自动控制理论三教学大纲

自动控制理论三教学大纲

课程中文名称：自动控制理论1（二）

课程英文名称：AutomaticControlTheoryI（2）

课程编号：204T0591

学分：2

学时：32（其中：讲课学时：32实验学时：0实践学时：0）

先修课程：高等数学I（一）/（二）、线性代数I、复变函数与积分变换II、大学物理V

（-）/（二）、电路原理II、电子技术基础（一）/（二）、电机与拖动

适用专业：自动化

课程类别：专业核心课/必修

使用教材：刘豹主编.现代控制理论（第三版）[M].北京:机械工业出版社，2011.

开课单位：电气与新能源学院

课程简介：请补充内容

一、课程性质

《自动控制理论》是自动化专业的专业核心课与学位课。自动控制理论是研究自动控制系统

普遍规律的科学。它侧重于从理论的角度，系统地阐述自动控制科学和技术领域的基本概念

和基本规律，介绍府自动控制系统从建模、分析、到设计、应用的各种原理、思想和方法。

《自动控制理论I（二）》主要讲授现代控制理论基础。

二、教学目标：

课程目标I:从控制科学的内容、方法、思维多个层面对学生进行价值塑造，密助学生树立

良好的人生观价值观，培养学生的爱国情怀、创新能力、科学思维和探索习惯。

课程目标2：能够应用自动控制理论的专业知识对复杂自动控制系统进行正确规范表述，理

解复杂自动控制系统的基本原理、普遍方法和通用规律。

课程目标3：能运用能够应用数学、自然科学和工程科学的基本知识对复杂自动控制系统建

立状态空间表达式并求解，

课程目标4：能根据被测/控对象特征和控制性能要求，运用现代控制理论的方法，识别和

判断现代自动化工程应用问题，正确表达和分析现代控制工程应用问题，体现出综合分析能

力。

课程目标5：了解影响复杂自动控制系统的各种因素、掌握复杂控制系统的基本设计方法和

技术，最终达到控制目标。能根据技术和环境的变化，通过学习提高综合设计能力，具有终

生学习能力。

三、课程目标对毕业要求的支撑关系

课程目标对毕业要求的支撑

毕业要求毕业要求指标点

关系

指标点12能够运用数学、自然科学、工程科学支撑目标：课程目标2,课

1.工程知识

的知识对自动化系统工程的具体对象建立数学模程目标3,课程目标5

课程FI标对毕业要求的支撑

毕业要求毕业要求指标点

关系

型并求解。

指标点L4：能够将数学、自然科学、工程科学的

知识和数学模型方法用于自动化系统专业工程问

题解决方案的比较与综合。

指标点2.1：能运用相关科学原理，识别和判断自

动化系统复杂工程问题的关键环节。

支撑目标：课程目标1,课

指标点2.2：能基于科学原理和数学模型正确表达

2.问题分析程目标2,课程目标3,课程

自动化系统复杂工程问题。

目标4

指标点2.4：能运用基本原理，借助文献研究，分

析过程的影响因素，获得有效结论。

指标点12.1能在社会发展的大背景下，认识到自

主和终身学习的必要性。

支撑目标：课程目标1,课

12.终身学习指标点12.2具有自主学习的能力，包括对技术问

程目标2,课程目标5

题的理解能力，归纳总结的能力和提出问题的能

力等。

四、教学内容及要求所列学时数不足32学时

第一章控制系统的状态空间描述（6学时）

L教学内容

（1）现代控制理论的产生与发展，与经典控制理论的差异

（2）状态变量、状态空间描述的概念

（3）状态空间描述的建立方法

（4）状态结构图的构建

（5）状态空间描述的线性变换及标准型

（6）由传递函数求状态空间描述

2.重点难点：状态空间描述的概念与求取

3.考核要点：用各种方法求取状态空间表达式

4.教学方法：课堂讲授

5.作业安排：1-1,1-2,1-3,1-7：另行布置其他与本次教学相关的作业。

第二章状态方程的求解（4学时）

1.教学内容

（1）线性定常齐次状态方程的求解

（2）状态转移矩阵的定义及性质

（3）状态转移矩阵的计算方法

（4）线性定常非齐次状态方程的求解

2.重点难点：状态转移矩阵6加的定义及计算

3.考核要点：状态转移矩阵的计算

4.教学方法：课堂讲授

5.作、也安排：2-3,2-4,2-6：另行布置其他与本次教学相关的作业。

