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第二章：状态空间分析法（4）: 第二章状态空间分析法 2.1 状态空间描述的基本概念 2.2 线性定常连续系统动态方程的建立 2.3 线性定常连续系统状态方程的解 2.4 动态方程与传递函数矩阵 2.5 线性时变连续系统的动态方程及其解 2.6 线性离散系统的动态方程及其解状态空间描述的基本概念线性定常连续系统动态方程的建立　　　实际物理系统动态方程的建立，通常是根据所含元件遵循的物理、化学定律，列写其微分方程，选择可以量测的物理量作为状态变量来导出的，它能反映系统的真实结构特性，故动态方程可由诸元件的微分方程组或传递函数结构图演化而来。不过据此建立的动态方程一般不具有典型形式。由于系统微分方或传递函数也是一种线性定常连续系统的通用数学模型，当其已知时，可按规定方法导出典型形式的动态方程，便于建立统一的研究理论，并揭示系统内部固有的重要结构特性，下面来分别加以研究。一、物理系统动态方程的建立结合举例来说明。空间飞行器安装有控制力矩陀螺（control moment gyros,CMG）。空间飞行器的非线性模型包括飞行器姿态运动模型、旋转动力学模型、和CMG动量方程。空间飞行器的姿态是通过一组Eul角来定义的,而Euler角则是通过比较本体坐标系和飞行器本地垂线参考坐标系来定义的.

2013/5/13
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第二章：状态空间分析法（5）: 第二章状态空间分析法 2.1 状态空间描述的基本概念 2.2 线性定常连续系统动态方程的建立 2.3 线性定常连续系统状态方程的解 2.4 动态方程与传递函数矩阵 2.5 线性时变连续系统的动态方程及其解 2.6 线性离散系统的动态方程及其解状态空间描述的基本概念线性定常连续系统动态方程的建立　　　实际物理系统动态方程的建立，通常是根据所含元件遵循的物理、化学定律，列写其微分方程，选择可以量测的物理量作为状态变量来导出的，它能反映系统的真实结构特性，故动态方程可由诸元件的微分方程组或传递函数结构图演化而来。不过据此建立的动态方程一般不具有典型形式。由于系统微分方或传递函数也是一种线性定常连续系统的通用数学模型，当其已知时，可按规定方法导出典型形式的动态方程，便于建立统一的研究理论，并揭示系统内部固有的重要结构特性，下面来分别加以研究。一、物理系统动态方程的建立结合举例来说明。空间飞行器安装有控制力矩陀螺（control moment gyros,CMG）。空间飞行器的非线性模型包括飞行器姿态运动模型、旋转动力学模型、和CMG动量方程。空间飞行器的姿态是通过一组Eul角来定义的,而Euler角则是通过比较本体坐标系和飞行器本地垂线参考坐标系来定义的.

2013/5/13
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第二章：状态空间分析法（1）: 第二章状态空间分析法 2.1 状态空间描述的基本概念 2.2 线性定常连续系统动态方程的建立 2.3 线性定常连续系统状态方程的解 2.4 动态方程与传递函数矩阵 2.5 线性时变连续系统的动态方程及其解 2.6 线性离散系统的动态方程及其解状态空间描述的基本概念　　　系统一般可用常微分方程在时域内描述，对复杂系统要求解高阶微分方程，这是相当困难的。经典控制理论中采用拉氏变换法在复频域内描述系统，得到联系输入－输出关系的传递函数，基于传递函数设计单输入－单输出系统极为有效，可从传递函数的零点、极点分布得出系统定性特性，并已建立起一整套图解分析设计法，至今仍得到广泛成功地应用。但传递函数对系统是一种外部描述，它不能描述处于系统内部的运动变量；且忽略了初始条件。因此传递函数不能包含系统的所有信息。由于六十年代以来，控制工程向复杂化、高性能方向发展，所需利用的信息不局限于输入量、输出量、误差等，还需要利用系统内部的状态变化规律，加之利用数字计算机技术进行分析设计及实时控制，因而可能处理复杂的时变、非线性、多输入－多输出系统的问题，但传递函数法在这新领域的应用受到很大限制。于是需要用新的对系统内部进行描述的新方法－状态空间分析法。

