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现代控制理论（浓缩版）绪论1．经典控制理论与现代控制理论的比较。
经典控制理论也称为古典控制理论，多半是用来解决单输入-单输出的问题，所涉及的系统大多是线性定常系统，非线性系统中的相平面法也只含两个变量。
经典控制理论是以传递函数为基础、在频率域对单输入单输出控制系统进行分析和设计的理论。
它明显具有依靠手工进行分析和综合的特点，这个特点是与20世纪40~50年代生产发展的状况，以及电子计算机的发展水平尚处于初级阶段密切相关的。
在对精度要求不高的场合是完全可用的。
最大成果之一就是PID 控制规律的产生，PID 控制原理简单，易于实现，具有一定的自适应性与鲁棒性，对于无时间延时的单回路控制系统很有效，在工业过程控制中仍被广泛采用。
现代控制理论主要用来解决多输入多输出系统的问题，系统可以是线性或非线性的、定常或时变的。
确认了控制系统的状态方程描述法的实用性，是与状态方程有关的控制理论。
现代控制理论基于时域内的状态空间分析法，着重实现系统最优控制的研究。
从数学角度而言，是把系统描述为四个具有适当阶次的矩阵，从而将控制系统的一些问题转化为数学问题，尤其是线性代数问题。
而且，现代控制理论是以庞得亚金的极大值原理、别尔曼的动态规划和卡尔曼的滤波理论为其发展里程碑，揭示了一些极为深刻的理论结果。
面对现代控制理论的快速发展及成就，人们对这种理论应用于工业过程寄于乐期望。
但现代控制在工业实践中遇到的理论、经济和技术上的一些困难。
所以说，现代控制理论还存在许多问题，并不是“完整无缺”，这是事物存在矛盾的客观反应，并将推动现代控制理论向更深、更广方向发展。
如大系统理论和智能控制理论的出现，使控制理论发展到一个新阶段。
2．控制一个动态系统的几个基本步骤有四个基本步骤：建模，基于物理规律建立数学模型；系统辨识，基于输入输出实测数据建立数学模型；信号处理，用滤波、预报、状态估计等方法处理输出；综合控制输入，用各种控制规律综合输入。
现代控制理论在汽车领域的应用现代控制理论发展于20 世纪50 年代末，它以状态空间方法为主，研究控制系统状态的运动规律，通过反馈系统解决某些非线性和时变系统的控制问题，用于多输入多输出反馈控制系统，可以实现最优控制规律。
作为一名车辆工程专业的研究生，现代控制理论在我所学的领域上也有很多应用。
比如说现代控制理论在内燃机振动主动控制中的应用、在汽车防抱死制动系统中的应用、在汽车悬架控制中的应用等等，下面我将根据自己查阅的资料对这三种应用进行简单介绍。
已有文献阐明了现代控制理论在内燃机振动主动控制领域的应用现状，阐述了各种控制理论与内燃机振动系统的关系。
以现代控制理论中有代表性的最优控制、自适应控制、鲁棒控制为重点分析了现代智能控制理论在振动系统控制中应用的可能性与发展，指出了内燃机振动主动控制领域今后一段时间内的研究重点与方向。
内燃机的振动是有害的，对于有害的振动，人们总是在想方设法将其消减甚至消除。
消减振动一般从两个方面着眼：一是耗散振动能，二是抑制激振力。
耗能的方法有加装阻尼摩擦片、附带质量冲击块；抑制激振力的方法有提高系统刚度、加装动力减振器或是主动对振动系统施加同频反向的抑振力。
通过控制系统对振动主体主动施加抑振力即振动的动态控制(也称有源控制、主动控制)。
该控制系统一般由振动体(内燃机振动系统如曲轴)、振动信息采集器(对于旋转振动系统多用涡流传感器和光电传感器，对于整机多用弹簧质量加速度传感器)、变送器、处理器、控制器、执行器、显示与调节器等部件组成。
其中控制器是系统的核心，控制器的设计应依据振动体即被控对象的特性进行。
本文将依据内燃机的振动的特性探讨控制器设计中运用的各种控制理论问题以及在振动动态控制上各种现代控制理论应用的可能性。
汽车防抱制动系统(简称ABS)实质上是一种制动力自动调节装置。
这种装置使汽车制动系统的结构发生了质的变化，它不仅能充分发挥制动器的制动性能,提高制动减速度和缩短制动距离，而且能有效地提高汽车制动时的方向稳定性,大大改善汽车的行驶安全性。
