《現代控制理論》課程教學大綱

《現代控制理論》課程教學大綱一、課程基本信息課程中文名稱現代控制理論課程英文名稱ModernControlTheory課程編號33142207課程模塊￡思想政治理論課￡通識教育課￡專業(yè)基礎課R專業(yè)課課程性質R必修￡限選￡專業(yè)任選￡任選總學時32講授學時24實驗（專題輔導）學時8總學分2開課單位電子與信息工程學院開課系（室）自動化系授課對象大四本科生適用專業(yè)自動化專業(yè)二、課程簡介和教學目標1．課程簡介本課程是自動化專業(yè)非常重要的一門專業(yè)課。課程主要內容有：系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式的建立；狀態(tài)方程的求解；系統(tǒng)的能控性和能觀性，包括系統(tǒng)能控性和能觀性的判別，能控標準型與能觀標準型，線性系統(tǒng)的結構分解，傳遞函數矩陣的實現；李亞普諾夫方法原理及用李亞普諾夫方法分析線性定常、線性時變及非線性系統(tǒng)；控制系統(tǒng)的綜合，包括反饋的各種類型，用狀態(tài)反饋進行極點配置，用狀態(tài)觀測器實現狀態(tài)反饋等。通過本課程學習，學生總體上掌握現代控制理論的基本理論和基本方法，以便進行系統(tǒng)分析和綜合；同時，為進一步學習更深入的現代控制理論打下基礎。用有效和簡單可行的方法導出主要結果，得到有關系統(tǒng)分析和綜合的方法；具備辯證思維能力，對今后進一步學習更專業(yè)的控制理論技術起到輻射的作用。2.教學目標教學目標1：掌握現代控制理論的基本原理和基本方法；教學目標2：培養(yǎng)分析線性系統(tǒng)的能力；教學目標3：培養(yǎng)控制系統(tǒng)綜合的能力；教學目標4：能夠堅守客觀、公正、誠信的原則；尊重他人，具有良好的合作態(tài)度與協(xié)作精神；主動積極的工作態(tài)度，持續(xù)鉆研以提高專業(yè)素養(yǎng)。教學目標5（課程思政）：引導學生樹立正確的人生觀、世界觀和價值觀，增強學生實業(yè)報國的理想信念。教學目標與畢業(yè)要求指標點的支撐關系教學目標支撐畢業(yè)要求對應指標點教學目標11.工程知識掌握本專業(yè)所需的數學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識，能夠用于解決自動化領域的一般工程和復雜工程問題。教學目標22.問題分析具備在自動化領域提出問題、分析問題和解決問題的工程實踐能力，能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、分析自動化相關領域的工程問題，以獲得有效結論。3.設計/開發(fā)解決方案樹立全面的系統(tǒng)觀念，具備較強的自動化及相關系統(tǒng)的設計、開發(fā)和應用的基本能力，能夠設計針對自動化相關領域控制工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）、流程或算法，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。教學目標34．研究能夠基于科學原理并采用科學方法對自動化控制工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數據、并通過信息綜合得到合理有效的結論。具有開展學科相關的科學研究、知識或技術創(chuàng)新的基本能力。5.2能夠選擇與使用恰當的儀器、信息資源、工程工具和專業(yè)模擬軟件，對自動化相關領域的工程問題進行分析、計算與設計；能夠針對具體的對象，開發(fā)或選用滿足特定需求的現代工具，模擬和預測專業(yè)問題，并能夠分析其局限性。教學目標48.2理解誠實公正、誠信守則的工程職業(yè)道德和規(guī)范，并能在工程實踐中自覺遵守；理解工程師對公眾的安全、健康和福祉，以及環(huán)境保護的社會責任，能夠在工程實踐中自覺履行責任。9．個人和團隊具有良好的獨立工作能力、團隊合作能力和組織管理協(xié)作能力，能夠在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色。10．溝通能夠就復雜的自動化控制工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令。并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。12．終身學習具有跟蹤和發(fā)展自動化及相關領域新理論、新知識和新技術的能力，具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應發(fā)展的能力。教學目標53.2能夠針對特定需求，完成單元（部件）的設計；能夠進行系統(tǒng)或工藝流程設計，在設計中體現創(chuàng)新意識，并在設計中能夠考慮安全、健康、法律、文化及環(huán)境等制約因素。8.1有正確的價值觀，理解個人與社會的關系，了解中國國情。三、理論教學表1理論教學安排序號章節(jié)（學時）學習內容（含重點、難點）教學方法、手段支撐教學目標其他1第一章控制系統(tǒng)的數學模型（4）1、狀態(tài)空間表達式（）

