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現(xiàn)代控制理論課程報告篇一
摘要:從經(jīng)典控制論發(fā)展到現(xiàn)代控制論,是人類對控制技術(shù)認識上的一次飛躍。現(xiàn)代控制論是用狀態(tài)空間方法表示,概念抽象,不易掌握。對于《現(xiàn)代控制理論》這門課程,本人選擇了最為感興趣的幾個知識點進行分析,并談一下對于學(xué)習(xí)這么課程的一點心得體會。
關(guān)鍵詞:現(xiàn)代控制理論;學(xué)習(xí)策略;學(xué)習(xí)方法;學(xué)習(xí)心得
在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展中,伴隨著學(xué)科的高度分化和高度綜合,各學(xué)科之間相互交叉、相互滲透,出現(xiàn)了橫向科學(xué)。作為跨接于自然科學(xué)和社會科學(xué)的具有橫向科學(xué)特點的現(xiàn)代控制理論已成為我國理工科大學(xué)高年級的選修課和研究生的學(xué)位課。
從經(jīng)典控制論發(fā)展到現(xiàn)代控制論,是人類對控制技術(shù)認識上的一次飛躍。經(jīng)典控制論限于處理單變量的線性定常問題,在數(shù)學(xué)上可歸結(jié)為單變量的常系數(shù)微分方程問題。現(xiàn)代控制論面向多變量控制系統(tǒng)的問題,它是以矩陣論和線性空間理論作為主要數(shù)學(xué)工具,并用計算機來實現(xiàn)。現(xiàn)代控制論來源于工程實際,具有明顯的工程技術(shù)特點,但它又屬于系統(tǒng)論范疇。系統(tǒng)論的特點是在數(shù)學(xué)描述的基礎(chǔ)上,充分利用現(xiàn)有的強有力的數(shù)學(xué)工具,對系統(tǒng)進行分析和綜合。系統(tǒng)特性的度量,即表現(xiàn)為狀態(tài);系統(tǒng)狀態(tài)的變化,即為動態(tài)過程。狀態(tài)和過程在自然界、社會和思維中普遍存在。現(xiàn)代控制論是在引入狀態(tài)和狀態(tài)空間的概念基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。狀態(tài)和狀態(tài)空間早在古典動力學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用。在5o年代mesarovic教授曾提出“結(jié)構(gòu)不確定
性原理”,指出經(jīng)典理論對于多變量系統(tǒng)不能確切描述系統(tǒng)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。后來采用狀態(tài)變量的描述方法,才完全表達出系統(tǒng)的動力學(xué)性質(zhì)。6o年代初,卡爾曼(kalman從外界輸入對狀態(tài)的控制能力以及輸出對狀態(tài)的反映能力這兩方面提出能控制性和能觀性的概念。這些概念深入揭示了系統(tǒng)的內(nèi)在特性。實際上,現(xiàn)代控制論中所研究的許多基本問題,諸如最優(yōu)控制和最佳估計等,都是以能能控性和能觀性作為“解”的存在條件的。
現(xiàn)代控制理論是一門工程理論性強的課程,在自學(xué)這門課程時,深感概念抽象,不易掌握;學(xué)完之后,從工程實際抽象出一個控制論方面的課題很難,如何用現(xiàn)代控制論的基本原理去解決生產(chǎn)實際問題則更困難,這是一個比較突出的矛盾。
對現(xiàn)代控制理論來說,首先遇到的問題是將實際系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)模型,有了數(shù)學(xué)模型,才能有效地去研究系統(tǒng)的各個方面。許多機電系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、管理系統(tǒng)常可近似概括為線
性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)和力學(xué)中質(zhì)點系統(tǒng)一樣,是一個理想模型,理想模型是研究復(fù)雜事物的主要方法,是對客觀事物及其變化過程的一種近似反映。現(xiàn)代控制論從自然和社會現(xiàn)象中抽象出的理想模型,用狀態(tài)空間方法表示,再作理論上的探討。
線性系統(tǒng)理論是一門嚴謹?shù)目茖W(xué)。抽象嚴謹是其本質(zhì)的屬性,一旦體會到數(shù)學(xué)抽象的豐富含義,再不會感到枯燥乏味。線性系統(tǒng)理論是建立在線性空間的基礎(chǔ)上的,它大量使用矩陣論中深奧的內(nèi)容,比如線性變換、子空間等,是分析中最常用的核心的內(nèi)容,要深入理解,才能體會其物理意義。比如,狀態(tài)空間分解就是一種數(shù)學(xué)分析方法。在控制論中把實際系統(tǒng)按能控性和能觀性化分成四個子空間,它們有著確切的物理概念。線性變換的核心思想在于:線性系統(tǒng)的基本性質(zhì)(如能控性、能觀性、極點、傳遞函數(shù)等在線性變換下都不改變,從而可將系統(tǒng)化為特定形式,使問題的研究變得簡單而透徹。
在學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制理論教材時,發(fā)現(xiàn)不少“引而未發(fā)”的問題。由于作者有豐富的教學(xué)經(jīng)驗與學(xué)術(shù)造詣,能深入淺出闡述問題,發(fā)人深省。因此,通過自己反復(fù)閱讀教材,就能理解這些內(nèi)容。比如,在探討線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的零極點相消時,如果潛伏著
不穩(wěn)定的振型,從數(shù)字表達式看不出什么問題,但會影響整個系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。那么,用什么方法消除其影響,在什么情況下又不能消除,這一系列疑點,需要我獨立思考。又如在構(gòu)造李雅普諾夫(函數(shù)判定線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性時,如果構(gòu)造不出這種函數(shù),是否就意味著這個系統(tǒng)不穩(wěn)定了呢?不是的。因為這種判定方法,只給出一個充分條件,而不是必要條件。況且實際系統(tǒng)基本上都是非線性系統(tǒng)。在具體運算中,又如在觀測設(shè)計時,對同一問題,大家所得的“解”互不相同。這正是在不同變換下,系統(tǒng)的過程與狀態(tài)的描述各不相同,有如同一條曲線在不同坐標系里有不同的方程一樣;同一物理現(xiàn)象,在不同的參照系內(nèi)有不同的表述。這些都是教材中“引而未發(fā)”、引人深思的問題。
在人一生的學(xué)習(xí)中,必須逐步培養(yǎng)一種正確的學(xué)習(xí)方法,才能通過自己的深入體會,加深對教材的真正理解。特別是概念的外延和內(nèi)涵,不能隨意擴大或縮小,否則會在運用公式定理去解答復(fù)雜問題時出現(xiàn)錯誤。與此同時,要注意發(fā)展自己對時間和空間的想象力。愛因斯坦說:“想象力比知識更重要”。
現(xiàn)代控制理論是由經(jīng)典控制理論發(fā)展而來的,而控制理論本身作為一種方法,在機械、電氣、控制等多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用,科學(xué)中涉及的大多數(shù)問題都可以用系統(tǒng)的概念來分析和處理。從經(jīng)典控制論發(fā)展到現(xiàn)代控制論,是人類對控制技術(shù)認識上的一次飛躍。經(jīng)典控制論限于處理單變量的線性定常問題,在數(shù)學(xué)上可歸結(jié)為單變量的常系數(shù)微分方程問題。現(xiàn)代控制論面向多變量控制系統(tǒng)的問題,它是以矩陣論和線性空間理論作為主要數(shù)學(xué)工具,并用
計算機來實現(xiàn)。
《現(xiàn)代控制理論》是建立在狀態(tài)空間法基礎(chǔ)上的一種控制理論,是自動控制理論的一個主要組成部分。在現(xiàn)代控制理論中,對控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計主要是通過對系統(tǒng)的狀態(tài)變量的描述來進行的,基本的方法是時間域方法。現(xiàn)代控制理論比經(jīng)典控制理論所能處理的控制問題要廣泛得多,包括線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng),定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng),單變量系統(tǒng)和多變量系統(tǒng)。它所采用的方法和算法也更適合于在數(shù)字
計算機上進行。現(xiàn)代控制理論還為設(shè)計和構(gòu)造具有指定的性能指標的最優(yōu)控制系統(tǒng)提供了可能性。
學(xué)習(xí)了這門課程之后,我發(fā)覺其具有很大的普適性,如微積分、線性代數(shù)一樣,是解決工程問題的工具學(xué)科。我在學(xué)習(xí)這門課程時細心研讀,但仍深感概念抽象,不易掌握,學(xué)完之后,感覺如何應(yīng)用用現(xiàn)代控制論的基本原理去解決生產(chǎn)實際問題則更困難。
一、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展過程
現(xiàn)代控制理論是在20世紀50年代中期迅速興起的空間技術(shù)的推動下發(fā)展起來的。空間技術(shù)的發(fā)展迫切要求建立新的控制原理,以解決諸如把宇宙火箭和人造衛(wèi)星用最少燃料或最短時間準確地發(fā)射到預(yù)定軌道一類的控制問題。這類控制問題十分復(fù)雜,采用經(jīng)典控制理論難以解決。1958年,蘇聯(lián)科學(xué)家л.с.龐特里亞金提出了名為極大值原理的綜合控制系統(tǒng)的新方法。在這之前,美國學(xué)者r.貝爾曼于1954年創(chuàng)立了動態(tài)規(guī)劃,并在1956年應(yīng)用于控制過程。他們的研究成果解決了空間技術(shù)中出現(xiàn)的復(fù)雜控制問題,并開拓了控制理論中最優(yōu)控制理論這一新的領(lǐng)域。1960~1961年,美國學(xué)者r.e.卡爾曼和r.s.布什建立了卡爾曼-布什濾波理論,因而有可能有效地考慮控制問題中所存在的隨機噪聲的影響,把控制理論的研究范圍擴大,包括了更為復(fù)雜的控制問題。幾乎在同一時期內(nèi),貝爾曼、卡爾曼等人把狀態(tài)空間法系統(tǒng)地引入控制理論中。狀態(tài)空間法對揭示和認識控制系統(tǒng)的許多重要特性具有關(guān)鍵的作用。其中能控性和能觀測性尤為重要,成為控制理論兩個最基本的概念。到60年代初,一套以狀態(tài)空間法、極大值原理、動態(tài)規(guī)劃、卡爾曼-布什濾波為基礎(chǔ)的分析和設(shè)計控制系統(tǒng)的新的原理和方法已經(jīng)確立,這標志著現(xiàn)代控制理論的形成。
二、現(xiàn)代控制理論的學(xué)科內(nèi)容
現(xiàn)代控制理論所包含的學(xué)科內(nèi)容十分廣泛,主要的方面有:線性系統(tǒng)理論、非線性系統(tǒng)理
論、最優(yōu)控制理論、隨機控制理論和適應(yīng)控制理論。
線性系統(tǒng)理論它是現(xiàn)代控制理論中最為基本和比較成熟的一個分支,著重于研究線性系統(tǒng)中狀態(tài)的控制和觀測問題,其基本的分析和綜合方法是狀態(tài)空間法。按所采用的數(shù)學(xué)工具,線性系統(tǒng)理論通常分成為三個學(xué)派:基于幾何概念和方法的幾何理論,代表人物是w.m.旺納姆;基于抽象代數(shù)方法的代數(shù)理論,代表人物是r.e.卡爾曼;基于復(fù)變量方法的頻域理論,代表人物是h.h.羅森布羅克。
非線性系統(tǒng)理論非線性系統(tǒng)的分析和綜合理論尚不完善。研究領(lǐng)域主要還限于系統(tǒng)的運動穩(wěn)定性、雙線性系統(tǒng)的控制和觀測問題、非線性反饋問題等。更一般的非線性系統(tǒng)理論還有待建立。從70年代中期以來,由微分幾何理論得出的某些方法對分析某些類型的非線性系統(tǒng)提供了有力的理論工具。
最優(yōu)控制理論最優(yōu)控制理論是設(shè)計最優(yōu)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ),主要研究受控系統(tǒng)在指定性能指標實現(xiàn)最優(yōu)時的控制規(guī)律及其綜合方法。在最優(yōu)控制理論中,用于綜合最優(yōu)控制系統(tǒng)的主要方法有極大值原理和動態(tài)規(guī)劃。最優(yōu)控制理論的研究范圍正在不斷擴大,諸如大系統(tǒng)的最優(yōu)控制、分布參數(shù)系統(tǒng)的最優(yōu)控制等。
隨機控制理論隨機控制理論的目標是解決隨機控制系統(tǒng)的分析和綜合問題。維納濾波理論和卡爾曼-布什濾波理論是隨機控制理論的基礎(chǔ)之一。隨機控制理論的一個主要組成部分是隨機最優(yōu)控制,這類隨機控制問題的求解有賴于動態(tài)規(guī)劃的概念和方法。
適應(yīng)控制理論適應(yīng)控制系統(tǒng)是在模仿生物適應(yīng)能力的思想基礎(chǔ)上建立的一類可自動調(diào)整本身特性的控制系統(tǒng)。適應(yīng)控制系統(tǒng)的研究常可歸結(jié)為如下的三個基本問題:①識別受控對象的動態(tài)特性;②在識別對象的基礎(chǔ)上選擇決策;③在決策的基礎(chǔ)上做出反應(yīng)或動作。
三、現(xiàn)代控制理論的學(xué)習(xí)策略
俗話說的好,興趣是最好的老師。然而從狀態(tài)空間表達式開始,就從沒有離開過大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式和生硬的理論,這些內(nèi)容是十分生硬枯燥的,我記得自己看書的時候經(jīng)常看著看著就犯困了。那么,我們該如何才能學(xué)好現(xiàn)代控制理論這門課呢?
