控制工程基础王积伟

0 前言一、控制工程发展概况二、控制工程基础的研究对象与任务三、本课程的主要内容四、本课程的学习方法6/28/20201一、控制工程发展概况一千多年前：铜壶滴漏计时器、指南针、各种天文仪器1788年：J. Watt 发明蒸汽机调速器时间刻度1868年：J. C. Maxwell发表《调速器》，提出反馈控制的概念及稳定性条件。6/28/2020浮子铜壶滴漏21884年：E. J. Routh提出劳斯稳定性判据。1892年：A. M. Lyapunov提出李雅普诺夫稳定性理论。1895年：A. Hurwifz提出赫尔维茨稳定性判据。1932年：H. Nyquist提出奈奎斯特稳定性判据。1945年：H. W. Bode提出反馈放大器的一般设计方法6/28/202031948年：N. Wiener发表《控制论》，标志经典控制理论基本形成；经典控制理论以传递函数为基础，主要研究单输入—单输出（SISO）系统的分析和控制问题；1950年：W. R. Evans提出根轨迹法，进一步充实了经典控制论；1954年：钱学森发表《工程控制论》；6/28/2020450年代末60年代初：现代控制理论形成；现代控制理论以状态空间法为基础，主要分析和研究多输入-多输出( MIMO )、时变、非线性等系统的最优控制、最优滤波、系统辨识、自适应控制、智能控制等问题；控制理论研究的重点开始由频域移到从本质上说是时域的状态空间方法。6/28/202051956年：蓬特里亚金（Pontryagin）提出极大值原理1957年：R. I. Bellman提出动态规划理论1960年：R. E. Kalman提出卡尔曼滤波理论1960～1980年：确定性系统的最优控制、随机系统的最优控制、复杂系统的自适应和自学习控制1980迄今：鲁棒控制、H控制、非线性控制、智能控制等6/28/20206第一阶段：20世纪40~50年代，以反馈控制为中心的理论体系，形成了经典控制理论。在复数域中以传递函数为基础，主要研究单输入—单输出（SISO）系统的分析和控制问题，特别是线性定常系统。第二阶段：20世纪60~70年代，为现代控制理论发展时期。现代控制理论以状态空间法为基础，主要分析和研究多输入-多输出( MIMO )、时变、非线性等系统的最优控制、最优滤波、系统辨识、自适应控制、智能控制等问题；控制理论研究的重点开始由频域移到从本质上说是时域的状态空间方法。6/28/20207控制论与其它学科结合，形成众多的分支学科。

经济学控制论

生物学工程技术生物控制论工程控制论社会学经济控制论社会控制论机械工程机械工程控制论

共同的本质特点：通过信息的传递、处理与反馈进行控制。6/28/20208二、控制工程基础的研究对象与任务控制工程基础的研究对象机械工程控制论研究机械工程中广义系统的动力学问题，即系统与输入、输出三者之间的动态关系。6/28/202096/28/2020106/28/2020116/28/2020126/28/2020136/28/2020146/28/202015控制工程基础的研究任务➢系统分析➢最优控制➢最优设计➢系统辨识➢滤波与预测6/28/202016三、本课程的主要内容介绍经典控制理论的基础知识，包括：1、控制系统的基本概念——反馈控制系统的基本原理及构成2、学会分析一个控制系统的性能——稳、准、快包括控制系统数学模型的建立、时域分析、频域分析3、学会改进一个控制系统性能的基本方法——控制系统的设计与校正6/28/202017四、本课程的学习方法1、不苛求严格的数学推证，但应注意数学结论的准确性和物理概念的明晰性2、重视实验、习题，有助于基本概念的理解和基本方法的应用6/28/202018