《现代控制理论》课程教案

《现代控制理论》课程教案课程及任课教师简介：课程名称：现代控制理论课程性质：专业基础课授课对象：机械设计制造及自动化专业学时：48教材：《现代控制理论与工程》（第二版）王积伟主编，高等教育出版社课程教学目标：《现代控制理论》是机械制造及自动化专业研究生的学位课。本课程的教学应当使学生了解现代控制理论的体系结构，掌握线性控制系统的状态空间描述、时域分析与离散化等方法，掌握利用状态空间模型分析系统和校正系统及实现最优控制的方法。课程教学重点、难点：本课程的教学重点是：控制系统的状态空间数学模型，系统运动分析，稳定性分析，系统综合和最优控制等。本课程的教学难点是：系统综合和最优控制方法。

第一讲 第1章控制系统的状态空间数学模型一、教学内容基本概念线性定常连续系统的状态空间数学模型二、教学目标掌握根据物理模型、微分方程、传递函数、传递函数结构图等建立状态空间模型的方法及状态空间模型的线性变换方法。二、教学重点根据微分方程和传递函数及传递函数结构图建立状态空间模型的方法四、教学难点根据微分方程建立状态空间模型的方法五、教学思路和方法讲清概念，板书推证，PPT演示0六、教学内容和过程：教学内容教学方法第1章控制系统的状态空间数学模型基本概念线性定常连续系统的状态空间数学模型根据物理模型建立状态空间模型根据微分方程建立状态空间模型根据传递函数建立状态空间模型以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。七、作业布置八、课后小结

第二讲 第1章控制系统的状态空间数学模型（续）一、教学内容线性定常连续系统的状态空间数学模型（续）线性时变连续系统的状态空间数学模型非线性连续系统的状态空间数学模型二、教学目标掌握线性时变连续系统和非线性连续系统的状态空间数学模型的建立方法。二、教学重点线性时变连续系统状态空间数学模型四、教学难点线性时变连续系统状态空间数学模型五、教学思路和方法讲清概念，板书推证，PPT演示0六、教学内容和过程：教学内容教学方法第1章控制系统的状态空间数学模型（续）线性定常连续系统的状态空间数学模型（续）根据系统的传递函数结构图建立状态空间模型状态空间模型的线性变换线性时变连续系统的状态空间数学模型非线性连续系统的状态空间数学模型本质非线性系统的状态空间模型本征非线性系统的状态空间模型以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。七、作业布置八、课后小结

第三讲 第1章控制系统的状态空间数学模型（续）一、教学内容线性离散系统的状态空间数学模型MATLAB在建立状态空间模型中的应用二、教学目标掌握线性离散系统状态空间数学模型的建立方法。三、教学重点线性离散系统状态空间数学模型四、教学难点线性离散系统状态空间数学模型五、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：教学内容教学方法第1章控制系统的状态空间数学模型（续）线性离散系统的状态空间数学模型差分方程和脉冲传递函数根据差分方程建立线性定常离散系统的状态空间模型根据脉冲传递函数建立线性定常离散系统的状态空间模型线性时变离散系统的状态空间模型MATLAB在建立状态空间模型中的应用数学模型的MATLAB表示法实现能控规范型的MATLAB编程及计算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1.1⑵,1.2,1.4,1.6⑴⑵，自拟（1）,（2），⑶，（4）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2.1线性定常连续系统的运动分析二、教学目标掌握状态转移矩阵的计算方法和受控运动分析方法。二、教学重点状态转移矩阵和受控运动分析方法四、教学难点状态转移矩阵和受控运动分析方法五、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：教学内容教学方法第1章控制系统的状态空间数学模型线性定常连续系统的运动分析自由运动状态转移矩阵受控运动分析.实现线性定常连续系统运动分析的MATLAB编程.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。.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置八、课后小结

第五讲 第2章控制系统的运动分析（续）一、教学内容线性时变连续系统的运动分析错误！未定义书签。线性定常离散系统的运动分析二、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。二、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0六、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）线性时变连续系统的运动分析错误！未定义书签。自由运动及状态转移矩阵受控运动 常数变易法线性定常离散系统的运动分析线性定常连续系统的离散化线性定常离散系统的运动分析以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。七、作业布置八、课后小结

第六讲 第2章控制系统的运动分析（续）一、教学内容线性时变离散系统的运动分析系统运动分析的MATLAB实现二、教学目标掌握线性时变离散系统的运动分析方法。二、教学重点线性时变离散系统的运动分析四、教学难点线性时变离散系统的运动分析五、教学思路和方法讲清概念，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）线性时变离散系统的运动分析线性时变连续系统的离散化方程线性时变离散系统的运动分析系统运动分析的MATLAB实现.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。.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、教学内容李雅普诺夫稳定性基本定理线性连续系统的稳定性分析二、教学目标掌握李雅普诺夫稳定性基本定理和线性连续系统的稳定性分析方法。二、教学重点线性连续系统的稳定性分析四、教学难点线性连续系统的稳定性分析五、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：教学内容教学方法第3章控制系统的稳定性分析基本概念李雅普诺夫稳定性基本定理线性连续系统的稳定性分析线性定常连续系统的稳定性分析及其乂人乩48编程与计算线性时变连续系统的稳定性分析.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。.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置八、课后小结