非线性动态系统的稳定性和鲁棒控制理论研究上世纪50年代，Kallman成功的将状态空间法引入到系统控制理论中，从而标志着现代控制理论研究的开始。
现代控制理论的研究对象是系统的数学模型，它根据人们对系统的性能要求，通过对被控对象进行模型分析来设计系统的控制律，从而保证闭环系统具有期望的性能。
其中，线性系统理论已经形成一套完整的理论体系。
过去人们常用线性系统理论来处理很多工程问题，并在一定范围内取得了比较满意的效果。
然而，这种处理方法是以忽略系统中的动态非线性因素为代价的。
实际中很多物理系统都具有固有的动态非线性特性，如库仑摩擦、饱和、死区、滞环等，这些非线性动态非线性特性的存在常常使系统的控制性能下降，甚至变得不稳定。
这就使得利用线性系统理论处理非线性动态系统面临巨大的困难。
此外，在控制系统运行过程中，环境的变化或者元件的老化，以及外界干扰等不确定因素也会造成系统实际参数和标称值之间出现较大差别。
因此，基于标称数学模型所设计的控制律一般很难达到期望的性能指标，甚至会使系统不稳定。
综上所述，研究不确定条件下非线性动态系统的鲁棒稳定性及鲁棒控制间题具有重要的理论意义和迫切的实际需要。
非线性动态系统是指按确定性规律随时间演化的系统，又称动力学系统，其理论来源于经典力学，一般由微分方程来描述。
美国数学家Birkhoff[1]发展了法国数学家Poincare在天体力学和微分方程定性理论方面的研究，奠定了动态系统理论的基础。
在实际动态系统中，对象往往受到各种各样的不确定的影响，所以其数学模型一般不可能精确得到。
因此，我们只能用近似的标称数学模型来描述被控对象，并据此来设计控制系统,动态系统鲁棒控制由此产生。
所谓鲁棒性就是指系统预期非线性动态系统的稳定性和鲁棒控制理论研究的设计品质不因不确定性的存在而遭到破坏的特性，鲁棒控制是非线性动态系统控制理论研究的一个非常重要的分支。
现代控制理论的发展促进了对动态系统的研究，使它的应用从经典力学扩大到一般意义下的系统。
现代控制理论的应用----王力2011117322
现代控制理论的应用
2011117322 王力物联网工程现代控制理论：狭义的是指60年代发展起来的采用状态空间方法研究实现最优控制目标的控制系统综合设计理论；广义的
是指60年代以来发展起来的所有新的控制理论与方法。
采用状态观测器对系统状态进行估计（或称重构）实际反馈控制主要优点是理论体系严谨完整；可获得理想的最优控制性能，设计过程较少依赖经验试凑；主要缺点是要求系统模型准确，否则实际控制性能并非最优，即控制系统鲁棒差；理论较抽象，缺乏直观性，不易理解，需要较多数学知识；性能指标函数中的加权Q和R选取无定量准则可循，也需凭经验选取，故设计结果也与设计人员有关。
自动控制系统是指为实现自动控制目标由自动化仪表与被控对象所联接成闭环系统。
其组成结构是由被控对象、测量代表、控制器或调节器和执行器构成反馈闭环结构，其形式有单回路形式和串级双回路形式；性能指标：定性的有稳（定性）、准（确性）、快（速性）；控制律（或控制策略、控制算法）：控制系统中控制器或调节器所采用的控制策略，即用系统偏差量如何确定控制量的数学表示式。
现代控制理论主要应用于航空类飞行器控制现代控制理论是基
于时域的系统分析方法，目前基本都是高端如火箭发射，导弹制导之类的复杂系统基于动态矩阵的预测控制等。
比如在汽车中运用的自适应控制，汽车制动防抱死系统的控制，自适应估计等定速巡航系统的初衷是让车辆运行在最佳的发动机转速—油耗平衡点，汽车发动机的转速跟扭矩、油耗是有一定比例关系的，单位距离油耗最省的发动机转速所对应的速度就是巡航速度，这个定速巡航巡航系统就是个典型的现代控制系统，车辆快了，它帮你松油门，车辆慢了，它帮你踩。
现代控制理论的应用于实际存在的很大的问题是系统模型是否准确
可靠，因为模型如果不可靠，理论的完美与否也没有任何意义。
而在汽车中的自适应控制就是对现代控制论的一个很好地应用。
自适应系统主要由控制器、被控对象、自适应器及反馈控制回路和自适应回路组成自适应控制系统有三个显著特点：