2013/5/10
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第二章：状态空间分析法（2）: 第二章状态空间分析法 2.1 状态空间描述的基本概念 2.2 线性定常连续系统动态方程的建立 2.3 线性定常连续系统状态方程的解 2.4 动态方程与传递函数矩阵 2.5 线性时变连续系统的动态方程及其解 2.6 线性离散系统的动态方程及其解状态空间描述的基本概念线性定常连续系统动态方程的建立　　　实际物理系统动态方程的建立，通常是根据所含元件遵循的物理、化学定律，列写其微分方程，选择可以量测的物理量作为状态变量来导出的，它能反映系统的真实结构特性，故动态方程可由诸元件的微分方程组或传递函数结构图演化而来。不过据此建立的动态方程一般不具有典型形式。由于系统微分方或传递函数也是一种线性定常连续系统的通用数学模型，当其已知时，可按规定方法导出典型形式的动态方程，便于建立统一的研究理论，并揭示系统内部固有的重要结构特性，下面来分别加以研究。一、物理系统动态方程的建立结合举例来说明。空间飞行器安装有控制力矩陀螺（control moment gyros,CMG）。空间飞行器的非线性模型包括飞行器姿态运动模型、旋转动力学模型、和CMG动量方程。空间飞行器的姿态是通过一组Eul角来定义的,而Euler角则是通过比较本体坐标系和飞行器本地垂线参考坐标系来定义的.

2013/5/10
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第一章：绪论（1）: 现代控制理论英文名: Modern Control Theory课程类型: 电工学校: 西北工业大学主讲人: 周军!第一章绪论1.1 现代控制理论的产生与发展 1.2 现代控制理论的内容1.3 现代控制理论与经典控制理论的差异1.4 现代控制理论的应用！现代控制理论建立在状态空间法基础上的一种控制理论，是自动控制理论的一个主要组成部分。在现代控制理论中，对控制系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是时间域方法。现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多，包括线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统，单变量系统和多变量系统。它所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上进行。现代控制理论还为设计和构造具有指定的性能指标的最优控制系统提供了可能性。现代控制理论是在20世纪50年代中期迅速兴起的空间技术的推动下发展起来的。空间技术的发展迫切要求建立新的控制原理，以解决诸如把宇宙火箭和人造卫星用最少燃料或最短时间准确地发射到预定轨道一类的控制问题。这类控制问题十分复杂，采用经典控制理论难以解决。1958年，苏联科学家Л.С.庞特里亚金提出了名为极大值原理的综合控制系统的新方法。在这之前,美国学者R.贝尔曼于1954年创立了动态规划,并在1956年应用于控制过程。他们的研究成果解决了空间技术中出现的复杂控制问题，并开拓了控制理论中最优控制理论这一新的领域。1960～1961年，美国学者R.E.卡尔曼和R.S.布什建立了卡尔曼-布什滤波理论,因而有可能有效地考虑控制问题中所存在的随机噪声的影响，把控制理论的研究范围扩大，包括了更为复杂的控制问题。几乎在同一时期内，贝尔曼、卡尔曼等人把状态空间法系统地引入控制理论中。状态空间法对揭示和认识控制系统的许多重要特性具有关键的作用。其中能控性和能观测性尤为重要，成为控制理论两个最基本的概念。到60年代初，一套以状态空间法、极大值原理、动态规划、卡尔曼-布什滤波为基础的分析和设计控制系统的新的原理和方法已经确立，这标志着现代控制理论的形成。

