《自動(dòng)控制理論II》課程教學(xué)大綱

1、自動(dòng)控制理論II課程教學(xué)大綱【課程代碼】：22315168【英文譯名】：Automatic Control Theory II 【適用專業(yè)】：自動(dòng)化【學(xué) 分 數(shù)】：2.5【總學(xué)時(shí)數(shù)】：40【實(shí)踐學(xué)時(shí)】：0一、本課程教學(xué)目的和課程性質(zhì)自動(dòng)控制理論II是自動(dòng)控制理論I的后續(xù)課程，是自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。學(xué)生通過(guò)本門課程學(xué)習(xí)，在離散系統(tǒng)分析、單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型的建立、線性變換及規(guī)范化、狀態(tài)方程的求解、系統(tǒng)可控性與可觀測(cè)性的研究以及狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)等方面具備必要的知識(shí)，為學(xué)生深入研究線性系統(tǒng)及其他有關(guān)現(xiàn)代控制理論的后續(xù)課程和從事工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造打好基礎(chǔ)。二、本課

2、程的基本要求(一) 基本原理1熟悉離散系統(tǒng)的基本概念；掌握離散控制系統(tǒng)的理論和分析方法；2熟悉狀態(tài)空間的基本概念及相關(guān)術(shù)語(yǔ)；3會(huì)建立系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式，了解通過(guò)線性變換變成標(biāo)準(zhǔn)型法；4掌握狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣法，會(huì)求解線性系統(tǒng)狀態(tài)方程的解；5掌握系統(tǒng)能控性和能觀性的概念及判據(jù)；6掌握狀態(tài)反饋方法，了解狀態(tài)觀測(cè)器；7理解控制系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性概念。(二) 獲得以下基本技能1初步掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論方法；2掌握線性控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析法；3能用狀態(tài)空間法進(jìn)行控制系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)；4基本學(xué)會(huì)用MATLAB對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行典型分析。三、本課程與其他課程的關(guān)系(前修課程要求，后繼課程等)前修課程：自

3、動(dòng)控制理論I，微分方程，線性代數(shù)，復(fù)變函數(shù)后繼課程：運(yùn)動(dòng)控制，過(guò)程控制，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等四、課程內(nèi)容1離散控制系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成；采樣過(guò)程；采樣定理；零階保持器；Z變換定義及計(jì)算方法；Z變換基本定理；Z反變換及計(jì)算方法；線性差分方程及求解；環(huán)節(jié)的脈沖傳遞函數(shù)；閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)；(純)離散系統(tǒng)方框圖及其簡(jiǎn)化；Z平面的穩(wěn)定性分析；朱利穩(wěn)定判據(jù)；數(shù)字控制系統(tǒng)的暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)、誤差分析。重點(diǎn)：采樣定理、零階保持器；帶有零階保持器環(huán)節(jié)的脈沖傳遞函數(shù)計(jì)算；閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)計(jì)算；系統(tǒng)性能分析。難點(diǎn)：繪制(純)離散系統(tǒng)方框圖；典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。2線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型知識(shí)點(diǎn)：狀態(tài)空間描述的基

4、本概念；線性時(shí)不變系統(tǒng)狀態(tài)空間模型；輸入輸出描述轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間模型；狀態(tài)方程的標(biāo)準(zhǔn)形。重點(diǎn)：系統(tǒng)狀態(tài)空間描述；狀態(tài)空間的標(biāo)準(zhǔn)形。難點(diǎn)：狀態(tài)空間的概念及狀態(tài)方程的建立；狀態(tài)轉(zhuǎn)移陣和系統(tǒng)性能的關(guān)系。3線性系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析知識(shí)點(diǎn)：狀態(tài)空間描述的傳遞函數(shù)矩陣計(jì)算；特征多項(xiàng)式和特征值；線性定常系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析、狀態(tài)轉(zhuǎn)移陣、脈沖響應(yīng)陣；線性連續(xù)系統(tǒng)的離散化；離散狀態(tài)空間分析。重點(diǎn)：狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣及其計(jì)算。難點(diǎn)：狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和系統(tǒng)性能的關(guān)系。4線性系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性知識(shí)點(diǎn)：能控性和能觀性的定義；能控標(biāo)準(zhǔn)形和能觀標(biāo)準(zhǔn)形；能控性和能觀性的判據(jù)。重點(diǎn)：能控性和能觀性標(biāo)準(zhǔn)形，能控和能觀判據(jù)。難點(diǎn)：能控性和能觀性與系統(tǒng)

5、性能之間的關(guān)系。5線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間綜合知識(shí)點(diǎn)：狀態(tài)反饋和輸出反饋；極點(diǎn)配置；狀態(tài)觀測(cè)器；引入狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)特性。重點(diǎn)：狀態(tài)反饋、極點(diǎn)配置法設(shè)計(jì)線性控制系統(tǒng)。難點(diǎn)：極點(diǎn)配置與系統(tǒng)性能的關(guān)系。6李雅普諾夫穩(wěn)定性分析知識(shí)點(diǎn)：李亞普諾夫意義下運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的基本概念；李亞普諾夫第二法主要定理；系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性判據(jù)。重點(diǎn)：李亞普諾夫意義下穩(wěn)定性的概念及穩(wěn)定性判據(jù)。難點(diǎn)：李亞普諾夫意義下穩(wěn)定性的概念的建立。五、教學(xué)方法建議1采用啟發(fā)式與演示（動(dòng)畫）、仿真（MATLAB）相結(jié)合的方法；2循序漸進(jìn)，重視基礎(chǔ)、強(qiáng)調(diào)應(yīng)用、培養(yǎng)分析能力。六、考核方式本課程為考試課。擬采取結(jié)構(gòu)評(píng)分方式，總成績(jī)平時(shí)成績(jī) + 期末

6、考試成績(jī)。平時(shí)成績(jī)比例不超過(guò)30。其中平時(shí)成績(jī)主要參考書面作業(yè)、課堂測(cè)驗(yàn)、以及出勤率等。期末考試采取閉卷考試的形式，試卷命題以課程教學(xué)大綱與知識(shí)點(diǎn)范圍為依據(jù)。采用“教考分離”考核方式，期末考試題由題庫(kù)中抽取。七、其它說(shuō)明(如習(xí)題或作業(yè)，實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)容和要求)1每章均布置一定數(shù)量的習(xí)題，讓學(xué)生在課外完成，加深對(duì)該課程的理解與掌握；2MATLAB輔助分析與仿真的上機(jī)實(shí)習(xí)安排在課外進(jìn)行。八、選用教材及主要參考書1建議教材郭圣權(quán),畢效輝.現(xiàn)代控制理論.北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,20062主要參考書1 王劃一.現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ).北京:國(guó)防工業(yè)出版社,20042 黃家英.自動(dòng)控制原理.北京:高等教育出版社,20033 劉豹.現(xiàn)代控制理論.北京: 機(jī)械出版社,19894 盧伯英,于海勛譯.現(xiàn)代控制工程.北京:電子工業(yè)出版社,20005 胡壽松.自動(dòng)控制原理.北京:科學(xué)工業(yè)出版社,2004九、學(xué)時(shí)分配課程內(nèi)容講課實(shí)驗(yàn)上機(jī)大作業(yè)小計(jì)1離散控制系