《现代控制理论》课程教案Word文档格式.docx

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第1章控制系统的状态空间数学模型

一、教学内容

1.1基本概念

1.2线性定常连续系统的状态空间数学模型

二、教学目标

掌握根据物理模型、微分方程、传递函数、传递函数结构图等建立状态空间模型的方法及状态空间模型的线性变换方法。

三、教学重点

根据微分方程和传递函数及传递函数结构图建立状态空间模型的方法

四、教学难点

根据微分方程建立状态空间模型的方法

五、教学思路和方法

讲清概念，板书推证，PPT演示。

六、教学内容和过程：

教学内容

教学方法

第1章控制系统的状态空间数学模型

1.2线性定常连续系统的状态空间数学模型

1.2.1根据物理模型建立状态空间模型

1.2.2根据微分方程建立状态空间模型

1.2.3根据传递函数建立状态空间模型

以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。

七、作业布置

八、课后小结

第二讲

第1章控制系统的状态空间数学模型（续）

1.2线性定常连续系统的状态空间数学模型（续）

1.3线性时变连续系统的状态空间数学模型

1.4非线性连续系统的状态空间数学模型

掌握线性时变连续系统和非线性连续系统的状态空间数学模型的建立方法。

线性时变连续系统状态空间数学模型

第1章控制系统的状态空间数学模型（续）

1.2.4根据系统的传递函数结构图建立状态空间模型

1.2.5状态空间模型的线性变换

1.4.1本质非线性系统的状态空间模型

1.4.2本征非线性系统的状态空间模型

第三讲

1.5线性离散系统的状态空间数学模型

1.6MATLAB在建立状态空间模型中的应用

掌握线性离散系统状态空间数学模型的建立方法。

线性离散系统状态空间数学模型

讲清概念，板书推证，PPT和MATLAB演示。

1.5.1差分方程和脉冲传递函数

1.5.2根据差分方程建立线性定常离散系统的状态空间模型

1.5.3根据脉冲传递函数建立线性定常离散系统的状态空间模型

1.5.4线性时变离散系统的状态空间模型

1.6.1数学模型的MATLAB表示法

1.6.2实现能控规范型的MATLAB编程及计算

1.以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。

2.在MATLAB平台演示相关内容。

七、作业布置教材1.1

（2）,1.2,1.4,1.6

（1）

（2）,自拟

（1）,

（2）,（3）,（4）

第四讲

第2章控制系统的运动分析

2.1线性定常连续系统的运动分析

掌握状态转移矩阵的计算方法和受控运动分析方法。

状态转移矩阵和受控运动分析方法

2.1.1自由运动

2.1.2状态转移矩阵

2.1.3受控运动分析

2.1.4．实现线性定常连续系统运动分析的MATLAB编程

8、课后小结

第五讲

第2章控制系统的运动分析（续）

2.2线性时变连续系统的运动分析

2.3线性定常离散系统的运动分析

掌握线性时变连续系统和线性定常离散系统的运动分析方法。

线性时变连续系统和线性定常离散系统的运动分析

线性时变连续系统的运动分析

第2章控制系统的运动分析（续）

2.2.1自由运动及状态转移矩阵

2.2.2受控运动——常数变易法

2.3.1线性定常连续系统的离散化

2.3.2线性定常离散系统的运动分析

第六讲

2.4线性时变离散系统的运动分析

2.5系统运动分析的MATLAB实现

掌握线性时变离散系统的运动分析方法。

线性时变离散系统的运动分析

线性时变离散系统的运动分析

讲清概念，板书推证，PPTMATLAB演示。

2.4.1线性时变连续系统的离散化方程

2.4.2线性时变离散系统的运动分析

第七讲

第3章控制系统的稳定性分析

3.2李雅普诺夫稳定性基本定理

3.3线性连续系统的稳定性分析

掌握李雅普诺夫稳定性基本定理和线性连续系统的稳定性分析方法。

线性连续系统的稳定性分析

第3章控制系统的稳定性分析

3.1基本概念

3.3.1线性定常连续系统的稳定性分析及其MATLAB编程与计算

3.3.2线性时变连续系统的稳定性分析

第八讲

第3章控制系统的稳定性分析（续）

3.4线性离散系统的稳定性分析

3.5非线性连续系统的稳定性分析

掌握线性离散系统和非线性连续系统的稳定性分析方法。

线性离散系统和非线性连续系统的稳定性分析

非线性连续系统的稳定性分析

第3章控制系统的稳定性分析（续）

3.4.1线性定常离散系统的稳定性分析及其MATLAB编程与计算

3.4.2线性时变离散系统的稳定性分析

3.5.1雅可比（Jacobian）矩阵法及其MATLAB编程与计算

3.5.2变量梯度法

七、作业布置教材3.3,3.4,3.7,3.8;

