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上传人:niupai11 2022/6/8 文件大小:10 KB

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文档介绍

文档介绍:从经典控制论发展到现代控制论,是人类对控制技术认识上的一 次飞跃。经典控制论限于处理单变量的线性定常问题,在数学上 可归结为单变量的常系数微分方程问题。现代控制论面向多变量 控制系统的问题,它是以矩阵论和线性空间理论作为主要数学工 具,并用从经典控制论发展到现代控制论,是人类对控制技术认识上的一 次飞跃。经典控制论限于处理单变量的线性定常问题,在数学上 可归结为单变量的常系数微分方程问题。现代控制论面向多变量 控制系统的问题,它是以矩阵论和线性空间理论作为主要数学工 具,并用计算机来实现。现代控制论来源于工程实际,具有明显 的工程技术特点,但它又属于系统论范畴。系统论的特点是在数 学描述的基础上,充分利用现有的强有力的数学工具,对系统进 行分析和综合。系统特性的度量,即表现为状态;系统状态的变 化,即为动态过程。状态和过程在自然界、社会和思维中普遍存 在。现代控制论是在引入状态和状态空间的概念基础上发展起来 的。状态和状态空间早在古典动力学中得到了广泛的应用。在50 年代Mesarovic教授曾提出“结构不确定性原理”指出经典理论 对于多变量系统不能确切描述系统的内在结构。后来采用状态变 量的描述方法,才完全表达出系统的动力学性质。60年代初,卡 尔曼(Kalman)从外界输入对状态的控制能力以及输出对状态的 反映能力这两方面提出能控制性和能观性的概念。这些概念深入 揭示了系统的内在特性。实际上,现代控制论中所研究的许多基 本问题,诸如最优控制和最佳估计等,都是以能能控性和能观性 作为“解”的存在条件的。
现代控制理论是一门工程理论性强的课程,在自学这门课程 时,深感概念抽象,不易掌握;学完之后,从工程实际抽象出一 个控制论方面的课题很难,如何用现代控制论的基本原理去解决
生产实际问题则更困难,这是一个比较突出的矛盾。
对现代控制理论来说,首先遇到的问题是将实际系统抽象为 数学模型,有了数学模型,才能有效地去研究系统的各个方面。 许多机电系统、经济系统、管理系统常可近似概括为线性系统。 线性系统和力学中质点系统一样,是一个理想模型,理想模型是 研究复杂事物的主要方法,是对客观事物及其变化过程的一种近 似反映。现代控制论从自然和社会现象中抽象出的理想模型,用 状态空间方法表示,再作理论上的探讨。
线性系统理论是一门严谨的科学。抽象严谨是其本质的属性, 一旦体会到数学抽象的丰富含义,再不会感到枯燥乏味。线性系 统理论是建立在线性空间的基础上的,它大量使用矩阵论中深奥 的内容,比如线性变换、子空间等,是分析中最常用的核心的内 容,要深入理解,才能体会其物理意义。比如,状态空间分解就 是一种数学分析方法。在控制论中把实际系统按能控性和能观性 化分成四个子空间,它们有着确切的物理概念。线性变换的核心 思想在于:线性系统的基本性质(如能控性、能观性、极点、传 递函数等)在线性变换下都不改变,从而可将系统化为特定形式, 使问题的研究变得简单而透彻。
在学****现代控制理论教材时,发现不少“引而未发”的问题。 由于作者有丰富的教学经验与学术造诣,能深入浅出阐述问题, 发人深省。因此,通过自己反复阅读教材,就能理解这些内容。 比如,在探讨线性系统的传递函数的零极点相消时,如果潜伏着
不稳定的振型,从数字表达式看不出什么问题,但会影响整个系 统的运行稳定性。