2019年4月21日-22日

一、课程性质与目的（主要阐述本课程属什么专业的必修课或选修课，该课程的类别性质，该课程在专业中的地位与作用。字数约百来字。）

《现代控制理论》为机械电子工程、机械设计、机械制造、车辆工程及工业工程等本科专业特色选修课程，亦可为机械工程、电气工程类研究生及生产企业的工程技术人员提供参考。

现代控制理论是以状态空间法为基础，研究多输入多输出、时变参数结构、非线性、高精度、高性能控制系统的分析与设计的理论。该课程的目的是使学生熟悉控制系统的状态空间分析方法，掌握线性控制系统的状态可控性、可测性和李亚普诺夫稳定性理论，掌握状态反馈和状态观测器的设计方法，并能对线性控制系统的运动行为进行分析，并在此基础上了解基本的最优控制方法等。通过本课程的学习，培养学生利用现代控制理论和计算机技术解决控制系统的分析和综合问题，为工业控制系统开发与设计奠定理论基础。

本课程是一门理论性和工程应用性都很强的技术基础课，也是后续专业课的桥梁，因此是一门非常重要的主干核心课。本课程的目的在于培养学生的辩证思维能力，树立理论联系实际的科学观点和提高综合分析问题的能力。本课程的基本任务，是使学生获得现代控制理论的基本概念和分析方法，并为设计自动控制系统打下一定的基础。控制理论范围很广，通过本课程的学习，也为进一步的学习和研究先进控制理论创造一定的条件。本课程不仅具有很强的基础理论性，还具有较强的实践性，注重理论和实践的密切结合，对培养学生的基础理论和辩证思维能力起着非常重要的作用。

 

• 课程基本要求（主要阐述通过本课程的学习，使学生了解与掌握那些主要知识。字数约百来字。）

（1）控制系统的数学模型：根据系统的工作原理或实验数据，建立合理的状态空间表达式；掌握传递函数矩阵求法,熟悉离散系统、组合系统的数学描述；掌握状态空间表达式的线性变换及其特性。

重点：状态空间表达式的线性变换及其特性

难点：建立合理的状态空间表达式

（2）线性控制系统的运动分析：掌握状态转移矩阵的概念及求法，会求线性定常非齐次状态方程的解, 了解线性时变系统状态方程的解。

重点：状态转移矩阵的概念及求法

难点：状态转移矩阵的几种求法

（3）线性控制系统的能控性和能观测性：掌握线性连续定常系统的能控性、能观测性的概念及求解方法,对比学习离散系统的能控性和能观测性；会求线性连续定常系统的能控和能观测标准型；熟悉对偶原理，线性系统的结构分解, 传递函数阵和能控（观测）性的关系。

重点：能控性、能观测性的概念及求解方法，系统的能控和能观测标准型

难点：能控性、能观测性的概念，线性系统的结构分解

（4）控制系统的李亚普诺夫稳定性分析：理解李亚普诺夫稳定性定义, 掌握并熟练运用李亚普诺夫稳定性判据第二法判定系统稳定性；掌握线性连续系统的稳定性,了解线性定常离散系统的稳定性。

 重点：李亚普诺夫稳定性判据第二法

难点：李亚普诺夫稳定性判据第二法

（5）线性定常系统的综合：了解状态反馈和输出反馈的概念及状态反馈系统的能控性和能观测性； 掌握极点配置, 状态重构和状态观测器的设计方法,；了解降阶状态观测器, 带状态观测器的状态反馈系统的设计方法。

重点：状态反馈，极点配置。

难点：实现状态反馈的条件，观测器。

 

三、课程基本内容（撰写至章、节内容即可，节以下内容不必列出。）

（1）控制系统的数学模型

  状态空间表达式,由微分方程求状态空间表达式,传递函数矩阵,离散系统的数学描述,

状态空间表达式的线性变换及其特性,组合系统的数学描述

（2）线性控制系统的运动分析

线性定常齐次状态方程的解及状态转移矩阵, 线性定常非齐次状态方程的解, 线性时变系统状态方程的解

（3）线性控制系统的能控性和能观测性

线性连续定常系统的能控性, 线性连续定常系统的能观测性, 离散系统的能控性和能观测性, 对偶原理, 能控和能观测标准型, 线性系统的结构分解, 传递函数阵和能控（观测）性的关系。

（4）控制系统的李亚普诺夫稳定性分析

李亚普诺夫稳定性定义, 李亚普诺夫稳定性判据第二法, 线性连续系统的稳定性, 线性定常离散系统的稳定性

（5）线性定常系统的综合

状态反馈和输出反馈,状态反馈系统的能控性和能观测性, 极点配置, 状态重构和状态观测器, 降阶状态观测器, 带状态观测器的状态反馈系统

 

四、实验或上机内容（实验指课内实验，不包括单独设课的实验。上机应分为有教师指导上机时数和无教师指导上机时数及各自的具体内容要求）

 

 

 

 

• 先修课程要求（只需填写最相临近的一、二门先修课，尤其专业课，无需从基础课填起。）

本课程的先修课程为：高等数学、理论力学、工程图学、机械原理等。

 

• 考核方式（书面笔试、平时考试、课堂提问、作业质量、课内实验、上机、课程设计…方式的选定及各项的比重）

以期末考试为主（占70%），课堂表现（占30%）。

 

七、学时分配

 

序号		内      容	学 时 安 排
			理论 课时		实验 课时		习题 课时	上  机
								课内 学时	课外 学时
		控制系统的数学模型	6学时
		线性控制系统的运动分析	4学时
		线性控制系统的能控性和能观测性	6学时
	4学时	控制系统的李亚普诺夫稳定性分析	2学时
	8学时	状态反馈和状态观测器	6学时
小计				24
合计				24

 

八、建议选用教材（书名、作者、版次、出版社）

[1] 刘豹, 唐万生. 现代控制理论：第3版. 北京：机械工业出版社, 2006

[2] 王宏华, 王时胜. 现代控制理论: 第2版. 北京：电子工业出版社, 2013

[3] (美) R. C. Dorf, (美)R. H. Bishop. Modern Control System: Eleventh Edition. 英文影印版. 北京：电子工业出版社，2009