《现代控制理论》教学方法探讨
《现代控制理论》课程教案

《现代控制理论》课程教案一、教学目标1. 了解自动控制系统的概念,理解自动控制的基本原理和特点。
2. 掌握线性系统的状态空间表示,熟悉状态空间方程的求解方法。
3. 学习控制器的分析和设计方法,包括PID控制、状态反馈控制和观测器设计。
4. 学会运用现代控制理论解决实际工程问题,提高系统的稳定性和性能。
二、教学内容1. 自动控制系统的基本概念和原理自动控制系统的定义、分类和性能指标开环控制系统和闭环控制系统的区别与联系2. 状态空间表示及其应用状态空间方程的定义和求解方法状态转移矩阵和初始状态对系统行为的影响状态空间图的绘制和分析3. 控制器的分析和设计PID控制原理及其参数调整方法状态反馈控制和观测器的设计方法控制器设计实例和仿真分析4. 系统的稳定性和性能分析线性时不变系统的稳定判据系统的瞬时响应、稳态响应和频率响应分析系统性能指标的优化方法三、教学方法1. 讲授法:讲解基本概念、原理和方法,阐述重点难点。
2. 案例分析法:分析实际工程案例,让学生学会运用现代控制理论解决问题。
3. 实验法:安排实验课程,让学生动手实践,加深对理论知识的理解。
4. 讨论法:组织课堂讨论,培养学生独立思考和团队协作的能力。
四、教学资源1. 教材:《现代控制理论》,作者:吴启迪、何观强。
2. 课件:PowerPoint 或其他演示软件制作的课件。
3. 实验设备:控制系统实验平台。
4. 仿真软件:MATLAB/Simulink。
五、教学评价1. 平时成绩:课堂表现、作业完成情况和实验报告。
2. 考试成绩:期末考试,包括选择题、填空题、计算题和论述题。
3. 实践能力:实验报告和实际工程问题的解决方案。
六、教学安排1. 课时:共计32课时,其中包括16次课堂讲授,8次实验操作,8次课堂讨论。
2. 授课方式:课堂讲授结合实验操作和课堂讨论。
3. 进度安排:第1-8课时:讲授自动控制系统的基本概念和原理。
第9-16课时:讲解状态空间表示及其应用。
《现代控制理论》课程教案

第五讲
第2章控制系统的运动分析(续)
一、教学内容
二、教学目标
掌握线性时变连续系统和线性定常离散系统的运动分析方法。
三、教学重点
线性时变连续系统和线性定常离散系统的运动分析
四、教学难点
线性时变连续系统的运动分析
五、教学思路和方法
讲清概念,板书推证,PPT演示。
六、教学内容和过程:
教学内容
教学方法
八、课后小结
第四讲
第2章控制系统的运动分析
一、教学内容
二、教学目标
三、教学重点
四、教学难点
五、教学思路和方法
讲清概念,板书推证,PPT和MATLAB演示。
六、教学内容和过程:
教学内容
教学方法
1.以板书推证为主,以PPT演示为辅,通过例题讲解具体应用方法。
2.在MATLAB平台演示相关内容。
七、作业布置
五、教学思路和方法
讲清概念,板书推证,PPT和MATLAB演示。
六、教学内容和过程:
教学内容
教学方法
1.以板书推证为主,以PPT演示为辅,通过例题讲解具体应用方法。
2.在MATLAB平台演示相关内容。
七、作业布置教材1.1(2),1.2,1.4,1.6(1)(2),自拟(1),(2),(3),(4)
讲清概念,板书推证,PPTMATLAB演示。
六、教学内容和过程:
教学内容
教学方法
第2章控制系统的运动分析(续)
1.以板书推证为主,以PPT演示为辅,通过例题讲解具体应用方法。
2.在MATLAB平台演示相关内容。
七、作业布置
八、课后小结
第七讲
第3章控制系统的稳定性分析
一、教学内容
“现代控制理论”课程教学改革的思考与探索

力, 讨论了目 前本课 程教学中 存在的问题 , 针对该课程理论性较 强的特J 点结合教学过程中的实际体会, 在教学内容、 教学方法和 实验教学等
方 面做 了一些改 革措 施 , 取得 了良好 的教 学效 果 。
巩 固延 续仍 然 局限在 数学 理论 阶段 , 很难 跟 实际 问题 结合 起 来, 从而 限制 了实验作用的发 挥。
