《现代控制理论(第3版)》刘豹(教学大纲)

现代控制理论

一、课程说明

课程编号:

课程名称：«现代控制理论»

英文名称：Modern Control Theory

总学时：48

总学分：3

适用对象: 自动化专业

先修课程：自动控制原理线性代数

二、课程开设的背景与目标

课程开设的背景

“现代控制理论”是自动化专业的专业基础课。课程设在第六学期，它和第五学期开设的“自动控制原理”一并构成自动化专业的核心理论基础。作为教学对象的三年级下学期本科生已经修完了所有相关的数学课程，具有了较为完善的数学基础知识，并在修完了第五学期开设的“自动控制原理”课后，对自动控制的原理、概念和方法有了一定的了解。

本课程开设目标

自动控制领域的科学研究方法，已经由最早的经典控制中以输入输出模型为主，发展为现今的现代控制中以状态空间模型为主。因而，“现代控制理论”是从事自动化专业必备的知识。

“现代控制理论”的教学目标是使学生牢固树立线性系统中状态空间的概念、进一步理解系统稳定性这一控制学科最为重要的概念，掌握能控与能观、状态反馈与状态估计等核心方法。

三、教学内容与安排

第一章前言（2学时）

主要介绍控制理论的产生背景及现代控制理论研究的主要内容，使学生对现代控制理论的发展及其所研究的主要问题有一个初步了解。

第二章控制系统的状态空间表达式（6学时）

状态空间描述是现代控制理论中描述系统动态运动过程的基本方法，是学习现代控制系统的起点。

本章的重点是状态、状态空间表达式的基本概念、状态空间表达式建立的基本方法。第三章控制系统状态空间表达式的解（8学时）

本章重点介绍线性定常系统状态方程的解；状态转移矩阵的概念、特点、性质。要求学生了解离散时间系统状态方程的求解方法。

实验一：

第四章线性系统的能控性和能观性（10学时）

本章主要介绍系统状态的可控性、可观性，它们是系统的重要特性。学生应掌握系统可控性、可观性的基本概念、判据及系统的对偶性原理，了解按照可控性、可观性对系统进

行结构分解的方法。

本章要求重点掌握：状态可控性及可观性的基本概念，状态可控性和可观性判据；对偶原理、可控规范型和可观规范型、系统的结构分解。

了解系统的传递函数矩阵实现。

实验二：

第五章稳定性与李雅普诺夫方法（8学时）

稳定性是控制系统的重要特性之一。系统的稳定性分析是控制系统分析设计的重要内容之一。本章主要介绍李雅普诺夫稳定性的基本概念、李雅普诺夫第一法、李雅普诺夫第二法，李雅普诺夫方法在线性系统、非线性系统中的应用。

本章重点是李雅普诺夫稳定性概念，李雅普诺夫第二法及其在线性系统、非线性系统中的应用。了解构造李亚普诺夫函数的一些常用方法。

实验三：

第六章线性定常系统的综合（10学时）

系统的综合是控制系统研究的重要方面。状态空间描述综合线性定常系统的重要特点是综合方法的规范化。本章主要讨论状态空间分析综合问题中涉及的状态反馈、系统镇定问题、解耦问题、状态观测器设计问题。

本章要求学生重点掌握闭环系统的极点配置方法、状态反馈设计及状态观测器的设计方法。了解带有解耦控制及带有观测器的反馈控制系统的设计方法。

实验四：

四、教学方法

根据现代控制理论课程理论性强，工程应用背景广泛，涉及的知识面宽等特点，为了能够把状态空间的抽象概念、动态过程形象地表现出来，便于学生理解掌握，我们认真对课程内容进行了设计安排，采用灵活多样的教学方式、显著提高了教学效果。

●采用多媒体辅助教学，将抽象的概念具体形象地表现出来；

●结合国内外最新文献，将控制理论的前沿研究成果和发展动态介绍给学生；

●计划邀请国际控制理论方面的专家来校讲座，以开拓学生的国际视野.

五、考核及成绩评定方式

考核方式：闭卷

成绩评定方式：本课程总评成绩，课后作业和实验占20%，课堂表现10%，期末考试占70%。总评成绩=期末考试成绩*70%+课后作业和实验*20%+课堂表现*10%