1、控制器可调：相对于常规反馈控制器固定的结构和参数，自适应控制系统的控制器在控制的过程中一般是根据一定的自适应规则，不断更改或变动的；
2、增加了自适应回路：自适应控制系统在常规反馈控制系统基础上增加了自适应回路（或称自适应外环），它的主要作用就是根据系统运行情况，自动调整控制器，以适应被控对象特性的变化；
3、适用对象：自适应控制适用于被控对象特性未知或扰动特性变化范围很大，同时又要求经常保持高性能指标的一类系统，设计时不需要完全知道被控对象的数学模型。
：一、自适应控制在汽车主动悬架上的应用应用于主动悬架的自适应控制方法主要有增益调度控制、模型参考自适应控制和自校正控制三类：增益调度控制是一种开环自适应控制，通过监测过程的运行条件来改变控制器参数；模型参考自适应控制（即简化自适应控制）通过跟 1
踪一个预先定义的参考模型，按照反馈和辅助控制器参数的自适应控制规则，使非线性时变的悬架系统达到预期的最优性能；自校正控制是将受控对象参数在线估计与控制器参数整定相结合，形成一个能自动校正控制器参数的离散实时计算机控制系统（即数据采样系统），是目前应用最广的一类
自适应控制方法。
自适应控制方法已在德国大众汽车公司的底盘上得到了应用。
模型参考自适应控制
工业产生背景是：70STR 是年代发展起来的一种随机自适应控制，2
过程控制由于强随机干扰、模型未知、参数时变、大时滞等因素，导致常规的控制方法效果差。
它是参数在线估计与随机最小方差控制的结合，已有广泛的应用成果，其难点在于收敛性。
车辆动力学模型参考模型
参考模型自适应控制图
3
千克簧上质量为300 簧上质量为500千克
轮胎动载荷
4
悬架动变形
二、最优控制理论在电力系统励磁控制中的应用技术的综合励磁调节器、基于非线性最优和PID1对于非线性系统的同步发电机而言，当它偏离系统工作点或系统发生较技术的电力系统稳定器，就会出现误大扰动时，如果仍然采用基于PID差。
为此，可以将其用基于非线性最优控制技术的励磁调节器。
但是，非线性最优控制调节器存在着对电压控制能力较弱的缺点，所以用一种技术的电力系统稳定器有机结合的PID能够将非线性最优励磁调节器和新型励磁调节器的设计原理。
、自适应最优励磁控制器2将自适应控制理论与最优控制理论相结合，通过多变量参数辨识、最优 5
反馈系数计算和控制算法运算三个环节，可以实现同步发电机励磁的自适应最优控制。
3、基于神经网络逆系统方法的非线性励磁控制神经网络逆系统方法将神经网络对非线性函数逼近学习能力和逆系
统方法的线性化能力相结合，构造出物理可实现的神经网络逆系统，从而实现了对被控系统的大范围线性化，能够在无需系统参数的情况下构造出伪线性复合系统，从而将非线性系统的控制问题转化为线性
系的控制问题。
、基于灰色预测控制算法的最优励磁控制4预测控制是一种计算机算法，它采用多步预测的方式增加了反映过程未来变化趋势的信息量，因而能克服不确定性因素和复杂变化的影响。
灰色预测控制是预测控制的一个分支，它需建立灰微分方程，能较好地对对发电机的功率偏差、转速偏差、电，N)系统作全面的分析。
应用GM(1压偏差序列值进行建模，经全面分析后求出各状态量的预测值，同时根据最优控制理论求出以预测值为状态变量的被控励磁控制系统的最优反馈增益，从而得出具有预测信息的最优励磁控制量。
三、运载火箭的制导和控制
把航天器送入预定的轨道需要用多级火箭运载，其制导和控制系统必须根据预先设计的发射弹道来控制火箭发动机的多次启动和关机，并相应地稳定和调整火箭的姿态，还需要控制级间分离。
现代火箭制导采用最优化理论和小型数字计算机的迭代制导方法，根据火箭受扰动后的运动状态参数来选择最优或次优的弹道，因此具有较大的灵活性，并可获得较大的运载能力。
1、迭代制导已经用于美国“土星”号运载火箭和“阿波罗”飞船的登月飞行。
2、另一种更完善的综合制导方法是在控制系统中配备姿态控制子系统 6
（硬件称自动驾驶仪）。
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