《现代控制理论》课程教学大纲

《现代控制理论》课程教学大纲学分：3 总学时理论学时面向专业：电气工程及其自动化大纲执笔人：赵法起 大纲审定人：李有课程编号：BF024033一、说明课程的性质、地位和任务课程教学的基本要求课程教学改革二、教学大纲内容㈠课程理论教学第一章 绪论（讲课4学时）§1-1控制理论的发展§1-2现代控制理论的基本内容学习要求：明确本课程的内容、性质和任务以及学习本课程的意义，了解控制理论的的内容。重点内容：逆矩阵、线性无关与线性相关定义、非齐次方程求解第二章 线性控制系统状态空间描述（讲课12学时）§2-1状态变量、状态空间表达式状态变量、状态向量、状态空间、状态方程、输出方程、状态空间表达式。§2-2系统的一般时域描述化为状态空间描述§2-3系统的频域描述化为状态空间描述§2-4据状态变量图列写线性系统的状态空间描述§2-5据系统方块图导出状态空间描述§2-6将状态方程化为规范形式式，线性变换，线性定常系统状态方程的求解方法。本章重点：状态空间表达式的建立，状态转移矩阵和状态方程的求解，线性变换的基本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。本章难点：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。建议：强调一般工程方法的典型应用，结合具体实例突出概念。第三章线性控制系统的运动与离散化(讲课8学时)§3-1线性定常系统的自由运动§3-2矩阵指数eA(t-to)(或eAt)的计算方法§3-3线性定常系统的受控运动§3-4离散系统的状态空间描述§3-5离散时间系统状态方程求解§3-6线性连续系统的离散化学习要求算方法，掌握离散时间系统状态方程求解方法。本章重点：矩阵指数的计算方法，离散时间系统状态方程求解本章难点：矩阵指数的计算方法，离散时间系统状态方程求解建议：结合实际和实例进行教学，通过典型例题来理解概念。第四章 稳定性与李雅普诺夫方法（讲课6学时）§4-1李雅普诺夫意义下的稳定性§4-2李雅普诺夫稳定性定理§4-3线性系统的李雅普诺夫稳定性分析§4-4非线性系统的变量梯度法学习要求：正确理解稳定性基本概念和李雅普洛夫意义稳定性概念，熟练掌握李氏第一法,李氏第二法，掌握线性系统渐近稳定性分析和离散系统渐近稳定性分析方法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。本章难点：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。建议：结合实际和实例进行教学，通过典型例题来理解概念。第五章 能控性与能观(讲课8学时)§5-1能控性、能观性的定义§5-2线性定常系统的能控性判据§5-3线性定常系统的能观测性判据§5-4线性离散定常系统的能控能观测判据§5-5线性系统的结构分解§5-6线性定常系统的能控规范型及能观测规范型§5-7系统的能控性与能观测性的对偶原理标准型与可观标准型，对偶原理，规范分解。本章重点：可控、可观的含义和定义，定常系统的可控、可观的各种判据，线性变换的不变性。本章难点：可达性和可检测性，格兰姆矩阵判据、PBH秩判据和约当规范型判据。可观的概念了解得更深入，掌握得更牢固。第六章状态反馈与状态观测器（讲课8学时）§6-1状态反馈与输出反馈§6-2单输入一单输出状态反馈系统的极点配置法§6-3状态重构问题§6-4观测器的极点配置§6-5综合设计学习要求段进行系统的校正和解耦控制方法。工程应用。器的闭环反馈系统设计。建议：结合实际和实例进行教学，通过典型例题来理解方法和思路，突出概念。思考题：状态观测器的设计思路。第七章最优控制系统设计（讲课8学时）§7-1最优控制的基本概念§7-2无约束最优控制的变分方法§7-3线性调节器问题§7-4受约束最优控制的极小值原理§7-5最小时间系统的控制问题学习要求：学习泛函变分法，理解最优控制的一般概念，掌握利用变分法求最优控制方法，状态调节器，极小值原理以及离散动态规划。本章重点：最优控制的一般问题及类型，泛函与变分，欧拉方程，横截条件，变分法Riccati方程求解。离散动态规划。建议：结合实际和实例进行教学，通过典型例题来理解概念。三、考核方式、方法考试形式采用闭卷笔试，题型有：填空、选