《现代控制理论》课程教学大纲（本科）.docx

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1、现代控制理论课程教学大纲课程英文名Modern Control Theory课程 代码01M0089学分2总学时32理论学时32实验/实践学 时课程类别学科基础课课程性 质限选先修课程线性代数自动控制理论适用专业理工科专业（非计算机专业）开课学院机电工程学院执笔人审定人制定时间2020年11月注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标（一）课程地位现代控制理论是自动化专业的重要专业理论课程，教学目的是培养学生以状态空间 法来分析和设计自动控制系统。由单输入单输出系统引入，揭示多输入多输出系统内在特性 等特点。本课程任务主要讲授现代控制理

2、论的基础部分，以线性、定常系统为主，以系统分 析和初步的系统设计为重点，为今后深入学习最优控制理论、线性控制系统、非线性控制系 统、系统辨识等课程奠定基础。学生通过本课程的学习，应掌握状态空间法的基本概念和基本理论，理解能控性、能观 性、极点配置和状态观测器设计的基本原理，具备初步的针对多输入多输出系统性能分析和 控制器设计的能力。（-）课程目标1 .r解状态空间表达式的基本概念，理解状态空间表达式建立方法，掌握状态空间表达 式的变换及求解方法；利用方程求解的过程，引导学生具有化繁为简，坚持不懈的精神；2 .理解状态能控性和能观性的概念和性质，掌握能控/能观标准型实现及其能控/能观判 据；掌握

3、Lyapunov判断系统稳定性的方法；3 .理解状态反馈和输出反馈的概念和意义，熟练掌握基于极点配置的状态反馈系统，以 及状态重构和状态观测器的设计方法，具有应用控制系统反馈相关知识，针对实际的控制工 程实际问题，进行控制系统设计与改进的能力；通过系统稳定性分析及控制器设计，培养学 生正确的技术操守，激励学生的家国情怀及为之奋斗的信念。二、课程目标达成的途径与方法现代控制理论课程教学以课堂教学为主，结合自主学习，由单输入/单输出控制系 统引入，学习建立多输入/多输出控制系统的数学模型，分析系统稳定性和动态性能，并在 预期性能输出条件下，设计控制器的专业基础知识。培养学生运用工程基础知识和现代控

4、制 理论专业知识，分析和解决控制科学与工程领域复杂工程问题的能力。（1）课堂教学主要讲述现代控制理论系统的基本概念，基本原理、基本分析、计算和设 计方法。并将简单的单输入/单输出工程实例融入理论教学中，使学生能够更加容易理解抽 象的理论知识，提高学习现代控制理论的兴趣，熟悉控制系统分析与设计的理论知识体系， 形成良好的思维方式和学习方法。在课堂教学中，充分引入互动环节，提高教学效果。（2）针对某些较为容易或先期讲解较为充分的知识点，列出部分内容作为学生自主学习 环节，训练学生形成良好的专业知识学习方法，培养学生自主学习意识和能力。（3）结合热门研究内容（汽车主动悬架自适应控制，机器人行走控制）

5、，完整构建一套 理论应用于当前实际生活或工业的案例，采用建模、计算、仿真、分析等手段训练学生对于 复杂问题的分析，设计，算法研究，数据分析和处理能力的掌握。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系注：1.支撑强度分别填写H、M或L （其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）；课程目标毕业要求（支撑程度H、M、L）毕业要求1-3毕业要求2-3毕业要求4-3课程目标1H课程目标2L课程目标3M2.毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述。四、课程主要内容与基本要求第一章控制系统的数学模型针对连续系统和离散系统，掌握建立状态空间表达式描述方法，熟悉状态空间表达式 与传递函数矩阵之间的转换关系和方法，了

6、解矩阵的线性变换方法。第二章线性控制系统的运动分析掌握状态转移矩阵的基本概念和性质，熟悉线性定常连续系统和离散系统中齐次状态 方程、非齐次状态方程的求解方法，了解线性系统状态方程离散化的基本过程。第三章控制系统的能控性与能观测性了解状态能控性和能观性的概念和性质，针对连续系统和离散系统，掌握能控性和能 观性判据；了解系统能控性、能观性与传递函数的关系；掌握能控/能观标准型，以及系统 能控性/能观性结构分解的方法。第四章控制系统的稳定性了解Lyapunov意义下系统稳定的基本概念；掌握Lyapunov第二法和线性连续/离散系 统稳定性判断方法，理解有界输入一有界输出稳定的意义和性质，以及与Ly叩

7、unov稳定的 关系。第五章线性定常系统的综合了解状态反馈和输出反馈的基本形式和意义，以及能控性和能观性在状态反馈系统中 的变化规律和影响关系，掌握基于极点配置的状态反馈系统，以及状态重构和状态观测器的 的设计方法，理解镇定问题和解耦问题的性质和意义。五、课程学时安排备注：根据学生学情适当安排教学进度，并安排部分教学内容为自学内容，通过阶段测试来 对学生自学情况进行考核。章节号教学内容学时 数学生任务对应课程 目标第1章1.控制系统的数学模型状态空间表达式概念及建 立，传递函数与状态空间表达 式关系，线性变化。8掌握状态空间表达式的概念及应用。1 .完成1-1, 1-2, 13作业;2 .课前

8、自学积分变化内容；课程目标1第2章2.线性控制系统的运动分 析转移矩阵，状态方程的 解，脉冲响应矩阵。6掌握状态方程的解。1 .完成2-1, 2-2, 23作业;2 .课前或课后自学微分方程的求 解内容；课程目标1第3章3.控制系统的能控/能观性能控性/能观性及其判据， 能控性、能观性与传递函数的 关系，能控标准型和能观标准 型。6掌握能控能观的概念及应用。1.完成31，3-2, 3-3作业；课程FI标2第4章4.控制系统稳定性4掌握稳定性的判断方法。1 .完成4-1, 4-2作业；2 .安排一节课讨论系统的稳定性 并举例讨论。课程FI标2第5章5.线性定常系统的综合状态反馈和输出反馈，极 点

9、配置，状态重构和状态观测 器，镇定问题及解耦问题8理解反馈的概念，掌握极点配置 及状态观测器的设计1.完成5-1, 5-2, 53作业;课程目标3六、实践环节及基本要求无七、考核方式及成绩评定表1考核方式及成绩评定表考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核平时作业参考答案和评分标准10%课堂表现以学生到课情况、互动表现等为依据10%大作业能够较全面概括目前现代控制技术发展现 状；针对某一行业现代控制技术分析其优10%期末考核闭卷试卷参考答案和评分标准70%考核类别考试成绩登记方式百分制表2课程目标考核环节和达成标准课程目标教学 环节考核环节合格标准课程目标 1讲授平时成绩（作业、课

10、堂表现）A0.6大作业B期末考试C1目标达成度= O.7x4 + o.2xA + O.lxg Cl。A。B。课程目标 2讲 授、 讨论平时成绩（作业、课堂表现）A0.6大作业B期末考试C2目标达成度= O.7x0 + O.2xA + O.lx且C2（）AqBo课程H标3讲 授、 讨论平时成绩（作业、课堂表现）A0.6大作业B期末考试C3 （计算设计题）AR=+ 0.2x + 0.1x C3。A。B八、推荐教材与主要参考书1、推荐教材：现代控制理论基础第三版 王孝武主编 机械工业出版社2016.82、参考书：现代控制理论及应用于长官主编哈尔滨工业大学出版社2014.6现代控制理论习题集高立群主编清华大学出版社2007. 2