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《现代控制理论A》课程教学大纲

课程代码：0806734014

课程名称：现代控制理论A

英文名称：ModernControlTheoryA

学分：2总学时：32

讲课学时：28实验学时：0上机学时：4

适用对象：自动化系统集成

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

一、课程目标

本课程是自动化专业重要的技术基础课。以课堂教学为主，要求在理解有关状态、状态空间的基本概念基础上，理解和掌握系统矩阵与稳定性的关系，线性系统状态转移的过程，能控性、能观测性，与系统设计的关系，掌握并灵活运用极点配置，观测器设计方法对系统进行设计。学习过程中理论教学与应用Matlab软件进行控制系统辅助分析设计的基本技能相结合，为日后解决实际工程问题奠定基础。

通过学习本课程，实现如下教学目标：

（1）掌握状态空间表达式的建立。

（2）掌握状态方程线性变换的方法。

（3）熟悉由传递函数建立状态空间表达式及由微分方程建立状态空间表达式的方法。

（4）掌握线性定常连续系统状态方程的求解。

（5）掌握线性定常连续系统状态转移矩阵的几种算法。

（6）能够判断系统的能控性和能观测性。

（7）掌握系统的能控标准形和能观测标准形。

（8）能够利用状态反馈进行极点配置。

（9）能够设计状态观测器

二、教学内容

1、绪论

教学要求：

了解控制理论的发展历史

掌握现在控制理论的控制特点和基本分析思路

教学内容：

（1）控制理论的发展与完善。

?（2）现代控制理论的主要内容。

（3）本书的主要内容。

2、控制系统的状态空间描述

教学要求：

理解状态空间表达式概念；

掌握状态空间的建立方法以及微分方程和传递函数与状态空间表示方法之间的转换；

掌握状态空间的线性变换。

教学内容：

?（1）控制系统的状态空间表达式。

?（2）系统微分方程变换为状态空间表达式。

?（3）系统传递函数变换为状态空间表达式。

?（4）系统的传递函数。

?（5）状态方程的线性变换。

3、控制系统的状态空间分析

教学要求：

理解状态方程解的物理意义；

理解状态转移矩阵的意义；

掌握状态转移矩阵的算法。

教学内容：

?（1）线性定常连续系统状态方程的解。

?（2）线性定常连续系统状态转移矩阵的几种算法。

4、控制系统的能控性和能观测性

教学要求：

理解系统能控性和能观测性的概念；

掌握系统能控性和能观测性的判别方法；

了解对偶系统和对偶关系；

了解连续系统的标准型。

教学内容：

?（1）线性定常连续系统的能控性。

?（2）线性定常连续系统的能观测性。

（3）线性定常连续系统能控性和能观测性的对偶关系。

?（4）系统的结构分解。

?（5）线性定常连续系统的能控标准形和能观测标准形。

?（6）传递函数中零极点对消和能控能观测性的关系。

5、状态反馈器、状态观测器

教学要求：

理解状态反馈和输出反馈的概念；

掌握系统几点配置方法；

理解状态观测器的概念及存在条件；

掌握状态观测器的设计及应用。

教学内容：

?（1）控制系统的状态反馈和输出反馈。

?（2）闭环系统的极点配置。

?（3）状态观测器。

?（4）状态反馈和状态观测器的应用。

三、各教学环节学时分配表

教学单元名称

讲课

实验

上机

习题

讨论课

自主学习

合计

绪论

2

2

4

线性控制系统的状态空间描述

6

2

1

1

10

20

线性控制系统的状态空间分析

4

4

8

线性控制系统的能控性和能观测性

8

1

1

10

20

状态反馈和状态观测器

4

2

6

12

合计

24

4

2

2

32

64

四、教学组织与方法

构筑理论教学与工程实践密切配合的教学模式，特别强调提高学生参与度的自主式教学方法的探索与经验积累。

（1）根据课程内容和特点，在教学中使用提问式、启发式、讨论式、研究式等教学方法，目的在于使学生的学习参与性更强、积极性更高；

（2）采用多媒体教学课件，并在教学实践中不断改进和完善，电子教案综合利用了文字、图片、视频和动画等形式，加上颜色区分和强调等辅助手段，生动、清晰、系统地介绍该门课程的理论知识；

（3）建立了该课程的教学交流群，提供该课程的教学大纲、教学课件、电子教案、习题、参考书目以及丰富的其他教学资源，同时，该工作群也作为师生互动的一个交流平台，发挥着重要作用。

2、教学组织和教学手段

（1）配合教学内容，不定期组织学术报告、学术讲座、专题讲座、校外实习、校际交流等，为学生提供了解和学习本课程相关领域知识的多种途径；

（2）鼓励学生积极参加各种课外科技竞赛活动，“以赛促学”；

（3）提供多种途径的学生辅导与答疑。学生可以与老