6 . 学 习兴趣 不 高
过 多的数学 内容 、 较少 的实 际问题使 得这门课程 显得过于 沉 闷, 学习内容枯燥无味 、 难懂、 学不进去 , 学生难以感兴趣 。 为了解决 上述 问题 , 提 高教学质量 , 必须对 本课 程进行 改 革, 探索新 的教学模式 。
第2 6 9 期
D O I 编码 : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 7 — 0 0 7 9 . 2 0 1 3 . 1 0 . 0 3 0
课 程教 材 改革
“ 现代控制理论" 课程教学改革的思考与探索
程启明 薛 阳 贾再一 米 阳 王 莉
“ 现代控制理论 ” 为电类专业硕士研究生 的学位课程 , 也是 “ 自动控制原理”的后续课程 。 该课程包 括系统状态空间模 型的 建立与求解 、 系统 的能控性 / 能观性, 稳定性 的分析、 状 态反馈 和 状态 观测器 的设 计、 最优控制 器的设计 等 内容。本课程具 有跨 学科 、 概念抽象 、 公式多 、 数学 推导烦琐 、 难以理解等特 点。 口 为 了促 进学生对 课程 内容 的学 习, 培养 学生掌握知识 和运用理论
《现代控制理论》教学方法探讨

《现代控制理论》教学方法探讨【摘要】《现代控制理论》是自动化专业一门很重要的专业课,但是由于这门课程理论性非常强,涉及到大量线性代数和微分方程的相关知识及分析过程中会有大量数据计算,在教学过程中往往不会产生很好的教学效果。
所以本文就如何提高学生在学习过程中的学习兴趣及MatLab软件在课堂及实验中的应用进行探讨。
【关键词】现代控制理论;教学方法;Matlab;自动化随着经济和科学技术的飞速发展,控制系统中大系统和智能控制系统的出现,经典控制理论已经不能满足需求,从而产生了现代控制理论。
所以《现代控制理论》这门课程是自动化专业继《自动控制原理》之后非常重要的一门专业课,包括的内容很多,范围很广,且有的内容有相当的深度。
《现代控制理论》课程的学习是以线性代数和微分方程为主要的数学工具,以状态空间法为基础来分析与设计控制系统。
在教学过程中,主要面临以下几个问题:一、学生在学习中容易关注运算细节,而缺乏整体概念在《现代控制理论》课程的学习中会涉及到大量的计算方法和计算公式,很容易让学生造成只关注计算方法与计算过程,没有系统的概念而忽略了为什么要采用这种方法及用这种方法可以解决什么问题。
比如,在分析一个系统的性能之前,首先应该建立一个数学模型来描述系统内部状态、外特征及内部各参量和外部特征参量的关系,这就是现代控制理论这门课程重要内容之一——状态空间表达式的建立。
通过建立一个系统的状态空间表达式,来建立一个数学模型以便于对这个系统进行定性与定量的研究。
在讲课的过程中会给学生讲解由传递函数建立状态空间表达式、由高阶微分方程建立状态空间表达式等方法,往往这时候学生只知道把各种方法生搬硬套的拿来做完计算就可以了,对这个过程中为什么要设置那么多的状态变量,状态变量和微分方程有什么联系,微分方程怎么得到等一些列问题并不关心。
所以这门课程的学习中很容易就会上成了数学课,学生会把大部分的注意力放在计算的方法和数据的正确与否,而没有系统的概念,对这些微分方程是怎么建立的和为什么要建立状态空间表达式及建立状态空间表达式是用来解决一些什么问题并不关心。
现代控制理论课程教学内容与教学方法改革探讨

由于科学技术快速发展与信息时代的到来 , 仍 采用以前的古板教学形式 已经满足不了学生的求知 需求. 为了加大教学 内容的输送量和输送速度 , 搞好
运筹学与控制论学科建设 , 对教学 内容进行 了重新 安排 , 多样化 的教学形 式 , 采取 编制多媒体教 学课 件, 适当采用多媒体教学以及实施计算机仿真. 教学 目的. 现代控制理论以状态空 间法为主 , 研 究系统状态的运动规律 , 习这 门课程 的任务在于 学 掌握和获得现代控制理论的基本知识、 基本方法 , 树 立理论联系实际的科 学观点 , 培养学生 的辩证思维 能力 , 提高系统分析和系统设计 以及综合分析 问题 的能力 , 为进一步从事有关方 面的学 习和研究工作
