1、中國海洋大學(xué)本科生課程大綱課程名稱現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)Fundamerrta 1 s of Modern Contro 1 Theory課程代碼082302101205課程屬性學(xué)科基礎(chǔ)課時(shí)/學(xué)分32/2課程性質(zhì)必修實(shí)踐學(xué)時(shí)0責(zé)任教師任憑課外學(xué)時(shí)64課程屬性：公共基礎(chǔ)/通識教棄/學(xué)科基礎(chǔ)/專業(yè)知識/工作技能，課程性質(zhì)：必修、選修一、課程介紹課程描述：“現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)”是自動化專業(yè)本科生的一門重要核心必修課程。該課程的數(shù) 學(xué)基礎(chǔ)建立在先修課程“高等數(shù)學(xué)”與“線性代數(shù)”之上，編程基礎(chǔ)建立在先修課 程“控 制系統(tǒng)仿真”之上，專業(yè)理論基礎(chǔ)建立在先修課程“自動控制原理”之上。對同期開設(shè)的課 程“自動化儀表與

2、過程控制”、“電力拖動控制系統(tǒng)”以及后續(xù)課程“計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)”、 “智能控制”、“系統(tǒng)辨識”都有較強(qiáng)的支持作用?！艾F(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)”將為自動化、電 子信息、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、機(jī)械設(shè)汁制造及自動化等專業(yè)的學(xué)生提供較系統(tǒng)的現(xiàn)代控制理 論知識與控制系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法，也將為各相關(guān)專業(yè) 的后續(xù)課程以及設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)打下良 好基礎(chǔ)。課程主要內(nèi)容包括線性控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述、系統(tǒng)狀態(tài)方程求解、線性系統(tǒng)的離 散化、線性系統(tǒng)的李亞普諾夫穩(wěn)定性分析、線性控制系統(tǒng)的能控性與能觀測性及判定、狀 態(tài)觀測器設(shè)計(jì)及狀態(tài)反饋初步設(shè)計(jì)等內(nèi)容。Fundamentals of Modern Control Theory is an

3、 important course in the curriculum of undergraduates majored in Automation. The prerequisite courses mainly include Advanced Mathematics, Linear Algebra, Automatic Control Theory as well as Control SystemSimulations This course provides a systematic introduction to the analysis, synthesis and desig

4、n of modern control systems, which will lay a firm theoretical foundation for the students to learn more advanced courses in control engineeringThe topics inthis course include but are not limited to: state-space representation, solutions to linear state-space equations, discrete state-space equatio

5、ns, Lyapunov stability criterion, controllability & observability, state observers, and state feedback controllers設(shè)計(jì)思路：依照教育部高等學(xué)校電子信息與電氣學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會與自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委 員會在2010年12月頒布的普通高校自動化專業(yè)規(guī)范，現(xiàn)代控制理論是自動化專業(yè)基 礎(chǔ)知識的核心部分，是最重要的課程之一。依照該規(guī)范，課程內(nèi)容主要包括：控制系統(tǒng)的狀 態(tài)空間表達(dá)式、線性系統(tǒng)狀態(tài)方程的解、狀態(tài)變量的可控性和可觀性、線性定常系統(tǒng)的綜 合、狀態(tài)觀測器、解耦控制、李雅普諾夫穩(wěn)定性、

6、最優(yōu)控制等。以現(xiàn)代控制理論課本 章節(jié)順序?yàn)榛A(chǔ)，本課程的內(nèi)容編排順序?yàn)椋海?）現(xiàn)代控制理論概論；（2）現(xiàn)代控制理 論數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；（3）狀態(tài)空間方法；（4）能控性與能觀性；（5）極點(diǎn)配置與狀態(tài)觀測器；（6）系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（7）最優(yōu)控制理論介紹。課程與其他課程的關(guān)系先修課程：自動控制原理后置課程：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、系統(tǒng)辨識二、課程目標(biāo)本課程的LI標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的工程觀點(diǎn)和工程設(shè)計(jì)能力，達(dá)到華盛頓公約規(guī)定的國際工程師認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)符合國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的上程技術(shù)人才。學(xué)生了解現(xiàn)代控制理論的產(chǎn)生與發(fā)展過程，了解現(xiàn)代控制理論研究的基本內(nèi)容；理解 相比經(jīng)典控制理論，現(xiàn)代控制理論的主要優(yōu)點(diǎn)。學(xué)生需要理解矩陣?yán)碚摷?/p>

