沈阳理工大学-最优控制-new.doc

最优控制课程教学大纲课程代码：030142002课程英文名称：Optimal Control课程总学时：32 讲课：32 实验：0 上机：0适用专业：自动化专业大纲编写（修订）时间：2010.7一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标最优控制是现代控制理论及应用中的一个重要分支，它已广泛应用于军事和工业及经济领域中，例如空间技术、系统工程、人口理论、经济管理、决策及工业过程控制等等。并在各个领域取得了显著的成果。本课程是自动化专业的一门选修课，其基本任务和教学目标是要求自动化专业学生掌握最优控制理论及应用的基础知识及解最优控制问题的常用方法，为将来的专业发展打下一定的基础。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1初步掌握最优控制的基础理论，如最优控制问题的概念、最优控制的数学描述、解决最优控制问题方法及二次型性能指标最优控制问题。 2初步掌握解决最优控制问题的一些基本方法，如古典变分原理，庞德里亚金极大(小)值原理和贝尔曼动态规划方法。 3.利用最优控制理论和方法能够解决简单的实际最优控制问题。（三）实施说明 从基本教育出发，站在培养人才的高度上，来看待本课程所应承担的责任。在讲授具体内容时，要分清每一部分内容在本课程中所处的地位，这样才能在大纲实施过程中得心应手。要提高学生的基本素质，要求学生化被动吸收为主动索取知识。为了提高教学效果，可采用多环节教学方式，如课程讲授、课堂提问及课前预习和课后阅读。对于每次课堂讲授，原则上采用两个层次讲解，即一是提出研究的问题；二是介绍解决问题的各种方法及其存在的优缺点，培养学生创新思维意识。通过课堂提问，在课堂上调动学生积极性，促进其思考，提高教与学互动性。另外，由于最优控制理论性强，适当安排习题课，通过习题课便于学生对最优控制理论和方法更好理解。（四）对先修课的要求 本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。本课程主要的先修课程有高等数学、自动控制原理、现代控制理论等。（五）对习题课、实践环节的要求 为了便于学生对最优控制理论和方法更好理解，应该适当安排习题课。对每讲完一种解决最优控制问题方法后，应该安排对应的习题课。如变分法及其在最优控制中的应用的习题课、庞特里亚金极大（小）值原理应用习题课、贝尔曼动态规划方法应用习题课等。（六）课程考核方式 1考核方式：考查 2考核目标：在考核学生对最优控制理论的基本知识、基本原理和方法的基础上，重点考核学生的分析能力、最优控制理论的应用能力。 3成绩构成：本课程的学生成绩采用五级制（优、良、中、及格、不及格）。成绩由结课考试（或者大作业形式）和平时成绩相结合的方法确定。其中：平时成绩由平时作业和考勤及课堂表现组成，占总的40% ；结课考试（或者大作业形式）成绩占总的60%。（七）参考书目最优控制理论与方法，荆海英编，东北大学出版社， 2002最优控制理论与应用，吴受章编，机械工业出版社， 2008最优控制的理论与方法，吴沧浦编，国防工业出版社， 2000二、中文摘要本课程是自动化专业学生选修的一门理论很强的专业课程。课程通过对最优控制问题的数学描述和解最优控制问题方法的讲授，使学生掌握最优控制问题的基本知识、基本原理和基本方法，并具有解简单实际的最优控制问题的能力。课程主要内容包括最优控制问题的数学描述、变分法解最优控制问题、最小值原理、动态规划、二次型性能指标最优控制问题等。本课程将为自动化专业学生的毕业设计和进一步深造等奠定重要的基础。三、课程学时分配表序号教学内容学时讲课实验上机1前言442变分法与最优控制883最小值原理884动态规划665线性二次型性能指标的最优控制问题446复习及结课考试22合计3232四、教学内容及基本要求第1部分 前言总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0前言（讲课4学时） 具体内容: 1)最优控制发展历史介绍。 2)最优控制问题的实例讲解，如软着陆问题、最速升降问题等。 3)归纳最优控制问题的一般提法。第2部分 变分法与最优控制 总学时(单位：学时):8 讲课:8 实验:0 上机:0 具体内容: 1)泛函与变分法的基本概念。 2)欧拉方程。3)端点可变情况下的横截条件。 4)变分方法解最优控制问题。 5)变分方法解最优控制问题习题课。重 点: 变分方法解最优控制的条件。难 点: 不同边界条件的最优控制问题。习 题: 变分方法解最优控制问题。第3部分 最小值原理总学时(单位：学时):8 讲课:8 实验:0 上机:0具体内容:1)连续系统的最小值原理。 2)离散系统的最小值原理。 3)最短时间控制问题。4)最小值原理习题课。重 点: 最小值原理。难 点: 最短时间控制问题。习 题: 最小值原理应用。第4部分 动态规划 总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0具体内容: 1)多级决策与最优性原理。 2)离散系统的动态规划。 3)动态规划习题课。重 点: 离散系统的动态规划。难 点: 动态规划的算法。习 题:离散系统的动态规划应用。第5部分 线性二次型性能指标的最优控制问题 总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0具体内容： 1)状态调节器问题。2)输出调节器及输出跟踪问题。重 点: 状态调节器问题。难 点: 调节器的算法。习 题: 线性