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  2. 經典控制理論的特點

“現代控制理論”與“經典控制理論”有什麼不同?

 

“現代控制理論”與“經典控制理論”有什麼不同?

  “現代控制理論”與“經典控制理論”在研究物件、数學建模、應用領域等方面均存在差異。   經典控制理論與現代控制理論的不同之處:   一、在研究物件方面   *   经典控制理論的控制物件主要是較為簡單的單輸入-單输出線性定常控制系統。無法表示時變系統、非線性系统和非零初始條件下的線性定常系統。   *   現代控制理論相對於經典控制理論,應用的範圍更廣。現代控制理論採用的是時域的直接分析方法,能對給定的效能或綜合指標設計出最優控制系統。     二、在數學模型方面   *   經典控制理論主要採用常微分方程、傳遞函数和動態結構圖,僅描述了系統的輸入和輸出之間的關系,不能描述系統內部結構和處於系統內部的變化,且忽略了初始條件。不能對系统內部狀態的資訊進行全面的描述。   *   现代控制理論的數學模型通常是狀態空間表示式或狀態变量圖來描述的,這種描述又稱為系統的“內部描述”,能夠充分揭示系統的全部运動狀態。     三、在应用領域方面   *   經典控制理論主要用於解決工程技術中的各类控制問題,尤其在航空航天技術、武器控制、通訊技术等方面。   *   現代控制理論考慮問題更全面、更復雜,主要表現在考慮系統內部之間的耦合,系統外部的干擾,但符合從簡單到複雜的規律。可以說自動控制應用領域遍及眾多的科技和生活方面。

自動控制系統中數學模型的作用及常見形式有哪些?

  在控制系統的分析和設計中,首先要建立系統的數學模型。控制系統的數學模型是描述系统內部物理量(或變數)之间關係的數學表示式。在靜态條件下(即變數各階導數为零),描述變數之間關係的代數方程叫靜態數學模型;而描述變數各階導數之間关系的微分方程叫數學模型。如果已知輸入量及變數的初始條件,對微分方程求解就可以得到系統輸出量的表达式,並由此可對系統進行性能分析。因此,建立控制系統的數學模型是分析和設计控制系統的首要工作   建立控制系統數學模型的方法有分析法和實驗法兩種。分析法是对系統各部分的運動機理進行分析,根據它們所依據的物理規律或化學規律分別列写相應的運動方程。例如,电學中有基爾霍夫定律,力学中有牛頓定律,熱力學中有熱力學定律等。實驗法是人為地給系統施加某種測試信號,記錄其輸出響應,並用適當的數學模型去逼近,這種方法稱為系統辨识。近幾年來,系統辨識已发展成一門獨立的學科分支,本章重點研究用分析法建立系統數學模型的方法。   在自動控制理論中,数學模型有多種形式。時域中常用的數學模型有微分方程、差分方程和狀態方程;复數域中有傳遞函式、結構图;頻域中有頻率特性等。

現代控制中有哪些適用於無模型控制的控制演算法?

  自適應控制、模糊控制、切換控制等好多類。現代控制區別於經典控制的主要特點是採用時域的狀態空间描述方法而不是頻域的傳递函式方法,可將單輸入單输出系統容易地推廣至多輸入多輸出系統。

經典控制理論中系統校正的研究方法主要有哪幾種 ?

  根軌跡法校正,頻率法校正,參考模型法校正,頻率反饋校正,複合法校正

科技的發展對人類社會的影響有哪些?

