英文版：SIAM出版社，Linear Feedback Control, Analysis and Design with MATLAB，2007， TWM Research 2008控制学科推荐参考书
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控制系统计算机辅助设计－MATLAB语言与应用
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课程内容
第一章 控制系统计算机辅助设计概述 第二章 MATLAB 语言程序设计基础 第三章 线性控制系统的数学模型 第四章 线性控制系统的计算机辅助分析 第五章 Simulink 在系统仿真中的应用 第六章 控制系统计算机辅助设计 第七章 鲁棒控制与鲁棒控制器设计 第八章 自适应与智能控制系统设计 第九章 半实物仿真与实时控制
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我国较有影响的控制系统仿真与计算机辅助设计 成果是中科院系统科学研究所韩京清研究员等主 持的国家自然科学基金重大项目开发的CADCSC 软件。 清华大学孙增圻、袁曾任教授的著作和程序。

《控制系统计算机辅助设计》清华大学出版社1988
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为什么选择MATLAB？


MATLAB 已经成为事实上的科学运算、仿 真和CACSD的标准语言 主要精力集中在控制系统理论和方法上， 而不是将主要精力花费在没有太大价值的 底层重复性机械性劳动上 对问题有整体了解，避免“只见树木，不 见森林”的认识偏差 提高控制器设计的效率和可靠性 子曰:“工欲善其事，必先利其器”
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“现代”控制理论的三个代表
前苏联学者Pontryagin(1956)极大值原理 美国学者Bellman的动态规划(1957年) 美国学者Kalman的状态空间分析技术(1960年)


线性二次型最优调节器(Kalman 1959)、最优 状态观测器(Kalman 1960)及LQG控制器
20世纪70年代：
1973年美国学者 Melsa 教授和 Jones 博士出版了一

本专著，书中给出了许多当时流行的控制系统计算 机辅助分析与设计的源程序,包括求取系统的根轨迹、 频域响应、时间响应、以及各种控制系统设计的子 程序如：Luenberger 观测器、Kalman 滤波等。 瑞典 Lund 工学院教授 主持开发的一套 交互式 CACSD 软件 INTRAC 日本的古田胜久 (Katsuhisa Furuta) 教授主持开发的 DPACS-F 软件等。


早期的控制系统设计可以由纸笔等工具容易地计 算出来，如 Ziegler 与 Nichols 于1942年提出的 PID 经验公式就可以十分容易地设计出来。 随着控制理论的迅速发展，光利用纸笔以及计算 器等简单的运算工具难以达到预期的效果，加之 在计算机领域取得了迅速的发展，于是很自然地 出现了控制系统的计算机辅助设计 (computer-aided control system design , CACSD)方法。
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多变量控制

英国学派
HH Rosenbrock 的逆 Nyquist 阵列 UMIST ALG MacFarlane 特征轨迹法 Cambridge David Mayne，序贯回路闭合方法，Imperial David Owens，并矢方法 Sheffield


以色列学者 Horowitz 的 QFT （Quatitative Feedback Theory）
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鲁棒控制
LQG/LTR 基于范数的鲁棒控制 （Zames, 1980, Doyle et al, 1992）

H2鲁棒控制 Hinf鲁棒控制、最优控制



线性矩阵不等式 （LMI）最优化方法 分数阶控制 (fractional order control) 区间控制 (interval control)
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控制理论的发展简述




基于微分方程及其稳定性的理论研究 Harris于1942年提出的传递函数的概念首先将 通信学科的频域技术移植到了控制领域，构 成了控制系统频域法理论研究的基础 系统的频域分析技术是在Nyquist (1932年)、 Bode (1945年)等早期的关于通信学科的频域 研究工作的基础上建立起来的 Evens在1946年提出的线性反馈系统的根轨迹 分析技术是那个时代的另一个里程碑
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国际上控制系统计算机辅助设计软件的发 展大致分为几个阶段：软件包阶段、交互 式语言阶段及当前的面向对象的程序环境 阶段
这些软件包大都是由 FORTRAN 语言编写的源 程序组成的，给使用者提供了较好的接口，但 和 MATLAB 相比，调用方法和使用明显显得麻 烦、不便。 此外，以前 FORTRAN 语言绘图并不是轻而易 举的事情，这就需要再调用相应的软件包来做 进一步处理。

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20世纪70年代末期和80年代初期出现了很
多实用的具有良好人机交互功能的软件， 如：MATLAB、前面提及的 INTRAC和 CTRL-C 等。
正因为存在多种多样的 CACSD 软件，而
它们之间又各有所长，所以在 CACSD 技 术的发展过程中曾有过几次将若干常用软 件集成在一起的尝试。
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自适应控制



美国MIT模型参考自适应 系统模型辨识 瑞典学者Karl Astrom的自校正控制器 英国学者Peter Gauthroup 英国学者Wellstead 英国学者David Clarke的广义预测控制器
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控制学科的前景
控制将是21
世纪的物理学 (Control will be the physics of the 21st century)
国际著名学者、哈佛大学的何毓琦(Larry Yu-Chi Ho) 教授 John Doyle 教授，在第40届IEEE 决策与控制年 会(CDC) 全会开篇报告
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MAD 过程


Mad ＝modelling，analysis，design 重复mad过程，设计出控制器
系统建模 系统分析
系统设计
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1.2 CACSD环境综述

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Routh (1874) 和 Hurwitz (1895) 等人的稳定性 研究成果 控制器的设计问题是由Minorsky在1922 开始 研究的，其研究成果可以看成是现在广泛 应用的PID控制器的前身。 1942年，Ziegler与Nichols提出了调节PID控 制器参数的方法，其方法对当今的PID控制 器整定仍有影响。 要求的提高：鲁棒控制器设计、智能控制 器设计，……等
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现代控制理论的发展

状态控制理论
状态空间理论（1960’s-1980’s） 自适应控制 多变量系统频域分析 鲁棒控制 智能控制 。。。。。。众多其他分支


状态空间理论现在不宜称为“现代控制理 论”
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模糊逻辑与模糊逻辑控制 专家系统 神经网络控制 预测控制 自学习控制，迭代自学习算法 无模型控制器 自整定PID控制器
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1.1 控制系统计算机辅助设计 技术的发展综述

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控制学科的发展

“控制”一词应用广泛，本课：工业控制、反馈控 制 自动控制系统的早期应用可以追溯到两千多年前 古埃及水钟控制与中国汉代指南车控制 1788年英国科学家James Watt为内燃机设计的飞锤 调速器（flyball governor）可以认为是最早的反馈 控制系统的工程应用 由于调速器出现振荡现象，所以出现了Maxwell对 微分方程系统稳定性的理论研究(1868)
国家级精品课程
控制系统仿真与CAD
薛定宇 东北大学信息学院
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本课程教材
薛定宇著 控制系统计算机辅助设计--- MATLAB语言与应 用，北京：清华大学出版社， 2006
国家级精品课程教材 国家级精品教材 国家级十一五规划教材 教育部自动化专业教指委规划教材
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英国UMIST的ECSTASY项目：集成MATLAB， Framemaker，ACSL, Mathematica，LaTeX等 诸多软件。依作者之见，这些集成出来的软 件并不是很成功的，因为它们并没有达到预 期的效果。 事实上，从那以后每个软件的功能都有了明 显的改善，MATLAB 语言有了自己的仿真功 能，Simulink 从某种意义上来讲其功能和接 口更优于ACSL , MATLAB 和 Mathematica 之 间也有了较好的接口，它们的优势可以得到 充分地互补。