《控制理论基础》课程教学大纲概要

“机械控制理论基础”课程教学大纲英文名称：Foundation of Mechanical Control Theories课程编号：MACH3435学时：52 （理论学时：44 实验学时：8 上机学时：0 课外学时：0）学分：3适用对象：机械学院机自专业和车辆工程专业三年级本科生先修课程：机械设计、机械原理、材料力学、理论力学、电工学、流体力学、热工基础使用教材及参考书：[1] 董霞，陈康宁，李天石.机械控制理论基础.西安：西安交通大学出版社，2005.[2] 董明晓，李娟，杨红娟等.机械工程控制基础.北京：电子工业出版社，2010.[3] 胡寿松.自动控制原理.北京：国防工业出版社，2000.一、课程性质和目的（100字左右）性质：专业基础课目的：机械控制理论是研究“控制论”在“机械工程”中应用的科学，因而它也是一门跨“控制论”与“机械工程”技术理论领域的边缘学科。

本课程使学生能以动力学的观点而不是静态观点去看待一个机械工程系统，特别重要的是，能够从整体的而不是分离的角度，从整个系统中信息之传递、转换和反馈等角度来分析系统的“动态行为”。

具体地讲，就是使学生在掌握机械工程控制论的基本概念、基本知识和基本方法的基础上，密切结合机械工程实际，为将控制理论应用于工程实际打下基础。

二、课程内容简介（200字左右）拉普拉斯变换的数学方法。

力学、电学基础知识对系统建模的方法、传递函数、方块图、信号流图、状态方程等重要概念。

一阶、二阶系统的瞬态响应特性，以及瞬态响应的性能指标，各型系统的位置、速度和加速度误差系数以及系统类型、开环增益与系统稳态误差的关系。

对数坐标图(伯德图)的概念以及各典型环节的对数坐标图，系统伯德图的一般步骤及其特点，以及由伯德图估计最小相位系统传递函数的方法；极坐标图(乃奎斯特图)的概念以及各典型环节的极坐标图；频域中的性能指标及其与时域性能指标的关系。

系统用频率法设计控制系统的特点，串联校正的各种方式和方法。

《现代控制理论基础》课程教学大纲课程代码：090142129课程英文名称：Foundation of Modern Control Theory课程总学时：32 讲课：32 实验：0 上机：0适用专业：信息与计算科学大纲编写（修订）时间：2017.11一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标本课程是信息与计算科学专业的一门专业基础课，是自动化专业重要的技术基础课。

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，并能对线性控制系统的运动行为进行分析。

通过本课程的学习，使学生掌握建立系统状态空间模型的基本方法；掌握利用状态空间模型分析系统特性和系统设计的方法。

了解并掌握基于状态空间模型分析与设计方法。

通过运用MATLAB软件，使学生具备能用计算机软件对各类运筹学模型进行求解和对求解结果进行简单分析的能力。

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。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.基本知识：要求学生掌握控制系统的状态空间分析方法，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，并能对线性控制系统的运动行为进行分析。

掌握利用状态空间模型分析系统特性和系统设计的方法。

2.基本能力：培养学生逻辑推理能力和抽象思维能力；根据实际问题抽象出适当的状态空间模型并能分析系统特性和进行系统设计能力；运用现代控制理论的思想和方法分析、解决实际问题的能力和创新思维与应用能力。

3.基本技能：使学生获得现代控制理论的基本分析和设计技能；运用计算机软件求解基本模型和分析结果的技能。

（三）实施说明1. 本大纲主要依据信息与计算科学专业2017-2020版教学计划、信息与计算科学专业专业建设和特色发展规划和沈阳理工大学编写本科教学大纲的有关规定及全国通用《现代控制理论基础教学大纲》并根据我校实际情况进行编写的；2. 教师在授课过程中可以根据实际情况酌情安排各部分的学时，课时分配表仅供参考；3. 教师在授课过程中对内容相关的部分可以自行安排讲授顺序；4. 本课程建议采用课堂讲授、讨论、多媒体教学和实际问题的分析解决相结合的多种手段开展教学。

《控制理论基础》课程简介06191310控制理论基础 3Fundamentals of control theory 3-0预修课程：微积分，线性代数，常微分方程，大学物理面向对象：三、四年级本科生内容简介：控制科学是由数学、工程学和计算机科学交叉发展形成的一门学科。

本课程介绍控制系统的描述、分析、设计和综合的数学基础理论，内容包括：系统的输入－输出描述、状态变量描述、频率描述及其相互关系；控制系统分析、能控性和能观性、稳定性；极点配置、观测器和调节器设计等。