第三章线性定常系统的能控性与能观性（5学时）

1.教学内容

（1）能控性、能观性的定义

（2）能控性、能观性的判别法

（3）对偶原理

（4）能控性、能观性与传递函数的关系

（5）线性系统结构分解的基本方法

2.重点难点：能控性、能观性的定义与判别；线性系统结构分解

3.考核要点：能控性、能观性的判别：线性系统的结构分解

4.教学方法：课堂讲授

5.作业安排:3-1,3-7,3-8,3-11.3-12；另行布置其他与木次教学相关的作业。

第四章李雅普诺夫稳定性分析（4学时）

1.教学内容

（1）系统稳定的基本概念

（2）李雅普诺夫稳定性定义

（3）李雅普诺夫稳定性定理

（4）李雅普诺夫稳定性第二法

（5）线性系统的李亚普洛夫稳定性分析

2.重点难点：李雅普若夫稳定性及李雅普若夫第二法

3.考核要点：李雅普若夫笫二法、线性系统的李亚普洛夫稳定性分析

4.教学方法：课堂讲授

5.作业安排：4-1,4-2,4-3：另行布置其他与本次教学相关的作业。

第五章线性定常系统的综合（5学时）

1.教学内容

（1）线性反馈控制系统的基本结构形式及特点

（2）状态反馈的基本属性

（3）极点配置问题

（4）状态观测器的定义及其设计方法

（5）利用观测^实现状态反馈的设计方法

2.重点难点：状态反馈，状态观测器，带观测器的状态反馈

3.考核要点：状态反馈求解极点配置问题

4.教学方法：课堂讲授

5.作业安排:5-1,54,510；另行布置其他与本次教学相关的作业。

五、学时分配及对毕业要求指标点的支撑

学时分配（不足32

:ft支撑的课程目

早T教学内容学时）

标

讲课实验实践

现代控制理论的产生与发展，与经典控制

第1章控制理论的差异；状态变量、状态空间描述的课程目标1

系统的状态概念；状态空间描述的建立方法；状态空600课程目标2

空间描述间描述的线性变换及标准型；由传递函数课程目标3

求状态空间描述。

线性定常齐次状态方程的求解：状态转移课程目标1

第2章状态

矩阵的定义及性质；状态转移矩阵的计算400课程目标2

方程的求解

方法；线性定常非齐次状态方程的求解。课程目标3

第3章线怦能控件、能观性的定义：能捽性、能观性500课程目标1

定常系统的的判别法；对偶原理；能控性、能观性与课程目标2

能控性与能传递函数的关系；线性系统结构分解的基课程目标3

观性本方法。课程目标4

系统稳定的基本概念；李雅普诺夫稳定性课程目标1

第4章李雅

定义；李雅普诺夫稳定性定理；李雅普诺课程目标2

普诺夫稳定400

夫稳定性第二法；线性系统的李亚普洛夫课程目标3

性分析

稳定性分析。课程目标4

课程目标1

线性反馈控制系统的基本结构形式及特

第5章线性课程目标2

点；状态反馈的基本属性；极点配置问题：

定常系统的500课程目标3

状态观测器的定义及其设计方法；利用观

综合课程目标4

测器实现状态反馈的设计方法。

课程目标5

六、考核方式及成绩评定标准

1、课程考核方式：课程考试占60%,平时成绩占40%。平时成绩包括线上成绩（25%）和

线下成绩（75%）。

支撑考核与评价方式

毕业要求期末考试

平时成绩（40%）

课程目标与指标点（60%）

的对•应，建议参考学课程

线上成绩（含线下成绩（含课堂合计

院给的《电力电子技目标

线上SPOC作考勤、课堂互动、

术》教学大纲，便于课程考试

业及测试成绩课堂讨论、纸质作

考试和课程目标达

等）业笔）

成情况分析

指标点2.1,2.2,24

课程目标113610

12.1

指标点1.2,1.4,2.1,

课程目标2261220

2.2,2412.1,12.2

指标点1.2»2.2课程目标3271322

指标点2.1,2.2,2.4课程目标4381728

指标点1.4,12.1,12.2课程H标5261220

总分占比％103060100

说明：根据实际情况，每个课程目标的成绩比例可以在上下10%的范围内浮动，但必须保

证总成绩为100分。

2、课程成绩评定标准

评分标准

课程目标考核要求高于预期达到预期低于预期

优秀良好合格不合格

课堂考勤、课程总结拓

课程目标1