经典控制理论

1.经典控制理论和现代控制理论的区别和联系

区别： （1）研究对象方面：经典控制系统一般局限于单输入单输出，线性定常系统。严格的说，理想的线性系统在实际中并不存在。实际的物理系统，由于组成系统的非线性元件的存在，可以说都是非线性系统。但是，在系统非线性不严重的情况时，某些条件下可以近似成线性。所以，实际中很多的系统都能用经典控制系统来研究。所以，经典控制理论在系统的分析研究中发挥着巨大的作用。

现代控制理论相对于经典控制理论，应用的范围更广。现代控制理论不仅适用于单输入单输出系统，还可以研究多输入多输出系统；不仅可以分析线性系统，还可以分析非线性系统； 不仅可以分析定常系统，还可以分析时变系统。

（2）数学建模方面：微分方程（适用于连续系统）和差分方程（适用于离散系统）是描述和分析控制系统的基本方法。然而，求解高阶和复杂的微分和差分方程较为繁琐，甚至难以求出具体的系统表达式。所以，通过其它的数学模型来描述系统。

经典控制理论是频域的方法，主要以根轨迹法和频域分析法为主要的分析、设计工具。因此，经典控制理论是以传递函数（零初始状态下，输出与输入Laplace变换之比）为数学模型。传递函数适用于单输入单输出线性定常系统，能方便

中南林业科技大学 2007级自动化专业1、2班 《现代控制理论》课程考试A卷

考试时间填写： 2010 年 5月 5日 14:30-16:30考试用 姓 名 应得分 实得分 学 号

中南林业科技大学课程考试A卷 课程：现代控制理论；时间：120分钟；地点： 南307，308 第1题 第2题 第3—10题 闭卷 附加题10′参考 总分 12×2′=24′ 5×4′=20′ 8×7′=56′ 100′ 1. 填空题（12空格×2′=24′）

1) 现代控制理论中，描述系统状态变化规律的是一个 方程，描述输出的是

一个 方程（填微分、代数）。

?1???11??x1??x?2) ??0?2????x????x??，则A的特征值为?? ，系统在平衡点xe?0 ???2??2?? （填稳定、不稳定）。

3) 判断下列系统是否输出能控。A. b. 。

a. C?[11]，A?????11??1??，B??0? ?02?????01?2??1????100??1? ?b. C??，A?1

预测控制

1 前言

自从1946年第一台计算机问世以来,计算机软、硬件技术得到飞速发展。这些技术的发展,使计算机在工业控制的应用中得到了普及的同时,也推动了高级过程控制、人工智能控制等复杂工业控制算法、策略的诞生、发展和完善。首先将计算机直接应用于过程控制系统的思想产生于20世纪50年代前后。当时由美国汤姆森·拉默·伍尔里奇航空公司和得克萨柯公司的工程师们对美国得克萨斯州的波特·阿瑟炼油厂的一台聚合装置,将计算机直接应用于工业控制的可行性问题展开了30年工程量的研究。最终这个计算机控制装置于1959-03在线运行,用来控制26个流量、72个温度、3个压力和3个成分,其基本功能是使反应器的压力最小,确定5个反应器供料的最佳分配,根据催化剂活性测量结果来控制热水的流量,以确定最佳循环。在过程计算机控制发展领域,值得一提的是预测控制技术的发展。预测控制诞生于20世纪60年代,经过20多年的发展与应用,从线性时不变预测控制发展出应用于非线性、时变系统的多种新的预测控制技术,成为控制工程界研究的一个热点。

2 模型预测控制(MPC)技术

术语“模型预测控制”描述的是使用显示过程模型来控制对象未来行为的一类计算机算法。就一般意义而言,预测控制

教案 2006~07第一学期

课程名称 学分 总学时 课程属性 先修课程 教材 自动控制原理 3.5 72（授课66，实验6） 必修 高等数学；积分变换；复变函数；模拟电路；电路分析。 自动控制原理（第二版） 华北电力大学 于希宁、刘红军主编 电力出版社 参考教材 1、自动控制理论复习指导与习题详解 于希宁、刘红军主编 电力出版社 2、自动控制原理 金慰刚主编 天津科学技术出版社 3、自动控制原理 胡寿松主编 科学出版社 4、自动控制原理习题集 胡寿松主编 国防工业出版社 授课教师 于希宁 授课专业和授1、自动化04-1、2、3、4、5； 课班级 2、仪器仪表04-1、2； 3、科技学院自动化04-1、2。