  科學技術是一種推動歷史发展的決定性力量。科技的历史是人類對自然、對世界的認知史,也是人類智慧的发展史。   20世紀是科学技術成就輝煌的世紀,也是人類理性日益成熟的世紀。人類對自然的觀察的視野在微觀和巨集觀兩方面都擴大了10萬倍以上:對物質結构的認識已經從大於10-10米的分子、原子集團深入到小於10-18米的基本粒子內部,而對宇宙的觀察眼界則已經從直徑10萬光年擴充套件到150億光年的大宇宙範圍。一方面,由於各門科學的深入發展,我們周圍的自然界從分子、原子、基本粒子,到細胞、細胞核、染色體、DNA分子、基因片段,到宇宙、天體、地球表面和地殼內部,所有各個層次都得到了較為深入研究;另一方面,由於交叉学科和邊緣學科的大量興起,各門學科之間的空隙逐漸得到填補,其中特別是分子生物學的出現,使物理科學和生命科學之間的鴻溝開始消失。由此,自然界各方面各個層次及其之間的過渡環节也開始逐一為人們所認識,整個自然科學正在形成不断發展的、多層次的、綜合的統一整體。伴隨著科學技术突飛猛進的發展,使人類对科學技術活動認識的哲學眼光、歷史視野和戰略高度不斷擴充套件和提升。科學哲學、科學史和科學社會學的發展,以及對於生態環境危機的警覺和可持續發展觀念的形成,對於科技對人類社會自身發展可能帶來的危機的担憂,標誌著人類對科學技术反省和思考的廣度和深度不斷加大。   20世紀上半葉發生的一系列科學革命,不僅深刻地改變了人類對世界自然圖景的認識,而且带動了經濟社會的飛速發展。相對論、量子論和資訊理論的創立,DNA雙螺旋結構分子模型、夸克模型的發現,系統論與控制論的建立,以及地球板塊模型、宇宙爆炸假說的提出,標誌著人類对於物質、能量、時空、信息、生命、地球和宇宙認識的新的革命。量子化學、固体能帶論、質能轉換原理、生物遺傳中心法則、受激輻射理論、反饋控制等為技術发展提供了劃時代的關鍵科学原理,開創了資訊科技、新材料與製造技術、生物技术、新能源技術、海洋技術和空間技術等等一系列高新技術領域。源於核物理學研究的核技術的發展,導致了原子彈、氫彈、核電站以及可控核聚變實驗的實現;源于半導體物理學、電子物理学研究的微電子技術的發展,導致了電子計算機的硬件系統從電子管到電晶體再到積體電路和大規模整合电路、超大規模積體電路的迅猛發展,其軟體系統的發展則是以數學和邏輯學為基础的;源於量子理論的光發射和吸收理論與固體物理學结合導致了鐳射器的誕生,不僅發展出半導體鐳射器和气體鐳射器等多種鐳射器,还衍生出基於其他物理原理的自由電子鐳射器和原子激光器等,導致了鐳射和光通讯技術的出現;而基因控制技術,包括引起震撼的動物克隆技術,則都是以DNA的雙螺旋結構和遺傳中心法则為基礎的。快速推進的科学和不斷髮展的社會需求成为技術進步的基礎和推動力。基於科學基礎上的技術創新、技術發明不斷湧現,不断引發出影響深遠的新的產业革命。技術進步也為科學发現和研究提供了前所未有的實驗與觀察手段。   上述這些20世紀中最重要的科學技術成就已經對人类社會產生了巨大影響,而且仍然在不斷迸發出對社會发展的強大推力。不僅如此,這些劃時代的科學技術成就既是與科學技術相互作用的結果,又對其自身發展有着極為深遠的影響,使科學技術在最近100年裡展現出前所未有的、絢麗多彩的图景。在這一百年的時間裡,人類已經創造出了前幾千年都不可比擬的物質文明。今天,人類開始進入工業化社會的高階發展階段——信息化時代,並已形成以知識为基礎與推動力的知識經濟构架。科學技術更加彰顯出了推動社會發展的無與伦比的力量,成為國家綜合国力與競爭力的決定性因素。

在經典控制理論採用的頻域數學模型為?

  設傳遞函式中的s等於jw得到的就是頻域數學模型。其絕對值代表幅頻特性,此外還有相頻特性。

智慧控制和經典控制,現代控制的異同 ?

