《現(xiàn)代控制理論》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：05156131課程性質(zhì)：專(zhuān)業(yè)必修課學(xué)分：2.5學(xué)分學(xué)時(shí)：40學(xué)時(shí)（理論40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)）先修課程：線性代數(shù)、自動(dòng)控制原理后續(xù)課程：智能控制、運(yùn)動(dòng)控制適用專(zhuān)業(yè)：自動(dòng)化開(kāi)課單位：電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院一、課程說(shuō)明《現(xiàn)代控制理論》是自動(dòng)化（含專(zhuān)升本）專(zhuān)業(yè)必修課。現(xiàn)代控制是自動(dòng)控制理論的一個(gè)重要組成部分，它包含線性系統(tǒng)理論、非線性系統(tǒng)理論、最優(yōu)控制理論、隨機(jī)控制理論、大系統(tǒng)理論等學(xué)科內(nèi)容，比經(jīng)典控制理論所能處理的問(wèn)題廣泛得多。本課程以線性系統(tǒng)理論的分析綜合為主，主要內(nèi)容包括線性系統(tǒng)狀態(tài)空間模型描述，線性系統(tǒng)狀態(tài)空間方程求解，線性系統(tǒng)能控性、能觀性分析，李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)反饋控制等。通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生從宏觀角度把握現(xiàn)代控制理論課程的體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)地掌握線性系統(tǒng)理論的基本知識(shí)與控制器設(shè)計(jì)方法，做到概念融會(huì)貫通，解題方法技巧靈活，為運(yùn)用現(xiàn)代控制理論基本方法分析解決實(shí)際控制問(wèn)題和后續(xù)學(xué)習(xí)與研究奠定基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：熟悉狀態(tài)空間的基本概念，掌握線性系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的描述、變換與求解方法；熟悉現(xiàn)代理論的發(fā)展歷程、內(nèi)容體系及其控制科學(xué)家貢獻(xiàn)，傳承中國(guó)科學(xué)家精神。課程目標(biāo)2：能夠運(yùn)用數(shù)理知識(shí)建立控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，利用現(xiàn)代控制理論方法分析系統(tǒng)的能控性、能觀性、穩(wěn)定性和求解狀態(tài)響應(yīng)；掌握線性系統(tǒng)極點(diǎn)配置、狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)與狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì)的原理與方法。課程目標(biāo)3：能夠使用MATLAB等仿真軟件進(jìn)行線性系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的變換求解和系統(tǒng)能控性、能觀性、穩(wěn)定性分析、極點(diǎn)配置與狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為應(yīng)用現(xiàn)代控制理論分析解決實(shí)際工程問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《現(xiàn)代控制理論》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)要求的支撐見(jiàn)表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識(shí)1.2：能夠?qū)?shù)理和工程科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)用于對(duì)自動(dòng)控制相關(guān)復(fù)雜工程問(wèn)題建立數(shù)學(xué)模型并求解。課程目標(biāo)1：熟悉狀態(tài)空間的基本概念，掌握線性系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的描述、變換與求解方法；熟悉現(xiàn)代理論的發(fā)展歷程、內(nèi)容體系及其控制科學(xué)家貢獻(xiàn)，傳承中國(guó)科學(xué)家精神。H2.問(wèn)題分析2.1：能應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，識(shí)別與表達(dá)自動(dòng)控制領(lǐng)域相關(guān)的復(fù)雜工程問(wèn)題。課程目標(biāo)2：能夠運(yùn)用數(shù)理知識(shí)建立控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，利用現(xiàn)代控制理論方法分析系統(tǒng)的能控性、能觀性、穩(wěn)定性和求解狀態(tài)響應(yīng)；掌握線性系統(tǒng)極點(diǎn)配置、狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)與狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì)的原理與方法。H5.使用現(xiàn)代工具5.2：能夠選擇和使用恰當(dāng)?shù)默F(xiàn)代儀器、系統(tǒng)仿真與設(shè)計(jì)軟件、信息技術(shù)工具對(duì)自控制領(lǐng)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)。課程目標(biāo)4：能夠使用MATLAB等仿真軟件進(jìn)行線性系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的變換求解和系統(tǒng)能控性、能觀性、穩(wěn)定性分析、極點(diǎn)配置與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為應(yīng)用現(xiàn)代控制理論分析解決實(shí)際工程問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配現(xiàn)代控制理論課程教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.現(xiàn)代控制理論概述1.1控制理論的發(fā)展1.2現(xiàn)代控制理論與自動(dòng)控制比較1.3現(xiàn)代控制理論內(nèi)容體系教學(xué)要求：熟悉控制理論的發(fā)展史；理解現(xiàn)代控制與經(jīng)典控制的異同；熟悉現(xiàn)代控制內(nèi)容體系。