《现代控制理论》教学大纲.doc

PAGE 4 PAGE 3 《现代控制理论》教学大纲 课程中文名称：现代控制理论 课程代码：34541 课程英文名称：Theory of Modern Control 课程类别与性质：专业选修课 总学时：48 学时 学 分：3 学分 先修课程：控制工程基础，高等数学，线性代数 面向对象：测控技术与仪器专业 开课系(室)：测控科学与技术系 一、课程教学目标 本课程是测控技术与仪器专业高年级学生的一门专业选修课，是在学习古典控制理论后对现代控制理论的入门教育。随着计算机技术的迅猛发展，对非线性和复杂系统的研究也日益深入和广泛，从控制策略上进行理论上的分析，对被测控对象进行建模和控制是很有必要的。培养学生掌握现代控制理论的思想和分析方法是本课程的重点。 （一）知识目标 通过本课程的学习，要求学生能从与古典控制理论相对比的角度，从物理概念上懂得现代控制理论的新概念和新方法。掌握系统数学模型建立、求解、能控能观性、稳定性等知识。了解离散和时变系统的基本控制理论。 （二）能力目标 通过本课程的学习，学生应获得如下能力：掌握对控制系统进行数学建模的能力；绘制系统模拟结构图的能力；求解系统状态空间表达式解的能力；判定系统能控性和能观性的能力；判定非线性系统稳定性的能力等。提高学生的自主学习能力；动探索和独立思考的能力并激发学生的应用创新意识。 （三）素质目标 通过本课程的学习，应注意培养学生以下素质：针对具体的自动控制系统，利用合适的数学工具进行建模和控制语言进行表达，并进行系统性能分析的素养；初步具备对计算机控制系统进行分析和设计的素养。掌握用现代控制论知识解决实际问题的方法与手段；具有良好的科学态度和创新合作精神。 二、课程教学内容及学习目标 知识单元1： 绪论 参考学时 3学时 学习内容： 控制系统的组成、现代控制理论的特点、应用、发展现状和趋势，以及本课程的特点与学习方法等。 重点和难点： 理解现代控制的基础分析方法以及传统控制理论的区别 知识单元2：状态空间表达式 参考学时 12学时 学习内容： 状态向量与状态方程；模拟结构图的绘制；状态方程的建立；状态空间表达式的线性变换；传递函数和状态空间表达式的相互转化。 重点和难点： 状态方程的建立；状态空间表达式的线性变换。 知识单元3：状态空间表达式的解 参考学时 6学时 学习内容： 状态转移矩阵的概念、含义以及对应的各种求解方法；线性定常系统非齐次方程的求解。 重点和难点： 状态空间转移矩阵的物理意义，线性定常系统非齐次方程的求解方法。 知识单元4：系统的能控性与能观测性 参考学时 12学时 学习内容： 能控性与能观测性的概念；控制系统能控性与能观测性判别方法；能控标准形与能观测标准形和分解方法。 重点和难点： 能控性与能观测性判别；能观性和能控性分解。 知识单元5：系统的稳定性分析 参考学时 6学时 学习内容： 李亚普诺夫意义下的稳定性含义；李亚普诺夫第二方法（直接法）及其物理意义；线性定常系统稳定性分析的李亚普诺夫第二方法。 重点和难点： 李亚普诺夫第二法的应用。 知识单元6：线性定常系统的综合 参考学时 9学时 学习内容： 掌握状态反馈及输出反馈的概念；掌握状态反馈对原系统的影响及具体设计方法。 重点和难点： 状态反馈对系统性能的影响，状态观测器的实现问题。 三、课程学时分配及教学方法 （一）理论性教学内容课时分配表： 教学时数 教学方式 课程内容（知识单元） 理论 讲授习 题 课讨 论 课备 注 小 计知识单元1： 绪论300无3知识单元2：状态空间表达式1020无12知识单元3：状态空间表达式的解510无6知识单元4：系统的能控性与能观测性1020无12知识单元5：系统的稳定性分析510无6知识单元6：线性定常系统的综合630无9总 计3990无48（二）、说明 1、本课程与其它课程的关系 由于本课程涉及面广，内容较为抽象，因而要求学生掌握理论力学、机械原理、电工电子学等课程的相关知识，并且修完一门积分变换内容的课程后，才能进入本课程的学习。 2