首先,我們必須有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。由于現(xiàn)代控制理論這門課里面有大量的數(shù)學(xué)公式和數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程,沒有扎實的餓數(shù)學(xué)基礎(chǔ)顯然是學(xué)不好這門課的。只有理解數(shù)學(xué)表達式的含義
《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》課程總結(jié) 學(xué)號：2120240536 姓名：王文碩 之后才可能對理論有更深層次的理解。其次，基于我們自己的專業(yè)背景，我們要結(jié)合自己所在課題組的研究項目，在學(xué)習(xí)過程 中盡可能的把課堂上學(xué)習(xí)到的知識技能應(yīng)用到課題項目中來。這樣無疑可以讓我們更好地、更有目的性的學(xué)習(xí)該門課程。最后，我們再學(xué)習(xí)過程中要注重控制工程的背景和意義，不用過于追究理論推導(dǎo)，突出 現(xiàn)代控制理論中基本概念、性質(zhì)的工程含義。例如，可以利用能量的增加或衰減來分析系統(tǒng) 的穩(wěn)定性，從而引出了反映系統(tǒng)能量的李雅普諾夫函數(shù)概念； 通過分析影響系統(tǒng)性能的因素，歸納出系統(tǒng)的極點是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)性能的關(guān)鍵，從而提出極點配置的控制問題等。
四、現(xiàn)代控制理論的學(xué)習(xí)方法 首先，學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制理論要有選擇性。由于我們在本科期間已經(jīng)學(xué)習(xí)過了機械工程控制 這門課，并且現(xiàn)代控制理論課程的課時也不多，我們有必要有選擇性的重點學(xué)習(xí)一些與我們平時科研項目相關(guān)的內(nèi)容。以自己為例，我所在實驗室主要從事的機電一體化的研發(fā)工作，控制理論是必不可少的一門基礎(chǔ)課程，在學(xué)習(xí)我較為熟悉的控制應(yīng)用案例和問題（如 plc、pid 控制等）時，需要從這些控制現(xiàn)象、需求的分析入手，逐漸進入到問題的物理本質(zhì)和在 現(xiàn)代控制中的描述與求解方法，從而建立起機械工程中的實際控制問題與現(xiàn)代控制理論的關(guān) 聯(lián)。在學(xué)習(xí)過程中，通過所提出機械控制問題的系統(tǒng)深化，揭示這些表面上獨立的理論學(xué)習(xí)內(nèi)容之間的必然聯(lián)系和規(guī)律，這樣可以幫助我們發(fā)現(xiàn)隱含在這些基本概念、方法背后的問題 求解模式，從而使我們將所學(xué)知識結(jié)合到課題中的實踐去。其次，我們要用數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)建模的方法來解決現(xiàn)代控制理論的實際問題。對現(xiàn)代控制理論 來說,首先遇到的問題是將實際系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)模型,有了數(shù)學(xué)模型,才能有效地去研究系統(tǒng) 的各個方面。許多機電系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、管理系統(tǒng)常可近似概括為線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)和力 學(xué)中質(zhì)點系統(tǒng)一樣,是一個理想模型,理想模型是研究復(fù)雜事物的主要方法,是對客觀事物及 其變化過程的一種近似反映。現(xiàn)代控制論從自然和社會現(xiàn)象中抽象出的理想模型,用狀態(tài)空 間方法表示,再作理論上的探討。最后，在學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制理論這門
課時，我們要沿著邏輯思路,逐步深入理解,而不是僅僅 注重思維的結(jié)果，在學(xué)習(xí)中還不斷提出“疑團”,然后去尋求解答。比如,一些定理的逆命題 是否成立? 成立就證明,否則舉反例。若不成立,則加什么條件可使之成立。有些定理只說 “存 在”,是否“唯一”等等。從而使讀者的思維不致被書本禁錮起來,不僅能學(xué)習(xí)真理,力爭要發(fā) 6 《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》課程總結(jié) 學(xué)號：2120240536 姓名：王文碩 展真理。從而,逐步熟悉和掌握一定的學(xué)習(xí)方法,也就是在實踐中學(xué)習(xí)方法論。這一點我們研 究生來說是非常重要的。
五、現(xiàn)代控制理論的學(xué)習(xí)心得 時間過得很快，轉(zhuǎn)眼之間秋學(xué)期快要結(jié)束了，而我們對于現(xiàn)代控制理論這門課程的學(xué)習(xí)也接近了尾聲。在學(xué)習(xí)這門課的過程當(dāng)中，我感覺需要深入理解教材中所說的應(yīng)用條件的限 制,不能不考慮條件,生搬硬套地去運用理論。只有對基本概念、基本原理真正了解了,掌握住 各個概念所處的位置和它們之間的區(qū)別,才能把它們真正納入自己的知識結(jié)構(gòu)中來。在人一 生的學(xué)習(xí)中,必須逐步培養(yǎng)一種正確的學(xué)習(xí)方法,才能通過自己的深入體會,加深對教材的真 正理解。特別是概念的外延和內(nèi)涵,不能隨意擴大或縮小,否則會在運用公式定理去解答復(fù)雜 問題時出現(xiàn)錯誤。作為研究生，我們都十分重視專業(yè)應(yīng)用能力和實際動手能力的培養(yǎng)與提高，也非常看重 扎實理論基礎(chǔ)的必要性，都認為理論學(xué)習(xí)與專業(yè)應(yīng)用能力培養(yǎng)本應(yīng)該沒有矛盾，但在有限的 2 年多時間內(nèi)，如何實現(xiàn)兩者的全面提高，如何平衡兩者，是我們所關(guān)注的。現(xiàn)代控制理論 課程具有明顯的理論偏向性，在學(xué)習(xí)的過程中，需要我們自覺地在課題研究實踐過程中更多 的運用該課程的知識。7
現(xiàn)代控制理論課程報告篇二
【摘要】現(xiàn)代控制理論作為自動化控制理論的一個主要組成部分，它比經(jīng)典控制理論所能處理的控制問題廣泛得多，是經(jīng)典控制理論的延伸與發(fā)展。現(xiàn)代控制理論主要借助線代和微分等手段解決問題。筆者主要從現(xiàn)代教育的基本方法、使用工具和考核手段這幾個角度，深入探究了素質(zhì)發(fā)展時代中現(xiàn)代控制理論存在的意義和影響。實驗研究顯示，通過對教育教學(xué)的內(nèi)容和方式進行創(chuàng)新改革，不斷豐富教學(xué)手段，既能使教學(xué)效果實現(xiàn)最大化，又能提高同學(xué)們對現(xiàn)代控制理論的學(xué)習(xí)積極性。
【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代控制理論；素質(zhì)教育；教學(xué)改革
1.重視緒論內(nèi)容教學(xué)
為了更好的調(diào)動學(xué)生們的主觀能動性和學(xué)習(xí)積極性，在現(xiàn)代控制理論課程的教學(xué)過程中，教師應(yīng)該通過部分影音資料進行具體教學(xué)，運用具體的事物將抽象的概念具體化，例如通過嫦娥一號，天宮二號和月球探測器等在構(gòu)造系統(tǒng)方面運用了現(xiàn)代控制理論，向高校學(xué)生講解有關(guān)現(xiàn)代控制理論的基本知識，另外筆者在文章的緒論中主要概述了現(xiàn)代控制理論的形成發(fā)展，以及是如何將現(xiàn)代控制理論應(yīng)用到航空航天等方面。
2.教學(xué)中給學(xué)生補充相關(guān)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
由于現(xiàn)代控制理論課程是傳統(tǒng)控制理論課程的擴充，它依然是以線性代數(shù)常微分方程為基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)這一門課程對矩陣論和常微分有一定要求。而現(xiàn)在的線性代數(shù)中缺乏現(xiàn)代控制理論課程中所要運用到的約當(dāng)標準型知識，所以從事現(xiàn)代控制理論課程講授的教師應(yīng)該與線代老師進行及時的溝通。線代的標準型內(nèi)容在現(xiàn)控中的運用范圍較為廣泛，選擇合適的線代書也十分有必要，因為現(xiàn)控中的穩(wěn)定性理論和常微分方程有密切聯(lián)系，所以現(xiàn)控要以線代和常微分為理論基礎(chǔ)為主。
3.教學(xué)中注重直觀理解
如何使學(xué)生更加深入了解現(xiàn)代控制管理，不僅要通過具體的教學(xué)內(nèi)容來講授現(xiàn)控理論，更要通過實際例子將抽象的概念具體化，結(jié)合當(dāng)代科技發(fā)展的實際背景，對線控的理論定義做出嚴格的標準與衡量。教師最好能夠向?qū)W生們舉出實例證明定義，除部分較為復(fù)雜的定義，不要求絕對的嚴謹?shù)仨毐ＷC在證明過程中思路明確，必要條件和充要條件都滿足。在課程教學(xué)過程中，教師可以通過運用matlab軟件給學(xué)生們分發(fā)課后習(xí)題，提高教學(xué)效果。
4.加強習(xí)題課教學(xué)
學(xué)生要真正了解和掌握現(xiàn)代控制理論，提高現(xiàn)代控制理論的教學(xué)效果，不僅需要老師正確講解和輔導(dǎo)，更需要學(xué)生自己加強練習(xí)不斷優(yōu)化。教師需要針對學(xué)生的具體學(xué)習(xí)情況布置部分課后作業(yè)，同時在為同學(xué)們解決問題的時候，應(yīng)該根據(jù)具體問題歸納知識點，在講解能觀能控習(xí)題時，要重點講解能觀能控的判別條件、標準型和分解三者的不同和聯(lián)系。
5.開展科研型教學(xué)
隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，在理論教學(xué)過程中，可適度地與控制科學(xué)科技前沿發(fā)展內(nèi)容相結(jié)合，就比如將美國電氣和電子工程師協(xié)會組織召開的控制與決策會議等。為了更好的讓學(xué)生深入了解現(xiàn)代控制理論，提高他們的動手實踐操作能力，教師在處理科研項目相關(guān)問題時，可以分類別將問題整理好分發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生運用自己所學(xué)的知識和資源解決問題，而在學(xué)生進行科研項目研究過程中，教師只發(fā)揮指導(dǎo)作用。
