1 《现代控制理论基础》课程教学大纲
课程编号：
课程名称： 现代控制理论
英文名称： Modern Control Theory
课程性质: 考试
学 时： 42学时（讲授36学时+6学时实验）
适用对象: 工业自动化
先修课程： 自动控制理论，线性代数，工程数学
一、编写说明
（一）本课程的性质、地位和作用
现代控制理论是自动化专业的主干技术基础课，它是在经典控制理论的基础上建立和发展起来的。本课程是以状态空间理论为核心，对动态系统进行分析和研究。它不但可以解决单变量线性定常系统，还可以解决多变量、时变、非线性系统的问题。通过本门课程的学习，使学生掌握线性控制系统的状态空间描述,能够对线性系统的几种模型进行互相转化; 掌握线性控制系统的运动规律及连续系统的离散化;熟悉线性控制系统的能控性与能观测性概念及其判定准则;了解控制系统的李亚普诺夫稳定性理论; 掌握线性控制系统的状态反馈与状态观测器的设计方法。通过对本课程的学习，要求学生系统地获得现代控制理论的基本知识，切实掌握所涉及的基本概念、基本理论和基本方法，为后继课程的学习奠定良好的理论基础.
（二）教学基本要求
1. 掌握现代控制理论的基本知识及其分析方法，能够用状态空间表达式来描述系统，并根据系统的微分方程建立其状态空间表达式的方法。
2. 掌握系统特征值的求取方法，掌握线性定常系统非齐次方程的解和线性时变系统的解的求取方法，以及离散时间系统状态方程的两种解法。
3. 掌握能控性、能观性的定义及各自的判别准则。
4. 掌握用李雅普诺夫第一法和第二法分析系统的稳定性的方法。
《现代控制理论》教案大纲
第一章：绪论
1.1 课程背景与意义
1.2 控制系统的基本概念
1.3 控制理论的发展历程
1.4 控制理论的应用领域
第二章：控制系统数学模型
2.1 连续控制系统数学模型
2.2 离散控制系统数学模型
2.3 状态空间描述
2.4 系统矩阵的性质与运算
第三章：线性系统的时域分析
3.1 系统的稳定性
3.2 系统的瞬时性
3.3 系统的稳态性能
3.4 系统的动态性能
第四章：线性系统的频域分析
4.1 频率响应的概念
4.2 频率响应的性质
4.3 系统频率响应的求取方法
4.4 系统频域性能指标
第五章：线性系统的校正与设计 5.1 系统校正的基本概念
5.2 常用校正器及其特性
5.3 系统校正的方法
5.4 系统校正实例分析
第六章：非线性控制系统分析
6.1 非线性系统的基本概念
6.2 非线性系统的数学模型
6.3 非线性系统的稳定性分析
6.4 非线性系统的控制策略
第七章：状态反馈与观测器设计
7.1 状态反馈控制的基本原理
7.2 状态反馈控制器的设计方法
7.3 观测器的设计与分析
7.4 状态反馈控制系统应用实例
第八章：先进控制策略
8.1 鲁棒控制
8.2 自适应控制
8.3 最优控制
8.4 智能控制
第九章：最优控制理论
9.1 最优控制的基本概念
9.2 线性二次调节器（LQR） 9.3 离散时间最优控制
9.4 最优控制的应用
第十章：现代控制理论在工程应用
10.1 现代控制理论在自动化领域的应用
10.2 现代控制理论在控制中的应用
10.3 现代控制理论在航空航天领域的应用
10.4 现代控制理论在其他领域的应用
第十一章：鲁棒控制理论
11.1 鲁棒控制的基本概念
11.2 鲁棒控制的设计方法
11.3 鲁棒控制的应用实例
11.4 鲁棒控制在实际系统中的性能评估
第十二章：自适应控制理论
12.1 自适应控制的基本概念
1 现代控制理论教学设计
前言
现代控制理论是控制理论的一种重要分支，是现代科学和技术的重要组成部分。在工业自动化、智能控制和人工智能等领域具有极其重要的应用和发展前景。因此，在教育教学中，现代控制理论的教学设计具有重要的意义。
授课目标
本课程旨在教授学生现代控制理论的基本概念、原理和应用，使学生能够了解掌握现代控制理论的基本知识和方法，并在工作中能够应用现代控制理论解决实际问题。
授课内容
第一章 现代控制理论概述
• 控制系统基本概念
• 控制系统分类和特点
• 现代控制理论的发展历程
第二章 线性系统控制
• 线性系统数学模型
• 传递函数和频率响应
• 系统稳定性分析
• 控制器设计方法
第三章 非线性系统控制
• 非线性数学模型
• 广义线性数学模型 2 • 非线性系统稳定性分析
• 非线性系统控制方法
第四章 先进控制技术
• 自适应控制
• 预测控制
• 计算智能控制
教学方法
• 讲授法：通过课堂讲授和板书等方式，让学生了解掌握课程中的基本概念和知识点。
• 计算机模拟实验：利用仿真软件，给学生提供实验环境，让学生可以模拟控制系统的运行，并进行控制操作。
• 课堂互动：通过提问、互动讨论等方式，培养学生的思维能力和解决问题的能力。
考核方式
• 平时考核：出勤、作业、课堂表现等，占总成绩的30%。
• 期中考试：占总成绩的30%。
• 期末考试：占总成绩的40%。
实践教学
在教学过程中，将针对学生的实际需要进行实践教学。具体包括：
• 实验课程设计：通过实验课程设计，让学生能够模拟实际的控制系统，提高学生的实践操作能力。
• 项目设计和论文撰写：通过项目设计和论文撰写，让学生将所学的理论知识应用到实际问题中，并提高学生的综合素质和能力。 3 结语
通过以上的授课方式和教学内容，相信学生可以更加深入地了解现代控制理论的基本知识和应用方法。同时，我们将引导学生通过实验课程设计、项目设计和论文撰写等方式，将所学知识应用到实际问题中，提高学生的实践操作能力和综合素质。最终，我们希望能够培养优秀的控制工程师和人工智能专家。
《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；