自拟

（1）,

（2）,（3）

第九讲

第4章控制系统的能控性与能观测性

4.1系统的能控性

掌握系统能控性的分析方法。

系统的能控性分析

4.1.1线性时变连续系统的能控性

4.1.2线性定常连续系统的能控性及其MATLAB辅助分析

4.1.3线性定常离散系统的能控性

第十讲

第4章控制系统的能控性与能观测性（续）

4.2系统的能观测性

掌握系统能观测性的分析方法。

系统的能观测性分析

4.2.1线性时变连续系统的能观测性

4.2.3线性定常离散系统的能观测性

4.3能控与能观测规范型的实现

4.3.1能控规范型的实现及其MATLAB编程与计算

4.3.2能观测规范型的实现及其MATLAB编程与计算

第十一讲

4.5对偶系统及对偶性原理

4.6线性定常系统能控能观测结构的分解

掌握对偶性原理和线性定常系统能控能观测结构的分解方法。

线性定常系统能控能观测结构的分解

4.4线性定常系统能控与能观测性在复域[s]中的判据

4.5.1线性定常对偶系统

4.5.2线性时变对偶系统

4.6.1能控与不能控结构分解及其MATLAB辅助计算

4.6.2能观测与不能观测结构分解及其MATLAB辅助计算

4.6.3能控与能观测性结构综合分解

七、作业布置教材2.1（4）,2.2（4）,2.4（3）,2.5

（2）,2.7,2.10,2.13;

自拟

（1）,

（2）,（3）（4）

第十二讲

第5章线性定常控制系统的综合

5.1反馈控制系统的基本结构

5.2以实现期望极点为目标的系统综合

掌握以实现期望极点为目标的系统综合方法

以实现期望极点为目标的系统综合

5.1.1状态反馈控制系统

5.1.2输出反馈控制系统

5.2.1单输入状态反馈控制系统极点配置及其MATLAB辅助计算

5.2.2多输入状态反馈控制系统的极点配置方法

5.2.3输出反馈控制系统极点配置及其MATLAB辅助计算

七、作业布置

第十三讲

第5章线性定常控制系统的综合（续）

5.3以实现系统镇定为目标的系统综合

5.4以实现解耦控制为目标的系统综合

掌握以实现系统镇定和以实现解耦控制为目标的系统综合方法

以实现系统镇定和以实现解耦控制为目标的系统综合

5.4.1补偿器解耦

5.4.2状态反馈解耦

5.4.3实现状态反馈解耦控制的MATLAB编程与计算

第十四讲

5.5状态重构控制系统

掌握带全维状态重构器和降维状态重构器的状态反馈系统的设计方法

带全维状态重构器和降维状态重构器的状态反馈系统的设计

带全维状态重构器和降维状态重构器的状态反馈系统的设计

5.5.1全维状态重构器及其MATLAB辅助设计

5.5.2带全维状态重构器的状态反馈系统

5.5.3降维状态重构器及其MATLAB辅助设计

七、作业布置教材4.1,4.2,4.6,4.7,4.9,4.10

（2）；

自拟

（1）,

（2）,（3）,（4）

第十五讲

第六章最优控制

６.1泛函及其变分法简介

６.2最优控制及其拉格朗日乘子法

掌握最优控制及其拉格朗日乘子法

最优控制及其拉格朗日乘子法

最优控制及其拉格朗日乘子法

第6章最优控制

6.2.1数学模型

6.2.2拉格朗日（Lagrange）乘子法

第十六讲

第六章最优控制（续）

6.3线性二次型最优控制

掌握线性二次型最优控制方法

线性二次型最优控制

线性二次型最优控制

第6章最优控制（续）

6.3线性二次型最优控制

6.3.1线性二次型最优控制的目标泛函

6.3.2状态调节器及其MATLAB辅助设计

6.3.3输出调节器

6.3.4输出跟踪器及其MATLAB辅助设计

七、作业布置自拟作业

（1）,

（2）,（3）