验的老 教师实施 教学 , 组织 观摩 和交 流 听课 活动 , 再
杨 帆 , 凤 玲 赵
( 通化师范学 Байду номын сангаас 数学系 。 吉林 通化 14 0 ) 30 2
摘
要: 结合教 学实践及现代控制理论课程 的特点 , 高现代控制理论课程的教 学质量 , 为提 从教 学 内容、 学方法上进行 了一 教
些探讨 , 出了实施教 学改革的具体措施 . 给 关键词 : 现代控制理论 ; 教学 内容; 学方 法 教
中图分类号 :6 2 文献标志码 : 文章编号 :08 7 7 (0 8 1 — 05— 3 G4 A 10 — 94 2 0 )2 0 8 0
基 金项 目: 本文系吉林省高等教育教学研究项 目《 现代控制理论的教学内容和课程体系改革) 阶段成果之一 .
收稿 日期 :0 8— 5—1 20 0 5
现代控制理论课程教学改革构想就是对现代控
制理论课程确定一个新的教学方案 , 加入 M T A AL B 这个优秀的应用软件作为教学工具 , 建立充分描述
面向现代控制理论课程的教学改革探讨

实现 ,对课程教学内容、教学方法、实践方式和考核方式改革进行探讨 ,给 出实施教学改革的具体措施。实践结
果表 明,通 过这 些 改革 ,可 以激 发学 生 的学 习兴趣 ,提 高 学生 分析 解决 问题 的 能力 ,培 养学 生 的创新 意 识 ,教学
效 果较 好 。
关键 词 现代 控制 理论 ;教 学改 革 ;教学 实践
c n e t t a h n e h d p a t c m d a d v l a i n o e r d s u s d n r e t i p o e o t n , e c i g m t o , r c i e o e n e a u t o m d a e i c s e i o d r o m r v
dv lp su e t ’ ce tv t n n oa oy cn co se s Te ap ia in o ec ig rfr a e e o t d n s r a i i y a d i n v t r o s i u n s . h p l c t o f t a h n e o m h s ah ee o def c . c i v d g o f e t K y w r s m d r o t o h o y t a h n e o m;t a h n r c e e od o en cn r lte r ; ec ig r fr e c ig p a t c i A t o ’ S d r s C l e e f l c r n c n I f r a i n n i e r n i C o g i g n v r i y f u h r a d e s o l g o E e t o i a d n o m t o E g n e i g n h n q n U i e s t o S i n e a d T c n l g , C o g i g C i a 4 1 3 c ec n eh oo y hn qn , h n 0 3 1
CDIO模式下《现代控制理论》课程教学改革的探讨
,
分 析系统 的可控制 性 、可观性 、稳定性 等 基本
的探 索 研 究 ,创 立 了 C) C ne e ei ,I — 1 O( o ci ,D s n m I v g pe et p rt:分 别代 表构 思 、设计 、实 现 和运 lm n ,O ea e 作 )f 程教育理 念 ,并成立 了 以 C 1 名 的 际合 D 0命
陈
( 南通 大学
峰
南通 26 1) 2 0 9
电气 T程 学 院 ,江 苏
