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1、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
2、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,20072 王照林. 现代控制理论基础 M.北京：国防工业出版社,19813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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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：序号主要内容学时1控制系统的数学模型8学时2线性控制系统的运动分析6学时3线性控制系统的能控性和能观测性8学时4控制系统的李亚普诺夫稳定性分析4学时5状态反馈和状态观测器8学时6机动2学时合计学时36学时四、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：
