現(xiàn)代控制理論課程教學大綱

現(xiàn)代控制理論課程教學大綱課程編號：09171260課程名稱：現(xiàn)代控制理論（TheoryofModernControl）學時：48學時學分：3.5學時適用專業(yè)：自動化開課學期：第五學期開課部門：物理科學與工程技術學院先修課程：高等數(shù)學、線性代數(shù)、復變函數(shù)、電路、模擬電路、數(shù)字電路、電機與電力拖動、自動控制原理考核要求：考查使用教材及主要參考書：劉豹唐萬生主編，《現(xiàn)代控制理論》，第3版，機械工業(yè)出版社，2007年胡壽松主編，《自動控制原理》，科學出版社，2007年王詩宓主編，《自動控制理論例題習題集》，清華出版社，2006年梅曉榕主編,《自動控制原理學習與考研指導》,科學出版社,2006年一、課程的性質(zhì)和任務本課程介紹現(xiàn)代控制系統(tǒng)的基本理論和控制系統(tǒng)分析與設計的主要方法，包括線性控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析法和系統(tǒng)的實現(xiàn)問題研究，控制系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式的解，線性控制系統(tǒng)的能控性和能觀性，穩(wěn)定性與李雅普諾夫方法，線性定常系統(tǒng)的綜合，最優(yōu)控制等。二、教學目的與要求通過教學，讓學生掌握狀態(tài)空間分析的方法，對系統(tǒng)的能控性和能觀性，穩(wěn)定性與李雅普諾夫方法，線性定常系統(tǒng)的綜合，最優(yōu)控制等知識有一定的了解。通過系統(tǒng)的實驗研究，對現(xiàn)代控制理論的實踐性能有較深的認識。三、學時分配章節(jié)課程內(nèi)容學時1緒論22控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式63控制系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式的解84線性控制系統(tǒng)的能控性和能觀性85穩(wěn)定性與李雅普諾夫方法86線性定常系統(tǒng)的綜合87最優(yōu)控制8四、教學中應注意的問題積極提倡在教學中采用CAI、CAD、多媒體等多種現(xiàn)代教學手段，以提高課時效率和增強課堂效果。教學中應注重培養(yǎng)學生的素質(zhì)和創(chuàng)新能力。五、教學內(nèi)容第一章緒論1.基本內(nèi)容：本章主要介紹控制理論的性質(zhì)，控制理論的發(fā)展，控制理論的應用，控制一個動態(tài)系統(tǒng)的幾個基本步驟。2.教學基本要求：通過教學讓學生掌握現(xiàn)代控制理論研究的對象和研究的方法，了解現(xiàn)代控制理論的發(fā)展歷程和應用場合，在此基礎上，對控制系統(tǒng)的建模和系統(tǒng)辨識、信號處理、控制的綜合等知識有一定認知。3.教學重點難點：控制一個動態(tài)系統(tǒng)的幾個基本步驟。4.教學建議：從實際出發(fā)，多介紹一些實例，讓學生對現(xiàn)代控制理論有一定的了解。第二章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式1.基本內(nèi)容：本章主要介紹狀態(tài)變量及狀態(tài)空間表達式，狀態(tài)變量及狀態(tài)空間表達式的模擬結構圖，狀態(tài)變量及狀態(tài)空間表達式的建立，狀態(tài)矢量的線性變換，從狀態(tài)空間表達式求傳遞函數(shù)陣，離散時間系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式，時變系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式等。2.教學基本要求：通過教學讓學生掌握狀態(tài)變量及狀態(tài)空間表達式，狀態(tài)變量及狀態(tài)空間表達式的模擬結構圖，狀態(tài)變量及狀態(tài)空間表達式的建立，狀態(tài)矢量的線性變換，從狀態(tài)空間表達式求傳遞函數(shù)陣，離散時間系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式，時變系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式等。