2013/5/8
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第一章：绪论（2）: 现代控制理论英文名: Modern Control Theory课程类型: 电工学校: 西北工业大学主讲人: 周军!第一章绪论1.1 现代控制理论的产生与发展 1.2 现代控制理论的内容1.3 现代控制理论与经典控制理论的差异1.4 现代控制理论的应用！现代控制理论所包含的学科内容十分广泛,主要的方面有:线性系统理论、非线性系统理论、最优控制理论、随机控制理论和适应控制理论。　　线性系统理论它是现代控制理论中最为基本和比较成熟的一个分支，着重于研究线性系统中状态的控制和观测问题，其基本的分析和综合方法是状态空间法。按所采用的数学工具，线性系统理论通常分成为三个学派：基于几何概念和方法的几何理论，代表人物是W.M.旺纳姆;基于抽象代数方法的代数理论,代表人物是R.E.卡尔曼；基于复变量方法的频域理论，代表人物是H.H.罗森布罗克。　　非线性系统理论非线性系统的分析和综合理论尚不完善。研究领域主要还限于系统的运动稳定性、双线性系统的控制和观测问题、非线性反馈问题等。更一般的非线性系统理论还有待建立。从70年代中期以来，由微分几何理论得出的某些方法对分析某些类型的非线性系统提供了有力的理论工具。　　最优控制理论最优控制理论是设计最优控制系统的理论基础，主要研究受控系统在指定性能指标实现最优时的控制规律及其综合方法。在最优控制理论中，用于综合最优控制系统的主要方法有极大值原理和动态规划。最优控制理论的研究范围正在不断扩大，诸如大系统的最优控制、分布参数系统的最优控制等。　　随机控制理论随机控制理论的目标是解决随机控制系统的分析和综合问题。维纳滤波理论和卡尔曼-布什滤波理论是随机控制理论的基础之一。随机控制理论的一个主要组成部分是随机最优控制，这类随机控制问题的求解有赖于动态规划的概念和方法。　　适应控制理论适应控制系统是在模仿生物适应能力的思想基础上建立的一类可自动调整本身特性的控制系统。适应控制系统的研究常可归结为如下的三个基本问题：①识别受控对象的动态特性；②在识别对象的基础上选择决策；③在决策的基础上做出反应或动作。

2013/5/8
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实验:一级倒立摆自动起摆: 在实验中控制不稳定移动的单级及多级倒立摆，使他能够长时间的处于树立的稳定状态，以加深同学们对于倒立摆稳定实验的理解及实验能力。

2013/5/8
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实验:二级倒立摆自动起摆: 在实验中控制不稳定移动的单级及多级倒立摆，使他能够长时间的处于树立的稳定状态，以加深同学们对于倒立摆稳定实验的理解及实验能力。

2013/5/8
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第十一章：线性系统经典辨识方法（2）: 线性系统的经典辨识方法 13.1 脉冲响应的确定方法――相关法 13.2 伪随机二式序列――M序列的产生及其性质 13.3 用M序列辨识线性系统的脉冲响应 13.4 由脉冲响应求传递函数线性系统的经典辨识包括频率响应法、阶跃响应法和脉冲响应法。其中用得最多的是脉冲响应法。这是因为脉冲响应容易获得，只要在系统的输入端输入单位脉冲信号，则在输出端可得脉冲响应的方法不影响系统的正常工作。实际上，用工程的方法产生理想的脉冲函数是难以实现的，所以在辨识中不用脉冲函数作为系统的输入信号，而用一种称之为M序列的伪随机信号作为试验信号，再用相关处理测试结果，可很方便地得到系统的脉冲响应。因此脉冲响应法得到广泛的应用。伪随机测试信号是六十年代发展起来的一种用于系统辨识的测试信号，这咱信号的抗干扰性能强；为获得同样的信号量，对系统正常运行的干扰程度比其他测试信号低。目前已有用来做这种试验的专用设备。如果系统设备有数字计算机在线工作，伪随机测试信号可用计算机产生。实践证明，这是一种很有效的方法，特别对过渡过程时间长的系统，优点更为突出。

2013/5/6
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第十一章：线性系统经典辨识方法（3）: 线性系统的经典辨识方法 13.1 脉冲响应的确定方法――相关法 13.2 伪随机二式序列――M序列的产生及其性质 13.3 用M序列辨识线性系统的脉冲响应 13.4 由脉冲响应求传递函数线性系统的经典辨识包括频率响应法、阶跃响应法和脉冲响应法。其中用得最多的是脉冲响应法。这是因为脉冲响应容易获得，只要在系统的输入端输入单位脉冲信号，则在输出端可得脉冲响应的方法不影响系统的正常工作。实际上，用工程的方法产生理想的脉冲函数是难以实现的，所以在辨识中不用脉冲函数作为系统的输入信号，而用一种称之为M序列的伪随机信号作为试验信号，再用相关处理测试结果，可很方便地得到系统的脉冲响应。因此脉冲响应法得到广泛的应用。伪随机测试信号是六十年代发展起来的一种用于系统辨识的测试信号，这咱信号的抗干扰性能强；为获得同样的信号量，对系统正常运行的干扰程度比其他测试信号低。目前已有用来做这种试验的专用设备。如果系统设备有数字计算机在线工作，伪随机测试信号可用计算机产生。实践证明，这是一种很有效的方法，特别对过渡过程时间长的系统，优点更为突出。

2013/5/6
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