自動控制理論三教學大綱

課程中文名稱：自動控制理論1（二）

課程英文名稱：AutomaticControlTheoryI（2）

課程編號：204T0591

學分：2

學時：32（其中：講課學時：32實驗學時：0實踐學時：0）

先修課程：高等數(shù)學I（一）/（二）、線性代數(shù)I、復變函數(shù)與積分變換II、大學物理V

（-）/（二）、電路原理II、電子技術(shù)基礎（一）/（二）、電機與拖動

適用專業(yè)：自動化

課程類別：專業(yè)核心課/必修

使用教材：劉豹主編.現(xiàn)代控制理論（第三版）[M].北京:機械工業(yè)出版社，2011.

開課單位：電氣與新能源學院

課程簡介：請補充內(nèi)容

一、課程性質(zhì)

《自動控制理論》是自動化專業(yè)的專業(yè)核心課與學位課。自動控制理論是研究自動控制系統(tǒng)

普遍規(guī)律的科學。它側(cè)重于從理論的角度，系統(tǒng)地闡述自動控制科學和技術(shù)領域的基本概念

和基本規(guī)律，介紹府自動控制系統(tǒng)從建模、分析、到設計、應用的各種原理、思想和方法。

《自動控制理論I（二）》主要講授現(xiàn)代控制理論基礎。

二、教學目標：

課程目標I:從控制科學的內(nèi)容、方法、思維多個層面對學生進行價值塑造，密助學生樹立

良好的人生觀價值觀，培養(yǎng)學生的愛國情懷、創(chuàng)新能力、科學思維和探索習慣。

課程目標2：能夠應用自動控制理論的專業(yè)知識對復雜自動控制系統(tǒng)進行正確規(guī)范表述，理

解復雜自動控制系統(tǒng)的基本原理、普遍方法和通用規(guī)律。

課程目標3：能運用能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本知識對復雜自動控制系統(tǒng)建

立狀態(tài)空間表達式并求解，

課程目標4：能根據(jù)被測/控對象特征和控制性能要求，運用現(xiàn)代控制理論的方法，識別和

判斷現(xiàn)代自動化工程應用問題，正確表達和分析現(xiàn)代控制工程應用問題，體現(xiàn)出綜合分析能

力。

課程目標5：了解影響復雜自動控制系統(tǒng)的各種因素、掌握復雜控制系統(tǒng)的基本設計方法和

技術(shù)，最終達到控制目標。能根據(jù)技術(shù)和環(huán)境的變化，通過學習提高綜合設計能力，具有終

生學習能力。

三、課程目標對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系

課程目標對畢業(yè)要求的支撐

畢業(yè)要求畢業(yè)要求指標點

關(guān)系

指標點12能夠運用數(shù)學、自然科學、工程科學支撐目標：課程目標2,課

1.工程知識

的知識對自動化系統(tǒng)工程的具體對象建立數(shù)學模程目標3,課程目標5

課程FI標對畢業(yè)要求的支撐

畢業(yè)要求畢業(yè)要求指標點

關(guān)系

型并求解。

指標點L4：能夠?qū)?shù)學、自然科學、工程科學的

知識和數(shù)學模型方法用于自動化系統(tǒng)專業(yè)工程問

題解決方案的比較與綜合。

指標點2.1：能運用相關(guān)科學原理，識別和判斷自

動化系統(tǒng)復雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

支撐目標：課程目標1,課

指標點2.2：能基于科學原理和數(shù)學模型正確表達

2.問題分析程目標2,課程目標3,課程

自動化系統(tǒng)復雜工程問題。

目標4

指標點2.4：能運用基本原理，借助文獻研究，分

析過程的影響因素，獲得有效結(jié)論。

指標點12.1能在社會發(fā)展的大背景下，認識到自

主和終身學習的必要性。

支撐目標：課程目標1,課

12.終身學習指標點12.2具有自主學習的能力，包括對技術(shù)問

程目標2,課程目標5

題的理解能力，歸納總結(jié)的能力和提出問題的能

力等。

四、教學內(nèi)容及要求所列學時數(shù)不足32學時

第一章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述（6學時）

L教學內(nèi)容

（1）現(xiàn)代控制理論的產(chǎn)生與發(fā)展，與經(jīng)典控制理論的差異

（2）狀態(tài)變量、狀態(tài)空間描述的概念

（3）狀態(tài)空間描述的建立方法

（4）狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖的構(gòu)建

（5）狀態(tài)空間描述的線性變換及標準型

（6）由傳遞函數(shù)求狀態(tài)空間描述

2.重點難點：狀態(tài)空間描述的概念與求取

3.考核要點：用各種方法求取狀態(tài)空間表達式

4.教學方法：課堂講授

5.作業(yè)安排：1-1,1-2,1-3,1-7：另行布置其他與本次教學相關(guān)的作業(yè)。

第二章狀態(tài)方程的求解（4學時）

1.教學內(nèi)容

（1）線性定常齊次狀態(tài)方程的求解

（2）狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的定義及性質(zhì)

