现代控制理论课程教学大纲

1、现代控制理论课程教学大纲课程名称：现代控制理论英文名称：Modern Control Theory课程编号：学 时 数：48其中实验学时数：0 课外学时数：0学 分 数：3.0适用专业：自动化、自动化（试点）一、课程的性质和任务现代控制理论是自动化专业的专业基础课程之一，本课程的主要任务是讲授现代控制理论的基本概念、基本原理和基本方法，使学生在学习经典控制理论的基础上，从一个全新的角度了解控制系统的性能，掌握提出问题、分析问题、解决问题的方法，为研究和设计多变量控制系统打下良好的基础。通过本课程的教学，使学生了解现代控制理论的体系结构，熟练地掌握线性控制系统的状态空间描述，时域分析与离散化，控

2、制系统的李雅普诺夫稳定性，线性控制系统的能控性与能观测性，以及状态反馈与状态观测器等基本理论和方法，为进一步学习现代控制理论的其它分支如自适应控制、最优控制、多变量控制等打下较扎实的基础。二、课程教学内容的基本要求、重点和难点1 绪论基本要求：了解控制理论的发展概况，以及现代控制理论的主要特点，内容和研究方法，介绍现代控制理论的基本概念以及与经典控制理论的关系。2 线性控制系统的状态空间描述基本要求：理解状态空间基本概念，系统状态空间模型的一般描述方法，掌握系统数学模型之间的转换，以及线性变换与状态方程标准形。重点：状态空间表达式的建立，线性变换的基本性质。要求熟练掌握通过传递函数、微分方程和

3、结构图建立电路、机电系统的状态空间表达式，并画出状态变量图，以及可控、可观、对角和约当标准型。难点：状态变量选取的非唯一性，多输入多输出状态空间表达式的建立。 3 线性控制系统的运动与离散化基本要求：熟练掌握线性定常系统的自由运动；矩阵指数的计算方法；线性定常系统的受控运动；离散系统的状态空间描述；离散时间系统状态方程求解；线性连续系统的离散化。重点：状态转移矩阵和线性定常系统状态方程的求解方法。难点：线性连续系统的离散化4 控制系统的李雅普诺夫稳定性基本要求：了解李雅普诺夫意义下的稳定性，二次型函数定号性的判定，李雅普诺夫稳定性定理；掌握线性系统的李雅普诺夫稳定性分析方法及离散系统的分析方法

4、。重点： 李雅普诺夫第一、第二法的主要定义与定理，李雅普诺夫函数，线性定常系统与非线性系统稳定性定理与判别，李雅普诺夫方程，渐近稳定性的分析与判别。难点：李雅普诺夫函数的构造与选取，离散系统的稳定性定理及稳定判据。5 线性控制系统的能控性与能观测性基本要求：正确理解定常和离散系统能控性与能观性的基本概念与判据，熟练掌握能控标准型与能观标准型，对偶原理，规范分解。重点：能控、能观的含义和定义，定常系统的能控、能观的各种判据。难点：对偶原理，规范分解。6 状态反馈与状态观测器基本要求：了解系统状态反馈与输出反馈的不同；掌握单输入单输出状态反馈系统的极点配置法，状态重构问题，观测器的极点配置，以及系

5、统综合设计。重点：状态反馈与输出反馈的基本结构、性质和有关定理，单输入单输出状态反馈系统的极点配置，观测器的极点配置。难点：状态反馈与输出反馈实现的充要条件，带观测器的闭环反馈系统设计。三、教学方式及学时分配本课程教学方式以课堂教学为主，兼以专题讨论、习题课等。在授课过程中，可适当给出本课程的主要专业英语词汇，适当介绍控制系统采用MATLAB的计算机仿真知识。再通过课内习题课和课内、课外一定数量的辅导与练习，提高学生的分析问题、解决问题的能力，达到理解、掌握、巩固所学理论知识的目的。序号主要内容主要教学方式学时分配辅导答疑比例一1. 绪 论讲授22:1二2. 线性控制系统的状态空间描述讲授102:1三3. 线性控制系统的运动与离散化讲授82:1四4. 控制系统的李亚普诺夫稳定性讲授82:1五5. 线性控制系统的能控性与能观测性讲授82:1六6状态反馈与状态观测器讲授82:1七7习题课练习41:1合计48四、课程其他教学环节要求在授课过程中，应有一定的习题课或讨论课，作业要有一定的量，在课后加强辅导，以使学生更好地掌握所学内容。还可适当加入MATLAB仿真的内容。五、本课程与其他课程的联系先修课：高等数学，线性代数，自动控制原理，电子电路等。后续课：计算机控制系统，最优控制，系统辨识，自适应控制等。六、教学参考书目1、自动控制原理 胡寿松主编 科学出版社 出版时间