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《現(xiàn)代控制理論的若干進(jìn)展及展望》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、第43卷第1期科學(xué)通報1998年1月綜合評述現(xiàn)代控制理論的若干進(jìn)展及展望陳翰馥郭雷(中國科學(xué)院系統(tǒng)科學(xué)研究所,北京100080)摘要首先對近年來現(xiàn)代控制理論在非線性系統(tǒng)控制、分布參數(shù)系統(tǒng)控制、系統(tǒng)辨識、隨機(jī)與自適應(yīng)控制、穩(wěn)健控制與分析、離散事件動態(tài)系統(tǒng)以及智能化控制待方向上的國內(nèi)外主要進(jìn)展及研究熱點作了簡要介紹;然后對現(xiàn)代控制理論領(lǐng)域的幾個主要特點和發(fā)展趨勢作了概述;最后,簡述了國內(nèi)控制理論研究的狀況及發(fā)展前景。關(guān)鍵詞非線性系統(tǒng)分布參數(shù)系統(tǒng)系統(tǒng)辨識自適應(yīng)控制穩(wěn)健控制魯棒控制控制理論是關(guān)于各種系統(tǒng)的一般性控制規(guī)律的科學(xué).它研究如
2、何通過信號反饋來修正動態(tài)系統(tǒng)的行為和性能,以達(dá)到預(yù)期的控制目的.實際系統(tǒng)往往含有許多未知的不確定性因素,為了對它進(jìn)行有效的控制,就要對它進(jìn)行辨識、建模或跟蹤,對量測信號進(jìn)行包括濾波、預(yù)測、狀態(tài)估計在內(nèi)的各種科學(xué)處理,然后設(shè)計反饋控制規(guī)律,使系統(tǒng)的某些性能達(dá)到預(yù)期的最優(yōu)指[1]標(biāo).[2]自動控制的歷史可分為下列4個時期:1)早期(～1900);2)預(yù)古典期(1900～1940);3)古典期(1935～1960);4)現(xiàn)代時期(1955～).古典控制理論主要討論單輸入/單輸出線性系統(tǒng),代表性的理論和方法包括Routh-Hurwit
3、z穩(wěn)定性判據(jù),Nyquist分析、Bode圖、Ziegler-Nichols調(diào)節(jié)律和Wiener濾波等.單復(fù)變函數(shù)論和平穩(wěn)過程理論等是古典時期重要的數(shù)學(xué)工具.進(jìn)入現(xiàn)代時期后,隨著研究范圍及深度的擴(kuò)大,控制理論幾乎涉及到所有的數(shù)學(xué)分支,以至作為自動控制技術(shù)基礎(chǔ)的控制理論,也被認(rèn)為是應(yīng)用數(shù)學(xué)的分支之一.現(xiàn)代控制理論誕生的標(biāo)志包括前蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家Понтрягин的極大值原理,美國數(shù)學(xué)家Bellman的動態(tài)規(guī)劃和Kalman的遞推濾波以及能控性、能觀測性、反饋鎮(zhèn)定等代數(shù)理論的出現(xiàn)等.本文擬對近期國內(nèi)外控制理論的若干進(jìn)展與熱點,以及它的特
4、色與趨勢進(jìn)行簡要介紹.由于篇幅和作者的知識面及研究興趣所限,難以做到面面俱到,不周之處望讀者諒解.1進(jìn)展與熱點近年來,控制理論在非線性系統(tǒng)控制、分布參數(shù)系統(tǒng)控制、系統(tǒng)辨識、隨機(jī)與自適應(yīng)控制、穩(wěn)健控制與分析、離散事件動態(tài)系統(tǒng)、智能化控制等幾個主要方向上取得了重要進(jìn)展.預(yù)計今后若干年內(nèi),這些方向仍將是控制理論發(fā)展的中心.下面分別對它們的主要進(jìn)展、熱點及問題進(jìn)行簡要介紹:1.1非線性系統(tǒng)控制[3]在非線性控制方面,對仿射非線性系統(tǒng),證明了用狀態(tài)非線性反饋及局部微分同胚把它線性化的充分必要條件,它是用Lie代數(shù)、分布等來表達(dá)的,并且在
5、機(jī)械臂、直升飛機(jī)與電力系統(tǒng)控制等一些實際工程問題中得到應(yīng)用.因此,在工程設(shè)計中可以用反饋等價的線性系統(tǒng)來取代非線性模型.近年來,借助于幾何理論得到了較好的一般非線性系統(tǒng)線性化結(jié)果.但至今有關(guān)的實用結(jié)果大都是局部的.如何求有效的全局解,以及反饋鎮(zhèn)定、反饋解耦等,都是非線性控制系統(tǒng)中引人注目的問題.和線性系統(tǒng)不同,對非線性反饋設(shè)計目前還缺乏統(tǒng)一理1?1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net
6、第43卷第1期科學(xué)通報1998年1月綜合評述論.對一般非線性問題,沒有既穩(wěn)定又穩(wěn)健,又有良好動態(tài)響應(yīng)的設(shè)計方法.對局部反饋鎮(zhèn)定,一個有希望的方法是把非線性幾何控制理論和動力系統(tǒng)分析特別是中心流形理論結(jié)合起來.對于解耦問題微分代數(shù)是一個有力的工具.非線性系統(tǒng)的能控性,在實際中很重要,對它的研究要發(fā)展流形上奇異分布可積性及近似Frobenius定理等的新結(jié)果,而對能觀性,則要證明在群作用下,商流形的結(jié)構(gòu)及微分形式的一些新定理.近年來,許多研究集中于含有參數(shù)或結(jié)構(gòu)不確定性和受有外部干擾的非線性系統(tǒng)的控制和設(shè)計.主要的研究手段,包括L
7、yapunov函數(shù)、微分流形及微分動力學(xué)等工具并結(jié)合計算機(jī)仿真研究.熱點課題包括帶有匹配不確定性的仿射非線性系統(tǒng)的H∞控制;含參數(shù)不確定性非線性系統(tǒng)的“Backstepping”自適應(yīng)控制;不確定非線性系統(tǒng)的反饋鎮(zhèn)定、調(diào)節(jié)和跟蹤;非線性奇異系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和控制,特別是以多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)調(diào)與大型電網(wǎng)穩(wěn)定為背景的受非完整約束非線性系統(tǒng)的控制,以及有關(guān)混沌生成、抑制和同步化及其應(yīng)用的混沌系統(tǒng)控制等.在這[4]些方面國內(nèi)學(xué)者做出了一批有價值的工作.在非線性最優(yōu)控制問題中最優(yōu)價值函數(shù)滿足的Hamilton-Jacobi-Bellman(H
8、JB)方程大范圍解的存在性問題長期未能解決,國外學(xué)者利用“粘性解”的概念,給出了不可微甚至不連續(xù)函數(shù)作為其解的確切定義,并結(jié)合非光滑分析、凸集值映射,深化了極大值原理.對與非線性H∞方法相關(guān)的Hamilton-Jacobi-Issac(HJI)方程,國內(nèi)學(xué)者也進(jìn)行了相應(yīng)研究.