6.充分運用現(xiàn)代教學(xué)手段
為提高學(xué)生們對現(xiàn)代控制理論的學(xué)習(xí)積極性，讓高校學(xué)生積極參與現(xiàn)代控制理論的科研項目學(xué)習(xí)，我們在創(chuàng)新現(xiàn)代控制理論教學(xué)內(nèi)容的同時，也要積極對教學(xué)手段更新?lián)Q代。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷普及和發(fā)展，在日常教學(xué)中應(yīng)該積極引用ppt多媒體等互聯(lián)網(wǎng)電子設(shè)備，結(jié)合文字與圖片，聲與人像的多重特征，把抽象的教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為生動形象的具體表達，讓學(xué)生們能夠更加直觀的理解和感受教學(xué)內(nèi)容。
7.改革考核方式
隨著科技興國人才強國的戰(zhàn)略思想不斷普及，人們對文化素質(zhì)的要求不斷提高，教師不僅要鼓勵學(xué)生積極參加科研型項目學(xué)習(xí)，也應(yīng)該改革創(chuàng)新現(xiàn)代控制理論的最終考核手段，如在高校期末考核中現(xiàn)代控制理論的總分為100分，卷面成績只占總成績的百分之四十；學(xué)生課堂表現(xiàn)、完成作業(yè)情況、請假曠課遲到等出勤情況各占總成績的百分之十；為了加大科研型學(xué)習(xí)在期末考核總成績中的比重，可以從以下方面進行著手：是否積極參加科研性課題學(xué)習(xí)，對科研項目是否提出創(chuàng)新性的想法，實驗報告的完成情況都各占總成績的百分之十。
參考文獻：
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現(xiàn)代控制理論課程報告篇三
現(xiàn)代控制理論學(xué)習(xí)心得
一、綜述
60年代產(chǎn)生的現(xiàn)代控制理論是以狀態(tài)變量概念為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法和計算機來分析、綜合復(fù)雜控制系統(tǒng)的新理論，適用于多輸入、多輸出，時變的或非線性系統(tǒng)。飛行器及其控制系統(tǒng)正是這樣的系統(tǒng)。應(yīng)用現(xiàn)代控制理論對它進行分析、綜合能使飛行器控制系統(tǒng)的性能達到新的水平。從60年代“阿波羅”號飛船登月，70年代“阿波羅”號飛船與“聯(lián)盟”號飛船的對接，直到80年代航天飛機的成功飛行，都是與現(xiàn)代控制理論和計算機的應(yīng)用分不開的。在控制精度方面，應(yīng)用現(xiàn)代控制理論、計算機和新型元、部件，使洲際導(dǎo)彈的命中精度由幾十公里減小到百米左右。
現(xiàn)代控制理論的核心之一是最優(yōu)現(xiàn)代控制理論。這種理論在60年代初開始獲得實際應(yīng)用。這就改變了經(jīng)典現(xiàn)代控制理論以穩(wěn)定性和動態(tài)品質(zhì)為中心的設(shè)計方法，而是以系統(tǒng)在整個工作期間的性能作為一個整體來考慮，尋求最優(yōu)控制規(guī)律，從而可以大大改善系統(tǒng)的性能。最優(yōu)現(xiàn)代控制理論用于發(fā)動機燃料和轉(zhuǎn)速控制、軌跡修正最小時間控制、最優(yōu)航跡控制和自動著陸控制等方面都取得了明顯的成果。
現(xiàn)代控制理論的另一核心是最優(yōu)估計理論（卡爾曼濾波）。它為解決飛行器控制中的隨機干擾和隨機控制問題提供一種有力的數(shù)學(xué)工具。卡爾曼濾波突破了維納濾波的局限性，適用于多輸入、多輸出線性系統(tǒng)，平穩(wěn)或非平穩(wěn)的隨機過程，在飛行器測軌-跟蹤、控制攔截和會合等方面得到廣泛應(yīng)用。
二、發(fā)展過程
20世紀50年代中期,科學(xué)技術(shù)及生產(chǎn)力的發(fā)展，特別是空間技術(shù)的發(fā)展，迫切要求解決更復(fù)雜的多變量系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題(例如火箭和宇航器的導(dǎo)航、跟蹤和著陸過程中的高精度、低消耗控制,到達目標的控制時間最小等)。實踐的需求推動了現(xiàn)代控制理論的進步，同時，計算機技術(shù)的發(fā)展也從計算手段上為現(xiàn)代控制理論的發(fā)展提供了條件，適合于描述航天器的運動規(guī)律，又便于計算機求解的狀態(tài)空間模型成為主要的模型形式。
俄國數(shù)學(xué)家李雅普諾夫1892年創(chuàng)立的穩(wěn)定性理論被引入到控制中。1956年,美國數(shù)學(xué)家貝爾曼(n)提出了離散多階段決策的最優(yōu)性原理，創(chuàng)立了動態(tài)規(guī)劃。之后，貝爾曼等人提出了狀態(tài)分析法；并于1964年將離散多階段決策的動態(tài)規(guī)劃法解決了連續(xù)動態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題。
美國數(shù)學(xué)家卡爾曼()等人于1959年提出了著名的卡爾曼濾波器，1960年又在控制系統(tǒng)的研究中成功地應(yīng)用了狀態(tài)空間法，提出系統(tǒng)的能控性和能觀測性問題。1956年，前蘇聯(lián)科學(xué)家龐特里亞金(agin)提出極大值原理，并于1961年證明并發(fā)表了極大值原理。極大值原理和動態(tài)規(guī)劃為解決最優(yōu)控制問題提供了理論工具。
到1960年代初，一套以狀態(tài)方程作為描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，以最優(yōu)控制和卡爾曼濾波為核心的控制系統(tǒng)分析、設(shè)計的新原理和方法基本確定，現(xiàn)代控制理論應(yīng)運而生。
進入20世紀60年代，英國現(xiàn)代控制理論學(xué)者羅森布洛克(rock)、歐文斯()和麥克法輪(lane)研究了使用于計算機輔助控制系統(tǒng)設(shè)計的現(xiàn)代頻域法理論，將經(jīng)典現(xiàn)代控制理論傳遞函數(shù)的概念推廣到多變量系統(tǒng)，并探討了傳遞函數(shù)矩陣與狀態(tài)方程之間的等價轉(zhuǎn)換關(guān)系，為進一步建立統(tǒng)一的線性系統(tǒng)理論奠定了基礎(chǔ)。
20世紀70年代瑞典現(xiàn)代控制理論學(xué)者奧斯特隆姆()和法國現(xiàn)代控制理論學(xué)者朗道()朗道在自適應(yīng)現(xiàn)代控制理論和應(yīng)用方面作出了貢獻。與此同時,關(guān)于系統(tǒng)辨識、最優(yōu)控制、離散時間系統(tǒng)和自適應(yīng)控制的發(fā)展大大豐富了現(xiàn)代控制理論的內(nèi)容。
現(xiàn)代控制理論主要利用計算機作為系統(tǒng)建模分析、設(shè)計乃至控制的手段,適用于多變量、非線性、時變系統(tǒng)。它在本質(zhì)上是一種“時域法”但并不是對經(jīng)典頻域法的從頻率域回到時間域的簡單再回歸，而是立足于新的分析方法，有著新的目標的新理論。
現(xiàn)代控制理論研究內(nèi)容非常廣泛,主要包括三個基本內(nèi)容：多變量線性系統(tǒng)理論、最優(yōu)現(xiàn)代控制理論以及最優(yōu)估計與系統(tǒng)辨識理論。現(xiàn)代控制理論從理論上解決了系統(tǒng)的能控性、能觀測性、穩(wěn)定性以及許多復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。
三、現(xiàn)代控制理論的學(xué)科內(nèi)容
現(xiàn)代控制理論所包含的學(xué)科內(nèi)容十分廣泛,主要的方面有:線性系統(tǒng)理論、非線性系統(tǒng)理論、最優(yōu)現(xiàn)代控制理論、隨機現(xiàn)代控制理論和適應(yīng)現(xiàn)代控制理論。
線性系統(tǒng)理論：它是現(xiàn)代控制理論中最為基本和比較成熟的一個分支，著重于研究線性系統(tǒng)中狀態(tài)的控制和觀測問題，其基本的分析和綜合方法是狀態(tài)空間法。按所采用的數(shù)學(xué)工具，線性系統(tǒng)理論通常分成為三個學(xué)派：基于幾何概念和方法的幾何理論，代表人物是w.m.旺納姆;基于抽象代數(shù)方法的代數(shù)理論,代表人物是r.e.卡爾曼；基于復(fù)變量方法的頻域理論，代表人物是h.h.羅森布羅克。
非線性系統(tǒng)理論：非線性系統(tǒng)的分析和綜合理論尚不完善。研究領(lǐng)域主要還限于系統(tǒng)的運動穩(wěn)定性、雙線性系統(tǒng)的控制和觀測問題、非線性反饋問題等。更一般的非線性系統(tǒng)理論還有待建立。從70年代中期以來，由微分幾何理論得出的某些方法對分析某些類型的非線性系統(tǒng)提供了有力的理論工具。
最優(yōu)現(xiàn)代控制理論：最優(yōu)現(xiàn)代控制理論是設(shè)計最優(yōu)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，主要研究受控系統(tǒng)在指定性能指標實現(xiàn)最優(yōu)時的控制規(guī)律及其綜合方法。在最優(yōu)現(xiàn)代控制理論中，用于綜合最優(yōu)控制系統(tǒng)的主要方法有極大值原理和動態(tài)規(guī)劃。最優(yōu)現(xiàn)代控制理論的研究范圍正在不斷擴大，諸如大系統(tǒng)的最優(yōu)控制、分布參數(shù)系統(tǒng)的最優(yōu)控制等。
隨機現(xiàn)代控制理論：隨機現(xiàn)代控制理論的目標是解決隨機控制系統(tǒng)的分析和綜合問題。維納濾波理論和卡爾曼-布什濾波理論是隨機現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)之一。隨機現(xiàn)代控制理論的一個主要組成部分是隨機最優(yōu)控制，這類隨機控制問題的求解有賴于動態(tài)規(guī)劃的概念和方法。
適應(yīng)現(xiàn)代控制理論：適應(yīng)控制系統(tǒng)是在模仿生物適應(yīng)能力的思想基礎(chǔ)上建立的一類可自動調(diào)整本身特性的控制系統(tǒng)。適應(yīng)控制系統(tǒng)的研究常可歸結(jié)為如下的三個基本問題：①識別受控對象的動態(tài)特性；②在識別對象的基礎(chǔ)上選擇決策；③在決策的基礎(chǔ)上做出反應(yīng)或動作。