摘 要 :基 于 C I 工 程教 育模 式 ,结合 教 学 实践 及 现 代 控 制 理 论 课 程 的特 点 ,讨 论 了 目前 教 学 内容 、教 学 改 革 中 存 在 的 问 DO 题 ,重点探讨 了以现代控制理论 的工程项 目为教 学 内容 ,完善课 程教 学体 系、教材建设 、教 学方 法改革等 ,从而提 高现代 控 制 理 论 课 程 的教 学质 量 ,提 升 学 生 的 工程 能 力和 创 新 精 神 . 、 关 键 词 :C I 工 程教 育理 念 ;现 代 控 制 理 论 ;教 学 改 革 DO 中图 分 类 号 :G 4 62 文献 标 志 码 :A di 1.9 9 ji n 17 4 5 .0 20 .2 o: 0 3 6/.s .6 2— 5 02 1 .30 3 s
A b tac :Thi t y i oe p o et e mo e n c to h oy ba e n CDI e uc to ten, ta h n r ci ea h r ce itc f sr t s sud st x l r h d r onr lt e r s d o O d a in patr e c i g p a tc nd c a a trsis o t o re, wh c c e n t r s ntta hi o t n n he pr be se itn n t e c ng r fr he c u s i h f us s o he p e e e c ng c n e ta d t o lm x sig i he t a hi eo m.I mp t a l s u s s o te hai ly dic s e c t e c i g c n e t a e n mo e n c nr lt o y, a p re tc u s e c i g s se , c n tu to o e c n tras a d r — he ta h n o t n sb s d o d r o to he r nd ef c o re ta h n y tm o sr ci n ft a hig ma eil n e
“现代控制理论”课程的教学探讨
《现代控制理论基础》教学改革思路概要
《现代控制理论基础》教学改革思路概要《现代控制理论基础》教学改革思路一、《现代控制理论基础》教学现状《现代控制理论基础》是自动化专业的主干课程,它以状态空间法为主,研究系统状态的运动规律,学习这门课程的任务在于掌握现代控制理论的基本知识、基本方法,初步培养进行系统分析以及系统设计的能力,为进一步从事有关方面的学习和研究工作奠定基础。
“现代控制理论基础”课程在我国高校开设已近30年。
随着理论的快速发展和对多学科的渗透,对该课程的专业要求越来越高,课程内容也在不断完善。
目前,不仅许多高校的自动化、信息和计算机学科将该课程作为本科生的必修课,而且机械、化学、经济、生物工程等学科也相继开设了该课程,已成为科研工作者的必修课。
目前,对于本科生来说,现代控制理论的内容已被多个学科列为研究生入学考试的专业基础课程之一,越来越受到学生的重视。
基于《现代控制理论基础》的快速发展及重要性,本课程在自动化专业教学中的位置也越来越突出,更因为本课程已被多个学科列为研究生入学考试的专业基础课,因此受到授课教师和在校学生的高度重视。
但是本课程理论性很强,内容抽象、枯燥、公式推导多,学生学习兴趣低且感觉与实际无联系,使学生学习本课程的效果不好。
二、《现代控制理论基础》教学改革构想本课程旨在借助MATLAB软件教学平台,充分发挥MATLAB功能强大、界面友好、语言自然、开放性强的特点,提高学生的学习兴趣和积极性,取得满意的教学效果。
matlab软件是mathworks公司于1984年推向市场的一套高性能的数值计算和可视化软件,它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体。
