第1页，共34页，星期日，2025年，2月5日问题的提出?控制的必要性：飞机的自动驾驶系统、宇宙飞船系统和导弹制导系统；数控机床、工业过程中流量、压力、温度的控制；机器人控制、城市交通控制、网络拥塞控制；生物系统、生物医学系统、社会经济系统；?……第2页，共34页，星期日，2025年，2月5日提出的方法?经典控制理论：传递函数模型G(s)；单输入单输出、线性、时不变系统；图形化方法，依赖于设计人员的经验；难以处理更多的性能要求。第3页，共34页，星期日，2025年，2月5日现代控制理论背景:对象更复杂，控制要求更高第4页，共34页，星期日，2025年，2月5日现代控制理论1956年，美国的贝尔曼发表了《动态规划理论在控制过程中的应用》，建立了最优控制的理论基础；前苏联的庞德里亚金发表了《最优过程的数学理论》，提出了极大值原理（MaximumPrinciple）；1960年，美籍匈牙利人卡尔曼发表了“OntheGeneralTheoryofControlSystems”，引入状态空间法分析系统，提出了能控性、能观性、卡尔曼滤波等概念，奠定了现代控制理论的基础；1957年成立了国际自动控制联合会（IFAC）。第5页，共34页，星期日，2025年，2月5日1957年发射了第一颗人造地球卫星；工业机器人产品；1961年载人航天（加加林）；1966年月球软着陆；1969年登陆月球。现代控制理论－取得的成就第6页，共34页，星期日，2025年，2月5日现代控制理论—特点????状态空间模型；????应用现代数学方法，以计算机作为工具；????多输入多输出、时变、非线性系统；????系统化的分析和综合方法；????实现多目标控制；????预测控制、鲁棒控制、模糊控制等先进控制。第7页，共34页，星期日，2025年，2月5日本课程内容状态空间模型；基于状态空间模型的系统分析（Analysis）：可控性、可观性；基于状态空间模型的系统综合（Synthesis）：状态反馈结构、极点配置、状态观测器设计；李亚普诺夫稳定性分析第8页，共34页，星期日，2025年，2月5日本课程教学方法和要求主线：问题的提出—–解决的思路—–具体方法—–应用实例；参与课堂讨论、回答提问、完成作业；介绍应用领域、实验结果；考试叙述、证明、计算第9页，共34页，星期日，2025年，2月5日参考书目：首选教材：胡寿松主编，自动控制原理（第5版），科学出版社,2007年6月二选教材：施颂椒,现代控制理论基础高等教育出版社2005年11月参考数目：（1）BenjaminC.Kuo,FaridGolnaraghi,AutomaticControlSystems(8thEdition),JohnWileySons,Inc.2003（2）KatsuhikoOgata,ModernControlEngineering(FourthEdition),PrenticeHall,2002第10页，共34页，星期日，2025年，2月5日第1章线性系统的状态空间描述状态空间的基本概念线性定常连续系统的状态空间表达式线性定常连续系统状态方程的解系统的传递函数矩阵第11页，共34页，星期日，2025年，2月5日1.1线性系统的数学描述（1）系统数学描述的基本类型系统：由一些相互制约的部分构成的整体x第12页，共34页，星期日，2025年，2月5日系统的数学描述：两种基本形式系统的外部描述传递函数系统的内部描述状态空间描述x第13页，共34页，星期日，2025年，2月5日（2）系统描述中常用的概念输入和输出输入：由外部施加到系统上的全部激励称为输入。输出：能从外部量测到的来自系统的信息成为输出。第14页，共34页，星期日，2025年，2月5日松弛性：若系统的输出由输入唯一确定，则称系统在是松弛的。输入－输出描述为（其中，为算子）表明，系统在不存储能量：瞬时系统无记忆系统第15页，共34页，星期日