现代控制工程教学大纲新版

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。

《现代控制理论》课程教学大纲《现代控制理论》课程教学大纲学分：3 总学时：54理论学时：48 面向专业：电气工程及其自动化大纲执笔人：赵法起大纲审定人：李有安课程编号：BF024033一、说明1.课程的性质、地位和任务《现代控制理论》是电气工程及自动化专业选修的技术基础课。

现代控制理论是在经典控制理论基础上，伴随着计算机技术的发展和普及逐步发展起来的，它以时域法特别是状态空间方法为主，研究系统状态的运动规律，并按所要求的各种指标最优为目标来改变系统的运动规律。

本课程的主要任务：⑴通过本课程的学习使学生了解现代控制理论的体系结构，熟练地掌握线性控制系统的状态空间描述、时域分析与离散化；⑵掌握利用状态空间模型分析系统特性和校正系统的方法；⑶了解最优控制的基本概念和最优控制问题的基本方法。

2.课程教学的基本要求先修课程：《高等数学》、《线性代数》、《普通物理》、《电路原理》、《电子技术》、《电机原理及拖动基础》、《自动控制原理》等。

在教学过程中应力求使学生掌握现代控制理论的基本概念、基本分析与设计方法，重在提高学生提出问题、分析问题、解决问题的能力和创新意识。

要求授课教师在深刻理解教材内容的基础上，注意前后课程的衔接及本学科的发展，及时补充新内容，使学生及时了解到本学科的重要进展及发展动向。

本课程的教学环节包括：课堂讲授、课外作业等。

通过本课程各个教学环节的学习，重点培养学生应用现代控制理论分析和设计控制系统方法的掌握。

注重培养学生的自学能力、动手能力、分析问题、解决问题的能力，培养学习设计计算以及利用已掌握的知识分析实际问题的能力。

3.课程教学改革总体设想：为解决授课学时少授课内容多的矛盾，在有限的教学时间里较好的完成授课任务，必须做到重点突出、精讲多练，尽量使用现代教学手段如多媒体教学等，在增加信息量的前提下也能保证教学质量。

采用启发式教学，对重点内容讲深、讲透，鼓励学生自学和课上讨论，调动学生的学习主动性，通过讲解应用实例，提高学生的学习兴趣，扩大学生在本学科领域的知识面。

关于制定、修订硕士研究生培养方案和课程教学大纲的通知为加强研究生培养工作，进一步提高我校研究生的培养质量，适应国家经济、科技和社会发展对高层次专门人才的需要，学校决定对硕士研究生培养方案（07版）进行修订。

在此基础上，对培养方案中所有课程的教学大纲进行全面的修订和制定，现将有关要求通知如下：一、研究生培养方案的修订要求：1.各学科以2007年制定的研究生培养方案为基础，在不增加课程设置门数的前提下，根据实际情况，可适当调整课程名称或内容。

2.为了适应研究生教学改革，学校决定将硕士研究生培养方案中各学科学位基础课及专业选修课统一由原来的20学时/学分调整为16学时/学分。

考虑到面向全校研究生公共课程的教学特点，公共课学时调整为：英语140学时；自然辩证法40学时；科学社会主义理论30学时；公共数学课程40学时/门。

3.要求各学科将学术领域新进展课程作为研究生必选课程列入培养方案（1-2学分，按一级学科设置，1个学分不少于16学时）。

原实践环节中的教学实践要求维持不变，学术讲座不再做具体要求。

4.新修订的研究生培养方案从2008级研究生开始执行。

二、研究生课程教学大纲制定（修订）原则：1.教学大纲应符合培养方案的要求，体现本学科人才培养目标的特点，明确本课程在整个课程体系中的地位和作用，要注意各课程内容的衔接，有效地进行课程整合，避免彼此间的内容重复，达到课程体系的整体优化。

2.注重研究生课程的前沿性、研究性。

使硕士研究生不仅掌握本课程的基础理论，而且要了解本课程所涉及内容的国内外最新发展动态。

注重对学生科学研究能力的培养。

3.加强教学方式改革，针对研究生培养的特点，可采取课堂讲授、讨论式教学、启发式教学等方式，注重培养研究生主动获取知识的能力。

要保证课堂讲授的学时，非课堂讲授的内容要做出具体安排，包括内容、形式、学时等。

4.课程考核方式分考试和考查两种。

学位课应进行考试，专业选修课可以为考查方式。

《现代控制理论》课程教案大纲课程名称：现代控制理论课程代码：英文名称：课程性质：专业选修课程学分学时：学分学时开课学期：第学期适用专业：电气工程及其自动化先修课程：高等数学、线性代数、复变函数与积分变换、自动控制原理、普通物理、电路原理后续课程：无开课单位：机电工程学院课程负责人：杨歆豪大纲执笔人：高瑜大纲审核人：余雷一、课程性质和教案目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学生需掌握知识与能力及应达到的水平）课程性质：《现代控制理论》是电气工程及自动化专业的一门专业选修课程。