四、經(jīng)典現(xiàn)代控制理論的特點
經(jīng)典現(xiàn)代控制理論以拉氏變換為數(shù)學(xué)工具，以單輸入－單輸出的線性定常系統(tǒng)為主要的研究對象。將描述系統(tǒng)的微分方程或差分方程變換到復(fù)數(shù)域中，得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并以此作為基礎(chǔ)在頻率域中對系統(tǒng)進行分析和設(shè)計，確定控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。通常是采用反饋控制，構(gòu)成所謂閉環(huán)控制系統(tǒng)。經(jīng)典現(xiàn)代控制理論具有明顯的局限性，突出的是難以有效地應(yīng)用于時變系統(tǒng)、多變量系統(tǒng)，也難以揭示系統(tǒng)更為深刻的特性。當(dāng)把這種理論推廣到更為復(fù)雜的系統(tǒng)時，經(jīng)典現(xiàn)代控制理論就顯得無能為力了，這是因為它的以下幾個特點所決定。
1．經(jīng)典現(xiàn)代控制理論只限于研究線性定常系統(tǒng)，即使對最簡單的非線性系統(tǒng)也是無法處理的；這就從本質(zhì)上忽略了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)在特性，也不能處理輸入和輸出皆大于1的系統(tǒng)。實際上，大多數(shù)工程對象都是多輸入－多輸出系統(tǒng)，盡管人們做了很多嘗試，但是，用經(jīng)典現(xiàn)代控制理論設(shè)計這類系統(tǒng)都沒有得到滿意的結(jié)果； 2．經(jīng)典現(xiàn)代控制理論采用試探法設(shè)計系統(tǒng)。即根據(jù)經(jīng)驗選用合適的、簡單的、工程上易于實現(xiàn)的控制器，然后對系統(tǒng)進行分析，直至找到滿意的結(jié)果為止。雖然這種設(shè)計方法具有實用等很多完整，從而促使現(xiàn)代控制理論的發(fā)展：對經(jīng)典理論的精確化、數(shù)學(xué)化及理論化。優(yōu)點，但是，在推理上卻是不能令人滿意的，效果也不是最佳的。綜上所述，經(jīng)典現(xiàn)代控制理論的最主要的特點是：線性定常對象，單輸入單輸出，完成指定任務(wù)。
五、現(xiàn)代控制理論的目的、特點及方法
經(jīng)典現(xiàn)代控制理論只研究一個輸入輸出變量，且固定參數(shù)的定常系統(tǒng)。其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是拉普拉斯變換，分析綜合的方法為頻率響應(yīng)特性等。然而，即使傳遞函數(shù)相同，系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可以不同。因此，用傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)有時是不完整的。如果只知道端部狀態(tài)，對于充分了解一個系統(tǒng)的運動狀況和掌握系統(tǒng)的整體性質(zhì)也是不夠的。
隨著技術(shù)的進步，人們的目標也越高。這意味著人們要研究更復(fù)雜的系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)里包含了更多相互作用的元素。對控制系統(tǒng)也有了更高的精確性和穩(wěn)定性的需求。此外，還有其他方面的要求諸如：節(jié)能，降低成本，縮短操作時間等。優(yōu)化以上這些指標的參數(shù)不可避免的要使用到非線性系統(tǒng)，優(yōu)化現(xiàn)代控制理論需要使用到非線性時變控制規(guī)律。這些都是現(xiàn)代控制理論的研究目的。
它不僅描述了系統(tǒng)的外部特性，而且描述和揭示了系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)和性能。它分析和綜合的目標是在揭示系統(tǒng)內(nèi)在規(guī)律的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)系統(tǒng)在一定意義下的最優(yōu)化。它的構(gòu)成帶有更高的仿生特點，現(xiàn)代控制理論以線性代數(shù)和微分方程為主要的數(shù)學(xué)工具，以狀態(tài)空間法為基限于單純的閉環(huán)，而擴展為適應(yīng)環(huán)、學(xué)習(xí)環(huán)等。較之經(jīng)典現(xiàn)代控制理論，現(xiàn)代控制理論的研究對象要廣泛得多，原則上講，它既可以是單變量的、線性的、定常的、連續(xù)的，也可以是多變量的、非線性的、時變的、離散的。現(xiàn)代控制理論具有以下特點：１．控制對象結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變 控制對象結(jié)構(gòu)由簡單的單回路模式向多回路模式轉(zhuǎn)變，即從單輸入單輸出向多輸入多輸出。它必須處理極為復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程的優(yōu)化和控制問題。2．研究工具的轉(zhuǎn)變（1）積分變換法向矩陣理論、幾何方法轉(zhuǎn)變，由頻率法轉(zhuǎn)向狀態(tài)空間的研究；（2）計算機技術(shù)發(fā)展，由手工計算轉(zhuǎn)向計算機計算。3．建模手段的轉(zhuǎn)變 由機理建模向統(tǒng)計建模轉(zhuǎn)變，開始采用參數(shù)估計和系統(tǒng)辨識的統(tǒng)計建模方法。
現(xiàn)代控制理論它采用了狀態(tài)空間變量法進行分析，計算。不僅可以了解系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系，而且能了解和控制系統(tǒng)內(nèi)部的特征。這把原來經(jīng)典現(xiàn)代控制理論的簡單模型轉(zhuǎn)化為更接近現(xiàn)實的模型，使過去被忽略掉的一些方面，如系統(tǒng)內(nèi)部各元素的交互作用和反饋，都被考慮進去了。它提供了一個統(tǒng)一而強大的描述系統(tǒng)的方法，可處理多變量和單變量系統(tǒng)、定常和時變系統(tǒng)。其基本分析綜合方法為：時域方法，包括：微分方程，線性代數(shù)，數(shù)值計算等。因此現(xiàn)代控制理論比經(jīng)典現(xiàn)代控制理論所能處理的控制問題要廣泛得多，它所采用的方法和算法也更適合于在數(shù)字計算機上進行，適合于現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中的日趨復(fù)雜和精度要求趨高的情況。
六、現(xiàn)代控制理論的學(xué)習(xí)心得
在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展中,伴隨著學(xué)科的高度分化和高度綜合,各學(xué)科之間相互交叉、相互滲透,出現(xiàn)了橫向科學(xué)。作為跨接于自然科學(xué)和社會科學(xué)的具有橫向科學(xué)特點的現(xiàn)代現(xiàn)代控制理論已成為我國理工科大學(xué)高年級的選修課和研究生的學(xué)位課。
從經(jīng)典控制論發(fā)展到現(xiàn)代控制理論，是人類對控制技術(shù)認識上的一次飛躍。經(jīng)典控制論限于處理單變量的線性定常問題，在數(shù)學(xué)上可歸結(jié)為單變量的常系數(shù)微分方程問題。現(xiàn)代控制理論面向多變量控制系統(tǒng)的問題，它是以矩陣論和線性空間理論作為主要數(shù)學(xué)工具，并用計算機來實現(xiàn)。現(xiàn)代控制理論來源于工程實際，具有明顯的工程技術(shù)特點，但它又屬于系統(tǒng)論范疇。系統(tǒng)論的特點是在數(shù)學(xué)描述的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有的強有力的數(shù)學(xué)工具，對系統(tǒng)進行分析和綜合。系統(tǒng)特性的度量，即表現(xiàn)為狀態(tài)；系統(tǒng)狀態(tài)的變化，即為動態(tài)過程。狀態(tài)和過程在自然界、社會和思維中普遍存在。現(xiàn)代控制理論是在引入狀態(tài)和狀態(tài)空間的概念基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。狀態(tài)和狀態(tài)空間早在古典動力學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用。在5o年代mesarovic教授曾提出“結(jié)構(gòu)不確定性原理”，指出經(jīng)典理論對于多變量系統(tǒng)不能確切描述系統(tǒng)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。后來采用狀態(tài)變量的描述方法，才完全表達出系統(tǒng)的動力學(xué)性質(zhì)。6o年代初，卡爾曼(kalman)從外界輸入對狀態(tài)的控制能力以及輸出對狀態(tài)的反映能力這兩方面提出能控制性和能觀性的概念。這些概念深入揭示了系統(tǒng)的內(nèi)在特性。實際上，現(xiàn)代控制理論中所研究的許多基本問題，諸如最優(yōu)控制和最佳估計等，都是以能能控性和能觀性作為“解”的存在條件的。現(xiàn)代現(xiàn)代控制理論是一門工程理論性強的課程，在自學(xué)這門課程時，深感概念抽象，不易掌握；學(xué)完之后，從工程實際抽象出一個控制論方面的課題很難，如何用現(xiàn)代控制理論的基本原理去解決生產(chǎn)實際問題則更困難，這是一個比較突出的矛盾。
對現(xiàn)代現(xiàn)代控制理論來說，首先遇到的問題是將實際系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)模型，有了數(shù)學(xué)模型，才能有效地去研究系統(tǒng)的各個方面。許多機電系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、管理系統(tǒng)常可近似概括為線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)和力學(xué)中質(zhì)點系統(tǒng)一樣，是一個理想模型，理想模型是研究復(fù)雜事物的主要方法，是對客觀事物及其變化過程的一種近似反映。現(xiàn)代控制理論從自然和社會現(xiàn)象中抽象出的理想模型，用狀態(tài)空間方法表示，再作理論上的探討。
