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现代控制理论

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非线性动态系统的稳定性 和鲁棒控制理论研究 上世纪 50 年代,Kallman 成功的将状态空间法引入到系统控制理论中,从而标志着现代控制理论研究的开始。现代控制理论的研究对象是系统的数学模型,它根据人们对系统的性能要求,通过对被控对象进行模型分析来设计系统的控制律,从而保证闭环系统具有期望的性能。其中,线性系统理论已经形成一套完整的理论体系。过去人们常用线性系统理论来处理很多工程问题,并在一定范围内取得了比较满意的效果。然而,这种处理方法是以忽略系统中的动态非线性因素为代价的。实际中很多物理系统都具有固有的动态非线性特性,如库仑摩擦、饱和、死区、滞环等,这些非线性动态非线性特性的存在常常使系统的控制性能下降,甚至变得不稳定。这就使得利用线性系统理论处理非线性动态系统面临巨大的困难。此外,在控制系统运行过程中,环境的变化或者元件的老化,以及外界干扰等不确定因素也会造成系统实际参数和标称值之间出现较大差别。 因此,基于标称数学模型所设计的控制律一般很难达到期望的性能指标,甚至会使系统不稳定。综上所述,研究不确定条件下非线性动态系统的鲁棒稳定性及鲁棒控制间题具有重要的理论意义和迫切的实际需要。 非线性动态系统是指按确定性规律随时间演化的系统,又称动力学系统,其理论来源于经典力学,一般由微分方程来描述。美国数学家 Birkhoff[1]发展了法国数学家 Poincare 在天体力学和微分方程定性理论方面的研究,奠定了动态系统理论的基础。在实际动态系统中,对象往往受到各种各样的不确定的影响,所以其数学模型一般不可能精确得到。因此,我们只能用近似的标称数学模型来描述被控对象,并据此来设计控制系统,动态系统鲁棒控制由此产生。所谓鲁棒性就是指系统预期非线性动态系统的稳定性和鲁棒控制理论研究的设计品质不因不确定性的存在而遭到破坏的特性,鲁棒控制是非线性动态系统控制理论研究的一个非常重要的分支。现代控制理论的发展促进了对动态系统的研究,使它的应用从经典力学扩大到一般意义下的系统。 非线性动态系统的稳定性问题是控制理论研究的重要课题之一。1868 年,JameSclerkMaxwen[2]对一个调节器的微分方程模型进行平衡点的小范围线性化去研究系统的稳定性,得到了系统的稳定性取决于特征值的是不是否为负值的结论,从而揭开了非线性动态系统稳定性研究的序幕。在控制理论中,19 世纪末期俄国数学家李亚普诺夫(Lyapunov)[3]提出的稳定性理论,是分析...

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