《控制论基础》课程教学大纲

控制论基础课程教学大纲FoundationofCybernetics学时数：48其中：实验学时：0课外学时：0学分数：3适用专业：信息与计算科学一、课程的性质、目的和任务本课程为信息与计算科学专业的专业限选课，一般在大学三年级开设。该课程主要介绍了现代自动控制学科领域的重要基础理论和实现技术。本课程设置的目的是介绍现代自动控制系统分析和设计的基础理论和基本方法，主要是介绍线性控制系统。使学生具有一定的对线性控制系统进行分析和设计的能力。二、课程教学的基本要求（一）动力学系统的状态空间描述1、掌握线性系统的数学描述方法，能够画出系统的方块图；2、掌握状态空间表达式的建立，能够由传递函数建立状态空间表达式；3、掌握由状态空间表达式求系统传递函数的方法；4、理解线性系统之间的变换；（二）线性系统的运动1、能够求解线性定常系统的齐次状态方程的解；2、掌握矩阵指数的性质，3、掌握线性时变系统齐次状态方程的解；4、理解状态转移矩阵的概念；5、理解线性连续系统非齐次状态方程的解6、掌握时间系统状态方程的解；7、能够将线性系统离散化；（三）线性控制系统的能控性与能观测性1、理解能控性和能观性的概念；2、掌握线性定常离散系统的能控性的定义和判别条件，理解多输入线性定常离散系统的能控性的定义和判别条件；3、掌握定常连续系统的能控性的定义和判据；4、掌握离散定常系统能观性的定义和判别条件，掌握连续系统的能观性的定义和判别条件；理解能观性判据的第二种形式；理解线性时变系统的能控性的判别条件和能观性判别条件；6、理解能控性和能观性的对偶关系7、掌握系统能控性和能观性分解；掌握按系统能控性和能观性进行标准分解；8、理解能控性、能观性与传递函数矩阵的关系9、掌握系统传递函数的最小实现；（四）系统的运动稳定性1、理解稳定性的基本概念；2、掌握稳定性判别条件；3、能够用李雅普诺夫方法判别线性系统的稳定性；通过课程学习，了解和掌握自动控制学科领域的重要基础理论和实现技术，并初步掌握对线性控制系统进行分析和设计的能力。三、课程的教学内容、重点和难点第一章动力学系统的状态空间描述一、动力学系统中状态的基本概念二、根据系统的物理机理建立状态空间描述三、根据系统的输入输出关系建立状态空间描述四、离散系统的状态空间描述五、等价变换及特征值标准形六、组合系统的状态空间表达式七、从状态空间描述求函数阵重点：状态空间表达式的建立，线性变换难点：状态空间表达式的建立，求传递函数阵第二章线性系统的运动一、线性系统的自由运动二、线性系统的一般运动三、连续系统的状态空间描述的离散化四、线性离散时间系统的一般运动重点：线性定常系统的齐次状态方程的解，连续时间系统状态空间表达式的离散化难点：连续时间系统状态空间表达式的离散化第三章线性控制系统的能控性和能观性一、能控性和能观测性的概念二、线性连续时不变系统的能控性三、线性连续时不变系统的能观测性四、线性时不变离散系统的能控性和能观测性五、线性时变系统的能控性与能观测性六、线性系统能控性与能观测性的对偶关系七、能控规范型和能观测规范型八、传递函数中零极点对消与状态能控性和能观测性之间的关系九、线性系统结构按能控性、能观测性的分解重点：定常离散系统的能控性和能观性，线性定常系统结构分解，系统的最小实现难点：系统的最小实现第四章系统的运动稳定性一、李雅普诺夫稳定性定义二、李雅普诺夫第一法三、李雅普诺夫第二法四、线性系统稳定性分析重点：稳定性的理解，李雅普诺夫稳定性判别条件难点：对稳定性内容的理解四、课程各教学环节要求本课程共安排48课时，以课堂教学为主，尽量利用多媒体电化教学手段，采用课堂讲授，课堂讨论和课后自学等教学形式，改进教学方法，以达到最佳教学效果。（一）作业课程涉及基本原理和理论内容较多，一般采取书面作业形式，作业题量在25题左右。布置习题的目的是使学生巩固对所学基本概念、基本方法、基本技能的理解与应用。（二）考试期末考试采取开卷或闭卷形式，考试范围应涵盖所讲授的重点内容，考试内容应能客观反映出学生对本门课程主要概念的记忆、掌握程度，对有关理论的理解、掌握及综合运用能力，考试题型应尽量多样化。（三）成绩评定按照期末考试成绩计70%，平时表现、作业和考勤计30%来计算本课程的总评成绩。五、学时分配教学内容各教学环节学时分配作业题量备注章节主要内容讲授实验讨论习题课外其它小计一动力学系统的状态空间描述122149二线性系统的运动6285三线性控制系统的能控性和能观测性122148四线性系统的稳定性822124合计38284826六、课程与其它课程的联系该门课程是信息与计算科学的专业限选课，本课程的先修课程为《数学分析》、《高等代数》和《常微分方程》等课程。通过本课程的学习，使学生具有一定的对线性控制系统进行分析和设计的能力，同时为《矩阵分析》、《毕业设计》等后续课程学习打下一个良好的基础。七、教材与教学参考书（一）教材李斌，何济民主编．现代控制理论．重庆：重庆大学出版社，2003（二）教学参考书[1]刘豹主编．现代控制理论(第3版)．北京：机械工业出