線性系統(tǒng)理論是一門嚴謹?shù)目茖W(xué)。抽象嚴謹是其本質(zhì)的屬性，一旦體會到數(shù)學(xué)抽象的豐富含義，再不會感到枯燥乏味。線性系統(tǒng)理論是建立在線性空間的基礎(chǔ)上的，它大量使用矩陣論中深奧的內(nèi)容，比如線性變換、子空間等，是分析中最常用的核心的內(nèi)容，要深入理解，才能體會其物理意義。比如，狀態(tài)空間分解就是一種數(shù)學(xué)分析方法。在控制論中把實際系統(tǒng)按能控性和能觀性化分成四個子空間，它們有著確切的物理概念。線性變換的核心思想在于：線性系統(tǒng)的基本性質(zhì)(如能控性、能觀性、極點、傳遞函數(shù)等)在線性變換下都不改變，從而可將系統(tǒng)化為特定形式，使問題的研究變得簡單而透徹。
在學(xué)習(xí)現(xiàn)代現(xiàn)代控制理論教材時，發(fā)現(xiàn)不少“引而未發(fā)”的問題。由于作者有豐富的教學(xué)經(jīng)驗與學(xué)術(shù)造詣，能深入淺出闡述問題，發(fā)人深省。因此，通過自己反復(fù)閱讀教材，就能理解這些內(nèi)容。比如，在探討線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的零極點相消時，如果潛伏著不穩(wěn)定的振型，從數(shù)字表達式看不出什么問題，但會影響整個系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。那么，用什么方法消除其影響，在什么情況下又不能消除，這一系列疑點，需要我獨立思考。又如在構(gòu)造李雅普諾夫(lia．punov)函數(shù)判定線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性時，如果構(gòu)造不出這種函數(shù)，是否就意味著這個系統(tǒng)不穩(wěn)定了呢?不是的。因為這種判定方法，只給出一個充分條件，而不是必要條件。況且實際系統(tǒng)基本上都是非線性系統(tǒng)。在具體運算中，又如在觀測設(shè)計時，對同一問題，大家所得的“解”互不相同。這正是在不同變換下，系統(tǒng)的過程與狀態(tài)的描述各不相同，有如同一條曲線在不同坐標系里有不同的方程一樣；同一物理現(xiàn)象，在不同的參照系內(nèi)有不同的表述。這些都是教材中“引而未發(fā)”、引人深思的問題。
在人一生的學(xué)習(xí)中，必須逐步培養(yǎng)一種正確的學(xué)習(xí)方法，才能通過自己的深入體會，加深對教材的真正理解。特別是概念的外延和內(nèi)涵，不能隨意擴大或縮小，否則會在運用公式定理去解答復(fù)雜問題時出現(xiàn)錯誤。與此同時，要注意發(fā)展自己對時間和空間的想象力。愛因 斯坦說：“想象力比知識更重要”。
現(xiàn)代現(xiàn)代控制理論是由經(jīng)典現(xiàn)代控制理論發(fā)展而來的，而現(xiàn)代控制理論本身作為一種方法，在機械、電氣、控制等多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，科學(xué)中涉及的大多數(shù)問題都可以用系統(tǒng)的概念來分析和處理。從經(jīng)典控制論發(fā)展到現(xiàn)代控制理論,是人類對控制技術(shù)認識上的一次飛躍。經(jīng)典控制論限于處理單變量的線性定常問題,在數(shù)學(xué)上可歸結(jié)為單變量的常系數(shù)微分方程問題。現(xiàn)代控制理論面向多變量控制系統(tǒng)的問題,它是以矩陣論和線性空間理論作為主要數(shù)學(xué)工具,并用計算機來實現(xiàn)。
《現(xiàn)代現(xiàn)代控制理論》是建立在狀態(tài)空間法基礎(chǔ)上的一種現(xiàn)代控制理論，是自動現(xiàn)代控制理論的一個主要組成部分。在現(xiàn)代現(xiàn)代控制理論中，對控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計主要是通過對系統(tǒng)的狀態(tài)變量的描述來進行的，基本的方法是時間域方法。現(xiàn)代現(xiàn)代控制理論比經(jīng)典現(xiàn)代控制理論所能處理的控制問題要廣泛得多，包括線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)，單變量系統(tǒng)和多變量系統(tǒng)。它所采用的方法和算法也更適合于在數(shù)字計算機上進行。現(xiàn)代現(xiàn)代控制理論還為設(shè)計和構(gòu)造具有指定的性能指標的最優(yōu)控制系統(tǒng)提供了可能性。
學(xué)習(xí)了這門課程之后，我發(fā)覺其具有很大的普適性，如微積分、線性代數(shù)一樣，是解決工程問題的工具學(xué)科。我在學(xué)習(xí)這門課程時細心研讀，但仍深感概念抽象，不易掌握，學(xué)完之后，感覺如何應(yīng)用用現(xiàn)代控制理論的基本原理去解決生產(chǎn)實際問題則更困難。
時間過得很快，轉(zhuǎn)眼之間這學(xué)期快要結(jié)束了，我們對于現(xiàn)代控制理論的學(xué)習(xí)還不會停止。在學(xué)習(xí)這門課的過程當(dāng)中，我感覺需要深入理解兩位老師所說的應(yīng)用條件的限制,要考慮條件,不能生搬硬套地去運用理論。只有對基本概念、基本原理真正了解了,掌握住各個概念所處的位置和它們之間的區(qū)別,才能把它們真正納入自己的知識結(jié)構(gòu)中來。在人一生的學(xué)習(xí)中,必須逐步培養(yǎng)一種正確的學(xué)習(xí)方法,才能通過自己的深入體會,加深對教材的真正理解。特別是概念的外延和內(nèi)涵,不能隨意擴大或縮小,否則會在運用公式定理去解答復(fù)雜問題時出現(xiàn)錯誤。
作為研究生，我們都十分重視專業(yè)應(yīng)用能力和實際動手能力的培養(yǎng)與提高，也非常看重扎實理論基礎(chǔ)的必要性，都認為理論學(xué)習(xí)與專業(yè)應(yīng)用能力培養(yǎng)本應(yīng)該沒有矛盾，但在有限的3年多時間內(nèi)，如何實現(xiàn)兩者的全面提高，如何平衡兩者，是我們所關(guān)注的。現(xiàn)代控制理論課程具有明顯的理論偏向性，在學(xué)習(xí)的過程中，需要我們自覺地在課題研究實踐過程中更多的運用該課程的知識。
現(xiàn)代控制理論課程報告篇四
《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》課程總結(jié)
學(xué)號：2120240536
姓名：王文碩
現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)課程總結(jié)
學(xué)院：__機械與車輛學(xué)院_ 學(xué)號：____2120240536___ 姓名：_____王文碩______ 專業(yè)：___交通運輸工程__ 《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》課程總結(jié)
學(xué)號：2120240536
姓名：王文碩
《現(xiàn)代控制理論》學(xué)習(xí)心得
摘 要：從經(jīng)典控制論發(fā)展到現(xiàn)代控制論,是人類對控制技術(shù)認識上的一次飛躍。現(xiàn)代控制論是用狀態(tài)空間方法表示,概念抽象,不易掌握。對于《現(xiàn)代控制理論》這門課程，本人選擇了最為感興趣的幾個知識點進行分析，并談一下對于學(xué)習(xí)這么課程的一點心得體會。
現(xiàn)代控制理論；學(xué)習(xí)策略；學(xué)習(xí)方法；學(xué)習(xí)心得
在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展中,伴隨著學(xué)科的高度分化和高度綜合,各學(xué)科之間相互交叉、相互滲透,出現(xiàn)了橫向科學(xué)。作為跨接于自然科學(xué)和社會科學(xué)的具有橫向科學(xué)特點的現(xiàn)代控制理論已成為我國理工科大學(xué)高年級的選修課和研究生的學(xué)位課。
從經(jīng)典控制論發(fā)展到現(xiàn)代控制論，是人類對控制技術(shù)認識上的一次飛躍。經(jīng)典控制論限于處理單變量的線性定常問題，在數(shù)學(xué)上可歸結(jié)為單變量的常系數(shù)微分方程問題。現(xiàn)代控制論面向多變量控制系統(tǒng)的問題，它是以矩陣論和線性空間理論作為主要數(shù)學(xué)工具，并用計算機來實現(xiàn)。現(xiàn)代控制論來源于工程實際，具有明顯的工程技術(shù)特點，但它又屬于系統(tǒng)論范疇。系統(tǒng)論的特點是在數(shù)學(xué)描述的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有的強有力的數(shù)學(xué)工具，對系統(tǒng)進行分析和綜合。系統(tǒng)特性的度量，即表現(xiàn)為狀態(tài)；系統(tǒng)狀態(tài)的變化，即為動態(tài)過程。狀態(tài)和過程在自然界、社會和思維中普遍存在。現(xiàn)代控制論是在引入狀態(tài)和狀態(tài)空間的概念基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。狀態(tài)和狀態(tài)空間早在古典動力學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用。在5o年代mesarovic教授曾提出“結(jié)構(gòu)不確定性原理”，指出經(jīng)典理論對于多變量系統(tǒng)不能確切描述系統(tǒng)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。后來采用狀態(tài)變量的描述方法，才完全表達出系統(tǒng)的動力學(xué)性質(zhì)。6o年代初，卡爾曼(kalman)從外界輸入對狀態(tài)的控制能力以及輸出對狀態(tài)的反映能力這兩方面提出能控制性和能觀性的概念。這些概念深入揭示了系統(tǒng)的內(nèi)在特性。實際上，現(xiàn)代控制論中所研究的許多基本問題，諸如最優(yōu)控制和最佳估計等，都是以能能控性和能觀性作為“解”的存在條件的。
現(xiàn)代控制理論是一門工程理論性強的課程，在自學(xué)這門課程時，深感概念抽象，不易掌握；學(xué)完之后，從工程實際抽象出一個控制論方面的課題很難，如何用現(xiàn)代控制論的基本原理去解決生產(chǎn)實際問題則更困難，這是一個比較突出的矛盾。
