《现代控制理论》课程教学大纲

《现代控制理论》课程教学大纲一、课程基本信息课程中文名称现代控制理论课程英文名称ModernControlTheory课程编号33142207课程模块£思想政治理论课£通识教育课£专业基础课R专业课课程性质R必修£限选£专业任选£任选总学时32讲授学时24实验（专题辅导）学时8总学分2开课单位电子与信息工程学院开课系（室）自动化系授课对象大四本科生适用专业自动化专业二、课程简介和教学目标1．课程简介本课程是自动化专业非常重要的一门专业课。课程主要内容有：系统状态空间表达式的建立；状态方程的求解；系统的能控性和能观性，包括系统能控性和能观性的判别，能控标准型与能观标准型，线性系统的结构分解，传递函数矩阵的实现；李亚普诺夫方法原理及用李亚普诺夫方法分析线性定常、线性时变及非线性系统；控制系统的综合，包括反馈的各种类型，用状态反馈进行极点配置，用状态观测器实现状态反馈等。通过本课程学习，学生总体上掌握现代控制理论的基本理论和基本方法，以便进行系统分析和综合；同时，为进一步学习更深入的现代控制理论打下基础。用有效和简单可行的方法导出主要结果，得到有关系统分析和综合的方法；具备辩证思维能力，对今后进一步学习更专业的控制理论技术起到辐射的作用。2.教学目标教学目标1：掌握现代控制理论的基本原理和基本方法；教学目标2：培养分析线性系统的能力；教学目标3：培养控制系统综合的能力；教学目标4：能够坚守客观、公正、诚信的原则；尊重他人，具有良好的合作态度与协作精神；主动积极的工作态度，持续钻研以提高专业素养。教学目标5（课程思政）：引导学生树立正确的人生观、世界观和价值观，增强学生实业报国的理想信念。教学目标与毕业要求指标点的支撑关系教学目标支撑毕业要求对应指标点教学目标11.工程知识掌握本专业所需的数学、自然科学、工程基础和专业知识，能够用于解决自动化领域的一般工程和复杂工程问题。教学目标22.问题分析具备在自动化领域提出问题、分析问题和解决问题的工程实践能力，能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、分析自动化相关领域的工程问题，以获得有效结论。3.设计/开发解决方案树立全面的系统观念，具备较强的自动化及相关系统的设计、开发和应用的基本能力，能够设计针对自动化相关领域控制工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）、流程或算法，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。教学目标34．研究能够基于科学原理并采用科学方法对自动化控制工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。具有开展学科相关的科学研究、知识或技术创新的基本能力。5.2能够选择与使用恰当的仪器、信息资源、工程工具和专业模拟软件，对自动化相关领域的工程问题进行分析、计算与设计；能够针对具体的对象，开发或选用满足特定需求的现代工具，模拟和预测专业问题，并能够分析其局限性。教学目标48.2理解诚实公正、诚信守则的工程职业道德和规范，并能在工程实践中自觉遵守；理解工程师对公众的安全、健康和福祉，以及环境保护的社会责任，能够在工程实践中自觉履行责任。9．个人和团队具有良好的独立工作能力、团队合作能力和组织管理协作能力，能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。10．沟通能够就复杂的自动化控制工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。12．终身学习具有跟踪和发展自动化及相关领域新理论、新知识和新技术的能力，具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。教学目标53.2能够针对特定需求，完成单元（部件）的设计；能够进行系统或工艺流程设计，在设计中体现创新意识，并在设计中能够考虑安全、健康、法律、文化及环境等制约因素。8.1有正确的价值观，理解个人与社会的关系，了解中国国情。三、理论教学表1理论教学安排序号章节（学时）学习内容（含重点、难点）教学方法、手段支撑教学目标其他1第一章控制系统的数学模型（4）1、状态空间表达式（）

2、状态变量的选取（）

3、由微分方程求状态空间表达式（）（）

4、传递函数矩阵（）

5、线性变换（）

6、组合系统的数学描述以多媒体为主，辅以黑板教学，仿真演示。启发式教学和课堂讨论相结合1，22第二章线性控制系统的运动分析（6）1、线性定常系统齐次状态方程的解（）

2、状态转移矩阵（）（）

3、状态转移矩阵的基本性质

4、状态转移矩阵的求法（）

5、线性定常系统非齐次状态方程的解（）

6、线性系统的脉冲响应矩阵以多媒体为主，辅以黑板教学，仿真演示。启发式教学和课堂讨论相结合1，23第三章控制系统的能控性和能观测性（6）1、线性定常系统的能控性及其判据（）

2、线性定常系统的能观测性及其判据（）

3、对偶原理（）

4、能控标准形和能观测标准形（）

5、能控性、能观测性与传递函数关系（）

6、系统的结构分解（）以多媒体为主，辅以黑板教学，仿真演示。启发式教学和课堂讨论相结合1，2，34第四章控制系统的稳定性（4）能控性及其判据李雅普诺夫意义下稳定性的定义（）

2、李雅普诺夫第二法（）3、线性连续系统的稳定性（）

4、有界输入输出稳定（）以多媒体为主，辅以黑板教学，仿真演示。启发式教学和课堂讨论相结合2，3，45第五章线性定常系统的综合（4）1、状态反馈和输出反馈（）

2、反馈系统的能控性和能观测性（）

3、极点配置问题（）4、镇定问题（）

5、状态重构和状态观测器（）

6、带有观测器的状态反馈系统（）以多媒体为主，辅以黑板教学，仿真演示。启发式教学和课堂讨论相结合1，2，3，4，5四、实验教学表2实验教学安排序号实验项目名称（学时）实验内容实验类型支撑教学目标其他1求状态方程的解在MATLAB中求解线性定常系统状态方程的解及其状态转移矩阵验证性1，42判断系统的能控性和能观测性在MATLAB中判断线性定常系统的能控性和能观测性验证性2，43配置系统极点通过状态反馈配置系统极点为要求值设计性1，2，3，44建立系统状态观测器根据实验所要求配置系统的状态观测器设计性1，2，3，4五、考核与成绩评定方法表3课程考核及评价细则成绩组成考核/评价环节分值考核/评价细则支撑教学目标平时成绩出勤率10根据学生平时上课的出勤率，视其对课程学习的态度及积极程度，按10%计入课程总成绩。1、2、3，4、5课堂练习及讨论10根据学生平时上课的课堂表现及互动情况，按10%计入课程总成绩。1、2、3、4、5课后练习10根据学生课后作业完成情况视其对课程学习的态度及积极程度，按10%计入课程总成绩。1、2、3，4实验环节10根据学生实验完成情况，分等级，按10%计入课程总成绩。1、2、3、4考试成绩考试的卷面成绩60根据学生卷面大题完成情况，按60%计入课程总成绩。1、2、3，4六、建议教材及相关教学资源[1]