选用教材或参考书：教材：《控制理论基础》，李训经等著，高等教育出版社，2002参考书：1、《工程控制论》，钱学森著，科学出版社，19582、《线性系统理论与设计》，陈启宗著，科学出版社，1988《控制理论基础》教学大纲06191310控制理论基础 3Fundamentals of control theory 3-0预修课程：微积分，线性代数，常微分方程，大学物理面向对象：三、四年级本科生一、教学目的和基本要求：通过本课程的学习使学生获得以下知识和能力：1. 理解“控制理论”是工程控制过程的数学理论这一学科特点，理解控制的数学模型和概念的工程控制背景，理解“数学控制原理”的“工程控制意义”；2. 了解控制系统的基本组成及其功能，掌握对控制系统建立数学模型的方法和步骤；3．掌握线性控制系统的各种描述方法及其相互关系；3. 掌握线性定常系统的基本分析、设计和综合方法。

二、主要内容及学时分配：第一章控制论概貌（3学时）第二章线性系统模型（13学时）输入-输出描述、状态变量描述、频域描述以及相互关系和转换方法，几种典型环节，离散时间系统，等价动态方程。

第三章能控性和能观性（10学时）概念，能控性子空间，秩条件，频域条件，能控（能观）规范分解，最小实现。

第四章稳定性分析（8学时）输入-输出稳定性，Routh-Hurwitz判局，线性动态方程的稳定性，Lyapunov定理，第五章状态反馈与观测器设计（8学时）状态反馈及其不变量，极点配置定理，能稳性，能检测性与观测器设计第六章最优调节器设计（6学时）反馈镇定，控制参数选择，LQR问题，代数Riccati方程，跟踪问题。

《控制理论基础》课程教学大纲Foundation to Control Theory一、课程教学目标1、任务和地位：自动控制技术已经广泛应用于国民经济的各个领域，《控制理论基础》也已经作为测试与控制专业的技术基础课程。

控制学科是将传统的控制理论与现代电子技术、计算机技术紧密结合在一起的一门高新技术，它已渗透到许多科学领域，并得到迅猛的发展。

鉴于其广阔的应用范围，要求学测控专业的人才必须掌握这门课程。

2、知识要求：《复变函数》3、能力要求：本课程的主要内容以经典控制理论为主，详细介绍了对于现下定常系统的时域分析方法等，并适量介绍了PID控制和鲁棒控制。

本课程的主要通过课堂讲述，使学生掌握基于传递函数数学模型的基本概念和基本方法，主要包括对控制系统的传递函数建立、时域性能分析、稳定性分析、频域性能分析以及控制系统的校正。

二、教学内容的基本要求和学时分配1. 本课程总学时为64，具体分配如下：2、具体要求：第一章绪论[目的要求] 掌握控制系统的一般概念以及控制系统的分类。

[教学内容] 自动控制系统的一般概念、开环控制与闭环控制、自动控制系统的分类、对控制系统性能的要求和本课程的任务[重点难点] 开环控制与闭环控制[教学方法] 课堂讲授[作业][课时] 2第二章控制系统的数学模型[目的要求] 掌握线性定常控制系统的传递函数数学模型的建立。

[教学内容] 列写系统微分方程的一般方法、非线性数学模型的线性化、传递函数、框图和系统的传递函数、信号流图和梅逊公式的应用[重点难点] 列写系统微分方程的一般方法、传递函数、框图和系统的传递函数、信号流图和梅逊公式的应用[教学方法] 课堂讲授、课堂练习[作业] 习题2[课时] 10第三章控制系统的时域分析[目的要求] 对线性控制系统进行分析时域分析[教学内容] 典型的试验信号、一阶系统的时域响应、二阶系统的时域响应、高阶系统的时域响应、线性定常系统的稳定性、Routh稳定判据、控制系统的稳态误差、控制系统对参数变化的灵敏度[重点难点] 一阶系统的时域响应、二阶系统的时域响应、线性定常系统的稳定性、Routh稳定判据、控制系统的稳态误差[作业] 习题3[课时] 10第四章根轨迹法[目的要求] 用根轨迹法对线性控制系统进行分析[教学内容] 根轨迹的基本概念、绘制根轨迹的基本规则、参量根轨迹的绘制、非最小相位系统的根轨迹、特征方程根的灵敏度、用根轨迹分析控制系统[重点难点] 绘制根轨迹的基本规则、参量根轨迹的绘制[教学方法] 课堂讲授、课堂练习[作业] 习题4[课时] 10第五章频率响应法[目的要求] 用频率响应法对线性控制系统进行分析[教学内容] 频率特性、对数坐标图、极坐标图、乃氏稳定判据、相对稳定性分析、频域性能指标与时域性能指标间的关系、传递函数的实验确定[重点难点] 对数坐标图、极坐标图、乃氏稳定判据[教学方法] 课堂讲授、课堂练习[作业] 习题5[课时] 14第六章控制系统的校正[目的要求] 线性控制系统的校正[教学内容] 超前校正、滞后校正、滞后－超前校正[重点难点] 超前校正、滞后校正、滞后－超前校正[作业] 习题6[课时] 8第七章 PID控制与鲁棒控制[目的要求] PID控制与鲁棒控制[教学内容] PID控制器及其参数的调整、控制系统的鲁棒性和灵敏度、控制系统的鲁棒性分析、鲁棒控制系统的设计[重点难点] PID控制器及其参数的调整、控制系统的鲁棒性和灵敏度、控制系统的鲁棒性分析[教学方法] 课堂讲授、课堂练习[作业] 习题7[课时] 10三、大纲说明主要围绕执行本大纲优化教学过程中相关问题作必要说明，一般有：1、考试要求与考试方法：闭卷考试。