對現(xiàn)代控制理論來說，首先遇到的問題是將實際系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)模型，有了數(shù)學(xué)模型，才能有效地去研究系統(tǒng)的各個方面。許多機電系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、管理系統(tǒng)常可近似概括為線 2 《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》課程總結(jié)
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姓名：王文碩
性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)和力學(xué)中質(zhì)點系統(tǒng)一樣，是一個理想模型，理想模型是研究復(fù)雜事物的主要方法，是對客觀事物及其變化過程的一種近似反映。現(xiàn)代控制論從自然和社會現(xiàn)象中抽象出的理想模型，用狀態(tài)空間方法表示，再作理論上的探討。
線性系統(tǒng)理論是一門嚴謹?shù)目茖W(xué)。抽象嚴謹是其本質(zhì)的屬性，一旦體會到數(shù)學(xué)抽象的豐富含義，再不會感到枯燥乏味。線性系統(tǒng)理論是建立在線性空間的基礎(chǔ)上的，它大量使用矩陣論中深奧的內(nèi)容，比如線性變換、子空間等，是分析中最常用的核心的內(nèi)容，要深入理解，才能體會其物理意義。比如，狀態(tài)空間分解就是一種數(shù)學(xué)分析方法。在控制論中把實際系統(tǒng)按能控性和能觀性化分成四個子空間，它們有著確切的物理概念。線性變換的核心思想在于：線性系統(tǒng)的基本性質(zhì)(如能控性、能觀性、極點、傳遞函數(shù)等)在線性變換下都不改變，從而可將系統(tǒng)化為特定形式，使問題的研究變得簡單而透徹。
在學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制理論教材時，發(fā)現(xiàn)不少“引而未發(fā)”的問題。由于作者有豐富的教學(xué)經(jīng)驗與學(xué)術(shù)造詣，能深入淺出闡述問題，發(fā)人深省。因此，通過自己反復(fù)閱讀教材，就能理解這些內(nèi)容。比如，在探討線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的零極點相消時，如果潛伏著不穩(wěn)定的振型，從數(shù)字表達式看不出什么問題，但會影響整個系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。那么，用什么方法消除其影響，在什么情況下又不能消除，這一系列疑點，需要我獨立思考。又如在構(gòu)造李雅普諾夫(lia．punov)函數(shù)判定線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性時，如果構(gòu)造不出這種函數(shù)，是否就意味著這個系統(tǒng)不穩(wěn)定了呢?不是的。因為這種判定方法，只給出一個充分條件，而不是必要條件。況且實際系統(tǒng)基本上都是非線性系統(tǒng)。在具體運算中，又如在觀測設(shè)計時，對同一問題，大家所得的“解”互不相同。這正是在不同變換下，系統(tǒng)的過程與狀態(tài)的描述各不相同，有如同一條曲線在不同坐標系里有不同的方程一樣；同一物理現(xiàn)象，在不同的參照系內(nèi)有不同的表述。這些都是教材中“引而未發(fā)”、引人深思的問題。
在人一生的學(xué)習(xí)中，必須逐步培養(yǎng)一種正確的學(xué)習(xí)方法，才能通過自己的深入體會，加深對教材的真正理解。特別是概念的外延和內(nèi)涵，不能隨意擴大或縮小，否則會在運用公式定理去解答復(fù)雜問題時出現(xiàn)錯誤。與此同時，要注意發(fā)展自己對時間和空間的想象力。愛因 斯坦說：“想象力比知識更重要”。
現(xiàn)代控制理論是由經(jīng)典控制理論發(fā)展而來的，而控制理論本身作為一種方法，在機械、電氣、控制等多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，科學(xué)中涉及的大多數(shù)問題都可以用系統(tǒng)的概念來分析和處理。從經(jīng)典控制論發(fā)展到現(xiàn)代控制論,是人類對控制技術(shù)認識上的一次飛躍。經(jīng)典控制論限于處理單變量的線性定常問題,在數(shù)學(xué)上可歸結(jié)為單變量的常系數(shù)微分方程問題。現(xiàn)代控制論面向多變量控制系統(tǒng)的問題,它是以矩陣論和線性空間理論作為主要數(shù)學(xué)工具,并用 《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》課程總結(jié)
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姓名：王文碩
計算機來實現(xiàn)。
《現(xiàn)代控制理論》是建立在狀態(tài)空間法基礎(chǔ)上的一種控制理論，是自動控制理論的一個主要組成部分。在現(xiàn)代控制理論中，對控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計主要是通過對系統(tǒng)的狀態(tài)變量的描述來進行的，基本的方法是時間域方法。現(xiàn)代控制理論比經(jīng)典控制理論所能處理的控制問題要廣泛得多，包括線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)，單變量系統(tǒng)和多變量系統(tǒng)。它所采用的方法和算法也更適合于在數(shù)字計算機上進行。現(xiàn)代控制理論還為設(shè)計和構(gòu)造具有指定的性能指標的最優(yōu)控制系統(tǒng)提供了可能性。
學(xué)習(xí)了這門課程之后，我發(fā)覺其具有很大的普適性，如微積分、線性代數(shù)一樣，是解決工程問題的工具學(xué)科。我在學(xué)習(xí)這門課程時細心研讀，但仍深感概念抽象，不易掌握，學(xué)完之后，感覺如何應(yīng)用用現(xiàn)代控制論的基本原理去解決生產(chǎn)實際問題則更困難。
一、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展過程
現(xiàn)代控制理論是在20世紀50年代中期迅速興起的空間技術(shù)的推動下發(fā)展起來的。空間技術(shù)的發(fā)展迫切要求建立新的控制原理，以解決諸如把宇宙火箭和人造衛(wèi)星用最少燃料或最短時間準確地發(fā)射到預(yù)定軌道一類的控制問題。這類控制問題十分復(fù)雜，采用經(jīng)典控制理論難以解決。1958年，蘇聯(lián)科學(xué)家л.с.龐特里亞金提出了名為極大值原理的綜合控制系統(tǒng)的新方法。在這之前,美國學(xué)者r.貝爾曼于1954年創(chuàng)立了動態(tài)規(guī)劃,并在1956年應(yīng)用于控制過程。他們的研究成果解決了空間技術(shù)中出現(xiàn)的復(fù)雜控制問題，并開拓了控制理論中最優(yōu)控制理論這一新的領(lǐng)域。1960～1961年，美國學(xué)者r.e.卡爾曼和r.s.布什建立了卡爾曼-布什濾波理論,因而有可能有效地考慮控制問題中所存在的隨機噪聲的影響，把控制理論的研究范圍擴大，包括了更為復(fù)雜的控制問題。幾乎在同一時期內(nèi)，貝爾曼、卡爾曼等人把狀態(tài)空間法系統(tǒng)地引入控制理論中。狀態(tài)空間法對揭示和認識控制系統(tǒng)的許多重要特性具有關(guān)鍵的作用。其中能控性和能觀測性尤為重要，成為控制理論兩個最基本的概念。到60年代初，一套以狀態(tài)空間法、極大值原理、動態(tài)規(guī)劃、卡爾曼-布什濾波為基礎(chǔ)的分析和設(shè)計控制系統(tǒng)的新的原理和方法已經(jīng)確立，這標志著現(xiàn)代控制理論的形成。
二、現(xiàn)代控制理論的學(xué)科內(nèi)容
現(xiàn)代控制理論所包含的學(xué)科內(nèi)容十分廣泛,主要的方面有:線性系統(tǒng)理論、非線性系統(tǒng)理 《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》課程總結(jié)
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姓名：王文碩
論、最優(yōu)控制理論、隨機控制理論和適應(yīng)控制理論。
線性系統(tǒng)理論
它是現(xiàn)代控制理論中最為基本和比較成熟的一個分支，著重于研究線性系統(tǒng)中狀態(tài)的控制和觀測問題，其基本的分析和綜合方法是狀態(tài)空間法。按所采用的數(shù)學(xué)工具，線性系統(tǒng)理論通常分成為三個學(xué)派：基于幾何概念和方法的幾何理論，代表人物是w.m.旺納姆;基于抽象代數(shù)方法的代數(shù)理論,代表人物是r.e.卡爾曼；基于復(fù)變量方法的頻域理論，代表人物是h.h.羅森布羅克。
非線性系統(tǒng)理論
非線性系統(tǒng)的分析和綜合理論尚不完善。研究領(lǐng)域主要還限于系統(tǒng)的運動穩(wěn)定性、雙線性系統(tǒng)的控制和觀測問題、非線性反饋問題等。更一般的非線性系統(tǒng)理論還有待建立。從70年代中期以來，由微分幾何理論得出的某些方法對分析某些類型的非線性系統(tǒng)提供了有力的理論工具。
最優(yōu)控制理論
最優(yōu)控制理論是設(shè)計最優(yōu)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，主要研究受控系統(tǒng)在指定性能指標實現(xiàn)最優(yōu)時的控制規(guī)律及其綜合方法。在最優(yōu)控制理論中，用于綜合最優(yōu)控制系統(tǒng)的主要方法有極大值原理和動態(tài)規(guī)劃。最優(yōu)控制理論的研究范圍正在不斷擴大，諸如大系統(tǒng)的最優(yōu)控制、分布參數(shù)系統(tǒng)的最優(yōu)控制等。
隨機控制理論
隨機控制理論的目標是解決隨機控制系統(tǒng)的分析和綜合問題。維納濾波理論和卡爾曼-布什濾波理論是隨機控制理論的基礎(chǔ)之一。隨機控制理論的一個主要組成部分是隨機最優(yōu)控制，這類隨機控制問題的求解有賴于動態(tài)規(guī)劃的概念和方法。
適應(yīng)控制理論
適應(yīng)控制系統(tǒng)是在模仿生物適應(yīng)能力的思想基礎(chǔ)上建立的一類可自動調(diào)整本身特性的控制系統(tǒng)。適應(yīng)控制系統(tǒng)的研究常可歸結(jié)為如下的三個基本問題：①識別受控對象的動態(tài)特性；②在識別對象的基礎(chǔ)上選擇決策；③在決策的基礎(chǔ)上做出反應(yīng)或動作。