（3）狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計算方法

（4）線性定常非齊次狀態(tài)方程的求解

2.重點難點：狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣6加的定義及計算

3.考核要點：狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計算

4.教學方法：課堂講授

5.作、也安排：2-3,2-4,2-6：另行布置其他與本次教學相關(guān)的作業(yè)。

第三章線性定常系統(tǒng)的能控性與能觀性（5學時）

1.教學內(nèi)容

（1）能控性、能觀性的定義

（2）能控性、能觀性的判別法

（3）對偶原理

（4）能控性、能觀性與傳遞函數(shù)的關(guān)系

（5）線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解的基本方法

2.重點難點：能控性、能觀性的定義與判別；線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解

3.考核要點：能控性、能觀性的判別：線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解

4.教學方法：課堂講授

5.作業(yè)安排:3-1,3-7,3-8,3-11.3-12；另行布置其他與木次教學相關(guān)的作業(yè)。

第四章李雅普諾夫穩(wěn)定性分析（4學時）

1.教學內(nèi)容

（1）系統(tǒng)穩(wěn)定的基本概念

（2）李雅普諾夫穩(wěn)定性定義

（3）李雅普諾夫穩(wěn)定性定理

（4）李雅普諾夫穩(wěn)定性第二法

（5）線性系統(tǒng)的李亞普洛夫穩(wěn)定性分析

2.重點難點：李雅普若夫穩(wěn)定性及李雅普若夫第二法

3.考核要點：李雅普若夫笫二法、線性系統(tǒng)的李亞普洛夫穩(wěn)定性分析

4.教學方法：課堂講授

5.作業(yè)安排：4-1,4-2,4-3：另行布置其他與本次教學相關(guān)的作業(yè)。

第五章線性定常系統(tǒng)的綜合（5學時）

1.教學內(nèi)容

（1）線性反饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特點

（2）狀態(tài)反饋的基本屬性

（3）極點配置問題

（4）狀態(tài)觀測器的定義及其設計方法

（5）利用觀測^實現(xiàn)狀態(tài)反饋的設計方法

2.重點難點：狀態(tài)反饋，狀態(tài)觀測器，帶觀測器的狀態(tài)反饋

3.考核要點：狀態(tài)反饋求解極點配置問題

4.教學方法：課堂講授

5.作業(yè)安排:5-1,54,510；另行布置其他與本次教學相關(guān)的作業(yè)。

五、學時分配及對畢業(yè)要求指標點的支撐

學時分配（不足32

:ft支撐的課程目

早T教學內(nèi)容學時）

標

講課實驗實踐

現(xiàn)代控制理論的產(chǎn)生與發(fā)展，與經(jīng)典控制

第1章控制理論的差異；狀態(tài)變量、狀態(tài)空間描述的課程目標1

系統(tǒng)的狀態(tài)概念；狀態(tài)空間描述的建立方法；狀態(tài)空600課程目標2

空間描述間描述的線性變換及標準型；由傳遞函數(shù)課程目標3

求狀態(tài)空間描述。

線性定常齊次狀態(tài)方程的求解：狀態(tài)轉(zhuǎn)移課程目標1

第2章狀態(tài)

矩陣的定義及性質(zhì)；狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計算400課程目標2

方程的求解

方法；線性定常非齊次狀態(tài)方程的求解。課程目標3

第3章線怦能控件、能觀性的定義：能捽性、能觀性500課程目標1

定常系統(tǒng)的的判別法；對偶原理；能控性、能觀性與課程目標2

能控性與能傳遞函數(shù)的關(guān)系；線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解的基課程目標3

觀性本方法。課程目標4

系統(tǒng)穩(wěn)定的基本概念；李雅普諾夫穩(wěn)定性課程目標1

第4章李雅

定義；李雅普諾夫穩(wěn)定性定理；李雅普諾課程目標2

普諾夫穩(wěn)定400

夫穩(wěn)定性第二法；線性系統(tǒng)的李亞普洛夫課程目標3

性分析

穩(wěn)定性分析。課程目標4

課程目標1

線性反饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特

第5章線性課程目標2

點；狀態(tài)反饋的基本屬性；極點配置問題：

定常系統(tǒng)的500課程目標3

狀態(tài)觀測器的定義及其設計方法；利用觀

綜合課程目標4

測器實現(xiàn)狀態(tài)反饋的設計方法。

課程目標5

六、考核方式及成績評定標準

1、課程考核方式：課程考試占60%,平時成績占40%。平時成績包括線上成績（25%）和

線下成績（75%）。

支撐考核與評價方式

畢業(yè)要求期末考試

平時成績（40%）

課程目標與指標點（60%）

的對?應，建議參考學課程

線上成績（含線下成績（含課堂合計

院給的《電力電子技目標

線上SPOC作考勤、課堂互動、

術(shù)》教學大綱，便于課程考試

業(yè)及測試成績課堂討論、紙質(zhì)作

考試和課程目標達

等）業(yè)筆）

成情況分析

指標點2.1,2.2,24

課程目標113610

12.1

指標點1.2,1.4,2.1,

課程目標2261220

2.2,2412.1,12.2

指標點1.2?2.2課程目標3271322

指標點2.1,2.2,2.4課程目標4381728

指標點1.4,12.1,12.2課程H標5261220

總分占比％103060100

說明：根據(jù)實際情況，每個課程目標的成績比例可以在上下10%的范圍內(nèi)浮動，但必須保

證總成績?yōu)?00分。

2、課程成績評定標準

評分標準

課程目標考核要求高于預期達到預期低于預期

優(yōu)秀良好合格不合格

課堂考勤、課程總結(jié)拓

課程目標1