《先进控制技术》课程教学大纲.docx

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1、先进控制技术教学大纲一、课程基本信息课程名称先进控制技术Advanced Control Technique课程编码CTL122421020开课院部控制科学与工程学院课程团队（未设置）学分2.0课内学时34讲授28实验6上机0实践0课外学时32适用专业自动化授课语言中文先修课程自动控制原理、自动控制原理实验、过程控制仪表与装置、过程控制工程、控制系统仿真技术课程简介（限选）先进控制技术在挖掘装置生产潜能、提局企业经济效益中发挥着重要作用，已在流程工业生产中得到广泛推广应用。本课程为自动化 专业高年级学生选修课程，主要向学生介绍先进控制技术的产生背景与发展状况、典型先进控制算法（预测控制技术和自

2、适应控制技术）的 概念、原理、应用、技术前沿等。通过本课程的学习，学生应该了解目前先进控制领域的研究现状，重点掌握预测控制算法的基本概念和 算法原理，对当前先进控制技术的发展前沿形成初步认识。（对应毕业要求指标点：1.4、3.2、5.4、4.3、12.2）Advanced Control technology plays an important role in mining the production potential of equipment and improving the economic benefits of enterprises, and has been widely

3、popularized and applied in process industry production. This course is an elective course for senior students majoring in automation. It mainly introduces the background and development of advanced control technology, the concept of typical advanced control algorithms (predictive control technology

4、and adaptive control technology), principle, application, technology frontier, etc. Through the study of this course, students should understand the current research situation in the field of advanced control, and focus on mastering the basic concepts and algorithm principles of predictive control a

5、lgorithms, A preliminary understanding of the development frontier of current advanced control technology has been formed. (Corresponding graduation requirements index points: 1. 4, 3. 2, 5. 4, 4. 3, 12. 2)负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标0BE毕业要求指标点任务自选1Ml目标1 ：掌握内模控制、模型预测控制和自适应控制的基本原理和设计方法。是1.41.42M2目标2 ：能够

6、设计/开发满足特定工艺需求的模型预测控制算法和自适应控制算法。是3.23.23M3目标3 ：掌握应用Matlab等软件对被控对象进行分析、建模、预测及控制的方法。是5.45.44M4目标4 ：分析/评价模型预测控制等先进控制算法参数选择等对闭环控制性能的影响。是4.34.35M5目标5 ：关注石油石化等行业先进控制领域前沿发展现状和趋势。是12.212.2三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课 程目标课内 学时教学方式课外学时课外环节1第1章概论本章重点：先进控制技术的产生背景、与常规控制技术的比较 分析。难点：先进控制技术与常规控制技术的比较分析。M1,M5/21.1工业过程控制技

7、术 的发展历程Ml1讲授1作业/自学31.2先进控制技术的产 生背景及研究现状M51讲授1作业/自学4第2章基于模型的控制方 法本章重点：史密斯预估控制原理与设计、内模控制设计方法 等。难点：史密斯预估控制原理与设计。Ml, M2/52. 1史密斯预估控制纯滞后对过程控制性能影响分析、补偿器、史密斯预估控制设 计。M1,M21讲授/讨论1作业/自学62.2内模控制设计内模控制基本原理、滤波器、控制系统稳定性和鲁棒性分析、 内模控制设计步骤.Ml, M21讲授/讨论1作业/自学7第3章模型预测控制技术 及应用本章重点：动态矩阵控制算法的原理与设计方法。难点：广义 预测控制的设计方法。Ml, M2

8、/83. 1模型预测控制技术 基本概念模型预测控制技术基本原理、分类和应用现状与前景。Ml, M22讲授/讨论2作业/自学93.2动态矩阵控制DMC 算法阶跃响应模型，反馈校正，滚动优化，DMC算法设计与仿真实 现，控制参数选取规则。Ml, M24讲授/讨论4作业/自学103.3模型算法控制MAC 算法脉冲响应模型，MAC算法设计与仿真实现，控制参数选取规 则“M32讲授/讨论2作业/自学11实验1预测控制方法（DMC、MAC）预测模 型的建立及设计实 验（一）在Matlab编程环境下建立非参数预测模型、使用脉冲响应/阶 跃响应模型预测被控对象的输出、利用误差反馈校正。M3, M42实验2实验

9、报告12实验2预测控制方法 （DMC）算法实现实 验稳定性定义，稳定的充要条件，稳定判据及其应用，相对稳定 性的概念。引导学生通过动态系统的观点，理解稳定性对动态 系统的重要意义，以及影响稳定性的因素和分析方法。M3, M42实验2实验报告133.4广义预测控制GPC 算法自回归滑动平均模型，GPC算法设计与仿真实现，控制参数选 取规则。M32讲授/讨论2作业/自学14实验3基于Mat lab预测 控制工具箱设计实验（三）各种预测模型的转化、预测控制算法实现、控制结果分析。M3, M42实验2实验报告153.5基于Mat lab预测 控制工具箱的算法设计Matlab预测控制工具箱函数介绍，模型

10、定义，闭环控制系统构 建。M42讲授/讨论2作业/自学16第4章自适应控制技术本章重点：模型参考自适应控制器的设计。本章难点：自校正 控制器的设计。Ml, M2/174. 1自适应控制的概念 与原理自适应控制提出背景、原理、分类和发展趋势。Ml, M21课外自学2作业/自学184.2模型参考自适应控 制系统参考模型的概念，控制系统结构，自适应控制率的推导，收敛 性和稳定性分析。Ml, M22课外自学2作业/自学194.3自校正控制系统自校正机构原理和构成，控制系统结构，自校正控制率推导， 稳定性分析。Ml, M22讲授/讨论1作业/自学20第5章先进控制技术工业 应用示例分析本章重点：预测控制