三、現(xiàn)代控制理論的學(xué)習(xí)策略
俗話說的好，興趣是最好的老師。然而從狀態(tài)空間表達式開始，就從沒有離開過大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式和生硬的理論，這些內(nèi)容是十分生硬枯燥的，我記得自己看書的時候經(jīng)常看著看著就犯困了。那么，我們該如何才能學(xué)好現(xiàn)代控制理論這門課呢？
首先，我們必須有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。由于現(xiàn)代控制理論這門課里面有大量的數(shù)學(xué)公式和數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，沒有扎實的餓數(shù)學(xué)基礎(chǔ)顯然是學(xué)不好這門課的。只有理解數(shù)學(xué)表達式的含義 5 《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》課程總結(jié)
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姓名：王文碩
之后才可能對理論有更深層次的理解。
其次，基于我們自己的專業(yè)背景，我們要結(jié)合自己所在課題組的研究項目，在學(xué)習(xí)過程中盡可能的把課堂上學(xué)習(xí)到的知識技能應(yīng)用到課題項目中來。這樣無疑可以讓我們更好地、更有目的性的學(xué)習(xí)該門課程。
最后，我們再學(xué)習(xí)過程中要注重控制工程的背景和意義，不用過于追究理論推導(dǎo)，突出現(xiàn)代控制理論中基本概念、性質(zhì)的工程含義。例如，可以利用能量的增加或衰減來分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而引出了反映系統(tǒng)能量的李雅普諾夫函數(shù)概念；通過分析影響系統(tǒng)性能的因素，歸納出系統(tǒng)的極點是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)性能的關(guān)鍵，從而提出極點配置的控制問題等。
四、現(xiàn)代控制理論的學(xué)習(xí)方法
首先，學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制理論要有選擇性。由于我們在本科期間已經(jīng)學(xué)習(xí)過了機械工程控制這門課，并且現(xiàn)代控制理論課程的課時也不多，我們有必要有選擇性的重點學(xué)習(xí)一些與我們平時科研項目相關(guān)的內(nèi)容。以自己為例，我所在實驗室主要從事的機電一體化的研發(fā)工作，控制理論是必不可少的一門基礎(chǔ)課程，在學(xué)習(xí)我較為熟悉的控制應(yīng)用案例和問題（如plc、pid控制等）時，需要從這些控制現(xiàn)象、需求的分析入手，逐漸進入到問題的物理本質(zhì)和在現(xiàn)代控制中的描述與求解方法，從而建立起機械工程中的實際控制問題與現(xiàn)代控制理論的關(guān)聯(lián)。在學(xué)習(xí)過程中，通過所提出機械控制問題的系統(tǒng)深化，揭示這些表面上獨立的理論學(xué)習(xí)內(nèi)容之間的必然聯(lián)系和規(guī)律，這樣可以幫助我們發(fā)現(xiàn)隱含在這些基本概念、方法背后的問題求解模式，從而使我們將所學(xué)知識結(jié)合到課題中的實踐去。
其次，我們要用數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)建模的方法來解決現(xiàn)代控制理論的實際問題。對現(xiàn)代控制理論來說,首先遇到的問題是將實際系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)模型,有了數(shù)學(xué)模型,才能有效地去研究系統(tǒng)的各個方面。許多機電系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、管理系統(tǒng)常可近似概括為線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)和力學(xué)中質(zhì)點系統(tǒng)一樣,是一個理想模型,理想模型是研究復(fù)雜事物的主要方法,是對客觀事物及其變化過程的一種近似反映。現(xiàn)代控制論從自然和社會現(xiàn)象中抽象出的理想模型,用狀態(tài)空間方法表示,再作理論上的探討。
最后，在學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制理論這門課時，我們要沿著邏輯思路,逐步深入理解,而不是僅僅注重思維的結(jié)果，在學(xué)習(xí)中還不斷提出“疑團”,然后去尋求解答。比如,一些定理的逆命題是否成立? 成立就證明,否則舉反例。若不成立,則加什么條件可使之成立。有些定理只說“存在”,是否“唯一”等等。從而使讀者的思維不致被書本禁錮起來,不僅能學(xué)習(xí)真理,力爭要發(fā) 6 《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》課程總結(jié)
學(xué)號：2120240536
姓名：王文碩
展真理。從而,逐步熟悉和掌握一定的學(xué)習(xí)方法,也就是在實踐中學(xué)習(xí)方法論。這一點我們研究生來說是非常重要的。
五、現(xiàn)代控制理論的學(xué)習(xí)心得
時間過得很快，轉(zhuǎn)眼之間秋學(xué)期快要結(jié)束了，而我們對于現(xiàn)代控制理論這門課程的學(xué)習(xí)也接近了尾聲。在學(xué)習(xí)這門課的過程當(dāng)中，我感覺需要深入理解教材中所說的應(yīng)用條件的限制,不能不考慮條件,生搬硬套地去運用理論。只有對基本概念、基本原理真正了解了,掌握住各個概念所處的位置和它們之間的區(qū)別,才能把它們真正納入自己的知識結(jié)構(gòu)中來。在人一生的學(xué)習(xí)中,必須逐步培養(yǎng)一種正確的學(xué)習(xí)方法,才能通過自己的深入體會,加深對教材的真正理解。特別是概念的外延和內(nèi)涵,不能隨意擴大或縮小,否則會在運用公式定理去解答復(fù)雜問題時出現(xiàn)錯誤。
作為研究生，我們都十分重視專業(yè)應(yīng)用能力和實際動手能力的培養(yǎng)與提高，也非常看重扎實理論基礎(chǔ)的必要性，都認為理論學(xué)習(xí)與專業(yè)應(yīng)用能力培養(yǎng)本應(yīng)該沒有矛盾，但在有限的2年多時間內(nèi)，如何實現(xiàn)兩者的全面提高，如何平衡兩者，是我們所關(guān)注的。現(xiàn)代控制理論課程具有明顯的理論偏向性，在學(xué)習(xí)的過程中，需要我們自覺地在課題研究實踐過程中更多的運用該課程的知識。
現(xiàn)代控制理論課程報告篇五
《現(xiàn)代控制理論》學(xué)習(xí)心得
學(xué)號：211250230
姓名：李浩涌
《現(xiàn)代控制理論》學(xué)習(xí)心得
摘 要：從經(jīng)典控制論發(fā)展到現(xiàn)代控制論,是人類對控制技術(shù)認識上的一次飛躍。現(xiàn)代控制論是用狀態(tài)空間方法表示,概念抽象,不易掌握。對于《現(xiàn)代控制理論》這門課程，本人選擇了最為感興趣的幾個知識點進行分析，并談一下對于學(xué)習(xí)這么課程的一點心得體會。
現(xiàn)代控制理論；學(xué)習(xí)策略；學(xué)習(xí)方法；學(xué)習(xí)心得；
在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展中,伴隨著學(xué)科的高度分化和高度綜合,各學(xué)科之間相互交叉、相互滲透,出現(xiàn)了橫向科學(xué)。作為跨接于自然科學(xué)和社會科學(xué)的具有橫向科學(xué)特點的現(xiàn)代控制理論已成為我國理工科大學(xué)高年級的選修課和研究生的學(xué)位課。
現(xiàn)代控制理論是由經(jīng)典控制理論發(fā)展而來的，而控制理論本身作為一種方法，在機械、電氣、控制等多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，科學(xué)中涉及的大多數(shù)問題都可以用系統(tǒng)的概念來分析和處理。從經(jīng)典控制論發(fā)展到現(xiàn)代控制論,是人類對控制技術(shù)認識上的一次飛躍。經(jīng)典控制論限于處理單變量的線性定常問題,在數(shù)學(xué)上可歸結(jié)為單變量的常系數(shù)微分方程問題。現(xiàn)代控制論面向多變量控制系統(tǒng)的問題,它是以矩陣論和線性空間理論作為主要數(shù)學(xué)工具,并用計算機來實現(xiàn)。
《現(xiàn)代控制理論》是建立在狀態(tài)空間法基礎(chǔ)上的一種控制理論，是自動控制理論的一個主要組成部分。在現(xiàn)代控制理論中，對控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計主要是通過對系統(tǒng)的狀態(tài)變量的描述來進行的，基本的方法是時間域方法。現(xiàn)代控制理論比經(jīng)典控制理論所能處理的控制問題要廣泛得多，包括線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)，單變量系統(tǒng)和多變量系統(tǒng)。它所采用的方法和算法也更適合于在數(shù)字計算機上進行。現(xiàn)代控制理論還為設(shè)計和構(gòu)造具有指定的性能指標的最優(yōu)控制系統(tǒng)提供了可能性。
學(xué)習(xí)了這門課程之后，我發(fā)覺其具有很大的普適性，如微積分、線性代數(shù)一樣，是解決工程問題的工具學(xué)科。我在學(xué)習(xí)這門課程時細心研讀，但仍深感概念抽象，不易掌握，學(xué)完之后，感覺如何應(yīng)用用現(xiàn)代控制論的基本原理去解決生產(chǎn)實際問題則更困難。
一、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展過程
