《现代控制理论A》课程教学大纲
大纲执笔人：李益华 大纲审核人：
课程编号：0811000374
英文名称：ModernControl Theory
学分：2.5
总学时：40 。其中，讲授40学时，实验0学时，上机0学时，实训0学时。
适用专业:自动化专业的本科生
先修课程：高等数学、线性代数、积分变换、电路、电子技术、微机原理与应用、自动控制原理等
一、课程性质与教学目的
本课程是自动化专业的技术基础课。现代控制理论是经典控制理论的发展理论，从时间划分，现代控制理论处在智能控制理论之前。学生在学习了经典控制理论单输入单输出（SISO）系统的分析设计方法之后，进一步学习现代控制理论，通过学习掌握状态空间分析控制系统动态特性的方法，能够利用极点配置与状态观测理论，初步掌握对控制系统进行分析与综合，对于实现复杂系统的控制奠定理论基础。
二、基本要求
1、明确现代控制理论的任务，掌握控制系统状态空间表达式的建立，熟练状态空间表达式的几种转换关系。
2、掌握状态转移函数及其状态空间表达式的求解；
3、掌握线性控制系统的能控性和能观性的判别方法，理解状态空间表达式的能控标准型和能观标准型，掌握线性系统的结构分解，了解传递函数的实现等。
4、掌握李雅普诺夫稳定判据第一方法与第二方法，熟悉李雅普诺夫方法在线性系统与非线性系统中的应用。
5、掌握线性定常系统的极点配置、系统镇定、了解系统解耦、状态观测器，利用状态观测器实现状态反馈。
三、重点与难点
重点：求线性时不变连续系统矩阵指数函数；线性时不变连续系统的解；线性时不变连续系统的离散化；线性时不变连续系统能控、能观、约当标准型以及线性变换成标准型；由状态空间表达式求传递函数矩阵；线性时不变连续系统能控、能观、约当标准型以及线性变换成标准型；由状态空间表达式求传递函数矩阵；通过状态反馈任意配置极点的充要条件及设计方法；系统能
镇定的充分充要条件；状态观测器存在的条件及设计方法．
难点：特征向量的求法、线性变换成各种标准型特征向量的求法、线性变换成各种标准型求各种系统的状态转移矩阵、系统状态按能控性、能观性分解的方法、非线性系统李雅普诺夫函数的求法、降维观测器的设计。
四、教学方法
采用理论教学与Matlab仿结合的原则，同时采用课堂教学、案例教学相结合。
五、课程知识单元、知识点及学时分配
知识单元 | 知识点 | 讲 | ||
序号 | 描述 | 序号 | 描述 | |
1 | 现代控制理论的概述 | 1 | 经典控制理论与现代控制理论的关系 | 2 |
2 | 现代控制理论的任务 | |||
2 | 控制系统的状态空间描述 | 1 | 控制系统状态空间表达式的建立 | 8 |
2 | 由传递函数建立状态空间表达式 | |||
3 | 不同形式的状态空间表达式的互换 | |||
3 | 状态空间表达式的求解 | 1 | 状态转移矩阵的几种计算 | 4 |
2 | 状态空间表达式的解 | |||
| | |||
4 | 线性控制系统的能控性和能观测性的判断 | 1 | 线性控制系统的能控性的判断 | 4 |
2 | 线性控制系统的能观性的判断 | |||
3 | 能控标准型与能观标准型的状态空间表达式 | |||
5 | 线性控制系统的结构分解 | 1 | 系统按能控性分解 | 6 |
2 | 系统按能观性分解 | |||
3 | 系统按能控、能观同时分解 | |||
6 | 线性系统的稳定性分析 | 1 | 李雅普诺夫稳定判据第一方法与第二方法 | 8 |
2 | 李雅普诺夫稳定判据第二方法 | |||
3 | 李雅普诺夫方法在线性系统中的应用 | |||
| | |||
7 | 线性定常系统综合 | 1 | 基于状态空间描述的系统设计与校正方法概述 | 8 |
2 | 线性定常系统的极点配置方法 | |||
3 | 系统镇定的定义、 | |||
4 | 线性定常系统的状态观测器设计 | |||
合 计 | | | 40 | |
六、实验、上机与实训教学条件及内容
利用计算机对各类习题进行仿真计算
七、作业要求
每次课后均布置相应的习题
八、考核方式与要求
1.知识考核
占总成绩的80%，主要采用期末书面考试的方式评定。期末考试采用闭卷考试。
2.能力考核
占总成绩的20%，其中根据作业、质疑、课堂讨论和自由选题报告等能力、素质评定等占20%。
九、教材与主要参考书
1.推荐教材：
[1]黄辉先主编.现代控制理论[M]．湖南大学出版社，2006年9月
2.主要参考书：
[1]吴麒主编．自动控制原理(下册)[M]．清华大学出版社出版社，2009年6月 [2]刘豹主编.现代控制理论[M]．机械工业出版社，2010年8月