现代控制理论大纲(新)

《现代控制理论》课程教学大纲

一、课程基本信息

课程代码：JD2012

课程名称：现代控制理论

课程性质：必修课

课程类别：大类学科基础与专业基础课程

适用专业：工科专业

总学时：32 学时

总学分： 2 学分

先修课程：高等数学线性代数复变函数积分变换电路电子技术基础（模拟）自动控制元件自动控制原理

后续课程：计算机控制技术调速系统过程控制及仪表

课程简介：

现代控制理论是以状态空间法为基础，研究多输入多输出、时变参数结构、非线性、高精度、高性能控制系统的分析与设计的理论。该课程的目的是使学生熟悉控制系统的状态空间分析方法，掌握线性控制系统的状态可控性、可测性和李亚普诺夫稳定性理论，掌握状态反馈和状态观测器的设计方法，并能对线性控制系统的运动行为进行分析，并在此基础上了解基本的最优控制方法等。通过本课程的学习，培养学生利用现代控制理论和计算机技术解决控制系统的分析和综合问题，为工业控制系统开发与设计奠定理论基础。

选用教材：

王孝武.现代控制理论基础 [M].北京：机械工业出版社，2007；

参考书目：

[1] 郑大钟.线性系统理论[M].北京：清华大学出版社,2007

[2] 王照林. 现代控制理论基础 [M].北京：国防工业出版社,1981

[3]薛定宇.基于MATLAB/simulink的系统仿真技术与应用[M].北京：清华大学出版社,2002

二、课程总目标

通过本课程学习，使学生做到各章概念融会贯通，解题方法灵活运用，分析解决实际问题。从宏观角度把握课程的体系结构，建立起现代控制理论的基本框架。主要培养学生以下三个方面的能力：分析建模能力：根据系统的工作原理或实验数据，建立合理的数学模型；认知和理解能力：理解与掌握能控性、能观测性与系统设计的关系，系统矩阵与稳定性的关系，输出反馈与状态反馈的关系；设计实施能力：根据系统的不可变部分及给出的综合性性能指标，设计出满足控制系统要求的状态反馈矩阵，并画出模拟电路图。

三、课程教学内容与基本要求

1、教学内容：

（1）控制系统的数学模型

状态空间表达式,由微分方程求状态空间表达式,传递函数矩阵,离散系统的数学描述,

状态空间表达式的线性变换及其特性,组合系统的数学描述

（2）线性控制系统的运动分析

线性定常齐次状态方程的解及状态转移矩阵, 线性定常非齐次状态方程的解, 线性时变系统状态方程的解

（3）线性控制系统的能控性和能观测性

线性连续定常系统的能控性, 线性连续定常系统的能观测性, 离散系统的能控性和能观测性, 对偶原理, 能控和能观测标准型, 线性系统的结构分解, 传递函数阵和能控（观测）性的关系。

（4）控制系统的李亚普诺夫稳定性分析

李亚普诺夫稳定性定义, 李亚普诺夫稳定性判据第二法, 线性连续系统的稳定性, 线性定常离散系统的稳定性

（5）线性定常系统的综合

状态反馈和输出反馈,状态反馈系统的能控性和能观测性, 极点配置, 状态重构和状态观测器, 降阶状态观测器, 带状态观测器的状态反馈系统

2、基本要求：

（1）控制系统的数学模型：根据系统的工作原理或实验数据，建立合理的状态空间表达式；掌握传递函数矩阵求法,熟悉离散系统、组合系统的数学描述；掌握状态空间表达式的线性变换及其特性。

重点：状态空间表达式的线性变换及其特性

难点：建立合理的状态空间表达式

（2）线性控制系统的运动分析：掌握状态转移矩阵的概念及求法，会求线性定常非齐次状态方程的解, 了解线性时变系统状态方程的解。

重点：状态转移矩阵的概念及求法

难点：状态转移矩阵的几种求法

（3）线性控制系统的能控性和能观测性：掌握线性连续定常系统的能控性、能观测性的概念及求解方法,对比学习离散系统的能控性和能观测性；会求线性连续定常系统的能控和能观测标准型；熟悉对偶原理，线性系统的结构分解, 传递函数阵和能控（观测）性的关系。

重点：能控性、能观测性的概念及求解方法，系统的能控和能观测标准型

难点：能控性、能观测性的概念，线性系统的结构分解

（4）控制系统的李亚普诺夫稳定性分析：理解李亚普诺夫稳定性定义, 掌握并熟练运用李亚普诺夫稳定性判据第二法判定系统稳定性；掌握线性连续系统的稳定性,了解线性定常离散系统的稳定性。

重点：李亚普诺夫稳定性判据第二法

难点：李亚普诺夫稳定性判据第二法

（5）线性定常系统的综合：了解状态反馈和输出反馈的概念及状态反馈系统的能控性和能观测性；掌握极点配置, 状态重构和状态观测器的设计方法,；了解降阶状态观测器, 带状态观测器的状态反馈系统的设计方法。

重点：状态反馈，极点配置。

难点：实现状态反馈的条件，观测器。

3、学时分配

《现代控制理论》课程总学时：32 其中讲授学时：32 实验(上机)学时：0

建议学时分配表如下：

四、考核方式

学生成绩构成：平时成绩（20%）+出勤考核（10%）+期末成绩（70%）

平时成绩：作业5次，每次4分

出勤考核：出勤点名10次，每次1分

期末成绩：闭卷笔试70分

执笔人：刘艳丽

审定人：