自动控制原理基础教程第三版教学大纲课程描述本课程为自动控制原理基础教程第三版的教学课程，主要介绍自动控制的基础原理、各种常用控制器的工作原理和应用、控制系统的建模与仿真、控制系统设计和调试等方面的知识。

课程目标1.掌握自动控制的基础原理，包括控制系统的定义、控制对象的特性、控制回路的结构、信号的处理和传输等方面。

2.熟练掌握常用控制器的工作原理和基本应用方法，包括比例控制器、积分控制器、微分控制器以及它们的组合。

3.掌握控制系统的建模和仿真方法，能够对简单的控制系统进行模型建立、仿真和分析。

4.掌握控制系统的设计和调试方法，能够基于控制系统的工作要求和性能指标进行控制系统的设计和调试。

课程安排第一章自动控制基础概念1.1 自动控制系统的基本概念 1.2 控制对象的特性 1.3 控制回路的基本结构 1.4 控制信号的处理和传输第二章控制器和控制器设计方法2.1 控制器的基本原理 2.2 比例控制器 2.3 积分控制器 2.4 微分控制器 2.5 PID控制器 2.6 控制器的设计方法第三章控制系统的稳态性能分析和调节方法3.1 控制系统的稳态误差 3.2 控制系统的校正方法 3.3 控制系统稳态稳定性分析 3.4 控制器参数的整定方法第四章控制系统的动态性能分析和调节方法4.1 控制系统的时域响应 4.2 控制系统的频域响应 4.3 控制系统的根轨迹和Nyquist图法 4.4 控制器参数的调节方法第五章控制系统建模和仿真方法5.1 控制系统的建模方法 5.2 控制系统的仿真方法 5.3 控制系统的仿真实验第六章控制系统的数字控制和实时控制6.1 数字控制系统的概述 6.2 数字控制器的常用算法 6.3 数字控制系统的实现和应用 6.4 实时控制系统的原理和方法学习评估1.平时考核（20%）：出勤、作业、课堂答题等。

2.期中考试（30%）：闭卷笔试，考察学生对课程内基础概念、控制器原理及应用、系统分析及调试方法的掌握程度。

《现代控制理论基础》教学大纲课程编码：T1040031课程名称：现代控制理论基础课程英文名称：Modern Control Theory总学时：44 讲课学时： 36 习题课学时：0 实验学时：8 上机学时：12 开课单位：航天学院控制科学与工程系控制理论及应用教研室开课对象：控制类专业本科生预修课程：电路原理、电子技术和电机方面的有关课程；复变函数和线性代数教材：《自动控制原理》李友善主编，国防工业出版社，2005年国防科工委“十五”规划教材《自动控制原理》（下册）裴润、宋申民、王彤编哈尔滨工业大学出版2006年参考书：《现代控制理论》（第2版）刘豹主编机械出版社2000年《现代控制工程》（第三版）Ogata著电子出版社2000年《自动控制原理》（第四版）胡寿松主编，科学出版社，2001年《Linear Control System Analysis and Design》（第四版）清华大学出版社，2000年一、本课程的教学目的和要求及其在教学中的地位：通过本课程的学习使学生了解现代控制理论的基本内容、自动控制系统的状态空间分析方法，掌握综合线性系统的原理和方法以及最优控制的基本理论，对现代控制理论有全面的掌握，对系统辩识、最优控制、计算机控制的理论有深入了解。

