现代控制理论基础课件共58页

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控制理论的发展一般划分为三个时期
经典控制理论 (1930-1950)
现代控制理论 （20世纪50-70年代）
大系统理论、智能控制理论、复杂系统等 （20世纪60年代至今）
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第一个时期： 经典控制理论 (1930-1950)
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经典控制理论主要解决单变量控制系统的分析与设计， 研究的对象主要是线性定常系统。它是以拉氏变换为数学 工具，采用以传递函数、频率特性、根轨迹等为基础的经 典频域方法研究系统。
主要内容
一 个人基本情况 二 控制理论的产生及其发展 三 现代控制理论的主要内容 四 本课程要讲的内容 五 学习、研究和培养学生过程中的一些体会
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一 个人基本情况(1)
文成林，男，1963年4月生，博士(后)、教授、博士生指导教师 所属学科： 控制理论与控制工程 发表学术论文90余篇，其中已有30余篇次被Sci或Ei收录 主持国家自然科学基金3项、(联合主持)国家自然科学基金重点项 目1项、中国博士后基金1项、世界银行贷款项目1项、省部级重点 基金5项、国家重点实验室开放基金4项、省部级自然科学基金3项 出版学术专著1部，完成学术专著1部、主编和参编教材5部。
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二 控制理论的产生及其发展
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自动控制思想及其实践可以说历史悠久。它是人类 在认识世界和改造世界的过程中产生的，并随着社会的 发展和科学水平的进步而不断发展。
人类发明具有“自动”功能的装置的历史可以追溯到 公元前14－11世纪的中国、埃及和巴比伦出现的铜壶滴 漏计时器。
公元前4世纪，希腊柏拉图（Platon,公元前47－公元 前347）首先使用了“控制论”一词。
2019.10-2019.12 加拿大Albeta大学高级访问教授
2019.06至今 杭州电子科技大学特聘教授
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个人基本情况(3)
杭州电子科技大学特聘教授 中国电子学会高级会员，中国自动化学会会员，中国自动化学 会过程的故障诊断与技术专业委员会委员、中国自动化学会智能控 制专业委员会委员 国家自然科学基金通讯评阅人，自动化学报、电子学报、电子 与信息学报等学报长期审稿人 主要研究方向为：多尺度估计理论及其应用、信号处理与数据融 合技术及应用、动态系统故障诊断、动态系统建模理论及应用技术
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个人基本情况(2)
1982.09-1986.06 河南大学数学系基础数学专业本科毕业
1986.06-2019.06 在河南大学从事科研和教学究工作
1993.09-2019.06 郑州大学基础数学专业硕士研究生毕业、获硕士学位
2019.09-2019.10 西北工业大学自动控制系博士研究生毕业 2019.10-2019.12 中科院自动化研究所国家重点实验室客座研究员 2019.10-2019.12 中科院自动化研究所国家重点实验室客座研究员 2019.12 获得副教授任职资格
1938年，前苏联学者米依洛夫提出用图解分析方法判 别系统稳定性的准则，把奈奎斯特判据推广到条件稳定 和开环不稳定系统的一般情况。
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1948年，美国著名科学家维纳（N.Wiener，1894-1964） 出版了专著《控制论―关于在动物和机器中控制和通信的科 学》，系统地论述了控制理论的一般原理和方法，推广了反 馈的概念，为控制理论科学的发展奠定了基础。该书标志着 控制科学的诞生。
1875年，英国的劳斯（E.J.Routh,1831-1907），2019 年，德国的赫尔维茨（A.Hurwitz，1859-1919）,先后分 别提出根据代数方程系数判别系统稳定性的一般准则。
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20世纪20年代，电子技术得到了迅速发展，促进了 信息处理和自动控制及其理论的发展。
1932年，美籍瑞典科学家奈奎斯特（H.Nyquist）提 出了根据频率响应判断反馈系统的稳定的准则，即奈奎 斯特判据。
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公元前300年，古希腊就运用反馈控制原理设计了浮子调 节器，并应用于水钟和油灯中。
在如图所示的水钟原理图中，最上面的蓄水池提供水源， 中间蓄水池浮动水塞保证恒定水位，以确保其流出的水滴 速度均匀，从而保证最下面水池中的带有指针的浮子均匀 上升，并指示出时间信息。
图1－1 水钟原理图
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早在1000多年前，我国古代先人们也发明了铜壶滴漏 计时器、指南车等控制装置。
齿轮系
车偏离方 向扰动
车身
仙人
保持预 定方向
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首次应用于工业的自控器是瓦特（J.Watt）于1769 年发明的用来控制蒸汽机转速的飞球控制器，如图所示。
蒸气量Q
ΔQ
+
-
蒸汽机
转速N
离心式调 速器
工具机
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1868 年 ， 英 国 学 者 麦 克 斯 韦 （ J.C.Maxwell ， 1831 － 1879）发表了“论调速器”一文，对的稳定性进行了分 析，指出控制系统的品质可用微分方程来描述，系统的 稳定性可用特征方程根的位置形式来研究。该论文属于 最早的理论工作。
1948年，埃文斯提出了直观简便的图解分析法，即根 轨迹法，这一方法在控制工程上得到了广泛的应用。
2019.10-2019.12 中科院自动化研究所国家重点实验室客座研究员
2000.05-2019.04 清华大学《控制科学与工程》博士后流动站工作
2019.4 被聘任为教授 2019.05-2019.07 清华大学智能技术与系统国家重点实验做客座研究员 2019.02-2019.06 香港浸会大学计算机科学系高级访问教授
1954年，我国著名科学家钱学森教授在美国出版了《工 程控制论》一书，书中所阐明的基本理论和观点，奠定了工 程控制论的基础。
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控制理论和社会生产及科学技术的发展密切相关，在 近代得到极速发展。它不仅已经成功地运用并渗透到工 农业、科学技术、军事、生物医学、社会经济及人类生 活等诸多领域，而且在这过程中控制理论也发展成为一 门内涵极为丰富的新兴学科。
对于非线性系统，除了线性化及渐近展开等计算外， 主要采用相平面分析和谐波平衡法(即描述函数法)研究。
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这一时期的主要代表人物除了奈奎斯特等人以外， 还有美国的伯德（H.W.Bode）和埃文斯（W.R.Evans）。
1945年，伯德出版了《网络分析和反馈放大器设计》 一书，提出了频率响应分析方法，即简便而实用的伯德 图法。