1《现代控制理论》教学大纲-崔明月-2022.docVIP

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《现代控制理论》课程教学大纲

一、课程信息

课程名称：现代控制理论

ModernControlTheory

课程代码课程类别：必修课

适用专业：自动化专业

课程学时：48学时

课程学分：3学分

修读学期：第5学期

先修课程：高等数学，线性代数，自动控制理论

课内实验（实践）：无

二、课程目标

（一）具体目标

通过本课程的学习，使学生达到以下目标：

1.掌握线性系统状态空间法的有关基础理论，包括对状态空间方程的建立、转态空间方程的解、系统的可控性与可观性、系统的状态反馈控制器与状态观测器的设计等。【支撑毕业要求1】

2.培养学生深刻理解现代控制理论的本质及其在自动化工程中的应用，为以后从事多变量控制系统开发工作打下良好的基础。【支撑毕业要求2、3】

3.培养学生的人文社会科学素养和社会责任感，能够在控制工程复杂系统设计、运行与维护过程中理解并遵守工程职业道德规范，履行相应的责任。【支撑毕业要求5、9】

（二）课程目标与毕业要求的对应关系

表1课程目标与毕业要求的对应关系

课程目标

支撑的毕业要求

支撑的毕业要求指标点

课程目标1

1.工程知识

1-2掌握系统状态空间方程的建立、状态空间方程的解、可控性与可观性等相关基础知识与专业知识，具备设计控制系统状态反馈控制器与状态观测器的知识与技能，能够应用其基本理论和基本方法分析自动化领域复杂工程问题。

1-3掌握系统的Lyapunov稳定性分析方法、状态反馈与输出反馈等多种控制策略，能够以学生为中心，系统开展控制系统设计，能够针对自动化工程领域复杂工程问题进行分析和设计。

1-4掌握全维状态观测器的设计、降维状态观测的设计方法等相关基础知识与专业知识，具备进行对控制方法进行验证与仿真知识与技能，能够将其综合应用于研究和解决自动化控制领域复杂工程问题。

课程目标2

2.问题分析

3.设计/开发解决方案

2-1能够识别和判断现代控制工程问题中的关键环节和参数，并结合专业知识进行有效分解。

3-1能够针对多输入多数输出线性定常系统工程问题进行需求分析，设计解决方案和满足特定需求的单元（部件）、系统。

3-3能够针对线性定常系统控制领域特定需求，设计或开发硬件系统，并体现创新意识。

课程目标3

5.使用现代工具

5-1能熟练使用控制系统仿真软件分析未控系统特性、受控系统性能，并能运用图表、公式等手段表达和解决线性定常系统控制器与观测器的设计问题。

5-2能恰当使用计算机软、硬件技术、算法仿真工具，完成自动化控制项目的模拟与仿真分析，能理解其局限性。

课程目标4

9.个人和团队

9-1能够主动与其他学科的成员合作共事，能独立完成团队分配的工作。

三、课程内容

（一）课程内容与课程目标的关系

表2课程内容与课程目标的关系

课程内容

教学方法

支撑的课程目标

学时安排

第一章现代控制理论概述

讲授法、专题研讨

课程目标1、2、3

2

第二章控制系统的状态空间方程

讲授法

课程目1、2

6

第三章控制系统状态空间表达式的解

讲授法

课程目标1、2

6

第四章线性控制系统的能控性与能观性

讲授法

课程目标1、2

6

第五章系统的稳定性与Lyapunov方法

讲授法

课程目标1、2

6

第六章线性系统的综合

讲授法、案例教学

课程目标1、2

6

合计

32学时

（二）具体内容

第一章现代控制理论概述

【学习目标】

1.了解《现代控制理论》课程的内容和要求。

2.掌握现代控制理论学习特点、方法和专业发展的途径；能够通过图书馆或网络检索查询现代控制理论的期刊。

3.具有人文社会科学素养和社会责任感，能够在工业自动化系统设计、运行与维护过程中理解并遵守工程职业道德和规范，履行相应的责任。

【学习内容】

第一章

现代控制理论概述

?理论/□实践

学时

2

1.一级知识点

控制理论的性质。

控制理论的发展。

控制理论的应用。

控制一个动态系统的几个基本步骤。

2.二级知识点

控制理论发展的三个阶段。

控制一个动态系统的建模、系统辨识、信号处理、控制的综合。

现代控制理论的基本流派、发展历程。

本课程的先验知识与主要内容与学习方法。

3.三级知识点

并掌握制理论发展的各阶段的主要任务。

人工智能与现代控制理论。

现代控制理论未来的发展趋势。

【学习重点】

1.了解控制理论发展的三个阶段并掌握各阶段的主要任务。

【学习难点】

1.控制理论发展历程及各阶段的标志性成果。

第二章控制系统的状态空间方程

【学习目标】

1.了解状态空间描述的基本概念，掌握根据物理机理来建立状态空间表达式。掌握状态空间表达式的建立方法。

2.掌握根据系统微分方程建立状态空间表达式的方法

3.掌握系统传递函数矩阵也是线性定常系统的一