王居鳳

摘 要：現(xiàn)代控制理論是高等院校自動化、控制等相關專業(yè)的必修課程之一，緒論課是整個教學的先導，具有非常重要的作用。通過三個方面就如何上好現(xiàn)代控制理論緒論課做探討。

關鍵詞：現(xiàn)代控制理論；緒論課；教學

現(xiàn)代控制理論是高等院校自動化、控制等相關專業(yè)必修的基礎課程，該門課比較抽象、理論性比較強，會用數(shù)學中的“代數(shù)”“常微分方程”“矩陣”等相關的數(shù)學知識，有些學生認為該課程有些乏味，不是很重視，從而影響了后續(xù)專業(yè)課程的學習。緒論課對學生有先入為主的作用，對整個課程有引導的作用。作為現(xiàn)代控制理論教師，在第一堂課上如何激發(fā)學生的學習興趣，如何調(diào)動學習積極性，讓學生快速地明白這門課學什么，顯得非常重要。本文從如何上好現(xiàn)代控制理論緒論課做些探討。

一、介紹現(xiàn)代控制理論的起源與發(fā)展

經(jīng)典控制理論考慮的對象比較簡單，對象為單輸入單輸出、線性、時不變系統(tǒng)；使用圖形化方法，從而依賴于設計人員的經(jīng)驗；不能具有處理多目標，不能揭示系統(tǒng)的內(nèi)部特性。

面對日益復雜的對象和不斷提高的控制性能要求，控制理論由經(jīng)典控制理論向現(xiàn)代控制理論轉(zhuǎn)變。20世紀50年代中期空間技術迅速興起推動了現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，1956年，蘇聯(lián)龐特里亞金提出了極大值原理并發(fā)表了《最優(yōu)過程的數(shù)學理論》，同年，美國的貝爾曼發(fā)表了《動態(tài)規(guī)劃理論在控制過程中的應用》，給出了最優(yōu)動態(tài)規(guī)劃法，從而建立了最優(yōu)控制的理論基礎；1960年，美國的卡爾曼與美國布什幾乎在同一時期內(nèi)引入狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)，提出了能控性、能觀性、卡爾曼濾波等概念及相關理論，奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎并標志著現(xiàn)代控制理論的形成。在工業(yè)生產(chǎn)、航空技術、計算機技術的發(fā)展下，現(xiàn)代控制理論也在不斷地發(fā)展，并取得了很多成績，比如人造地球衛(wèi)星的發(fā)射、登陸月球等等。

二、現(xiàn)代控制理論的特點及本課程的內(nèi)容

現(xiàn)代控制理論是建立在經(jīng)典控制理論基礎上發(fā)展起來的，他的特點就是用狀態(tài)空間模型描述對象，適用于多輸入多輸出、時變與非線性系統(tǒng)，能實現(xiàn)多目標控制。

本課程主要內(nèi)容是：狀態(tài)空間模型；基于狀態(tài)空間模型的系統(tǒng)運動分析、能控性、能觀性、穩(wěn)定性；基于狀態(tài)空間模型的極點配置、穩(wěn)定化控制器設計、觀測器設計、二次型最優(yōu)控制器設計。

三、現(xiàn)代控制理論的學習意義

現(xiàn)代控制理論可應用到各個領域中，例如計算機、電機與機械、檢測技術、通訊、交通運輸、環(huán)境保護、資源開發(fā)經(jīng)濟。為增加趣味性，舉幾個實際例子。

例1.離心調(diào)速器

圖中有兩個飛球，球轉(zhuǎn)起來后，因離心力的作用，飛球往外脹。飛球脹開后，套筒就往上升，由于套筒在移動，所以帶動執(zhí)行機構動作。這就是瓦特設計的離心調(diào)速器。

例2.要求：設計控制器，使得系統(tǒng)是穩(wěn)定的，具有一定過渡過程特性，且擾動下，系統(tǒng)輸出能跟蹤參考輸入。

現(xiàn)代控制理論是一門關于自動化、控制專業(yè)的非常重要的專業(yè)基礎課程。學好《現(xiàn)代控制理論》可以為今后學習專業(yè)課及工程實踐打下良好的基礎。

現(xiàn)代控制理論的緒論課是整門課教學的第一課，緒論教學使學生能快速對這門課的學習內(nèi)容，整本教材的結(jié)構有一個大概了解，緒論課將影響到學生對這門功課的學習，所以緒論課是非常重要的。

參考文獻：

[1]俞立.現(xiàn)代控制理論[M].北京：清華大學出版社，2007.

[2]劉豹.現(xiàn)代控制理論[M].機械工業(yè)出版社，2006

[3]張嗣瀛，高立群.現(xiàn)代控制理論[M].清華大學出版社，2006.

（作者單位 中國計量學院數(shù)學系）