7、微積分理論在現(xiàn)代控制理論中的應(yīng)用；了解哈密爾頓-凱萊定 理；掌握矩陣微分方程。學(xué)生會使用控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式，會對系統(tǒng)交連進(jìn)行解耦；能夠理解傳遞函數(shù) 矩陣概念和作用；掌握狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣概念和作用，并對狀態(tài)方程進(jìn)行求解。學(xué)生能夠判別零極點(diǎn)對消現(xiàn)象與能控能觀性的關(guān)系；掌握能控能觀標(biāo)準(zhǔn)型的轉(zhuǎn)換方 法，掌握常用的能控能觀性判據(jù)。學(xué)生會使用常用的穩(wěn)定性判據(jù)，理解基于近似能量函數(shù)的李雅普諾夫判穩(wěn)方法；掌握 線性定常系統(tǒng)的李雅普諾夫判穩(wěn)方法（直接法）。學(xué)生能夠理解狀態(tài)觀測器和狀態(tài)反饋控制器的設(shè)汁意義，能夠使用極點(diǎn)配置方法設(shè)計(jì) 狀態(tài)控制器與狀態(tài)觀測器，掌握基于能控或能觀標(biāo)準(zhǔn)型進(jìn)行極點(diǎn)配置的設(shè)訃方法。學(xué)生將會

8、理解最優(yōu)控制系統(tǒng)的基本定義，以及常用的最優(yōu)控制性能指標(biāo)。學(xué)生能夠使 用計(jì)算機(jī)求解二次型最優(yōu)控制問題。學(xué)生能夠閱讀與現(xiàn)代控制理論相關(guān)的英文資料。掌握現(xiàn)代控制理論的核心英文專業(yè)詞 匯。能夠使用英語表述現(xiàn)代控制理論的基本原理。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程后，應(yīng)具備以下能力:課程目標(biāo)指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選Ml能夠閱讀與現(xiàn)代控制理論相關(guān)的英文資料。掌握現(xiàn)代控制理論的核 心英文專業(yè)詞匯，能用英語表述現(xiàn)代控制理論的基本原理。10.3M2理解現(xiàn)代控制理論的基本理論與方法，掌握狀態(tài)空間、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩 陣、傳遞函數(shù)矩陣、能控能觀性、李雅普諾夫穩(wěn)定性、狀態(tài)反饋、 狀態(tài)觀測器、二次型最優(yōu)控制等概念，能夠靈活運(yùn)用這些方法對自 動化系統(tǒng)中的復(fù)

9、雜工程問題進(jìn)行建模與分析。2.2M3能夠?qū)Ω唠A控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，能夠撰寫針對具體控制工程問 題的技術(shù)分析報(bào)告，并提出性能改進(jìn)方案。1. 3M4能夠針對高階控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足控制性能指標(biāo)的狀態(tài)反饋控制算3.2法與二次型最優(yōu)控制算法，并通過仿真或?qū)嶒?yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。M5了解現(xiàn)代控制理論學(xué)科的產(chǎn)生發(fā)展過程，了解我國控制科學(xué)與工程 學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀與不足之處8. 1三、學(xué)習(xí)要求課前復(fù)習(xí)自動控制原理、線性代數(shù)、高等數(shù)學(xué)中的相關(guān)基礎(chǔ)知識。每節(jié)課前預(yù)習(xí)講 義PPT。授課過程中，分小組圍繞教師給定問題進(jìn)行討論，接受教師提問。參與隨堂測 驗(yàn)。在指定的答疑時(shí)間段與教師或助教積極互動。獨(dú)立完成作業(yè)。獨(dú)立完成綜合性課程設(shè)