  智慧控制(intelligent controls)在無人干預的情況下能自主地驅動智能機器實現控制目標的自动控制技術。 控制理論發展至今已有100多年的歷史,經歷了“經典控制理論”和“現代控制理論”的發展階段,已進入“大系統理论”和“智慧控制理論”階段。智慧控制理論的研究和应用是現代控制理論在深度和廣度上的拓展。20世紀80年代以來,資訊科技、计算技術的快速發展及其他相關學科的發展和相互滲透,也推動了控制科學與工程研究的不斷深入,控制系統向智慧控制系統的發展已成为一種趨勢。   自動控制理論中建立在頻率響應法和根軌跡法基礎上的一個分支。經典控制理論的研究物件是單輸入、單輸出的自動控制系統,特別是線性定常系统。經典控制理論的特點是以輸入輸出特性(主要是傳遞函式)為系統數學模型,採用頻率響應法和根轨跡法這些圖解分析方法,分析系統性能和設計控制裝置。經典控制理論的數學基础是拉普拉斯變換,佔主導地位的分析和綜合方法是頻率域方法。   建立在狀態空間法基礎上的一種控制理论,是自動控制理論的一個主要組成部分。在現代控制理论中,對控制系統的分析和设計主要是通過對系統的狀態變數的描述來進行的,基本的方法是時間域方法。現代控制理論比經典控制理論所能處理的控制問題要廣泛得多,包括線性系統和非線性系統,定常系統和时變系統,單變數系統和多变量系統。它所採用的方法和演算法也更適合於在數字計算機上進行。現代控制理論还為設計和構造具有指定的性能指標的最優控制系統提供了可能性。

經典控制理論中的PID控制,至今應用不衰的道理為何 ?

  在工程實際中,應用最為广泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制,簡稱PID控制,又稱PID調节。PID控制器問世至今已有近70年曆史,它以其结構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制的主要技術之一。當被控物件的结構和引數不能完全掌握,或得不到精確的數學模型時,控制理论的其它技術難以採用時,系統控制器的結構和引數必须依靠經驗和現場除錯來確定,這時應用PID控制技术最為方便。即當我們不完全瞭解一個系統和被控物件,或不能通過有效的測量手段來獲得系統引數時,最適合用PID控制技術。PID控制,實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據系統的誤差,利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。   比例(P)控制   比例控制是一种最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差訊號成比例關係。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差(Steady-state error)。   積分(I)控制   在積分控制中,控制器的輸出與輸入误差訊號的積分成正比關係。對一個自動控制系統,如果在進入穩態後存在穩態誤差,則稱這個控制系統是有稳態誤差的或簡稱有差系統(System with Steady-state Error)。為了消除穩態誤差,在控制器中必须引入“積分項”。積分項对誤差取決於時間的積分,随著時間的增加,積分項會增大。這樣,即便誤差很小,積分項也會隨著時間的增加而加大,它推動控制器的输出增大使穩態誤差進一步减小,直到等於零。因此,比例+積分(PI)控制器,可以使系統在進入穩態後无穩態誤差。   微分(D)控制   在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信号的微分(即誤差的變化率)成正比關係。自動控制系统在克服誤差的調節過程中可能會出現振盪甚至失穩。其原因是由於存在有較大慣性元件(環節)或有滯後(delay)元件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落後於誤差的變化。解決的办法是使抑制誤差的作用的变化“超前”,即在誤差接近零時,抑制誤差的作用就应該是零。這就是說,在控制器中僅引入 “比例”項往往是不夠的,比例項的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是“微分項”,它能預測誤差變化的趨勢,這样,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等於零,甚至為负值,從而避免了被控量的严重超調。所以對有較大慣性或滯後的被控物件,比例+微分(PD)控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。   5.PID控制器的引數整定   PID控制器的引數整定是控制系統设計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例係數、積分時间和微分時間的大小。PID控制器引數整定的方法很多,概括起來有兩大類:一是理論計算整定法。它主要是依據系統的數學模型,经過理論計算確定控制器參数。這種方法所得到的計算数據未必可以直接用,還必须通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法,它主要依賴工程經驗,直接在控制系統的試驗中進行,且方法簡單、易於掌握,在工程实際中被廣泛採用。PID控制器引數的工程整定方法,主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點,其共同點都是通過試驗,然後按照工程經驗公式對控制器参數進行整定。但無論採用哪一種方法所得到的控制器参數,都需要在實際執行中進行最後調整與完善。現在一般採用的是臨界比例法。利用該方法进行 PID控制器引數的整定步驟如下:(1)首先预選擇一個足夠短的取樣周期讓系統工作;(2)僅加入比例控制環節,直到系統对輸入的階躍響應出現臨界振蕩,記下這時的比例放大系數和臨界振盪週期;(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的参數。   在實際除錯中,......

