线性系统理论-郑大钟(第二版)

线性系统理论第二版教学大纲课程简介本课程是针对电子信息、自动化等专业开设的一门重要的专业必修课程，主要研究线性系统的基本概念、理论和方法。

在本课程中，学生将学习到线性系统的数学模型、传递函数、频率特性、稳定性等关键概念，并应用这些知识分析和设计系统。

教学目标1.掌握线性系统的基本概念、理论和方法。

2.熟练掌握线性系统数学模型、传递函数、频率特性、稳定性等基本概念。

3.理解线性系统的几何特性，包括极点、零点和步响应等。

4.能够利用传递函数和频率响应等方法分析和设计系统。

5.了解现代控制理论和应用。

教学内容第一章线性系统基本概念1.1 系统的概念1.2 系统的建模1.3 信号与系统的分类1.4 线性系统的定义第二章时域分析2.1 系统的时域响应2.2 系统的因果性和稳定性2.3 系统的冲击响应和阶跃响应2.4 系统的单位反馈响应和频率响应第三章频域分析3.1 傅里叶变换3.2 傅里叶反变换3.3 频域分析基本方法3.4 奇偶性和周期性3.5 Bode图和极点、零点第四章线性系统稳定性分析4.1 稳定性定义和判据4.2 极点位置和稳定性分析4.3 极点的稳定性分析4.4 稳定性判据5.1 系统的规范化5.2 系统的合成5.3 系统的简化第六章现代控制理论与应用6.1 状态空间法6.2 系统的观测与控制6.3 非线性系统控制6.4 自适应控制教学方法本课程采用讲授与实例讲解相结合的教学方法。

每个章节都将以概念讲述为主，结合例题进行讲解，力求让学生具有深刻的理论、推导能力和实际应用能力。

同时，课程中将引入现代控制理论及应用，为学生提供最新的学术发展动态。

教学评估1.平时考核（30%）：包括课堂参与、作业和实验。

2.期中考试（30%）：测试学生的对概念和基础知识的掌握程度。

3.期末考试（40%）：测试学生对概念、基础知识和应用能力的综合掌握程度。

参考书目1.钱世光、戚传波等，《线性系统理论与设计》（第二版），科学出版社，2017。

新编〈信息、控制与系统〉系列教材
《单片机原理及其应用》袁涛李月香杨胜利编著
《微弱信号检测》（第二版）高晋占编著
《模式识别》（第三版）张学工编著
《系统仿真导论》（第二版）肖田元范文慧编著
《光纤传感原理与应用技术》赵勇编著
《制造企业的产品生命周期管理》张和明熊光楞编著
《人工神经网络与模拟进化计算》（第二版）阎平凡张长水编著
《微弱信号检测》高晋占编著
《企业信息化总体设计》李清陈禹六编著
《工业数据通信与控制网络》阳宪惠编著
《模式识别》（第二版）边肇祺张学工等编著
《神经网络与模糊控制》张乃尧阎平凡编著
《面向控制的系统辨识导论》周彤著
《嵌入式系统的构建》慕春棣主编
《计算机控制系统》王锦标编著
《运动控制系统》尔桂花窦日轩编著
《现代信号处理》（第二版）张贤达著
《自动控制理论例题习题集》王诗宓杜继宏窦曰轩编著
《线性系统理论》（第二版）郑大钟
《线性系统理论习题与解答》（第二版）郑大钟编著。

博士生入学线性系统理论考试大纲第一部分 考试说明一、 考试性质线性系统理论是控制科学与控制工程学科的基础课。

本门考试的应考范围以基于状态空间描述和方法的近代控制理论为主，注重考察考生是否已经掌握控制学科最基本的理论知识。

它的评价标准是本学科或者相近学科的优秀硕士毕业生能达到及格或及格以上水平，以保证被录取者具有基本的控制学科基础知识，并有利于在专业上择优选拔。

二、 考试形式与试卷结构（一）答卷方式：闭卷，笔试。

（二）答卷时间：180分钟（三）题型比例：全部题型为计算、分析题，满分100分。

（四）主要参考书目：1．郑大钟编著，线性系统理论（第一部分），清华大学出版社，2002年第二版2．段广仁编著，线性系统理论，哈尔滨工业大学出版社，1997年第二部分 考查要点一、 线性系统的数学描述系统的传递函数描述，状态空间描述，两种描述形式的比较和相互转换。