11、技术在实际工业的应用情况。本章难点： 先进控制技术工业实施规范。M2, M3, M5/215. 1先进控制工业实施 方法必要性和可行性分析，软测量技术，模型获取，系统框架，实 施步骤M2, M31讲授1作业/自学225.2预测控制技术的工 业应用举例预测模型的获取、测试和校正、控制效果分析，与PID控制控 制效果对比M3, M52讲授2作业/自学235.3自适应控制应用实 例分析倒立摆自适应控制方案、模型自适应、稳定性分析，控制性能分析M3, M52讲授/讨论2作业/自学四、考核万式序号考核环节操作细节总评占比1平日表现1 .完成每章布置的作业。2 .参加课堂活动，随堂提问、随堂测试、课堂讨论

12、等。30%2实验1 .本课程6个学时实验，共三次实验。2 .成绩采用百分制，根据实验完成情况评分。3 .考核学生利用Mat lab仿真软件实现控制系统的仿真编程，并根据仿真数据分析实验结果的正确性。10%3文献综述 报告L通过自主调研文献对自动化领域的前沿智能控制发展现状和趋势进行综述10%4大作业1 .针对工业生产与社会经济中的实际系统，设计先进控制系统进行建模与仿真，给出建模方案与详细程序。2 .根据仿真数据分析实验结果的正确性，撰写报告。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1Ml50%A-熟悉先进控制方法的基本原理和设计方法.B-基本掌握先进控制技术基本原理和设计方法.

13、C-了解先进控 制基本原理和设计方法.D-不了解先进控制原理和设计基本方法2Ml大作业50%A-熟悉内模控制、模型预测控制和自适应控制方法的基本原理和设计方法.B-基本掌握内模控制、模型预测 控制和自适应控制方法的基本原理和设计方法.C-了解内模控制、模型预测控制和自适应控制方法的基本原 理和设计方法.D-没有掌握内模控制、模型预测控制和自适应控制方法的基本原理和设计方法3M2/50%A-熟悉先进控制方法的基本原理和设计方法.B-基本掌握先进控制技术基本原理和设计方法.C-了解先进控 制基本原理和设计方法.D-不了解先进控制原理和设计基本方法4M2大作业50%A-熟练掌握开发满足特定工艺需求的

14、模型预测控制算法和自适应控制算法的基本方法。B-基本掌握开发满足特定工艺需求的模型预测控制算法和自适应控制算法的基本方法。c-了解开发满足特定工艺需求的模型 预测控制算法和自适应控制算法的基本方法。D-不7解开发满足特定工艺需求的模型预测控制算法和自适 应控制算法的基本万法。5M3实验40%A-熟练运用MATLAB仿真软件编程实现多种先进控制算法，实现闭环优化控制。B-基本掌握MATLAB仿真软 件编程实现先进控制算法的方法，实现闭坏优化控制。C-初步掌握MATLAB仿真软件编程实现指定先进控制 算法的方法。D-不能运用MATLAB仿真软件编程实现多种先进控制算法，无法实现闭环优化控制。6M3

15、大作业60%A-能够建立实际系统的准确的数学模型，编写正确的程序实现数学模型的仿真，并对仿真模型进行适当的 分析。B-能够建立实际系统较准确的数学模型，编写较正确的程序实现仿真，并对仿真模型进行分析。C- 建立实际系统基本正确的数学模型并编程实现仿真的主要步骤。D-不能建立实际系统的数学模型，不能实 现数学模型的仿真。7M4平日表现40%A-熟悉先进控制方法的基本原理和设计方法.B-基本掌握先进控制技术基本原理和设计方法.C-了解先进控 制基本原理和设计方法.D-不了解先进控制原理和设计基本方法8M4大作业60%A-能够正确分析先进控制闭环实施效果以及设计参数对控制性能的优劣影响，能够熟练调整

16、设计参数达到 期望控制效果。B-能够正确分析先进控制闭环实施效果以及设计参数对控制性能的优劣影响，能够调整设 计参数达到期望控制效果。c-能够分析先进控制闭坏实施效果以及设计参数对控制性能的优劣影响，了解 设计参数对控制性能的影响规律。D-不能正确分析先进控制闭环实施效果以及设计参数对控制性能的优劣 影响，不了解设计参数对控制性能的影响规律。9M5/100%A-熟练掌握利用科研检索网站查阅科学文献的方法。B-基本掌握利用科研检索网站查阅科学文献的方法。 C-了解利用科研检索网站查阅科学文献的方法。D-不能正确利用科研检索网站查阅科学文献的方法。评分等级说明：A, B, C, D, E = 90

17、-100, 80-89, 70-79, 60-69, 0-59; A, B, C, D = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59; A, B, C=90-100, 75-89, 60-74, 0-59; M, N = 80-100, 0-79六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书1先进过程控制技术（普通高等学校自动化工程技术实践系列教材），陈剑雪，清华大学出版社，2014-04-01, ISBN:9787302356158. （*主教 材）2图书1预测控制的理论与方法（第2版），丁宝苍，机械工业出版社，2017-05-01, ISBN:9787111560029. （*主教材）3图书1模型参考自适应控制导论，（美）尼汉T.阮，机械工业出版社，2020-01-01, ISBN:9787111643395. （*主教材）导出【七、实验项目信息】时出现问题，请检查是否为空