第4章控制论.doc

控制论1、控制论的基本概念2、控制系统的偶合关系与方框图3、控制系统的变换算子4、控制系统的状态空间表达式5、系统的可观测性与可控制性6、最优控制7、大系统控制1控制的基本概念定义1所谓控制是施控者选择适当的手段,以期引起受控者行为发生预期变化的一种策略性的主动行为。定义2(从输入与输出关系角度)控制是通过改变系统输入,使系统输出尽可能达到设定值的方法。定义3(从控制与不确定性关系角度)控制是在描述与研究输入U与输出Y之间因果关系f不确定性的基础上,从多种可能性中进行选择,找出能够处理这种不确定性的控制手段,使系统在不确定的条件下,达到比较确定的目标。定义4(从控制与信息相互关系的角度)控制是在获取、加工和使用信息的基础上,控制主体使被控客体进行合乎目的的动作。信息在控制过程的作用表现在:A要根据各种有关信息才能编制出使系统与外界环境保持平衡状态的各种指令。B系统在运行中会碰到干扰从而使系统偏离控制目标所要求的状态,这时需要掌握干扰信息和系统状态的信息,将它们转换成为抵消或纠正偏差的控制指令,以保证系统目的的实现。定义5(从控制与调节相互关系的角度)控制具有两个方面的内容:确定系统变化的轨道(确定目标和实现目标的途径);用调节办法使系统的运动保持在这一轨道上。定义6调节的定义:调节是使系统的特性保持一定的过程。调节分为下例两种:反馈调节和补偿调节。反馈调节:依靠系统的实际输出值与目标值之间的偏差进行调节,当偏差值=目标值与反馈值之差时,称为负反馈调节;当偏差值=目标值与反馈值之和时,称为正反馈调节(控制)。反馈调节的特点:事先不去监测干扰的作用,不采取事先抵消干扰影响的补偿措施,只监测受控对象的实际运行情况,把输出变量的信息反向输送到输入端,与体现目标的控制变量进行比较形成误差,根据误差的大小决定控制指令,去改变对象的运行状况,逐步缩小并最后消除误差,达到控制目标。补偿调节:预测干扰,用补偿的方式进行调节。补偿调节的特点:在依据控制目标制定控制指令的同时,实时地监测外部干扰,计算为抵消可能造成的影响所需要的控制作用,并反映在控制指令中,通过控制对干扰的作用进行补偿。定义7 反馈与反馈调节的定义:反馈:把系统受上一步控制而产生的效果(输出)作为决定对系统下一步如何控制(输入)的依据,这种行为或策略称为反馈。2、:如果系统的某个元素或子系统的输出是另一个元素或子系统的输入,即称这两个元素或子系统的这种因果关系为耦合。简言之,耦合就是系统耦合就是系统各组成部分之间的因果联系。——代表控制系统中的多个构成元素或子系统——代表两个构成元素或子系统间有耦合关系——叠加,代表两个或两个以上的输入同时作用于同一个元素或子系统的输入端时,则称这两个或两个以上的输入为叠加,(+,-).:方框图具体形式例:不带传感器的室温控制系统方框图控制器室温加热器节门A输入输出带传感器的室温控制系统方框图控制器+-节门A加热器室温输入输出工业系统方框图工业生产系统+-输入输出计划管理部门《四种宏观经济的控制系统》方框图的应用之一(定性研究)第一种:开环控制,指根据需要和可能对被控对象进行直接控制消费市场生产企业决策机关计划商品第二种闭环控制,指能够根据输出的反馈信息不断地修正输入的控制体系,使被控对象趋近既定目标,从而达到控制目的决策中心企业 市场物价、利润、竞争+-商品决定第三种:组合控制模式是由开环控制与闭环控制结合而成的决策机构企业1企业2商品N生产市场市场调节商品1商品2物价、利润、竞争企业N物价、利润、竞争物价、利润、竞争市场预测计划指导第四种:组合衰减控制在组合控制模型基础上改进而成,即去掉各小反馈回路中的直接反馈,改为经过衰减控制器的反馈,目的是压制一部份小回路的自调节信号,加大反馈回路的信号强度,提高决策机构对整个系统的控制能力。企业收入价格利润衰减器税收信贷投资计划指导商品1企业1决策机构商品2企业2企业N商品N市场预测决定机构通过“衰减器”即“国家税收、信贷、投资等经济杠杆加强对相对独立的企业的影响,一方面对直接受市场机制调节的企业利润进行适当平衡,减少企业与企业之间的磨擦;另一方面则是为保证重点计划的完成,使国家能够更有效地控制企业生产,从而大大增强了系统的可靠性和稳定性。方框图也可用于定量分析,但需引入算子与耦合关系等税收、信贷、投资衰减器价格、(数或符号)到输出y(数或符号)的某种变换,将这种由输入x到输出y的变换记为:y=Tx(1)用方框图表示为:式中的T是一种行为规则,表示在该控制系