区别于经典控制理论，现代控制理论以状态空间模型为基础，主要研究系统内部状态量的运动规律，并提出了能控性、能观测性、李雅普诺夫稳定性理论、极点配置、状态观测器设计、最优控制等线性系统分析方法。

重在培养学生扎实的理论基础及控制系统的设计能力。

教案目标：通过本课程的教案，使学生掌握现代控制理论的基本内容，为后续课程的学习以及从事复杂的过程控制工作打下基础。

本课程的具体教案目标如下：1.掌握如何根据系统物理机制建立状态空间表达式的具体方法，培养学生对电路、机械等实际控制系统的建模能力；2.掌握如何运用状态空间方法对实际系统的进行分析，培养学生对现代控制方法的设计能力。

教案目标与毕业要求的对应关系：二、课程教案内容及学时分配（含课程教案、自学、作业、讨论等内容和要求，指明重点内容和难点内容）（重点内容：★；难点内容：∆）1、绪论（学时）（支撑教案目标）1.1控制理论的性质1.2控制理论的发展1.3控制理论的应用1.4控制一个动态系统的几个基本步骤。

目标及要求：1)明确本课程的内容、性质和任务以及学习本课程的意义。

2)了解控制理论的发展简况，以及现代控制理论的主要特点，内容和研究方法。

讨论内容：现代控制理论与经典控制的特点比较。

作业内容：复习与回顾《线性代数》中矩阵的基本运算方法。

2、控制系统的状态空间表达式（学时）（支撑教案目标）2.1状态变量及状态空间表达式2.2状态空间表达式的模拟结构图2.3状态空间表达式的建立★2.4状态矢量的线性变换∆2.5从状态空间表达式求传递函数矩阵目标及要求：1)了解状态空间法的基本概念。

现代控制理论——教学大纲Modern Control Theory适用专业：自动化、电气工程及相关测控专业总学时：48（讲课：42 上机： 6 ） 学分数：3一、 课程的性质和目的本课程是自动化、电气工程及相关测控专业的一门重要课程课。

学习目的是使学生掌握现代控制理论线性多变量系统的基本理论和方法，为进一步学习后续课程和研究相关学科打下基础。

二、 课程教学内容和要求本课程内容以线性定常系统为主，用状态空间法，建立系统的状态模型，分析系统和校正系统。

要求预修自动控制理论、线性代数等课程。

第0章 绪论自动控制理论发展简史；经典控制理论和现代控制理论特点；本课程的目的和要求。

重点领会现代控制理论的方法论特点。

第1章 控制系统的空间表达式系统的状态和状态变量，状态向量和状态空间，系统的状态模型，状态模型的非唯一性；根据系统机理建立状态模型举例。

线性多变量定常系统、非线性系统、时变系统的状态模型的表达式；根据系统的输人、输出模型建立状态模型——实现问题；能控标准型、能观标准型、约当标准型状态模型；根据系统的状态模型求传递矩阵。

1)(--A SI 逆矩阵的计算方法。

理解状态变量的定义，能根据机理法列写系统的状态模型，熟练掌握根据系统的传递矩阵建立状态模型（能控标准型、能观标准型、约当标准型），和根据系统的状态模型求传递矩阵的方法。

第2章 控制系统状态空间表达式的解线性定常系统齐次状态方程的解；状态转移矩阵及其基本性质；矩阵指数的计算方法；线性定常系统非齐次状态方程的解。

理解状态转移矩阵的物理意义，熟记线性定常系统齐次状态方程的解、非齐次状态方程的解的表达式，掌握用凯利-哈密尔顿定理求矩阵指数的方法。

第3章线性控制系统的能控性和能观性系统状态能控性与能观性问题的提出。

状态能控性定义。

状态能观性定义、线性定常系统的能控性、能观性判别准则。

正确理解状态能控性和能观性定义，熟练运用准则判别线性定常系统的能控性、能观性的方法。