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PAGE 6 《现代控制理论》课程教学大纲 一、教师或教学团队信息 教师姓名 职称 办公室 电话 电子信箱 二、课程基本信息 课程名称（中文）：现代控制理论 课程名称（英文）：Modern Control Theory 课程类别：□通识必修课□通识选修课□专业必修课■专业方向课 □专业拓展课□实践性环节 课程性质*：■学术知识性□方法技能性□研究探索性□实践体验性 课程代码：2130142 周学时：4总学时：32学分: 2 先修课程：高等数学线性代数自动控制原理（经典） 授课对象：电气工程及其自动化 三、课程简介 本课程是电气工程及其自动化专业的限定选修课程。主要内容包括：线性系统的状态空间描述、线性系统的运动分析、控制系统的能控性和能观测性、控制系统的稳定性分析、线性定常系统的状态反馈和状态观测器设计等。通过学习本课程，能够正确建立各类典型系统的状态空间模型，掌握分析各类系统模型的方法，并且能够通过状态反馈、极点配置和状态观测器构造等方法，进行线性系统的综合与设计，培养学生从事系统分析和研究的能力。 四、课程目标 通过本课程的学习，使学生掌握利用状态空间模型表达系统的结构，求解系统的时域响应，判别系统的能控性与能观性，以及分析复杂系统的稳定性；并能独立进行控制系统的设计，包括解决系统全状态反馈的极点配置问题、系统状态观测器设计等。 五、教学内容与进度安排* 绪论 1. 学时：1学时 2. 讲授内容或训练技能，重点、难点 主要内容：介绍控制理论的发展现状，现代控制理论与古典控制理论研究内容和分析方法的比较。 重点：现代控制理论的主要内容 难点：现代控制理论的分析方法 3. 学生学习任务 了解控制理论发展现状，掌握现代控制理论的主要内容和分析方法。 4. 教学方法 讲授为主，穿插师生互动。互动时学生可以自由发言，根据表现记入平时成绩。 5. 课外学习要求 复习线性代数的线性空间和线性变换等知识。 第一章线性系统状态空间描述 1. 学时：5学时 2. 讲授内容或训练技能，重点、难点 主要内容：状态空间分析法；状态结构图；状态空间描述的建立；状态空间描述的几种标准形式；由状态空间描述求传递函数；离散系统的状态空间描述；状态空间的线性变换。 重点：状态空间模型的建立 难点：状态空间的线性变换 3. 学生学习任务 掌握状态空间模型的建立方法和不同标准型之间的转换；掌握离散系统状态空间描述；学习Matlab软件在状态空间模型建立和模型转换中的应用，通过实验练习，掌握状态空间模型转换的方法。 4. 教学方法 板书和多媒体相结合的教学模式，讲授为主。 5. 课外学习要求 学习Matlab中模型转换函数的使用方法，如传函到状态空间模型的转换函数、状态空间到传函的转换函数、零极点形式传函的转换等函数。完成习题1-3和1-5。 第二章线性系统运动分析 1. 学时：6学时 2. 讲授内容或训练技能，重点、难点 主要内容：状态方程的齐次解；状态转移矩阵；线性系统的运动分析；连续系统的离散化。 重点：状态方程的求解方法。 难点：状态转移矩阵的求法。 3. 学生学习任务 掌握状态转移矩阵的求法和状态表达性的求解方法；掌握连续系统的离散化方法；学习Matlab中线性系统的求解函数的使用方法。 4. 教学方法 板书和多媒体相结合的教学模式，讲授为主，穿插课堂练习，如练习状态转移矩阵的求法等。 5. 课外学习要求 学习Matlab中线性系统求解函数的使用方法，如阶跃响应、脉冲响应等求解函数。完成习题2-4和2-7。 第三章线性系统的能控性与能观测性 1. 学时：6学时 2. 讲授内容或训练技能，重点、难点 主要内容：能控性及其判据；能观测性及其判据；离散系统的能控性与能观测性；能控性与能观测性的对偶关系；能控标准型和能观测标准型；系统结构分解。 重点：能控性和能观测性判据；能控标准型和能观测标准型。 难点：系统的结构分解。 3. 学生学习任务 理解能控性和能观测性的定义，掌握常用的能控性和能观测性判定方法；掌握能控和能观测标准型的特点和实现方法。学习Matlab中能控和能观测性判定方法。 4. 教学方法 板书和多媒体相结合的教学模式，讲授为主，穿插课堂练习和提问，如练习能控性和能观测性判定等。 5. 课外学习要求 完成习题3-2、3-5、3-7、3-8、3-10。 第四章控制系统的稳定性分析 1. 学时：6学时 2. 讲授内容或训练技能，重点、难点 主要内容：控制系统的外部稳定性；控制系统的内部稳定性；李雅普诺夫稳定性判据；李雅普诺夫稳定性判据的应用。 重点：李雅普诺夫稳定性判据。 难点：李雅普诺夫第二法的应用。 3. 学生学习任务 学习内部稳定性和外部稳定性的概念及二者的关系，掌握李雅普诺夫稳定性判据的应用方法。 4. 教学方法 板书和多媒体相结合的教