掌握非线性系统的稳定性及其理论，掌握线性和非线性系统稳定性的基本分析方法。

二、本课程的主要教学内容、各章节内容及其学时安排本课程是《自动控制原理I》课程的继续，前8章在《自动控制原理I》课中讲。

第九章线性系统状态空间分析法(12学时)1．状态空间的基本概念2．控制系统状态空间表达式3．线性定常系统的分析4．线性时变系统的分析5．线性离散系统的分析6. 线性状态方程的离散化第十章李雅普诺夫稳定性分析（8学时）1. 李雅普诺夫意义下的稳定性2. 判别系统稳定性的李雅普诺夫方法3. 应用李雅普诺夫方法分析线性系统稳定性4. 应用李雅普诺夫方法分析非线性系统稳定性第十一章线性系统的状态空间综合法（10学时）1. 线性系统的能控性和能观性2. 线性系统的结构分析3. 线性系统的状态反馈和输出反馈4. 线性系统的状态观测器5. 线性系统的解耦6. 线性系统的实现第十二章最优控制（6学时）1. 最优控制的一般提法2. 应用变分法求解无约束问题的最优控制3. 极小值原理4. 线性二次型最优控制问题5. 动态规划三、其他教学环节安排：1、实验内容(8学时)(1) 数字控制系统实验（4学时）a. 数字控制系统的基本组成b. 数字控制系统的设计(2) 现代控制理论实验（4学时）a. 控制系统状态空间分析法计算机辅助设计b. 二阶倒立摆实验2、上机：课外学时：20四、考试权重：平时成绩20％；期末成绩80％。

《控制理论基础》教学大纲一、课程说明课程总学时：54；周学时：3；学分：3；开课学期：11、课程性质：本课程是信息与计算科学专业本科学生三年级选修课。

2、课程教学目的与要求：通过本课程的学习,学生应了解控制问题的来源与形成过程，对数学在其中的作用有基本的了解；并且熟练掌握能控性、能观性、系统的实现和干扰解耦等的概念, 熟练掌握线性系统的理论和方法, 为今后在实际问题中运用控制理论的方法与结果和进一步学习打下一定的基础3、内容与学时安排：第一章受控对象的数学描述 12课时第二章控制系统的分析 12课时第三章线性系统的能控性和能观性 10课时第四章线性系统的实现 10课时第五章干扰解耦 10课时4、教材与参考书：教材：李训经、雍炯敏、周渊，《控制理论基础》，高等教育出版社，2002年。

教参：钱学森，《工程控制论》，科学出版社，1956年。

5、课程教学重点与难点：重点：基本概念，基本理论、基本方法难点：系统的最小实现、干扰解耦6、课程教学方法与要求本课程以课堂讲授为主，答疑为辅，学生必须完成一定的作业量。

对适合的内容以多媒体课件辅助教学。

7、课程考核方法与要求本课程考核以笔试为主，主要考核学生对基础理论、基本概念的掌握程度、学生逻辑推理能力和计算能力以及综合解决问题的能力。

考试课程平时成绩占30%，期末成绩占70%。

考查课程期末成绩与平时成绩各占50%。

二、教学内容纲要第一章受控对象的数学描述(12学时)（一）教学目的掌握状态方程、传递函数、传递矩阵和参数辩识等的概念，熟练掌握受控对象的状态空间分析方法和频率方法,并学会用这些方法对实际控制问题建立数学描述。

（二）教学重点状态空间分析方法和频率方法。

（三）主要内容§1.1. 状态空间分析方法(3学时)§1.2. 传递函数和传递矩阵的性质(3学时)§1.3. 离散控制系统的差分方程(2学时)§1.4. Z-传递函数和Z-传递矩阵(2学时)§1.5. 受控对象方程的参数辩识(2学时)第二章控制系统的分析(12学时)（一）教学目的掌握稳定性的概念，熟练掌握稳定性的代数判据和频率判据；通过了解离心调速器的工作原理，熟练地对控制系统进行稳定性分析。

《现代控制理论基础》课程教学大纲《现代控制理论基础》课程教学大纲一、课程基本信息1、课程编码：U02M110132、课程名称（中文）：现代控制理论基础（英文）：Modern control Theory3、学时/学分：40学时/2.5学分4、先修课程：自动控制原理5、开课单位：航天学院6、开课学期（春/秋/春、秋）：春7、课程模块：学科专业课8、课程类别：专业选修课程9、教材及教学参考书：教材：《现代控制理论基础》，周凤岐、周军、郭建国编，西北工业大学额出版社，2011。