线性系统在坐标变换下的特性。

组合系统的状态空间描述。

二、 线性系统的运动分析状态转移矩阵及其性质。

脉冲响应矩阵。

线性时变系统运动分析。

线性定常系统的运动分析。

线性连续系统的时间离散化。

线性离散系统的运动分析。

三、 线性系统的能控性和能观测性线性系统的能控性和能观测性的定义。

线性连续系统（含时变系统）的能控性、能观测性判据。

线性离散系统的能控性、能观性判据。

对偶原理。

能控、能观测与传递函数。

线性系统的能控性、能观性指数。

能控和能观测规范形。

线性系统的结构分解。

四、 系统运动的稳定性Lyapunov 意义下运动稳定性的定义。

Lyaounov 第二方法的主要定理。

线性系统稳定性判据。

离散系统的稳定性及其判据。

系统的外部稳定性和内部稳定性。

五、 线性反馈系统的综合状态反馈和输出反馈。

极点配置问题及其解的存在条件。

状态反馈极点配置问题的求解方法。

状态反馈可镇定条件和算法。

线性二次型最优控制问题。

全维和降维状态观测器。

引入观测器的状态反馈控制系统的特性。

第三部分 考试样题题一、（20分）已知时变系统的状态方程为⎥⎦⎤⎢⎣⎡=-⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=12)(,)(01)(00120)(002t X t t u t X t t t X其中)sin()(00t t t t u -=-是从0t 时刻开始的正弦信号，试求解该方程。

线性系统理论第二版课程设计前言线性系统理论作为控制理论的重要基础学科，对于理解和应用控制理论具有不可替代的作用。

本文主要介绍了线性系统理论第二版的课程设计，包括设计背景、设计目标、设计内容、设计步骤以及相关注意事项等方面的内容。

希望能够对正在学习线性系统理论的同学们提供帮助。

设计背景线性系统理论是控制理论的重要基础学科，其研究的对象是线性系统，包括状态空间描述、传递函数描述、稳定性分析和控制器设计等方面的内容。

随着控制理论在现代工程中的广泛应用，线性系统理论也成为了控制工程专业的必修课程。

线性系统理论第二版是基于第一版的基础上进行更新和完善的版本。

新版本主要对一些重要概念和方法进行了详细阐述，增加了一些实例以及应用案例，力求让学生更加深入地理解线性系统理论的相关内容。

为了使学生有效地掌握线性系统理论的知识和技能，需要进行相关的课程设计。

本设计旨在帮助学生深入理解课程内容，掌握相关技能，并且为未来的研究和实践打下扎实的基础。

设计目标本课程设计的目标是通过实践教学的方式，帮助学生深入理解线性系统理论的相关知识和技能，并能够灵活应用到实际问题中。

具体的设计目标包括：1.熟练掌握线性系统的状态空间描述方式和传递函数描述方式，能够进行状态空间和传递函数之间的转化；2.掌握线性系统的稳定性分析方法，能够理解极点和极点分布的概念，并能够进行稳定性判断；3.学习控制器的设计方法，并能够灵活应用到实际问题中；4.通过案例分析的方式，将理论知识与工程实践相结合，提高学生的综合素质和创新能力。

设计内容本课程设计包括三部分内容：任务一、任务二和任务三。

其中，任务一和任务二为必修任务，任务三为选修任务，可以根据学生情况进行选择。

任务一：线性系统的状态空间描述与传递函数描述的转化任务一旨在帮助学生掌握线性系统的状态空间描述方式和传递函数描述方式，并能够进行状态空间和传递函数之间的转化。

具体的任务要求如下：1.给定一个线性系统，分别用状态空间描述方式和传递函数描述方式表示；2.对于给定的状态空间描述和传递函数描述，进行状态空间和传递函数之间的转化；3.对于转化后的状态空间描述和传递函数描述，进行参数调整，并比较两种描述方式的优缺点。