn)性定常系統(tǒng)已經(jīng)形成相當(dāng)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(jí)控制等。經(jīng)典控制理論雖然具有很大的實(shí)用價(jià)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(xiàn)性定常系統(tǒng)，推廣到多輸入多輸出(Multi-InputMulti-Output，MIMO)線(xiàn)性定常系統(tǒng)非常困難，對(duì)時(shí)變系統(tǒng)和非線(xiàn)性系統(tǒng)則更無(wú)能為力；20用經(jīng)典控制理論設(shè)計(jì)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(shí)間等頻率域里討論的指標(biāo)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。這些指標(biāo)并不直觀易于接受，與我們通常所討論的性能指標(biāo)，如最快、最小能量等，難以建立直接對(duì)應(yīng)關(guān)系；經(jīng)典控制理論在
6、系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析時(shí)無(wú)法考慮系統(tǒng)的初始條件，這對(duì)于高精度的位置、速度等控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)難以達(dá)到要求；經(jīng)典控制理論在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和綜合時(shí)，需要豐富的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行試湊以及大量的手工計(jì)算。現(xiàn)代控制理論20世紀(jì)50年代中期，科學(xué)技術(shù)及生產(chǎn)力的發(fā)展，特別是空間技術(shù)的發(fā)展，迫切要求解決更復(fù)雜的多變量系統(tǒng)、非線(xiàn)性系統(tǒng)的最優(yōu)控制問(wèn)題(例如火箭和宇航器的導(dǎo)航、跟蹤和著陸過(guò)程中的高精度、低消耗控制，到達(dá)目標(biāo)的控制時(shí)間最小等)。實(shí)踐的需求推動(dòng)了控制理論的進(jìn)步，同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也從計(jì)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(yùn)動(dòng)規(guī)律，又便于計(jì)算
7、機(jī)求解的狀態(tài)空間模型成為主要的模型形式。1956年，美國(guó)數(shù)學(xué)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(dòng)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(dòng)態(tài)規(guī)劃法解決了連續(xù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)控制問(wèn)題。美國(guó)數(shù)學(xué)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(yīng)用了狀態(tài)空間法，提出系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性問(wèn)題。1956年，前蘇聯(lián)科學(xué)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(dòng)態(tài)規(guī)劃為解決最優(yōu)控制問(wèn)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(xué)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(shè)計(jì)的新原理和方法基本確定，現(xiàn)代控制理論應(yīng)運(yùn)而生。進(jìn)入20世紀(jì)60年代，英國(guó)控制理論學(xué)者羅森布洛克(H.H.
