《现代控制理论》教学大纲

《现代控制理论》课程教学大纲课程英文名课程代Modern ControlTheory A0803Z78码实验/实践学八时学分2总学时32理论学时32《线性代数》，《自动控制理课程类别学科基础课课程性质限选先修课程论》适用专业理工科专业（非计算机专业）开课学院机电工程学院

一、课程的地位与任务《现代控制理论》是自动化专业的重要专业理论课程，教学目的是培养学生以状态空间法来分析和设计自动控制系统由单输入单输出系统引入，揭示多输入多输出系统内在特性等特点本课程任务主要讲授现代控制理论的基础部分，以线性、定常系统为主，以系统分析和初步的系统设计为重点，为今后深入学习最优控制理论、线性控制系统、非线性控制系统、系统辨识等课程奠定基础学生通过本课程的学习，应掌握状态空间法的基本概念和基本理论，理解能控性、能观性、极点配置和状态观测器设计的基本原理，具备初步的针对多输入多输出系统性能分析和控制器设计的能力

二、课程目标

1.了解状态空间表达式的基本概念，理解状态空间表达式建立方法，掌握状态空间表达式的变换及求解方法；2理解状态能控性和能观性的概念和性质，掌握能控/能观标准型实现及其能控/能观判据；掌•握Lyapunov判断系统稳定性的方法；3理解状态反馈和输出反馈的概念和意义，熟练掌握基于极点配置的状态反馈系统，以及状态•重构和状态观测器的设计方法，具有应用控制系统反馈相关知识，针对实际的控制工程实际问题，进行控制系统设计与改进的能力表1课程目标与相关毕业要求的对应关系毕业要求（支撑程度、、）H ML课程目标毕业要求1-3毕业要求2-3毕业要求4-3课程目标1H课程目标2L课程目标3M注1,支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）；

2.毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述

三、课程主要内容与基本要求第一章控制系统的数学模型针对连续系统和离散系统，掌握建立状态空间表达式描述方法，熟悉状态空间表达式与传递函数矩阵之间的转换关系和方法，了解矩阵的线性变换方法第二章线性控制系统的运动分析掌握状态转移矩阵的基本概念和性质，熟悉线性定常连续系统和离散系统中齐次状态方程、非齐次状态方程的求解方法，了解线性系统状态方程离散化的基本过程第三章控制系统的能控性与能观测性了解状态能控性和能观性的概念和性质，针对连续系统和离散系统，掌握能控性和能观性判据；了解系统能控性、能观性与传递函数的关系；掌握能控/能观标准型，以及系统能控性/能观性结构分解的方法第四章控制系统的稳定性了解Lyapunov意义下系统稳定的基本概念；掌握Ly叩unov第二法和线性连续/离散系统稳定性判断方法，理解有界输入-有界输出稳定的意义和性质，以及与Lyapunov稳定的关系第五章线性定常系统的综合了解状态反馈和输出反馈的基本形式和意义，以及能控性和能观性在状态反馈系统中的变化规律和影响关系，掌握基于极点配置的状态反馈系统，以及状态重构和状态观测器的的设计方法，理解镇定问题和解耦问题的性质和意义

四、课程教学学时安排表2课程学时安排表教学时学生任务教学内容对应课程目标数掌握状态空间表达式的概念及应

1.控制系统的数学模型状态空间表达式概念及建用8课程目标1立，传递函数与状态空间表作业1-1,1-2,1-3达式关系，线性变化

2.线性控制系统的运动分析掌握状态方程的解转移矩阵，状态方程的解，6课程目标1作业2-1,2-2,2-3脉冲响应矩阵

3.控制系统的能控/能观性掌握能控能观的概念及应用能控性/能观性及其判据，作业3-1,3-2,3-3,3-4能控性、能观性与传递函数6课程目标2的关系，能控标准型和能观标准型

4.控制系统稳定性掌握稳定性的判断方法4课程目标2作业4-1,4-

25.线性定常系统的综合理解反馈的概念，掌握极点配置及状状态反馈和输出反馈，态观测器的设计极点配置，状态重构和状态8作业5-1,5-2,5-3,5-4课程目标3观测器，镇定问题及解耦问题备注根据学生学情适当调整教学进度，并安排部分教学内容为自学内容，通过期中考试来对学生自学情况进行考核

五、达成目标的途径和措施《现代控制理论》课程教学以课堂教学为主，结合自主学习，由单输入/单输出控制系统引入，学习建立多输入/多输出控制系统的数学模型，分析系统稳定性和动态性能，并在预期性能输出条件下，设计控制器的专业基础知识培养学生运用工程基础知识和现代控制理论专业知识，分析和解决控制科学与工程领域复杂工程问题的能力1课堂教学主要讲述现代控制理论系统的基本概念，基本原理、基本分析、计算和设计方法并将简单的单输入/单输出工程实例融入理论教学中，使学生能够更加容易理解抽象的理论知识，提高学习现代控制理论的兴趣，熟悉控制系统分析与设计的理论知识体系,形成良好的思维方式和学习方法在课堂教学中，充分引入互动环节，提高教学效果2针对某些较为容易或先期讲解较为充分的知识点，列出部分内容作为学生自主学习环节，训练学生形成良好的专业知识学习方法，培养学生自主学习意识和能力3结合热门研究内容汽车主动悬架自适应控制，机器人行走控制，完整构建一套理论应用于当前实际生活或工业的案例，采用建模、计算、仿真、分析等手段训练学生对于复杂问题的分析，设计，算法研究，数据分析和处理能力的掌握

六、考核方法及成绩评定表3考核方法及成绩评定表考核形式考核内容占比评定标准大作业与现代控制技术相关的文献检索、资料查询及运10%用现代信息技术获取相关信息过程考平时作业成绩考核课堂教学各知识点的复习程度、听课效果和中国计量大学核掌握熟练度20%学生课程平时课堂表现成以点验到课率，课堂互动回答问题等形式，绩检验学生学习态度成绩考核细则考核各知识点的基本概念、状态空间表达式建立试卷参考答期末考及变换，能控能观判据及其应用，稳定性判断，案和评分标期末考试成绩70%核极点配置及分析，状态估计原理及应用准表4课程目标考核环节和达成标准教学课程目标考核环节合格标准环节平时成绩（考勤、作业）A大作业B课程目标期末考试C1（计算分析）讲授

0.61目标达成度=旦巨

0.7x+

0.2A+

0.1X XClA B0平时成绩（考勤、作业）A大作业B讲期末考试C2（计算分析）课程目标2授、讨

0.6目标达成度且=O.70+O.2A+O.1论X X X（）C2A B0平时成绩（考勤、作业）A大作业B期末考试C3（计算设计题）讲授、课程目标

30.6讨论目标达成度且=O.70+O.2A+O.1XXX（）C3A°

七、推荐教材与主要参考书

（1）推荐教材《现代控制理论基础》第三版王孝武主编机械工业出版社

2013.7

（2）推荐参考书

①《现代控制理论及应用》于长官主编哈尔滨工业大学出版社

2004.6

②《现代控制理论》闫茂德著机械工业出版社

2016.2

③《现代控制理论习题集》高立群主编清华大学出版社

2007.2。