教学参考书：《现代控制理论》，杨清宇等编，西安交通大学出版社，2013。

二、教学目的和任务《现代控制理论基础》这门课是探测、制导与控制技术专业重要的专业基础课程，也是工科高等院校控制科学与工程一级学科各专业以及其他相关专业本科学生的一门必修的重要专业基础理论课。

现代控制理论作为一门基本的专业知识，在飞行控制、导航制导、仿真、流体控制与操作系统的设计，以及国民经济中其它有关部门的自动控制工程领域方面都有广泛应用。

电子计算机及计算机技术的发展也为现代控制理论的应用开辟了更广阔的前景。

因此，学习和掌握现代控制理论的基本理论和方法，对于将来从事工程控制技术工作的工科研究生来说是必不可少的。

通过这门课的学习，期望学生能树立现代控制理论的观念，深刻地理解和掌握现代控制理论的基本理论和方法，提高学生的专业素质，提高科研能力，使得学生能够运用现代控制理论的各种基本方法综合解决较为复杂的控制问题。

为今后从事工程技术和科学研究工作打下稳固的理论基础。

在教学过程中，结合各种工程实际的应用算例，培养学生能够尽快掌握基本的现代控制理论和方法，并且能以与本科生水平相适应的数学工具解决一定的实际应用问题。

三、教学内容、基本要求及学时分配现代控制理论基础的教学内容共分为两个部分，对不同的内容提出不同的教学要求。

第一部分：线性系统理论（含三章）：（28学时）内容：1、状态空间描述的基本概念；2、线性定常连续系统的动态方程；3、线性定常连续系统的动态方程的求解；4、动态方程和传递函数的转化关系；5、线性离散系统的动态方程的求解。

《控制理论基础》课程教学大纲课程名称：控制理论基础/ Foundation of Control Systems课程代码：050102学时：32 学分：2 讲课学时：26上机/实验学时：6 考核方式：考查先修课程：高等数学，电子技术基础，英语适用专业：材料成型与控制工程专业（本科）、模具CAD/CAM（本科）开课院系：材料工程学院材料工程系教材：《Foundation of Control System》．自编教材．2003．主要参考书：1. 李友善．《自动控制理论》国防工业出版社．1980．2. 董景新、赵长德．《控制工程基础》．清华大学出版社．1992．一．课程的性质和任务本课程为双语（中、英）教学课程。

自动控制理论是实现高效率、高性能、高可靠性的现代化材料加工过程中不可缺少的技术手段。

《控制理论基础》是材料成型与控制工程专业及模具CAD/CAM的必修课之一，它是一门实现材料成型过程控制和质量控制的必学课程。

《控制理论基础》课程的任务是使学生获得自动控制系统的基础理论，了解材料加工自动控制分析和设计的方法，为从事材料加工自动控制系统设计和研究工作打下一定的基础。

二．教学内容和基本要求通过本课程的学习，要求学生掌握：（1）根据具体的工程要求建立自动控制系统数学模型；（2）时域分析控制系统的性能；（3）频域分析控制系统的特性。

（4）控制系统的稳定性分析。

Chapter 1 Introduction1-1 Concept of control systems1-2 Classification of control systems1-3 Types of control systems1-4 Requirement to control systemsChapter 2 Mathematical Foundation2-1 Complex variable and its function2-2 Laplace Transform2-3 Inverse Laplace TransformChapter 3 Mathematical Model of Control Systems3-1 Modeling steps3-2 Time-domain mathematical models of systems---Differential equations3-3 Frequency-domain mathematical models of systems ---Transfer Function3-4 Block models and Simplification of block diagramsChapter 4 Dynamic Response Analysis of Control Systems4-1 Standard input signals4-2 Response of first-order systems4-3 Response of second-order systems4-4 Properties of the dynamic responseChapter 5 Frequency Properties of Control Systems5-1 Concept of frequency property5-2 Mathematical tool of frequency analysis to systems---Foriour Transform5-3 Bode Plot of frequency responseChapter 6 Stability Analysis of control systems6-1 Concept of system stability6-2 Stability condition of systems6-3 Algebraic criterion of stability ---Routh Criterion三、实验（上机、习题课或讨论课）内容和基本要求习题课及课外习题：拉氏变换和拉氏反变换、控制系统的传递函数、控制系统的时域瞬态响应分析、控制系统的频率特性、控制系统的稳定性分析、材料加工过程自动控制系统分析。