现代控制理论基础-教学大纲

《现代控制理论基础》教学大纲课程信息课程名称：现代控制理论基础课程类别：素质选修课/专业基础课课程性质：选修/必修计划学时：32计划学分：2先修课程：无选用教材：《现代控制理论基础》，高强主编，2023年，电子工业出版社教材。适用专业：本课程本书可作为高等院校自动化、电气工程等相关专业的本科生或研究生课程，也可供相关领域的专业技术人员参考。课程负责人：二、课程简介现代控制理论基础是自动化等相关专业的核心课程之一，兼具高度的数理理论特征与极强的工程实践背景。本课程涉及线性代数、电路模拟电子技术、数字电子技术等前置专业课程，紧密衔接自动控制原理课程。同时作为自动化等相关专业的高阶课程,本课程可以服务于相关专业本科阶段的各类实践课程与设计课程。本课程以线性控制系统为主要研究对象，从基础概念理论、控制系统分析与设计等方面对现代控制理论进行由浅入深的介绍。本课程的主要内容包括绪论、动态系统的状态空间模型及变换、线性系统动态分析、线性系统的能控性和能观性分析李雅普诺夫稳定性分析状态反馈与状态观测器、典型动力系统的控制。本课程兼顾理论性与工程性,各章均介绍了使用MATLAB软件辅助相关理论分析的方法，同时在本课程的例题与习题中加人了大量具有实际工程背景的案例。三、课程教学要求序号专业毕业要求课程教学要求关联程度1工程知识1.掌握动态系统的状态空间模型及变换、线性系统动态分析和能观性分析。2.了解机器学习的应用领域和市场需求，为产品设计和开发提供指导。L2问题分析1.学会现代控制理论应用中出现的问题进行分析和解决，包括硬件故障、软件错误、网络问题等。2.学会进行故障排除和维修和计算方法，以实现数据处理应用。H3设计/开发解决方案1.掌握李雅普诺夫稳定性分析，能将现代控制理论应用到工作和生活领域中。2.学会进行系统测试和验证，以确保系统的质量和性能符合要求。H4研究L5使用现代工具1.掌握现代控制理论研发的现代工具，如仿真软件、调试工具等。2.学会使用现代工具进行数据分析和处理，提高工作效率和准确性。M6工程与社会1.了解现代控制理论研发的产品对社会的影响和作用，以及相关的法律法规和标准。2.学会将相应技术应用于实际生产和社会服务中，为社会做出贡献。L7环境和可持续发展L8职业规范L9个人和团队1.学会个人发展和团队合作，提高个人和团队的综合素质。2.学会与他人合作和沟通，建立良好的人际关系和团队合作氛围。H10沟通1.学会进行有效的沟通和表达，与客户、同事和上级保持良好的沟通和协作。2.学会进行跨文化沟通和合作，提高国际化视野和跨文化交流能力。M11项目管理1.学会进行项目管理和组织，包括项目计划、进度控制、质量管理等。2.学会进行风险评估和管理，提高项目成功的概率和效率。L12终身学习1.学会进行自我学习和自我提升，不断提高自身的专业水平和创新能力。2.学会进行终身学习和职业发展规划，不断拓展职业领域和发展空间。H注：“课程教学要求”栏中内容为针对该课程适用专业的专业毕业要求与相关教学要求的具体描述。“关联程度”栏中字母表示二者关联程度。关联程度按高关联、中关联、低关联三档分别表示为“H”“M”或“L”。“课程教学要求”及“关联程度”中的空白栏表示该课程与所对应的专业毕业要求条目不相关。四、课程教学内容章节名称主要内容重难点关键词学时类型1动态系统的状态空间模型及变换引言动态系统的状态空间模型动态系统状态空间模型的线性变换线性时变系统和非线性系统的状态空间模型MATLAB在动态系统状态空间模型中的应用了解动态系统的状态空间模型以及线性变换；了解线时性变系统和非线性系统8理论+实操2线性系统动态分析引言线性定常齐次状态空间表达式的解线性定常系统的状态转移矩阵线性定常非齐次状态方程的解线性时变系统状态方程的解连续状态方程的离散化离散状态方程的解MATLAB在线性系统动态分析中的应用熟悉线性定常系统的状态转移矩阵的定义、运算性质和计算方法；了解线性时变系统状态转移矩阵的求解和性质12理论+实操3线性系统的能控性和能观性分析引言线性定常系统的能控性线性定常系统的能观性线性定常离散系统的能控性与能观性对偶原理能控标准型和能观标准型线性系统的结构分解传递函数阵的状态空间实现MATLAB在能控性和能观性分析中的应用掌握线性定常离散系统的能控性与能观性；了解对偶关系和对偶原理12理论+实操4李雅普诺夫稳定性分析引言稳定性李雅普诺夫稳定性判定方法李雅普诺夫稳定性在线性系统中的应用李雅普诺夫稳定性在非线性系统中的应用MATLAB在李雅普诺夫稳定性分析中的应用了解李雅普诺夫稳定性判定方法以及应用；掌握MATLAB在李雅普诺夫稳定性分析中的应用8理论+实操5状态反馈与状态观测器引言状态反馈与输出反馈反馈控制对能控性与能观性的影响闭环系统极点配置解耦控制状态观测器MATLAB在闭环极点配置及状态观测器设计中的应用了解状态反馈与输出反馈；掌握闭环系统极点配置12理论+实操6典型动力系统的控制倒立摆系统电液控制系统四旋翼无人机了解倒立摆系统、电液控制系统、四旋翼无人机的模型和应用12理论+实操五、考核要求及成绩评定序号成绩类别考核方式考核要求权重（%）备注1期末成绩期末考试大作业50百分制，60分为及格2平时成绩实践6次40优、良、中、及格、不及格3平时表现出勤情况10两次未参加课程则无法获得学分注：此表中内容为该课程的全部考核方式及其相关信息。六、学生学习建议学习方法建议1.依据专业教学标准，结合岗位技能职业标准，通过案例展开学习，将每个项目分成多个任务，系统化地学习。2.通过每个项目最后搭配的习题，巩固知识点。3.了解行业企业技术标准，注重学习新技术、新工艺和新方法，根据教材中穿插设置的智能终端产品应用相关实例，对已有技术持续进行更新。4.通过开展课堂讨论、实践活动，增强的团队协作能力，学会如何与他人合作、沟通、协调等等。学生课外阅读参考资料《现代控制理论基础》，高强主编，2023年，电子工业出版社教材。七、课程改革与建设（1）通俗易懂，方便学习，构建数字化资源，立体呈现教育信息化的特点，结合仿真软件，充分提高学生学习效率和积极性。（2）注重技能的养成和思维的拓展。通过引导式教学，设计包括引导问题、优化决策、具体实