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《现代控制理论》课程简介课程内容：《现代控制理论》是自动化专业的限选专业课程。
课程的内容包括系统状态空间表达式的建立；状态方程的求解；系统的能控性和能观性；李雅普诺夫判别稳定性方法的原理及用其分析线性系统的稳定性；控制系统的综合，包括极点配置及状态观测器等。
课程的任务是比较全面系统地讲述现代控制系统的基本原理和基本分析设计方法。
通过学习，掌握控制系统的能控性和能观性，以及设计状态观测器、状态反馈控制器的方法，并把重点放在状态观测器、状态反馈控制器设计上，为今后从事控制领域的工作和研究打下必要的基础；能够列写状态空间表达式；能够根据用户要求的性能指标设计状态观测器和状态反馈控制器；培养学生的辨证思维能力，对今后进一步学习更为专业的控制理论技术起到辐射的作用。
Brief IntroductionCourse Description:This course is the limited subject course for the college students.The contents of this course include: system state space expressions, state equation, controllability and observability, Lyapunov stability method, the pole placement , observer and controller.The mission of this course is:1st, to introduce the basic principle and basic method of modern control system ，through the study, master control system controllability and observability;2nd, to design state observer, state feedback controller, state space expression;3rd, to design state observer and state feedback controller according to the user request performance index .《现代控制理论》课程教学大纲一、教学内容第一章控制系统的状态空间表达式1.1 状态变量及状态空间表达式1.2 状态空间表达式的模拟结构图1.3 由微分方程列写状态空间表达式1.4 由传递函数列写状态空间表达式1.5 状态向量的线性变换1.6 传递函数矩阵教学难点：传递函数矩阵。
一、教案概述1.1 课程背景《现代控制理论》是自动化、电气工程及其相关专业的一门重要专业课程。
通过本课程的学习，使学生掌握自动控制系统的基本概念、基本原理和基本方法，培养学生分析和解决自动控制问题的能力。
1.2 教学目标（1）理解自动控制系统的数学模型，包括连续系统和离散系统；（2）掌握线性系统的时域分析法、频域分析法；（3）熟悉系统的稳定性、线性度、精确度等性能指标；（4）学会设计PID控制器、状态反馈控制器等；（5）培养学生运用现代控制理论分析和解决实际问题的能力。
二、教学内容2.1 自动控制系统的基本概念（1）自动控制系统的定义；（2）自动控制系统的类型；（3）自动控制系统的性能指标。
2.2 自动控制系统的数学模型（1）连续系统的数学模型；（2）离散系统的数学模型。
2.3 线性系统的时域分析法（1）系统的稳定性；（2）系统的线性度；（3）系统的精确度。
2.4 线性系统的频域分析法（1）系统的幅频特性；（2）系统的相频特性；（3）系统的裕度。
2.5 控制器的设计方法（1）PID控制器的设计；（2）状态反馈控制器的设计。
三、教学方法3.1 课堂讲授通过讲解、案例分析等方式，使学生掌握自动控制系统的相关理论知识。
3.2 实验教学通过自动控制实验，使学生了解和掌握自动控制系统的实际运行情况，提高学生分析和解决实际问题的能力。
3.3 讨论与交流组织学生进行小组讨论，分享学习心得，互相答疑解惑。
四、教学评价4.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况、实验报告等。
4.2 期末考试包括选择题、填空题、计算题、简答题等，全面测试学生对课程知识的掌握程度。
