《現(xiàn)代控制理論》教學(xué)大綱

1、PAGE PAGE 3現(xiàn)代控制理論課程教學(xué)大綱課程的基本信息適應(yīng)對象：本科，自動化專業(yè)課程代碼： 21E00315學(xué)時分配：42學(xué)時（理論學(xué)時38，實驗學(xué)時4）賦予學(xué)分：2先修課程：線性代數(shù)、信號與系統(tǒng)、自動控制原理后續(xù)課程：計算機控制技術(shù)課程性質(zhì)與任務(wù)本課程是以時域法，特別是以狀態(tài)空間法為主，研究系統(tǒng)狀態(tài)的運動規(guī)律，并按所要求的各種指標(biāo)最優(yōu)為目標(biāo)來改變這種運動規(guī)律。教學(xué)目的與要求目的：學(xué)習(xí)這門課程的目的在于掌握現(xiàn)代控制理論和基本方法，以便進行系統(tǒng)分析和設(shè)計，同時為進一步學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程打下較扎實的基礎(chǔ)。要求：通過學(xué)習(xí)本課程要求掌握有關(guān)基本理論，初步培養(yǎng)進行系統(tǒng)分析以及系統(tǒng)設(shè)計的能力，為進一步

2、從事有關(guān)方面的學(xué)習(xí)及研究工作奠定基礎(chǔ)。掌握狀態(tài)空間法的基本理論與基本方法；掌握系統(tǒng)分析的方法以及為了獲得希望的系統(tǒng)瞬態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能的設(shè)計方法；掌握狀態(tài)反饋系統(tǒng)極點配置的內(nèi)容，以及實現(xiàn)漸近跟蹤與干擾抑制的設(shè)計方法。教學(xué)內(nèi)容與安排控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（8學(xué)時）狀態(tài)空間表達式微分方程求狀態(tài)空間表達式傳遞函數(shù)矩陣離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述線性變換教學(xué)內(nèi)容：狀態(tài)空間法的基本概念，狀態(tài)空間法的表示方法，傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間結(jié)構(gòu)圖以及微分方程狀態(tài)空間法之間的轉(zhuǎn)換；教學(xué)重點和難點：利用結(jié)構(gòu)圖或者數(shù)學(xué)模型求解狀態(tài)空間法表達式；基本要求：熟練掌握狀態(tài)空間法的概念以及與微分方程、傳遞函數(shù)等之間的轉(zhuǎn)換方法；培養(yǎng)能力：學(xué)生能夠掌

3、握建立狀態(tài)空間表達式的基本方法；第2章線性控制系統(tǒng)的運動分析（8學(xué)時）1線性定常系統(tǒng)齊次狀態(tài)方程的解2狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣3線性定常系統(tǒng)非齊次狀態(tài)的解4線性時變系統(tǒng)的運動分析5線性連續(xù)系統(tǒng)方程的離散化6線性離散系統(tǒng)的運動分析教學(xué)內(nèi)容：線性定常系統(tǒng)齊次方程解的形式以及求解方法，線性時變系統(tǒng)的運動分析，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的基本概念以及求解方法，線性系統(tǒng)的離散化方法以及運動分析；教學(xué)重點和難點：狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的反拉氏變換求解；基本要求：了解線性定常系統(tǒng)齊次方程以及非齊次方程解的形式以及狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的求解方法；培養(yǎng)能力：學(xué)生能夠利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣來分析線性定常系統(tǒng)解的特點；第3章控制系統(tǒng)的能控性和能觀測性（10學(xué)時）1

4、能控性及其判據(jù)2能觀測性及其判據(jù)3離散系統(tǒng)的能控性和能觀測性4對偶原理5能控標(biāo)準(zhǔn)形和能觀測標(biāo)準(zhǔn)形能控性、能觀測性與傳遞函數(shù)關(guān)系系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解教學(xué)內(nèi)容：線性定常系統(tǒng)能控的基本概念、判據(jù)，線性定常系統(tǒng)能觀測的基本概念、判據(jù)，離散系統(tǒng)能控的基本概念、判據(jù)，離散系統(tǒng)能控的基本概念、判據(jù)，線性定常系統(tǒng)能控和能觀標(biāo)準(zhǔn)型以及求解方法，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解的概念以及分解方法；教學(xué)重點和難點：線性定常系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解；基本要求：熟練掌握線性定常系統(tǒng)能控和能觀的定義和判別方法，離散系統(tǒng)能控和能觀的判別方法；培養(yǎng)能力：學(xué)生能夠利用能控和能觀的概念和求解方法去進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解；第4章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性（8學(xué)時）1李亞莆諾夫意義下穩(wěn)

5、定性定義2李亞莆諾夫第一法3李亞莆諾夫第二法4線性連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性5線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性6有界輸入和有界輸出穩(wěn)定教學(xué)內(nèi)容：李亞莆諾夫意義下穩(wěn)定性的基本概念，李亞莆諾夫第一方法和第二方法的應(yīng)用條件，線性定常系統(tǒng)和離散系統(tǒng)穩(wěn)定的判別方法；教學(xué)重點和難點：李亞莆諾夫第一方法和第二方法對系統(tǒng)穩(wěn)定性的設(shè)計方法；基本要求：熟練李亞莆諾夫第一方法和第二方法對于穩(wěn)定性的定義；培養(yǎng)能力：學(xué)生能夠利用李亞莆諾夫第二方法比如能量函數(shù)對所有系統(tǒng)進行穩(wěn)定性的判斷；第5章線性定常系統(tǒng)的綜合（8學(xué)時）1狀態(tài)反饋和輸出反饋2狀態(tài)反饋系統(tǒng)的能控性和能觀測性3極點配置和鎮(zhèn)定問題4狀態(tài)重構(gòu)和狀態(tài)觀測器器5降階狀態(tài)觀測器6帶狀態(tài)

6、觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)7解耦問題教學(xué)內(nèi)容：線性定常系統(tǒng)極點配置的定義以及設(shè)計方法，線性定常系統(tǒng)狀態(tài)觀測器的定義以及設(shè)計方法，降階觀測器的定義以及求解方法； 教學(xué)重點和難點：帶狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)的設(shè)計方法；基本要求：掌握線性定常系統(tǒng)極點配置以及狀態(tài)觀測器的設(shè)計方法；培養(yǎng)能力：學(xué)生能夠利用極點配置和觀測器分析復(fù)雜系統(tǒng)，改善系統(tǒng)性能；實驗部分：（4學(xué)時）1控制系統(tǒng)極點的任意配置2狀態(tài)觀測器及其應(yīng)用教學(xué)設(shè)備和措施多媒體教室多媒體教學(xué)課件計算機/MATLAB仿真軟件課程考核與評估課程結(jié)業(yè)考試采用開卷考試，考試成績占總成績的60實驗成績占總成績的20平時成績占總成績的20附錄教學(xué)參考文獻目錄1、現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)，程鵬主編，北京航空航天大學(xué)