第八讲 第3章控制系统的稳定性分析（续）一、教学内容线性离散系统的稳定性分析非线性连续系统的稳定性分析二、教学目标掌握线性离散系统和非线性连续系统的稳定性分析方法。二、教学重点线性离散系统和非线性连续系统的稳定性分析四、教学难点非线性连续系统的稳定性分析五、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：教学内容教学方法第3章控制系统的稳定性分析（续）线性离散系统的稳定性分析线性定常离散系统的稳定性分析及其乂人乩48编程与计算线性时变离散系统的稳定性分析非线性连续系统的稳定性分析雅可比Jacobian）矩阵法及其MATLAB编程与计算变量梯度法.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。.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置教材3.3,3.4,3.7,3.8;自拟⑴，（2），⑶八、课后小结

第九讲 第4章控制系统的能控性与能观测性一、教学内容4.1系统的能控性二、教学目标掌握系统能控性的分析方法。二、教学重点系统的能控性分析四、教学难点系统的能控性分析五、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：教学内容教学方法第4章控制系统的能控性与能观测性系统的能控性线性时变连续系统的能控性错误！未定义书签。线性定常连续系统的能控性及其MATLAB辅助分析线性定常离散系统的能控性.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。.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置八、课后小结

第十讲 第4章控制系统的能控性与能观测性（续）一、教学内容4.2系统的能观测性二、教学目标掌握系统能观测性的分析方法。二、教学重点系统的能观测性分析四、教学难点系统的能观测性分析五、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：教学内容教学方法第4章控制系统的能控性与能观测性（续）系统的能观测性线性时变连续系统的能观测性线性定常离散系统的能观测性能控与能观测规范型的实现能控规范型的实现及其MATLAB编程与计算能观测规范型的实现及其乂人乩48编程与计算.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。.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置八、课后小结

第十一讲 第4章控制系统的能控性与能观测性（续）一、教学内容对偶系统及对偶性原理线性定常系统能控能观测结构的分解二、教学目标掌握对偶性原理和线性定常系统能控能观测结构的分解方法。二、教学重点线性定常系统能控能观测结构的分解四、教学难点线性定常系统能控能观测结构的分解五、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：教学内容教学方法第4章控制系统的能控性与能观测性（续）线性定常系统能控与能观测性在复域［s］中的判据对偶系统及对偶性原理线性定常对偶系统线性时变对偶系统线性定常系统能控能观测结构的分解能控与不能控结构分解及其乂人乩48辅助计算能观测与不能观测结构分解及其乂人乩48辅助计算能控与能观测性结构综合分解.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。.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置教材2.1(4),2.2(4),2.4⑶,2.5(2),2.7,2.10,2.13洎拟⑴，(2)，⑶⑷八、课后小结

第十二讲 第5章线性定常控制系统的综合一、教学内容反馈控制系统的基本结构以实现期望极点为目标的系统综合二、教学目标掌握以实现期望极点为目标的系统综合方法二、教学重点以实现期望极点为目标的系统综合四、教学难点以实现期望极点为目标的系统综合五、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：教学内容教学方法第5章线性定常控制系统的综合反馈控制系统的基本结构状态反馈控制系统输出反馈控制系统以实现期望极点为目标的系统综合单输入状态反馈控制系统极点配置及其乂人乩48辅助计算多输入状态反馈控制系统的极点配置方法输出反馈控制系统极点配置及其MATLAB辅助计算.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。.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置八、课后小结

第十三讲 第5章线性定常控制系统的综合（续）一、教学内容以实现系统镇定为目标的系统综合以实现解耦控制为目标的系统综合二、教学目标掌握以实现系统镇定和以实现解耦控制为目标的系统综合方法三、教学重点以实现系统镇定和以实现解耦控制为目标的系统综合四、教学难点以实现系统镇定和以实现解耦控制为目标的系统综合五、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：教学内容教学方法第5章线性定常控制系统的综合（续）以实现系统镇定为目标的系统综合以实现解耦控制为目标的系统综合补偿器解耦状态反馈解耦实现状态反馈解耦控制的MATLAB编程与计算.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。.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置八、课后小结

第十四讲 第5章线性定常控制系统的综合（续）一、教学内容5.5状态重构控制系统二、教学目标掌握带全维状态重构器和降维状态重构器的状态反馈系统的设计方法二、教学重点带全维状态重构器和降维状态重构器的状态反馈系统的设计四、教学难点带全维状态重构器和降维状态重构器的状态反馈系统的设计五、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：教学内容教学方法第5章线性定常控制系统的综合（续）5.5状态重构控制系统全维状态重构器及其MATLAB辅助设计带全维状态重构器的状态反馈系统降维状态重构器及其MATLAB辅助设计.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。.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置教材4.1,4.2,4.6,4.7,4.9,4.10（2）；自拟⑴，⑵，⑶，⑷八、课后小结

第十五讲 第六章最优控制一、教学内容泛函及其变分法简介最优控制及其拉格朗日乘子法二、教学目标掌握最优控制及其拉格朗日乘子法二、教学重点最优控制及其拉格朗日乘子法四、教学难点最优控制及其拉格朗日乘子法五、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：教学内容教学方法第6章最优控制泛函及其变分法简介最优控制及其拉格朗日乘子法数学模型拉格朗日@@8好980）乘子法以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。七、作业布置八、课后