控制理論與控制工程,控制科學與工程這兩個專業有什麼區別嗎考研調劑的話能互相調麼它們的程式碼不一樣. ?

  控制科學與工程是一級學科,它下面包含控制理論與控制工程,檢測技術及自動化裝置,系統工程,模式識别與智慧系統,導航制導與控制五個二級學科,報考的时候一些學校按一級學科報名,如哈工大,這樣錄取的时候可能分派到五個二級學科中的一個。大部分按二級学科報名,即五個專業只能报一個,調劑的時候可以往任意一個調,也可以調電子和通訊的相關專業

現代控制理論的理論 ?

  發展過程 現代控制理論是在20世紀50年代中期迅速興起的空間技術的推動下發展起來的。空間技術的发展迫切要求建立新的控制原理,以解決諸如把宇宙火箭和人造卫星用最少燃料或最短時間准確地發射到預定軌道一類的控制問題。這類控制問題十分複雜,採用經典控制理論難以解決。1958年,蘇聯科學家Л.С.庞特里亞金提出了名為極大值原理的綜合控制系統的新方法。在這之前,美國學者R.貝爾曼於1954年創立了動態規劃,並在1956年應用於控制過程。他們的研究成果解決了空間技術中出現的複雜控制問題,並开拓了控制理論中最優控制理論這一新的領域。1960~1961年,美國學者R.E.卡爾曼和R.S.布什建立了卡爾曼-布什濾波理論,因而有可能有效地考慮控制問題中所存在的隨机噪聲的影響,把控制理論的研究範圍擴大,包括了更为複雜的控制問題。幾乎在同一時期內,貝爾曼、卡爾曼等人把狀態空間法系統地引入控制理論中。狀態空間法對揭示和認識控制系統的许多重要特性具有關鍵的作用。其中能控性和能觀測性尤為重要,成為控制理論兩個最基本的概念。到60年代初,一套以狀態空間法、極大值原理、動態規劃、卡爾曼-布什濾波為基礎的分析和設计控制系統的新的原理和方法已經確立,這標誌著現代控制理論的形成。學科內容 現代控制理論所包含的學科內容十分廣泛,主要的方面有:線性系統理論、非線性系統理論、最優控制理論、隨機控制理論和適应控制理論。線性系統理論 它是現代控制理論中最為基本和比較成熟的一個分支,著重於研究線性系統中狀态的控制和觀測問題,其基本的分析和綜合方法是狀態空間法。按所採用的數學工具,線性系統理論通常分成为三個學派:基於幾何概念和方法的幾何理論,代表人物是W.M.旺納姆;基於抽象代數方法的代數理論,代表人物是R.E.卡爾曼;基於復變數方法的頻域理论,代表人物是H.H.羅森布羅克。非線性系統理論 非線性系統的分析和綜合理論尚不完善。研究領域主要還限於系統的運動穩定性、雙線性系統的控制和觀測问題、非線性反饋問題等。更一般的非線性系統理論還有待建立。從70年代中期以來,由微分幾何理論得出的某些方法對分析某些型別的非線性系統提供了有力的理論工具。最優控制理論 最優控制理論是設計最優控制系統的理論基礎,主要研究受控系統在指定效能指標實現最優時的控制規律及其綜合方法。在最優控制理論中,用於綜合最優控制系統的主要方法有極大值原理和動態规劃。最優控制理論的研究范圍正在不斷擴大,諸如大系統的最優控制、分佈引數系統的最優控制等。隨機控制理論 隨機控制理論的目标是解決隨機控制系統的分析和綜合問題。維納濾波理论和卡爾曼-布什濾波理論是隨機控制理論的基礎之一。隨機控制理論的一個主要組成部分是隨機最優控制,這類隨機控制問題的求解有賴於動態規劃的概念和方法。適應控制理論適應控制系統是在模仿生物適應能力的思想基礎上建立的一類可自動調整本身特性的控制系统。適應控制系統的研究常可歸結為如下的三個基本問题:①識別受控物件的動態特性;②在識別物件的基礎上選擇決策;③在決策的基础上做出反應或動作。