現(xiàn)代控制理論理課件(電子教案)

控制理論課件(電子教案):【教學(xué)目的】?? 了解現(xiàn)代控制理論的基本原理及方法，以便進行系統(tǒng)分析與設(shè)計，同時為進一步學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制理論打下較扎實的基礎(chǔ)。
【教學(xué)重點】?? 了解控制理論發(fā)展的三個階段并掌握各階段的主要任務(wù)。
【教學(xué)方法及手段】? 課堂教學(xué)
【課外作業(yè)】 閱讀教材
【學(xué)時分配】 2學(xué)時
【教學(xué)內(nèi)容】
本教材緒論部分主要講述了以下幾個問題：

一、控制理論發(fā)展簡況
1）古典控制理論：研究對象以單輸入、單輸出線性定常系統(tǒng)為主，以傳遞函數(shù)為系統(tǒng)的基本描述，以頻率法和根軌跡法為主要分析與設(shè)計手段。
2）現(xiàn)代控制理論以狀態(tài)狀態(tài)空間模型為基礎(chǔ)，可研究多輸入、多輸出、時變、非線性等各種對象；研究系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系提出了能控性、能觀測性等重要概念，提出了不少設(shè)計方法。
3）大系統(tǒng)與智能控制階段。

二、現(xiàn)代控制理論的基本內(nèi)容
(1)線性多變量系統(tǒng)理論。這是現(xiàn)代控制理論中最基礎(chǔ)、最成熟的部分。它揭示系統(tǒng)的內(nèi)在想律，從能控性、能觀測性兩個基本概念出發(fā)，研究系統(tǒng)的極點配置、狀態(tài)觀測器設(shè)計和抗干擾問題的一般理論。
(2)最優(yōu)控制理論。在被控對象數(shù)學(xué)模型已知的情況下，尋求一個最優(yōu)控制規(guī)律(或最優(yōu)控制函數(shù))，使系統(tǒng)從某一個初始狀態(tài)到達(dá)最終狀態(tài)并使控制系統(tǒng)的性能在某種意義下是最優(yōu)的。
(3)最優(yōu)估計理論。在對象數(shù)學(xué)模型已知的情況下，最優(yōu)估計理論研究的問題是如何從被噪聲污染的觀測數(shù)據(jù)中，確定系統(tǒng)的狀態(tài)，并使這種估計在某種意義下是最優(yōu)的。由于噪聲是隨機的，而且是非乎穩(wěn)隨機過程(隨機序列)，這種憎況下的狀態(tài)估計是卡爾曼提出和解決的，故又稱卡爾曼濾波。這種濾波方法是保證狀態(tài)估計為線性無偏最小估計誤差方差的估計。
(4)系統(tǒng)辨識與參數(shù)估計。這是基于對象的輸入、輸出數(shù)據(jù)、在希望的估計準(zhǔn)則下，建立與對象等價的動態(tài)系統(tǒng)(即建立對象的數(shù)學(xué)模型)，由于效學(xué)模型一船地說，是由階致和參數(shù)決定的。因此，要決定系統(tǒng)的階數(shù)和參數(shù)(即參數(shù)估計)。

三、本課程的基本任務(wù)
該課程是工業(yè)自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過這門課的學(xué)習(xí)了解現(xiàn)代控制理論的基本原理及方法，以便進行系統(tǒng)分析與設(shè)計，同時為進一步學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制理論打下較扎實的基礎(chǔ)。所謂系統(tǒng)分析，就是指在規(guī)定的條件下，對數(shù)學(xué)模型已知的性能進行分析。系統(tǒng)分析包括定量分析和定性分析。定量分析是通過系統(tǒng)對某一個輸人信號的實際響應(yīng)來進行的；定性分析則研究系統(tǒng)能控性、能觀測性、穩(wěn)定性和關(guān)聯(lián)性等一般特性。各種設(shè)計方法往往來源于系統(tǒng)分析。因此，系統(tǒng)分析是十分重要的。所謂系統(tǒng)設(shè)計，就是構(gòu)造一個能完成給定任務(wù)的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)具有所希望的瞬態(tài)，穩(wěn)態(tài)性能以及抗干擾性能。一般地說，設(shè)計過程不是一個簡單的一次能完成的過程，而是一個逐步完善的過程。在這個過程中，有可能引入補償器或調(diào)整某些參數(shù)。