《现代控制理论Part》课件.pptx
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1、现现代控制理代控制理论论part目录contents引言线性系统理论非线性系统理论最优控制理论自适应控制理论鲁棒控制理论01引言引言什么是现代控制理论现代控制理论是研究动态系统状态和控制的一门科学,通过数学模型和计算机仿真技术,实现对系统的优化和控制。它涉及到系统分析、状态估计、最优控制、鲁棒控制等多个方面,是自动化和智能化的重要基础。工业自动化现代控制理论在工业自动化领域中得到了广泛应用,如智能制造、工业机器人等。航空航天现代控制理论在航空航天领域中发挥着关键作用,如飞行器控制、卫星轨道控制等。能源领域现代控制理论在能源领域中也有广泛应用,如智能电网、风力发电等。现代控制理论的应用领域030
2、20120世纪60年代线性控制系统得到广泛应用,如PID控制器。20世纪50年代现代控制理论开始兴起,以状态空间法为代表。20世纪70年代最优控制理论得到发展,如线性二次型调节器(LQR)等。21世纪随着计算机技术和人工智能的发展,现代控制理论在智能控制和自主系统等领域得到了广泛应用。20世纪80年代鲁棒控制理论逐渐兴起,解决了控制系统的不确定性问题。现代控制理论的发展历程02线线性系性系统统理理论论在一定的初始条件下,对系统的输入和输出关系,如果满足叠加原理的系统。线性系统线性系统的特点线性系统的分类叠加性、均匀性、时不变性。连续系统和离散系统,单输入单输出系统和多输入多输出系统。03020
3、1线性系统的基本概念状态空间表示法线性系统的状态空间表示一种描述多输入多输出动态系统的方法,通过状态变量和输入变量的线性组合表示系统的输出。状态方程描述系统状态变量随时间变化的微分方程或差分方程。描述系统输出与状态变量和输入变量关系的方程。输出方程如果一个系统受到扰动后能够回到原来的平衡状态,则称该系统是稳定的。稳定性定义Lyapunov稳定性判据、Routh-Hurwitz稳定性判据等。稳定性判据渐进稳定、指数稳定、一致稳定等。稳定性分类线性系统的稳定性分析指对于系统的初始状态和某个特定的目标状态,是否存在一个有限的控制序列,使得系统能够从初始状态达到目标状态。指对于系统的某个初始状态和某个
4、特定的输出,是否存在一个有限的时间序列,使得通过该输出能够唯一确定系统的初始状态。线性系统的可控性和可观性可观性可控性03非非线线性系性系统统理理论论非线性系统的定义非线性系统是指系统的输出与输入之间存在非线性关系的系统,即系统的输出量与输入量之间的关系不是线性的。非线性系统的特点非线性系统具有复杂性、多样性、非均匀性和非对称性等特点,这些特点使得非线性系统的分析和设计变得非常困难和复杂。非线性系统的分类根据不同的分类标准,可以将非线性系统分为不同的类型,如按输入输出关系可以分为仿射非线性系统和非仿射非线性系统,按系统变量的性质可以分为连续时间非线性系统和离散时间非线性系统等。非线性系统的基本
5、概念非线性系统的稳定性分析稳定性是非线性系统的一个重要特性,它是指系统在受到扰动后能够恢复到原来的平衡状态或者达到新的平衡状态的性质。稳定性分析方法稳定性分析是研究非线性系统的重要手段之一,常用的方法包括相平面法、Lyapunov稳定性方法和频域分析法等。稳定性判据对于一些特定的非线性系统,可以使用一些稳定性判据来判断系统的稳定性,如Lyapunov函数、Razumikhin条件等。稳定性定义控制目标非线性系统的控制目标是设计一个合适的控制器,使得系统的输出能够跟踪期望的轨迹或者达到某种期望的性能指标。控制方法常用的非线性系统控制方法包括反馈线性化、滑模控制、鲁棒控制和自适应控制等。控制设计步
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