重點(diǎn)：現(xiàn)代控制與經(jīng)典控制的比較。難點(diǎn)：現(xiàn)代控制與經(jīng)典控制區(qū)別。201系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述狀態(tài)空間的概念狀態(tài)空間表達(dá)式與傳遞函數(shù)矩陣線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型變換離散系統(tǒng)狀態(tài)空間模型非線性系統(tǒng)局部線性化教學(xué)要求：熟悉狀態(tài)空間的基本概念與模型描述方法；熟練掌握由傳遞函數(shù)、微分方程、模擬結(jié)構(gòu)圖建立系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的方法；理解線性變換的性質(zhì)及其求系統(tǒng)對(duì)角/約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型的方法；了解離散/非線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)。重點(diǎn):狀態(tài)變量與狀態(tài)空間模型建立方法、傳遞函數(shù)矩陣求解方法、系統(tǒng)對(duì)角標(biāo)準(zhǔn)型求解方法。難點(diǎn):傳遞函數(shù)的狀態(tài)空間模型實(shí)現(xiàn)。801、33.線性系統(tǒng)狀態(tài)空間方程求解3.1線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解3.2線性時(shí)變系統(tǒng)狀態(tài)方程的解3.3離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的解3.4連續(xù)系統(tǒng)離散化教學(xué)要求：掌握狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的概念、轉(zhuǎn)移矩陣的運(yùn)算性質(zhì)和計(jì)算方法；重點(diǎn)掌握線性定常系統(tǒng)齊次狀態(tài)方程和非齊次狀態(tài)方程的解。重點(diǎn):線性定常系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的運(yùn)算性質(zhì)及計(jì)算方法；線性定常系統(tǒng)齊次解與非齊次解。難點(diǎn):線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解。601、2、34.線性系統(tǒng)的能控性和能觀性4.1線性連續(xù)系統(tǒng)的能控性、能觀性4.2線性離散系統(tǒng)的能控性和能觀性4.3對(duì)偶系統(tǒng)4.4能控能觀標(biāo)準(zhǔn)型4.5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解4.6傳遞函數(shù)矩陣的實(shí)現(xiàn)教學(xué)要求：熟悉能控性、能觀性的定義；掌握線性系統(tǒng)能控性和能觀性判據(jù)；了解能控性與能觀性的對(duì)偶關(guān)系；熟悉線性定常系統(tǒng)的能控標(biāo)準(zhǔn)型和能觀標(biāo)準(zhǔn)型；了解線性定常系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解；掌握傳遞函數(shù)矩陣的最小實(shí)現(xiàn)。重點(diǎn)：線性系統(tǒng)能控性和能觀性判據(jù)；能控標(biāo)準(zhǔn)型、能觀標(biāo)準(zhǔn)型求解；傳遞函數(shù)矩陣的最小實(shí)現(xiàn)。難點(diǎn)：線性定常系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解、傳遞函數(shù)矩陣的最小實(shí)現(xiàn)1001、2、35.李雅普諾夫穩(wěn)定性5.1李雅普諾夫穩(wěn)定性概念5.2李雅普諾夫間接法5.3李雅普諾夫穩(wěn)定性定理5.4李雅普諾夫穩(wěn)定性理論的應(yīng)用教學(xué)要求：理解控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念與李雅普諾夫穩(wěn)定性含義；掌握掌握李雅普諾夫間接法與直接法；能夠利用李雅普諾夫直接法分析線性系統(tǒng)穩(wěn)定性。重點(diǎn):李雅普諾夫穩(wěn)定性概念、定理（穩(wěn)定性判據(jù)）及應(yīng)用。難點(diǎn):李雅普諾夫函數(shù)的構(gòu)造；李雅普諾夫穩(wěn)定性理論的應(yīng)用。601、26.線性系統(tǒng)分析綜合6.1系統(tǒng)反饋的結(jié)構(gòu)類(lèi)型6.2極點(diǎn)配置6.3系統(tǒng)鎮(zhèn)定與解耦6.4線性系統(tǒng)狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)6.5帶狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)教學(xué)要求：熟悉反饋控制類(lèi)型與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；掌握狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置方法；了解系統(tǒng)鎮(zhèn)定與解耦問(wèn)題；掌握狀態(tài)觀測(cè)器概念、條件與全維狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)；了解帶狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)。重點(diǎn):極點(diǎn)配置與狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)。難點(diǎn):帶狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。802合計(jì)400五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，課程依托超星泛雅學(xué)習(xí)平臺(tái)，利用課程視頻、習(xí)題案例、仿真實(shí)驗(yàn)、科學(xué)家事跡等資源，開(kāi)展進(jìn)行啟發(fā)式、討論式教學(xué)和案例式教學(xué)，進(jìn)行在線學(xué)習(xí)、課堂互動(dòng)、期中測(cè)試，促使學(xué)生學(xué)生全面理解現(xiàn)代控制理論課程體系與原理方法。在此基礎(chǔ)上，精選課后習(xí)題、考研真題、仿真實(shí)驗(yàn)等強(qiáng)化學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的理解與掌握。