《現(xiàn)代控制理論》課程教學(xué)大綱

《現(xiàn)代控制理論》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程中文名稱現(xiàn)代控制理論課程英文名稱ModernControlTheory課程編號(hào)33142207課程模塊￡思想政治理論課￡通識(shí)教育課￡專業(yè)基礎(chǔ)課R專業(yè)課課程性質(zhì)R必修￡限選￡專業(yè)任選￡任選總學(xué)時(shí)32講授學(xué)時(shí)24實(shí)驗(yàn)（專題輔導(dǎo)）學(xué)時(shí)8總學(xué)分2開(kāi)課單位電子與信息工程學(xué)院開(kāi)課系（室）自動(dòng)化系授課對(duì)象大四本科生適用專業(yè)自動(dòng)化專業(yè)二、課程簡(jiǎn)介和教學(xué)目標(biāo)1．課程簡(jiǎn)介本課程是自動(dòng)化專業(yè)非常重要的一門專業(yè)課。課程主要內(nèi)容有：系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的建立；狀態(tài)方程的求解；系統(tǒng)的能控性和能觀性，包括系統(tǒng)能控性和能觀性的判別，能控標(biāo)準(zhǔn)型與能觀標(biāo)準(zhǔn)型，線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解，傳遞函數(shù)矩陣的實(shí)現(xiàn)；李亞普諾夫方法原理及用李亞普諾夫方法分析線性定常、線性時(shí)變及非線性系統(tǒng)；控制系統(tǒng)的綜合，包括反饋的各種類型，用狀態(tài)反饋進(jìn)行極點(diǎn)配置，用狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)反饋等。通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生總體上掌握現(xiàn)代控制理論的基本理論和基本方法，以便進(jìn)行系統(tǒng)分析和綜合；同時(shí)，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)更深入的現(xiàn)代控制理論打下基礎(chǔ)。用有效和簡(jiǎn)單可行的方法導(dǎo)出主要結(jié)果，得到有關(guān)系統(tǒng)分析和綜合的方法；具備辯證思維能力，對(duì)今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)更專業(yè)的控制理論技術(shù)起到輻射的作用。2.教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)1：掌握現(xiàn)代控制理論的基本原理和基本方法；教學(xué)目標(biāo)2：培養(yǎng)分析線性系統(tǒng)的能力；教學(xué)目標(biāo)3：培養(yǎng)控制系統(tǒng)綜合的能力；教學(xué)目標(biāo)4：能夠堅(jiān)守客觀、公正、誠(chéng)信的原則；尊重他人，具有良好的合作態(tài)度與協(xié)作精神；主動(dòng)積極的工作態(tài)度，持續(xù)鉆研以提高專業(yè)素養(yǎng)。教學(xué)目標(biāo)5（課程思政）：引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立正確的人生觀、世界觀和價(jià)值觀，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)業(yè)報(bào)國(guó)的理想信念。教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐關(guān)系教學(xué)目標(biāo)支撐畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)指標(biāo)點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)11.工程知識(shí)掌握本專業(yè)所需的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)，能夠用于解決自動(dòng)化領(lǐng)域的一般工程和復(fù)雜工程問(wèn)題。教學(xué)目標(biāo)22.問(wèn)題分析具備在自動(dòng)化領(lǐng)域提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的工程實(shí)踐能力，能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)、分析自動(dòng)化相關(guān)領(lǐng)域的工程問(wèn)題，以獲得有效結(jié)論。3.設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案樹(shù)立全面的系統(tǒng)觀念，具備較強(qiáng)的自動(dòng)化及相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的基本能力，能夠設(shè)計(jì)針對(duì)自動(dòng)化相關(guān)領(lǐng)域控制工程問(wèn)題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）、流程或算法，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。教學(xué)目標(biāo)34．研究能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)自動(dòng)化控制工程問(wèn)題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論。具有開(kāi)展學(xué)科相關(guān)的科學(xué)研究、知識(shí)或技術(shù)創(chuàng)新的基本能力。5.2能夠選擇與使用恰當(dāng)?shù)膬x器、信息資源、工程工具和專業(yè)模擬軟件，對(duì)自動(dòng)化相關(guān)領(lǐng)域的工程問(wèn)題進(jìn)行分析、計(jì)算與設(shè)計(jì)；能夠針對(duì)具體的對(duì)象，開(kāi)發(fā)或選用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，模擬和預(yù)測(cè)專業(yè)問(wèn)題，并能夠分析其局限性。教學(xué)目標(biāo)48.2理解誠(chéng)實(shí)公正、誠(chéng)信守則的工程職業(yè)道德和規(guī)范，并能在工程實(shí)踐中自覺(jué)遵守；理解工程師對(duì)公眾的安全、健康和福祉，以及環(huán)境保護(hù)的社會(huì)責(zé)任，能夠在工程實(shí)踐中自覺(jué)履行責(zé)任。9．個(gè)人和團(tuán)隊(duì)具有良好的獨(dú)立工作能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和組織管理協(xié)作能力，能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)個(gè)體、團(tuán)隊(duì)成員以及負(fù)責(zé)人的角色。10．溝通能夠就復(fù)雜的自動(dòng)化控制工程問(wèn)題與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流，包括撰寫報(bào)告和設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令。并具備一定的國(guó)際視野，能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。12．終身學(xué)習(xí)具有跟蹤和發(fā)展自動(dòng)化及相關(guān)領(lǐng)域新理論、新知識(shí)和新技術(shù)的能力，具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。教學(xué)目標(biāo)53.2能夠針對(duì)特定需求，完成單元（部件）的設(shè)計(jì)；能夠進(jìn)行系統(tǒng)或工藝流程設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，并在設(shè)計(jì)中能夠考慮安全、健康、法律、文化及環(huán)境等制約因素。8.1有正確的價(jià)值觀，理解個(gè)人與社會(huì)的關(guān)系，了解中國(guó)國(guó)情。三、理論教學(xué)表1理論教學(xué)安排序號(hào)章節(jié)（學(xué)時(shí)）學(xué)習(xí)內(nèi)容（含重點(diǎn)、難點(diǎn)）教學(xué)方法、手段支撐教學(xué)目標(biāo)其他1第一章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（4）1、狀態(tài)空間表達(dá)式（）