3.教學重點難點：狀態(tài)空間表達式的建立和狀態(tài)矢量的線性變換。4.教學建議：從實際出發(fā)，多介紹一些實例，讓學生對狀態(tài)空間表達式的建立和狀態(tài)矢量的線性變換有一定的了解。第三章控制系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式的解1.基本內(nèi)容：本章主要介紹線性定常齊次狀態(tài)方程的解，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，線性定常系統(tǒng)非齊次方程的解，線性時變系統(tǒng)的解，離散時間系統(tǒng)狀態(tài)方程的解，連續(xù)時間狀態(tài)空間表達式的離散化等。2.教學基本要求：通過教學讓學生掌握線性定常齊次狀態(tài)方程的解，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，線性定常系統(tǒng)非齊次方程的解，線性時變系統(tǒng)的解，離散時間系統(tǒng)狀態(tài)方程的解，對連續(xù)時間狀態(tài)空間表達式的離散化等知識有所了解。3.教學重點難點：狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的求取。4.教學建議：從實際出發(fā)，多介紹一些實例，讓學生對狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的求取有一定的了解。第四章線性控制系統(tǒng)的能控性和能觀性1.基本內(nèi)容：本章主要介紹能控性的定義，線性定常系統(tǒng)的能控性判別，線性連續(xù)定常系統(tǒng)的能觀性，離散時間系統(tǒng)的能控性與能觀性，時變系統(tǒng)的能控性與能觀性，能控性與能觀性的對偶關系，狀態(tài)空間表達式的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(shù)陣的實現(xiàn)問題，傳遞函數(shù)中零極點對消與狀態(tài)能控性和能觀性之間的關系。2.教學基本要求：通過教學讓學生掌握能控性和能觀性的判別方法，狀態(tài)空間表達式的能控標準型與能觀標準型，傳遞函數(shù)陣的實現(xiàn)問題。3.教學重點難點：狀態(tài)空間表達式的能控標準型與能觀標準型，傳遞函數(shù)陣的實現(xiàn)。4.教學建議：從實際出發(fā)，多介紹一些實例，讓學生對能控性和能觀性有一定的了解。第五章穩(wěn)定性與李雅普諾夫方法1.基本內(nèi)容：本章主要介紹李雅普諾夫關于穩(wěn)定性的定義，李雅普諾夫第一、二法，李雅普諾夫方法在線性系統(tǒng)中的應用，李雅普諾夫方法在非線性系統(tǒng)中的應用等。2.教學基本要求：通過教學讓學生掌握李雅普諾夫方法在線性系統(tǒng)中的應用。3.教學重點難點：李雅普諾夫方法的應用。4.教學建議：從實際出發(fā)，多介紹一些實例，讓學生對李雅普諾夫方法的應用有一定的了解。第六章線性定常系統(tǒng)的綜合1.基本內(nèi)容：本章主要介紹線性反饋控制系統(tǒng)的基本結構及其特性，極點的配置問題，系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題，系統(tǒng)的解耦問題，狀態(tài)觀測器，利用狀態(tài)觀測器實現(xiàn)狀態(tài)反饋的系統(tǒng)等。2.教學基本要求：通過教學讓學生掌握三種反饋控制的原理及其應用，在些基礎上對系統(tǒng)的鎮(zhèn)定、解耦等問題有一定認知，對狀態(tài)觀測器的設置及利用狀態(tài)觀測器實現(xiàn)狀態(tài)反饋的系統(tǒng)等問題有較深的認識。3.教學重點難點：全維觀測器和降維觀測器。4.教學建議：從實際出發(fā)，多介紹一些實例，讓學生對線性定常系統(tǒng)的綜合有一定的了解。第七章最優(yōu)控制1.基本內(nèi)容：本章主要介紹研究最優(yōu)控制的前提條件，靜態(tài)最優(yōu)化問題的解，離散時間系統(tǒng)的最優(yōu)控制，離散時間系統(tǒng)最優(yōu)控制的離散化處理，變分法，極小值原理，Bang-Bang控制，雙積分系統(tǒng)的時間最優(yōu)控制，動態(tài)規(guī)劃，線性二次型最優(yōu)控制問題，線性二次型次優(yōu)控制