五、教学资源5.1 教材《现代控制理论》，作者：张发展战略、李翠莲。
5.2 辅助教材《现代控制理论教程》，作者：王庆伟。
5.3 实验设备自动控制实验装置、示波器、信号发生器等。
5.4 网络资源相关在线课程、学术文章、论坛讨论等。
六、教学安排6.1 课时安排本课程共计32课时，包括16次课堂讲授，8次实验教学，8次讨论与交流。
现代控制工程简答题1、控制系统的基本构成及特点。
2、现代控制理论的主要内容。
3、控制系统的状态空间描述及意义。
4、线性定常非齐次连续系统状态（方程解）的动态特性。
参考答案：1、控制系统主要由具有动态特性的被控对象系统、实现控制作用的控制机构、完成数据收集的检测机构，以及实现性能指标评价和信息处理的计算机构等部分构成。
控制系统的主要特点为：以动态系统为控制对象，通过施加必要的操作，实现对象系统状态按照指定的规律进行变化，达到某一特定功能；强调动态过程和动态行为的目的性、稳定性、能观测性、可控性、最优性以及时实性等；控制系统的数学模型主要用微分方程描述，设计方法为动态优化方法。
，2、主要包括五个方面：①线性系统理论（状态空间描述、能控性、能观测性和稳定性分析，状态反馈、状态观测器及补偿理论和设计方法），②建摸和系统辩识（模型结构及参数辩识方法论、参数估计理论），③最优滤波理论（卡尔曼滤波理论），④最优控制理论（经典变分法、最大值原理法、动态规划法），⑤自适应控制理论（模型参考自适应控制方法论、自校正控制方法论、鲁棒稳定自适应理论等）。
3、控制系统的状态空间描述：由状态方程和输出方程组成的状态空间表达式。
状态方程是一个一阶微分方程组，描述系统输入与系统状态的变化关系，即系统的内部描述；输出方程是一个代数方程，主要描述系统状态与系统输出的关系，即系统的外部描述。
意义：状态空间描述反映了控制系统的全部信息，是对系统特性的全部描述，是实现现代控制系统分析、设计的重要手段。
4、线性定常非齐次连续系统状态（方程解）的一般形式为：动态特性：系统状态的动态运动（随时间变化过程）受两部分作用，第一部分为系统初始状态的转移作用，即系统的自由运动项；第二部分为控制输入信号激励下的受控作用，即系统的强迫运动项。
适当选择控制输入，可使系统状态在状态空间中获得满足要求的最佳轨线。
1、控制工程理论（控制科学）的基本任务及广义定义。
华中科技大学博士研究生入学考试《现代控制理论》考试大纲第一部分考试说明一、考试性质《现代控制理论》是水电与数字化工程学院博士生入学考试科目之一。
它的评价标准是高等学校、科研院所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自动控制理论的基础知识和应用能力。
二、考试内容范围自动控制系统基本概念、根轨迹法、频率响应法、状态空间理论、最优控制理论、卡尔曼滤波。
考查要点详见本大纲第二部分。
三、评价目标现代控制理论考试主要考查控制系统的基本概念和控制理论方法的基础知识，在此基础上，考查综合运用控制理论解决工程问题的能力。
要求考生：熟悉自动控制系统性能的评价体系；能够运用指定的理论方法或选择合适的理论方法对给定的系统进行分析或校正。
四、考试形式与试卷结构（一）答卷方式：闭卷，笔试。
（二）答题时间：180分钟（三）各部分内容考查比例（满分为100分）1．自动控制系统基本概念约20分2．经典控制理论约25分3．状态空间理论约35分4．最优控制理论约10分5．卡尔曼滤波约10分（四）题型比例（满分为100分）选择或填空题约5%问答题、计算题约80%综合应用题约15%第二部分考查要点一、自动控制系统基本概念自动控制系统的组成：自动控制系统包括受控过程（对象）和控制器两部分。
自动控制系统的分类：开环控制系统、反馈控制系统、复合控制系统；连续控制系统、离散控制系统；定常系统、时变系统；线性系统、非线性系统；确定系统、随机系统。
自动控制系统的基本要求（稳定性、动态性能、稳态性能）。
数学模型的表示方式与建模方法。
微分方程、传递函数、频率特性、状态方程。
控制理论方法的比较。
二、根轨迹法闭环极点与开环零极点的关系；根轨迹方程及根轨迹的绘制法则；主导极点；系统性能分析与估算；附加零点对根轨迹的影响。
三、频率响应法频率特性的意义；开环频率特性的绘制；奈愧斯特稳定判据；频率特性的校正。
四、状态空间理论状态空间描述的概念、状态方程的建立；状态方程的规范形式、状态方程的求解；李亚普洛夫稳定性；线性控制系统的能控性与能观性；状态反馈与状态观测器。