2、狀態(tài)變量的選取（）

3、由微分方程求狀態(tài)空間表達式（）（）

4、傳遞函數矩陣（）

5、線性變換（）

6、組合系統(tǒng)的數學描述以多媒體為主，輔以黑板教學，仿真演示。啟發(fā)式教學和課堂討論相結合1，22第二章線性控制系統(tǒng)的運動分析（6）1、線性定常系統(tǒng)齊次狀態(tài)方程的解（）

2、狀態(tài)轉移矩陣（）（）

3、狀態(tài)轉移矩陣的基本性質

4、狀態(tài)轉移矩陣的求法（）

5、線性定常系統(tǒng)非齊次狀態(tài)方程的解（）

6、線性系統(tǒng)的脈沖響應矩陣以多媒體為主，輔以黑板教學，仿真演示。啟發(fā)式教學和課堂討論相結合1，23第三章控制系統(tǒng)的能控性和能觀測性（6）1、線性定常系統(tǒng)的能控性及其判據（）

2、線性定常系統(tǒng)的能觀測性及其判據（）

3、對偶原理（）

4、能控標準形和能觀測標準形（）

5、能控性、能觀測性與傳遞函數關系（）

6、系統(tǒng)的結構分解（）以多媒體為主，輔以黑板教學，仿真演示。啟發(fā)式教學和課堂討論相結合1，2，34第四章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性（4）能控性及其判據李雅普諾夫意義下穩(wěn)定性的定義（）

2、李雅普諾夫第二法（）3、線性連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（）

4、有界輸入輸出穩(wěn)定（）以多媒體為主，輔以黑板教學，仿真演示。啟發(fā)式教學和課堂討論相結合2，3，45第五章線性定常系統(tǒng)的綜合（4）1、狀態(tài)反饋和輸出反饋（）

2、反饋系統(tǒng)的能控性和能觀測性（）

3、極點配置問題（）4、鎮(zhèn)定問題（）

5、狀態(tài)重構和狀態(tài)觀測器（）

6、帶有觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)（）以多媒體為主，輔以黑板教學，仿真演示。啟發(fā)式教學和課堂討論相結合1，2，3，4，5四、實驗教學表2實驗教學安排序號實驗項目名稱（學時）實驗內容實驗類型支撐教學目標其他1求狀態(tài)方程的解在MATLAB中求解線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解及其狀態(tài)轉移矩陣驗證性1，42判斷系統(tǒng)的能控性和能觀測性在MATLAB中判斷線性定常系統(tǒng)的能控性和能觀測性驗證性2，43配置系統(tǒng)極點通過狀態(tài)反饋配置系統(tǒng)極點為要求值設計性1，2，3，44建立系統(tǒng)狀態(tài)觀測器根據實驗所要求配置系統(tǒng)的狀態(tài)觀測器設計性1，2，3，4五、考核與成績評定方法表3課程考核及評價細則成績組成考核/評價環(huán)節(jié)分值考核/評價細則支撐教學目標平時成績出勤率10根據學生平時上課的出勤率，視其對課程學習的態(tài)度及積極程度，按10%計入課程總成績。1、2、3，4、5課堂練習及討論10根據學生平時上課的課堂表現及互動情況，按10%計入課程總成績。1、2、3、4、5課后練習10根據學生課后作業(yè)完成情況視其對課程學習的態(tài)度及積極程度，按10%計入課程總成績。1、2、3，4實驗環(huán)節(jié)10根據學生實驗完成情況，分等級，按10%計入課程總成績。1、2、3、4考試成績考試的卷面成績60根據學生卷面大題完成情況，按60%計入課程總成績。1、2、3，4六、建議教材及相關教學資源[1]