经过十几年的发展,matlab已经成为一个国际公认的最优秀的科技应用软件,并且其强大的扩展功能更是为各个工程领域提供了分析和设计的基础。
作为一种科学计算语言,matlab具有极强的适应能力,成为适合多学科的大型优秀应用软件,已成为国内外高等院校高等数学、数值分析、数字信号处理、自动控制理论以及工程应用等课程的教学工具。
《现代控制理论》实验教学探索
《现代控制理论》实验教学探索摘要:为了加深学生对《现代控制理论》课程知识的理解,提高学生控制理论的实践应用能力,本文分析了《现代控制理论》实验课程中主要存在的问题,建立了结合实践应用的实验教学体系,对《现代控制理论》的实验教学方法进行了有效的探索。
关键词:《现代控制理论》;实验教学;实践应用中图分类号:g642.0 文献标志码:a 文章编号:1674-9324(2013)17-0264-02《现代控制理论》是自动化专业开设的专业基础课程之一,也是研究生最优控制理论等学位课程的基础。
该课程讲述的状态空间设计法适用于线性、非线性、时变等简单和复杂系统[1],其数学基础是矩阵理论,容易通过计算机程序进行辅助计算。
因此,现代控制理论的学习对于目前广泛应用的计算机控制系统有着深远的意义。
但是,该课程以矩阵理论、自动控制原理等学科知识为基础,包含了大量的数学公式和抽象的概念,难以和工程应用背景结合理解,相关的实验环节就成为学生理论联系实践的最佳途径。
为此,我院自动控制原理课程组在多年的教学和实践的基础上建立了《现代控制理论》理论结合实际的实验教学体系,对应课程的理论知识体系搭建了相应的实验平台,对该课程实验教学方法的研究进行了有效的探索。
一、实验教学中存在的问题1.实验教学以仿真为主。
目前在教学实践中,很多高校开设的现代控制理论实验课程还是基于matlab软件进行仿真实验[2],学生应用matlab控制系统工具箱完成线性或非线性系统的状态空间建模,稳定性分析、状态反馈设计等实验内容。
学生通过仿真实验虽然可以加深对理论教学内容的理解,学习控制算法设计和软件的编程,但是无法开展软硬件的联合调试,不能有效检验控制算法的有效性,不能锻炼理论知识的实际应用能力。
《现代控制理论》实验课程设置的主要目的就是培养学生的实际动手能力、理论知识的综合应用能力,工程实践和创新能力等。
学生在实验中可以应用matlab软件进行辅助设计,但是仿真工具在实验过程中应该起辅助作用,而不是占据主导地位。
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《现代控制理论》教学方法探讨
【摘要】《现代控制理论》是自动化专业一门很重要的专业课,但是由于这门课程理论性非常强,涉及到大量线性代数和微分方程的相关知识及分析过程中会有大量数据计算,在教学过程中往往不会产生很好的教学效果。
所以本文就如何提高学生在学习过程中的学习兴趣及MatLab软件在课堂及实验中的应用进行探讨。
【关键词】现代控制理论;教学方法;Matlab;自动化
随着经济和科学技术的飞速发展,控制系统中大系统和智能控制系统的出现,经典控制理论已经不能满足需求,从而产生了现代控制理论。
所以《现代控制理论》这门课程是自动化专业继《自动控制原理》之后非常重要的一门专业课,包括的内容很多,范围很广,且有的内容有相当的深度。
《现代控制理论》课程的学习是以线性代数和微分方程为主要的数学工具,以状态空间法为基础来分析与设计控制系统。
在教学过程中,主要面临以下几个问题:
一、学生在学习中容易关注运算细节,而缺乏整体概念
在《现代控制理论》课程的学习中会涉及到大量的计算方法和计算公式,很容易让学生造成只关注计算方法与计算过程,没有系统的概念而忽略了为什么要采用这种方法及用这种方法可以解决什么问题。
比如,在分析一个系统的性能之前,首先应该建立一个数学模型来描述系统内部状态、外特征及内部各参量和外部特征参量的关系,这就是现代控制理论这门课程重要内容之一——状态空间表达式的建立。
