控制论教学讲解.ppt

* * * 控制论提出 控制论是美国犹太人诺伯特·维纳在二战期间创立的一种理论，他摒弃了狭隘的专业分工，将各门学科相互渗透、找到了机器和生命机体之间的共同点——信息变换过程，形成了一门既包括机器、又包括生命机体的统一的普遍理论——控制论，其目的是解决“既是机器中又是活的机体中的控制和通讯的问题。 控制论的产生 控制的问题 控制是施控者影响和支配受控者的行为过程，一种有目的的活动。施控主体采取一定的策略手段作用于受控对象，力求使其行为状态发生合目的的变化，从现在的实有状态转变为期望的未来状态。现实世界形形色色的关系可分为五大类：身心（身体与心理）关系、人人（自己与他人）关系、人机（人与工具、机器）关系、人天（人类与大自然）关系、天天（自然物与自然物）关系，每个关系领域中都少不了控制。 控制是系统建立、维持、提高自身有序性的手段。 除了自然界进化中产生的控制外，只要人们可以发挥主观能动性，选择一定的手段去作用于对象，使其达到预定的目标，就构成了控制问题。系统地提供这种概念、原理和方法的学问，就是控制论。 控制的任务 （）定值控制 在某些控制问题中，控制任务是使受控量稳定地保持在预定的常数值上，称为定值控制。如人的体温，血压。 （）程序控制 当控制任务是保证受控制量按照某个预先知道的方式（）随时间而变化时，应当采取程序控制。如程序机床的运动。 （）随机控制 在许多情况下，控制任务既不是受控制量保持不变，也不是使它按照预定的规律变化，而是随着某个预先不能确定的规律变化。如火炮控制，产品跟踪市场的波动而波动。 （）最优控制 使系统的某种性达到最优，即实际对系统的最优控制。如发电站保证发电机最大效益的控制。 控制方式 （）简单控制 （）补偿控制 （）反馈控制 （）递阶控制 多段递阶控制 多级递阶控制 控制系统 控制系统按照实施控制过程中是否有人的参与可以分为两类：自动控制系统人工控制系统。 按给定信号的形式：恒值系统程序系统 随动系统 按系统是否满足叠加原理：线性系统 非线性系统 按系统参数是否随时间变化：定常系统 时变系统 按信号传递的形式：连续系统 离散系统 控制系统的基本结构图： 敏感环节 决策环节 放大环节 执行环节 受控环节 反馈环节 输入 输出 敏感环节是负责获取信息。 决策环节是负责处理信息、制定控制指令。 放大环节是中介环节。 执行环节是负责执行控制作用。 反馈环节是负责回馈信息。 控制论发展 控制论的发展过程大致分为三个阶段： 世纪年代末期以前为第一阶段，称为经典控制论阶段； 年代末期至年代初期为第二阶段，称为现代控制论阶段； 年代初期至现在为第三阶段，称为大系统理论阶段。 经典控制论主要研究单输入和单输出的线性控制系统的一般规律，它建立了系统、信息、调节、控制、反馈、稳定性等控制论的基本概念和分析方法，研究的重点是反馈控制，核心装置是自动调节器，主要应用于单元装置自动化。 现代控制论的研究对象是多输入和多输出系统的非线性控制系统，其中重点研究的是最优控制、随机控制和自适应控制，主要应用于大规模机组自动化和生物系统。 大系统理论的主要研究对象是众多因素复杂的控制系统(如宏观经济系统、资源分配系统、生态和环境系统、能源系统等)，研究的重点是大系统的多级递阶控制、分解协调原理、分散最优控制和大系统模型降阶理论等。 工程控制论 技术科学 生物控制论 量子控制论 自然科学 智能控制论 思维科学 控制论 控制方法论 社会控制论 经济控制论 社会科学 管理控制论 年，中国科学家钱学森()运用控制论的基本思想和概念，结合战争中迅速发展的伺服机理论，把控制论运用于工程的自动控制系统的设计、分析中，完成了经典控制论的综合，创立了工程控制论。代表著作《工程控制论》(钱学森、宋健著)。 年代初，现代控制理论发展起来。 年代，又出现了第三代控制理论。 控制论 工程应用 理论体系 工业自动化 科学方法论 控制理论 自动化技术 农业自动化 军事自动化 金融自动化 楼宇自动化 环保自动化 医疗自动化 * * *