1

第一次课 本次课所属章节 《自动控制原理》课程的重要性；本课程最终所要达到的目教学目的及基本要求 的；课程的主要内容及各内容之间的相互连带关系；该课程需要掌握的前期基础知识；该课程对后续课程及工程应用有哪些支撑作用；自动控制系统的一般概念。 激发学生产生强烈的求知欲望，调动学生学习本课程的积极重点 性以及如何学好本课程的方法。负反馈控制系统的一般组成及调节机理。

简述控制理论,状态反馈,能控性,能观性

一．课题内容

本课题主要是研究利用现代控制理论状态反馈和状态观测的原理为小型直流电机机组设计完整的位置控制系统。最终，使得整个系统能够满足给定的性能指标(电机响应时间<0.3s，超调量<20%)。 1.主要控制原理

（1）状态反馈原理

用全状态反馈实现二阶系统极点的任意配置，其动态性能一定会优于只有输出反馈的系统。设受控对象的动态方程为 = + ， =

令 = ，其中 = 1

2

...

，r为系统的给定量，x为n×1

系统状态变量，u为1×1控制量。则引入状态反馈后系统的状态方程变为: = x+ u，相应的特征多项式为:det ，调节状态反馈阵K的元素 1

2

...

，就能实现闭环系统极点的任意配置。

二．建立数学模型

将电机的速度反馈口接入数据采集口，用虚拟示波器显示速度的波形，输入一个阶跃信号，输出响应上升到稳态的0.632倍处的时间变化量对应了电机的时间常数T(示例值：T=0.0427)。电机是一个典型二阶随动系统，将电机单位反馈闭环后，比较标准二阶闭环传函

自动控制理论在车辆主动悬架中的应用

作者：李亮 指导老师：赵贤林

摘要：电子技术和自动控制理论在车辆上的应用，大大的改善了车辆的行驶平顺性和操作稳定性等。但是，这些控制系统大多是针对车辆的某一性能指标设计的，而整车性能的改善需要车辆各系统的协调工作。本文首先根据车辆动力学基本原理，建立了车辆主动悬架系统；然后以这个系统为研究对象，对主动悬架系统经过集成控制和优化后，车辆的行驶平顺性和操纵稳定性等综合性能得到了明显改善。

关键词：自动控制；主动悬架系统；集成控制；行驶平顺性；操纵稳定性

Automatic control theory application in

vehicle active suspension

Author：Li Liang Instructor：Zhao Xianlin

Abstract：Electronic technology and the application of automatic control theory on the vehicle, greatly improve the riding comfort of vehicle and the operation stabilit

同期控制 什么是程序控制法?就一般而言，管理中采取的控制可以在行动开始之前、进行之中或结后控制。 过程控制束之后进行，称为三种控制模型。第一种称为前馈控制或预先控制，第二种称为过程控制或同期控制，第三种称为反馈控制或事程序控制法即对经常性的重复出现的业务，要求执行人员按规定的标准化程序来完成，以保证业务处理质量达到控制目标和要求。程序控制要求按照牵制的原则进行程序设置，所有的主要业务活动都要建立切实可行的办理程序。即:按生产流程，每道工序的最终点为程序控制点， 每道工序的终点的生产者为质量控制者，对不合格的加工、 不合格的配制有责任也有权提出改正， 这样使每个人在生产过程都受到监控。 程序控制法避免业务工作的无章可循，职责不清，相互推委，有利于及时处理业务和提高工作效率，以及追究有关责任人的责任。 折叠必要性 在讨论计划的种类时，已阐述过程序的概念。程序是对操作或事务处理流程的一种