2、狀態(tài)變量的選?。ǎ?/p>

3、由微分方程求狀態(tài)空間表達(dá)式（）（）

4、傳遞函數(shù)矩陣（）

5、線性變換（）

6、組合系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述以多媒體為主，輔以黑板教學(xué)，仿真演示。啟發(fā)式教學(xué)和課堂討論相結(jié)合1，22第二章線性控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析（6）1、線性定常系統(tǒng)齊次狀態(tài)方程的解（）

2、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣（）（）

3、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的基本性質(zhì)

4、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的求法（）

5、線性定常系統(tǒng)非齊次狀態(tài)方程的解（）

6、線性系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)矩陣以多媒體為主，輔以黑板教學(xué)，仿真演示。啟發(fā)式教學(xué)和課堂討論相結(jié)合1，23第三章控制系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性（6）1、線性定常系統(tǒng)的能控性及其判據(jù)（）

2、線性定常系統(tǒng)的能觀測(cè)性及其判據(jù)（）

3、對(duì)偶原理（）

4、能控標(biāo)準(zhǔn)形和能觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)形（）

5、能控性、能觀測(cè)性與傳遞函數(shù)關(guān)系（）

6、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解（）以多媒體為主，輔以黑板教學(xué)，仿真演示。啟發(fā)式教學(xué)和課堂討論相結(jié)合1，2，34第四章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性（4）能控性及其判據(jù)李雅普諾夫意義下穩(wěn)定性的定義（）

2、李雅普諾夫第二法（）3、線性連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（）

4、有界輸入輸出穩(wěn)定（）以多媒體為主，輔以黑板教學(xué)，仿真演示。啟發(fā)式教學(xué)和課堂討論相結(jié)合2，3，45第五章線性定常系統(tǒng)的綜合（4）1、狀態(tài)反饋和輸出反饋（）

2、反饋系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性（）

3、極點(diǎn)配置問(wèn)題（）4、鎮(zhèn)定問(wèn)題（）

5、狀態(tài)重構(gòu)和狀態(tài)觀測(cè)器（）

6、帶有觀測(cè)器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)（）以多媒體為主，輔以黑板教學(xué)，仿真演示。啟發(fā)式教學(xué)和課堂討論相結(jié)合1，2，3，4，5四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)表2實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱（學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)類型支撐教學(xué)目標(biāo)其他1求狀態(tài)方程的解在MATLAB中求解線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解及其狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣驗(yàn)證性1，42判斷系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性在MATLAB中判斷線性定常系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性驗(yàn)證性2，43配置系統(tǒng)極點(diǎn)通過(guò)狀態(tài)反饋配置系統(tǒng)極點(diǎn)為要求值設(shè)計(jì)性1，2，3，44建立系統(tǒng)狀態(tài)觀測(cè)器根據(jù)實(shí)驗(yàn)所要求配置系統(tǒng)的狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)性1，2，3，4五、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定方法表3課程考核及評(píng)價(jià)細(xì)則成績(jī)組成考核/評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則支撐教學(xué)目標(biāo)平時(shí)成績(jī)出勤率10根據(jù)學(xué)生平時(shí)上課的出勤率，視其對(duì)課程學(xué)習(xí)的態(tài)度及積極程度，按10%計(jì)入課程總成績(jī)。1、2、3，4、5課堂練習(xí)及討論10根據(jù)學(xué)生平時(shí)上課的課堂表現(xiàn)及互動(dòng)情況，按10%計(jì)入課程總成績(jī)。1、2、3、4、5課后練習(xí)10根據(jù)學(xué)生課后作業(yè)完成情況視其對(duì)課程學(xué)習(xí)的態(tài)度及積極程度，按10%計(jì)入課程總成績(jī)。1、2、3，4實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)10根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成情況，分等級(jí)，按10%計(jì)入課程總成績(jī)。1、2、3、4考試成績(jī)考試的卷面成績(jī)60根據(jù)學(xué)生卷面大題完成情況，按60%計(jì)入課程總成績(jī)。1、2、3，4六、建議教材及相關(guān)教學(xué)資源[1]