現(xiàn)代控制理論是在20世紀50年代中期迅速興起的空間技術(shù)的推動下發(fā)展起來的。空間技術(shù)的發(fā)展迫切要求建立新的控制原理，以解決諸如把宇宙火箭和人造衛(wèi)星用最少燃料或最短時間準確地發(fā)射到預(yù)定軌道一類的控制問題。這類控制問題十分復(fù)雜，采用經(jīng)典控制理論難以解決。1958年，蘇聯(lián)科學(xué)家л.с.龐特里亞金提出了名為極大值原理的綜合控制系統(tǒng)的新方法。在這之前,美國學(xué)者r.貝爾曼于1954年創(chuàng)立了動態(tài)規(guī)劃,并在1956年應(yīng)用于控制過程。他們的研究成果解決了空間技術(shù)中出現(xiàn)的復(fù)雜控制問題，并開拓了控制理論中最優(yōu)控制 《現(xiàn)代控制理論》學(xué)習(xí)心得
學(xué)號：211250230
姓名：李浩涌
理論這一新的領(lǐng)域。1960～1961年，美國學(xué)者r.e.卡爾曼和r.s.布什建立了卡爾曼-布什濾波理論,因而有可能有效地考慮控制問題中所存在的隨機噪聲的影響，把控制理論的研究范圍擴大，包括了更為復(fù)雜的控制問題。幾乎在同一時期內(nèi)，貝爾曼、卡爾曼等人把狀態(tài)空間法系統(tǒng)地引入控制理論中。狀態(tài)空間法對揭示和認識控制系統(tǒng)的許多重要特性具有關(guān)鍵的作用。其中能控性和能觀測性尤為重要，成為控制理論兩個最基本的概念。到60年代初，一套以狀態(tài)空間法、極大值原理、動態(tài)規(guī)劃、卡爾曼-布什濾波為基礎(chǔ)的分析和設(shè)計控制系統(tǒng)的新的原理和方法已經(jīng)確立，這標志著現(xiàn)代控制理論的形成。
二、現(xiàn)代控制理論的學(xué)科內(nèi)容
現(xiàn)代控制理論所包含的學(xué)科內(nèi)容十分廣泛,主要的方面有:線性系統(tǒng)理論、非線性系統(tǒng)理論、最優(yōu)控制理論、隨機控制理論和適應(yīng)控制理論。
線性系統(tǒng)理論
它是現(xiàn)代控制理論中最為基本和比較成熟的一個分支，著重于研究線性系統(tǒng)中狀態(tài)的控制和觀測問題，其基本的分析和綜合方法是狀態(tài)空間法。按所采用的數(shù)學(xué)工具，線性系統(tǒng)理論通常分成為三個學(xué)派：基于幾何概念和方法的幾何理論，代表人物是w.m.旺納姆;基于抽象代數(shù)方法的代數(shù)理論,代表人物是r.e.卡爾曼；基于復(fù)變量方法的頻域理論，代表人物是h.h.羅森布羅克。
非線性系統(tǒng)理論
非線性系統(tǒng)的分析和綜合理論尚不完善。研究領(lǐng)域主要還限于系統(tǒng)的運動穩(wěn)定性、雙線性系統(tǒng)的控制和觀測問題、非線性反饋問題等。更一般的非線性系統(tǒng)理論還有待建立。從70年代中期以來，由微分幾何理論得出的某些方法對分析某些類型的非線性系統(tǒng)提供了有力的理論工具。
最優(yōu)控制理論
最優(yōu)控制理論是設(shè)計最優(yōu)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，主要研究受控系統(tǒng)在指定性能指標實現(xiàn)最優(yōu)時的控制規(guī)律及其綜合方法。在最優(yōu)控制理論中，用于綜合最優(yōu)控制系統(tǒng)的主要方法有極大值原理和動態(tài)規(guī)劃。最優(yōu)控制理論的研究范圍正在不斷擴大，諸如大系統(tǒng)的最優(yōu)控制、分布參數(shù)系統(tǒng)的最優(yōu)控制等。
隨機控制理論
隨機控制理論的目標是解決隨機控制系統(tǒng)的分析和綜合問題。維納濾波理論和卡爾曼-布什濾波理論是隨機控制理論的基礎(chǔ)之一。隨機控制理論的一個主要組成部分是隨機最優(yōu)控制，這類隨機控制問題的求解有賴于動態(tài)規(guī)劃的概念和方法。
適應(yīng)控制理論
適應(yīng)控制系統(tǒng)是在模仿生物適應(yīng)能力的思想基礎(chǔ)上建立的一類可自動調(diào)整本身特性的控制系統(tǒng)。適應(yīng)控制系統(tǒng)的研究常可歸結(jié)為如下的三個基本問題：①識別受控對象的動態(tài)特性；②在識別對象的基礎(chǔ)上選擇決策；③在決策的基礎(chǔ)上做出反應(yīng)或動作。
《現(xiàn)代控制理論》學(xué)習(xí)心得
學(xué)號：211250230
姓名：李浩涌
三、現(xiàn)代控制理論的學(xué)習(xí)策略
俗話說的好，興趣是最好的老師。然而從狀態(tài)空間表達式開始，就從沒有離開過大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式和生硬的理論，這些內(nèi)容是十分生硬枯燥的，我記得自己看書的時候經(jīng)常看著看著就犯困了。那么，我們該如何才能學(xué)好現(xiàn)代控制理論這門課呢？
首先，我們必須有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。由于現(xiàn)代控制理論這門課里面有大量的數(shù)學(xué)公式和數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，沒有扎實的餓數(shù)學(xué)基礎(chǔ)顯然是學(xué)不好這門課的。只有理解數(shù)學(xué)表達式的含義之后才可能對理論有更深層次的理解。
其次，基于我們自己的專業(yè)背景，我們要結(jié)合自己所在課題組的研究項目，在學(xué)習(xí)過程中盡可能的把課堂上學(xué)習(xí)到的知識技能應(yīng)用到課題項目中來。這樣無疑可以讓我們更好地、更有目的性的學(xué)習(xí)該門課程。
最后，我們再學(xué)習(xí)過程中要注重控制工程的背景和意義，不用過于追究理論推導(dǎo)，突出現(xiàn)代控制理論中基本概念、性質(zhì)的工程含義。例如，可以利用能量的增加或衰減來分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而引出了反映系統(tǒng)能量的李雅普諾夫函數(shù)概念；通過分析影響系統(tǒng)性能的因素，歸納出系統(tǒng)的極點是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)性能的關(guān)鍵，從而提出極點配置的控制問題等。
四、現(xiàn)代控制理論的學(xué)習(xí)方法
首先，學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制理論要有選擇性。由于我們在本科期間已經(jīng)學(xué)習(xí)過了機械工程控制這門課，并且現(xiàn)代控制理論課程的課時也不多，我們有必要有選擇性的重點學(xué)習(xí)一些與我們平時科研項目相關(guān)的內(nèi)容。以自己為例，我所在實驗室主要從事的機電一體化的研發(fā)工作，控制理論是必不可少的一門基礎(chǔ)課程，在學(xué)習(xí)我較為熟悉的控制應(yīng)用案例和問題（如plc、pid控制等）時，需要從這些控制現(xiàn)象、需求的分析入手，逐漸進入到問題的物理本質(zhì)和在現(xiàn)代控制中的描述與求解方法，從而建立起機械工程中的實際控制問題與現(xiàn)代控制理論的關(guān)聯(lián)。在學(xué)習(xí)過程中，通過所提出機械控制問題的系統(tǒng)深化，揭示這些表面上獨立的理論學(xué)習(xí)內(nèi)容之間的必然聯(lián)系和規(guī)律，這樣可以幫助我們發(fā)現(xiàn)隱含在這些基本概念、方法背后的問題求解模式，從而使我們將所學(xué)知識結(jié)合到課題中的實踐去。
其次，我們要用數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)建模的方法來解決現(xiàn)代控制理論的實際問題。對現(xiàn)代控制理論來說,首先遇到的問題是將實際系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)模型,有了數(shù)學(xué)模型,才能有效地去研究系統(tǒng)的各個方面。許多機電系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、管理系統(tǒng)常可近似概括為線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)和力學(xué)中質(zhì)點系統(tǒng)一樣,是一個理想模型,理想模型是研究復(fù)雜事物的主要方法,是對客觀事物及其變化過程的一種近似反映。現(xiàn)代控制論從自然和社會現(xiàn)象中抽象出的理想模型,用狀態(tài)空間方法表示,再作理論上的探討。
最后，在學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制理論這門課時，我們要沿著邏輯思路,逐步深入理解,而不是僅僅注重思維的結(jié)果，在學(xué)習(xí)中還不斷提出“疑團”,然后去尋求解答。比如,一些定理的逆命題 《現(xiàn)代控制理論》學(xué)習(xí)心得
學(xué)號：211250230
姓名：李浩涌
是否成立? 成立就證明,否則舉反例。若不成立,則加什么條件可使之成立。有些定理只說“存在”,是否“唯一”等等。從而使讀者的思維不致被書本禁錮起來,不僅能學(xué)習(xí)真理,力爭要發(fā)展真理。從而,逐步熟悉和掌握一定的學(xué)習(xí)方法,也就是在實踐中學(xué)習(xí)方法論。這一點我們研究生來說是非常重要的。
五、現(xiàn)代控制理論的學(xué)習(xí)心得
時間過得很快，轉(zhuǎn)眼之間秋學(xué)期快要結(jié)束了，而我們對于現(xiàn)代控制理論這門課程的學(xué)習(xí)也接近了尾聲。在學(xué)習(xí)這門課的過程當(dāng)中，我感覺需要深入理解教材中所說的應(yīng)用條件的限制,不能不考慮條件,生搬硬套地去運用理論。只有對基本概念、基本原理真正了解了,掌握住各個概念所處的位置和它們之間的區(qū)別,才能把它們真正納入自己的知識結(jié)構(gòu)中來。在人一生的學(xué)習(xí)中,必須逐步培養(yǎng)一種正確的學(xué)習(xí)方法,才能通過自己的深入體會,加深對教材的真正理解。特別是概念的外延和內(nèi)涵,不能隨意擴大或縮小,否則會在運用公式定理去解答復(fù)雜問題時出現(xiàn)錯誤。
作為研究生，我們都十分重視專業(yè)應(yīng)用能力和實際動手能力的培養(yǎng)與提高，也非常看重扎實理論基礎(chǔ)的必要性，都認為理論學(xué)習(xí)與專業(yè)應(yīng)用能力培養(yǎng)本應(yīng)該沒有矛盾，但在有限的2年多時間內(nèi)，如何實現(xiàn)兩者的全面提高，如何平衡兩者，是我們所關(guān)注的。現(xiàn)代控制理論課程具有明顯的理論偏向性，在學(xué)習(xí)的過程中，需要我們自覺地在課題研究實踐過程中更多的運用該課程的知識。