措述、计划和规定。组织中常见的程序很多，例如决策程序、投资审批程序、主要管理活动的计划与控制程序、会计核算程序、操作程序、工作程序等。凡是连续进行的、由多道工序组成的管理活动或生产技术活动，只要它具有重复发生的性质，就都应当为其制定程序。

(1)程序是一种计划。

同期控制 什么是程序控制法?就一般而言，管理中采取的控制可以在行动开始之前、进行之中或结后控制。 过程控制束之后进行，称为三种控制模型。第一种称为前馈控制或预先控制，第二种称为过程控制或同期控制，第三种称为反馈控制或事程序控制法即对经常性的重复出现的业务，要求执行人员按规定的标准化程序来完成，以保证业务处理质量达到控制目标和要求。程序控制要求按照牵制的原则进行程序设置，所有的主要业务活动都要建立切实可行的办理程序。即:按生产流程，每道工序的最终点为程序控制点， 每道工序的终点的生产者为质量控制者，对不合格的加工、 不合格的配制有责任也有权提出改正， 这样使每个人在生产过程都受到监控。 程序控制法避免业务工作的无章可循，职责不清，相互推委，有利于及时处理业务和提高工作效率，以及追究有关责任人的责任。 折叠必要性 在讨论计划的种类时，已阐述过程序的概念。程序是对操作或事务处理流程的一种

措述、计划和规定。组织中常见的程序很多，例如决策程序、投资审批程序、主要管理活动的计划与控制程序、会计核算程序、操作程序、工作程序等。凡是连续进行的、由多道工序组成的管理活动或生产技术活动，只要它具有重复发生的性质，就都应当为其制定程序。

(1)程序是一种计划。

南京航空航天大学金城学院《现代控制理论》习题册

班级………..…………….学号……….……………..姓名……………………..

第一章 控制系统的状态空间描述

1-1 求图示网络的状态空间表达式，选取uC和i为状态变量。

R+u(t)输入L+uc(t)_输出+y_

i(t)_

1-2 已知系统微分方程，试将其变换为状态空间表达式。

???2???4y??6y?2u yy（1）?

- 1 -

南京航空航天大学金城学院《现代控制理论》习题册

班级………..…………….学号……….……………..姓名……………………..

???7???3y?u??2u yy（2）?

???5???4y??7y?u???3u??2u yy（3）?

???6???11y??6y?????8u???17u??8u yyu（4）?

- 2 -

南京航空航天大学金城学院《现代控制理论》习题册

班级………..…………….学号……….……………..姓名…………………….. 1-3 试画出如图所示系统的状态变量图，并建立其状态空间表达式。

U(s)+-K1T1s?1+-K2T2s?1+-K3s1T4s?1Y(s)K5T5s?11

第一章 状态空间表达式

1. 考虑由下式确定的系统

试求其状态空间实现的能控标准型、能观标准型和对角线标准型。

解：

2 （课后习题1-5）系统的动态特性由下列微分方程描述

????5???7y??3y?u??2u yy列写相应的状态空间表达式，并画出相应的模拟结构图。

解：

G(s)?Y(s)s?2?3 U(s)s?5s2?7s?3?0??C??210? B??0????1??10??0?A??001?????3?7?5??

第二章 控制系统状态空间表达式的解 (1)求解状态转移矩阵的方法

(2)输出求解公式

x(t)?ex(0)??eA(t??)bu(?)d?

At0t

1 某系统的状态方程和输出方程为

?1?x2?u(t),?x??2??6x1?5x2, ?x?y?x?x2.1?(a) 求它的状态转移矩阵Φ(t)．

(b) 若u(t) = 1(t)，x1(0?)?1, x2(0?)?0求x1(t),x2(t)和y(t)．

解：

1??0(a) 求矩阵指数：A???, ?6?5??s?5??(s?2)(s?3)?1 (sI?A)???6???(s?2)(s?3)1?(s?2)(s?3)?? s?(s?