通过建立一个系统的状态空间表达式,来建立一个数学模型以便于对这个系统进行定性与定量的研究。
在讲课的过程中会给学生讲解由传递函数建立状态空间表达式、由高阶微分方程建立状态空间表达式等方法,往往这时候学生只知道把各种方法生搬硬套的拿来做完计算就可以了,对这个过程中为什么要设置那么多的状态变量,状态变量和微分方程有什么联系,微分方程怎么得到等一些列问题并不关心。
所以这门课程的学习中很容易就会上成了数学课,学生会把大部分的注意力放在计算的方法和数据的正确与否,而没有系统的概念,对这些微分方程是怎么建立的和为什么要建立状态空间表达式及建立状态空间表达式是用来解决一些什么问题并不关心。
二、学习过程中,数据运算量大容易使学生失去兴趣
现代控制理论这门课程的学习中由于可对多变量和多输入多输出复杂系统进行分析,所以在这门课程的学习中会利用线性代数和微分方程相关的内容来进
行运算以解决问题。
比如,用rank[B AB…An-1B]=n对系统的状态能控性进行判断,分析过程就涉及到利用线性代数中矩阵相乘和矩阵的秩的相关内容来进行运算。
判断时,运算量的大小取决于系统状态变量的个数及系统输入输出量的个数。
当状态变量多,系统的输入输出个数多于一个的时候计算量就会很大。
这时学生在繁琐的计算中,很容易出现失误,从而会在大量枯燥的运算中而失去耐心,最后逐渐失去学习兴趣。
针对存在的问题,如何提高学生的学习兴趣,以达到更好的教学效果,本文将从以下三个方面进行探讨。
(一)教学中引入实际工程案例
在课程讲解的过程中通过实际工程案例结合课本内容进行讲解,以提高学生的学习兴趣。
在教学过程中由于具体的工程案例的引入,更容易让学生建立整体系统的概念,把工程案例和课本知识相结合也让学生明白采用这些方法能实际解决的问题,所以思路正确以后学习兴趣自然也会增加。
(二)课堂中引入MatLab软件进行计算和演示
在课堂教学中使用MatLab软件进行计算和演示,以提高学生的学习兴趣。
MatLab软件在课堂教学中的应用可以用计算机来代替手算解决《现代控制理论》的讲解中一些复杂及数据运算量大的问题。
例如,在《现代控制理论》的学习中比较重要的内容之一极点配置控制,这部分内容的学习过程中会涉及到对要分析的系统能控性的判别和系统特征值的运算等内容,分析过程中会涉及到大量复杂的计算,尤其是多输入系统的计算更为复杂计算量更大,如果在教学过程中使用MatLab来进行计算和演示就能很快就能把要计算的结果准确无误的计算出来,这样节省时间而且计算结果准确。
除此之外,MatLab还可以对计算的结果以图像的形式演示出来,这样可以直观的看到运行结果。
所以在课堂中应用MatLab软件尤其是在例题讲解的过程中,去除了传统的复杂繁琐手算计算过程,让学生快速准确直观的看到运行结果,可提高学生学习兴趣。
(三)采用MatLab完成实验内容
在实验中采用MatLab软件让学生来进行练习,以提高学生的学习兴趣和巩固学生学习的理论知识。
学生在课堂学习中掌握的基本概念和基本方后,在实验中采用MatLab控制工具箱和一些简短的语句就能把一些原本复杂计算量大的内容准确快速的计算出来,并且还可以通过输出的图形很直观的对系统的具体动态过程进行分析,这可以使学生对理论知识有更深刻的认识和理解,同时也可培养学生系统综合分析设计的能力,为以后使用MatLab进行控制系统的设计打下基础。
学习兴趣对一门课程的学习至关重要。
在《现代控制理论》这门课程的教学实践中,采用实际工程案例和课程内容相结合讲解的方法,利用MatLab软件来进行计算和演示,都能很好的提高了学生的学习兴趣,更有助于学生对理论知识的掌握和理解,达到了较好的教学效果。
参考文献
[1]郑艳,高立群,李浚圣.MATLAB仿真软件在现代控制理论课程教学中的应用[J].沈阳教育学院学报,2008(02).
[2]王凡,王思文,郑卫刚.现代控制理论概述及实际应用意义[J].网友世界,2012(13).
董素鸽(1983年—),女,河南叶县人,讲师,现供职于郑州大学西亚斯国际学院。