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《现代控制理论基础》课程教学大纲

课程名称：现代控制理论基础

英文名称：FundamentalsofModernControlTheory

学时安排：32学时

学分：2

课程性质：专业核心课

开课学期：第四学期

适用专业：自动化、电气工程及其自动化

—、课程的性质、目的

本课程是自动化类专业的专业核心课程，在自动化类专业本科培养方案中属于必修课

程。区别于经典控制理论，现代控制理论以状态空间模型为基础，主要研究系统内部状态量

的运动规律。课程主要内容包括控制系统状态空间模型的建立、线性系统的运动分析、线性

系统的能控性与能观性、控制系统的稳定性、线性系统的综合以及线性二次型最优控制；着

重培养学生在系统建模、系统分析与系统综合方面的能力，进而培养学生提出问题、分析问

题与解决问题的能力，为从事自动化等相关科学研究与技术开发奠定必要的理论基础。

二、教学基本要求

1.⽴德树⼈

在讲解这门课程绪论时，可以引导学生先从宏观上总体把握这门课程的知识架构，课程

知识体系的第一板块属于系统分析，第二板块属于系统综合，从哲学角度第一板块属于认识

世界的范畴，而第二板块则属于改造世界的范畴，而认识世界与改造世界是互为前提和基础

的，也是互相促进的，引导学生自觉地把认识世界与改造世界统一起来，在改造世界的过程

中正确认识世界，在正确认识世界的指导下有效地改造世界，实现真理与价值的统一。在讲

解推动现代控制理论发展的关键人物时，介绍控制论专家钱学森先生不畏艰难、突破重重阻

隔，回到祖国怀抱，奉献于祖国的国防事业的先进事迹，以此对学生进行主人翁意识教育，

树立民族自豪感,引导学生敢于担当，勇于创新，践行报国之志，通过伟大科学家的感人事

迹激发学生的家国情怀和奉献精神,进一步增强学生的爱国主义情操，增强使命感和责任感。

2.课程⽬标

通过本课程的学习，使学生掌握状态空间分析方法的基本概念、建立控制系统的状态空

间模型的方法、求解线性系统的状态空间模型的解、线性系统的能控性和能观性分析、控制

系统的Lyapunov稳定性分析方法、线性系统的综合法、线性二次型最优控制方法，并为毕

业后从事自动化和电气工程相关专业的学习和研究奠定坚实的理论基础。

3.教学⽅法

本课程教学以课堂讲授为主，辅以MATLAB仿真和课后作业。授课过程灵活运用板书

和多媒体教学，并借助于“慕课”平台加强师生互动，开展线上线下混合式教学。授课过程

按照系统建模、系统分析和系统综合的顺序进行讲解。通过对系统的分析、控制方案的设计，

控制结果的仿真分析，培养学生逻辑思维能力和运用所学知识解决复杂工程问题的能力。

三、课程教学基本内容

第1章绪论

1.1控制理论的发展简况

1.2现代控制理论的分支

教学要求：本章通过对控制理论发展历史的讲解，要求学生了解控制理论的发展阶段和

发展趋势，了解现代控制理论的各个分支，理解经典控制理论与现代控制理论的适用领域和

分析方法的异同；培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力以及具备系统观、整体观、

大局观的意识。

第2章控制系统的状态空间模型

2.1状态空间模型的基本内容

2.2状态空间模型的建立

2.3非线性系统的线性化

2.4线性变换

2.5循序渐近例子：单链机械臂

2.6MATLAB中进行系统模型间的相互转换

教学要求：本章要求学生了解状态变量、状态方程、输出方程以及状态空间模型的概念；

熟练掌握基于系统的机理、传递函数、微分方程等信息建立控制系统的状态空间模型的方法

和步骤；理解不同状态空间模型的等价性与线性变换的对应关系；培养学生的抽象思维能力、

符号表达能力、分析问题能力与解决问题能力。

第3章线性系统的运动分析

3.1定常连续系统的齐次解

3.2状态转移矩阵

3.3定常连续