10、計(jì)項(xiàng)U,提交報(bào)告。深入學(xué)習(xí)仿真程序幫助文件，掌握仿真動畫、交互仔以在現(xiàn)代控制理論驗(yàn)證中的應(yīng) 用。深入學(xué)習(xí)變分法、二次線性調(diào)節(jié)器在最優(yōu)控制中的應(yīng)用。四、教學(xué)進(jìn)度序號主題計(jì)劃課時(shí)主要內(nèi)容概述課程目標(biāo)1現(xiàn)代控制理論概論2現(xiàn)代控制理論的產(chǎn)生與發(fā)展 過程，現(xiàn)代控制理論研究的 基本內(nèi)容，現(xiàn)代控制理論的 應(yīng)用例舉，與經(jīng)典控制理論 比較Ml, M52數(shù)學(xué)基礎(chǔ)2矩陣?yán)碚摷岸涡?，矩陣?分，相關(guān)線性代數(shù)定理M23狀態(tài)方程建模2控制系統(tǒng)的狀態(tài)方程導(dǎo)論， 微分方程化狀態(tài)方程，傳遞 函數(shù)化狀態(tài)方程M24狀態(tài)方程仿真2狀態(tài)方程例題講解，計(jì)算機(jī) 仿真狀態(tài)方程M2, M35狀態(tài)方程求解2狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣及齊次非齊次 狀態(tài)方程求

11、解M26狀態(tài)方程與傳遞函數(shù)2傳遞函數(shù)矩陣，系統(tǒng)交連的 解耦M27離散狀態(tài)方程2離散系統(tǒng)狀態(tài)方程，連續(xù)狀 態(tài)方程離散化M28能控性與能觀性2能控能觀性導(dǎo)論M29能控能觀判據(jù)2線性定常系統(tǒng)的能控能觀性 判據(jù)M210其他能控能控判據(jù)2零極點(diǎn)對消現(xiàn)象與能控能觀 性關(guān)系M211能控性與能觀性2對偶原理，能控能觀標(biāo)準(zhǔn)型M212極點(diǎn)配置與狀態(tài)觀測器2基于狀態(tài)反饋的極點(diǎn)配置方 法M2, M3, M413極點(diǎn)配置與狀態(tài)觀測器2全維狀態(tài)觀測器的設(shè)計(jì)方 法，降維狀態(tài)觀測器簡介M2, M3, M414李雅普諾夫穩(wěn)定理論2穩(wěn)定性基本概念，李雅普諾 夫直接法判穩(wěn)M215二次型李雅普諾夫判據(jù)2線性定常系統(tǒng)的二次型李雅 普諾

12、夫函數(shù)M216最優(yōu)控制理論介紹2介紹最優(yōu)控制系統(tǒng)的基本問 題和方法，常用的最優(yōu)控制 的性能指標(biāo)，二次型最優(yōu)控 制的一般格式M2, M3, M4五、參考教材與主要參考書選用教材現(xiàn)代控制理論，于長官，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005年第三版主要參考書自動控制原理（下冊），吳麒，清華大學(xué)出版社，2006年第二版Linear System Theory and Design, Chi-Tsong Chen, Oxford University Press, 1999 Third Edition電子資源現(xiàn)代控制理論視頻教程，山東大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院，www.wljy.u.E成績評定（-）考核方式：A閉卷考試A

13、,閉卷考試B.開卷考試C.論文D.考查E.其他（一）成績綜合評分體系：成績綜合評分體系比例1.課程設(shè)計(jì)報(bào)告30%2.期末考試成績70%總計(jì)100%（三）平日成績評分標(biāo)準(zhǔn):評分體系6060八707080809090100課程設(shè)計(jì)報(bào) 告未提交報(bào)告 或整體內(nèi)容 與他人嚴(yán)重 雷同。背景介紹不具 體，參數(shù)計(jì)算部 分準(zhǔn)確，控制方 案選擇部分正 確，仿真結(jié)果部 分達(dá)到設(shè)計(jì)要 求，仿真程序有 一定缺失。報(bào)告 格式不夠清晰， 圖片有一定問 題，文字表述存 在一定寫作規(guī)范 性問題。背景介紹較為 完整，參數(shù)計(jì)算 基本準(zhǔn)確，控制 方案選擇基本正 確，仿真結(jié)果部 分達(dá)到設(shè)計(jì)要 求，仿真程序基 本完整。報(bào)告格 式基本正確，圖 片有少量問題， 文字表述存在少 許寫作規(guī)范性問 題。背景介紹較為翔 實(shí)，參數(shù)計(jì)算準(zhǔn) 確，控制方案選 擇正確，仿真結(jié) 果基本達(dá)到設(shè)計(jì) 要求，仿真程序 完整。報(bào)告格式 清晰，圖文并茂， 文字表述規(guī)范，