六、課程資源1.推薦教材：閆茂德.現(xiàn)代控制理論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019．2.參考書(shū)：（1）丁鋒.現(xiàn)代控制理論[M].北京：清華大學(xué)出版社，2018．（2）張嗣瀛.現(xiàn)代控制理論（第2版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2017．（3）劉豹.現(xiàn)代控制理論（第3版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019.（4）朱玉華.現(xiàn)代控制理論（第3版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2018.3.期刊論文：（1）王春生,潘明泉,劉子建.基于重置狀態(tài)觀測(cè)器的加熱爐隨機(jī)擾動(dòng)自抗擾控制方法[J].控制與決策,2017,32(09):1659-1663.（2）任世超,關(guān)永強(qiáng),諶煜.有向符號(hào)網(wǎng)絡(luò)的邊能控性研究[J].控制理論與應(yīng)用,2023,40(01):74-82.（3）嚴(yán)求真,柳向斌,朱勝.輸入增益未知非參數(shù)不確定系統(tǒng)的準(zhǔn)最優(yōu)學(xué)習(xí)控制[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào),2020,46(05):1051-1060.（4）葛鎖良,張凱,平兆武.基于虛擬模型的自適應(yīng)解耦抗擾控制[J].控制理論與應(yīng)用,2019,36(02):319-326.（5）IrinaV.Alexandrova,AlexeyP.Zhabko,Stabilityofneutraltypedelaysystems:AjointLyapunov–KrasovskiiandRazumikhinapproach[J].Automatica,2019,106:83-90.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）精品資源共享課程（西北工業(yè)大學(xué)）：/video/av41770763?（2）現(xiàn)代控制理論資源共享課程（長(zhǎng)安大學(xué)）：/七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過(guò)程性考核成績(jī)和期末考核成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見(jiàn)表4。表4課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過(guò)程性考核課堂表現(xiàn)10（1）根據(jù)學(xué)生課堂出勤情況和課堂互動(dòng)情況進(jìn)行考核，滿(mǎn)分100分。（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭?6習(xí)題作業(yè)12（1）根據(jù)習(xí)題、作業(yè)的完成情況與準(zhǔn)確率進(jìn)行評(píng)分，滿(mǎn)分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√64期中測(cè)試8（1）依據(jù)其中測(cè)試試題作答情況評(píng)分，滿(mǎn)分100分。（2）以其中測(cè)試成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭?4仿真10（1）主要考核運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行系統(tǒng)模型變換、分析的能力，滿(mǎn)分100分。（2）每次仿真單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以仿真成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！?2期末考核60（1）卷面成績(jī)100分，以卷面成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。（2）主要考核學(xué)生狀態(tài)空間模型描述、變換、求解，以及穩(wěn)定性與反饋控制方法理解掌握情況。（3）考試題型為：填空題、選擇題、判斷題、分析題、計(jì)算題、設(shè)計(jì)題等?！獭?030合計(jì)：100分444412八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、習(xí)題作業(yè)、期中測(cè)試、Matlab仿真、期末考試等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽?jī)由期末試卷成績(jī)和過(guò)程性考核成績(jī)組成。其中：期末試卷成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類(lèi)型為填空題、選擇題、判斷題、簡(jiǎn)答題、分析題、計(jì)算題和設(shè)計(jì)等類(lèi)型，試卷中基本知識(shí)、基本理論、基本技能的試題分值不超過(guò)50%，綜合應(yīng)用題、分析計(jì)算與設(shè)計(jì)題不低于50%；過(guò)程性考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重40%），由課堂表現(xiàn)、習(xí)題作業(yè)、期中測(cè)試、仿真實(shí)驗(yàn)等組成；過(guò)程性考核和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時(shí)基本成比例。2.過(guò)程性考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見(jiàn)表5。表5過(guò)程性考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)25按時(shí)出勤，認(rèn)真聽(tīng)講；積極參與教學(xué)活動(dòng)，踴躍回答問(wèn)題。按時(shí)出勤，認(rèn)真聽(tīng)講；經(jīng)常參與教學(xué)活動(dòng)，較好回答問(wèn)題按時(shí)出勤，能夠參與教學(xué)活動(dòng)，回答問(wèn)題不積極。偶爾上課遲到，偶爾參與教學(xué)活動(dòng)。多次遲到或逃課，上課不認(rèn)真聽(tīng)課，提問(wèn)不回答，活動(dòng)不參與。期中測(cè)試20期中測(cè)試卷面實(shí)際成績(jī)期中測(cè)試卷面實(shí)際成績(jī)期中測(cè)試卷面實(shí)際成績(jī)期中測(cè)試卷面實(shí)際成績(jī)期中測(cè)試卷面實(shí)際成績(jī)習(xí)題作業(yè)30按時(shí)提交作業(yè)，內(nèi)容清晰整潔；解題步驟詳盡，