《當代控制理論》課程教案課程及任課教師介紹：課程名稱：當代控制理論課程性質：專業基礎課授課對象：機械設計制造及自動化專業學時：48教材：《當代控制理論與工程》(第二版)王積偉主編，高等教育出版社課程教學目的：《當代控制理論》是機械制造及自動化專業碩士的學位課。本課程的教學應當使學生理解當代控制理論的體系構造，掌握線性控制系統的狀態空間描述、時域分析與離散化等辦法，掌握運用狀態空間模型分析系統和校正系統及實現最優控制的辦法。課程教學重點、難點：本課程的教學重點是：控制系統的狀態空間數學模型，系統運動分析，穩定性分析，系統綜合和最優控制等。本課程的教學難點是：系統綜合和最優控制辦法。第一講第1章控制系統的狀態空間數學模型 一、教學內容1.1基本概念1.2線性定常持續系統的狀態空間數學模型二、教學目的掌握根據物理模型、微分方程、傳遞函數、傳遞函數構造圖等建立狀態空間模型的辦法及狀態空間模型的線性變換辦法。三、教學重點根據微分方程和傳遞函數及傳遞函數構造圖建立狀態空間模型的辦法四、教學難點根據微分方程建立狀態空間模型的辦法五、教學思路和辦法講清概念，板書推證，PPT演示。六、教學內容和過程：教學內容教學辦法第1章控制系統的狀態空間數學模型1.1基本概念1.2線性定常持續系統的狀態空間數學模型1.2.1根據物理模型建立狀態空間模型1.2.2根據微分方程建立狀態空間模型1.2.3根據傳遞函數建立狀態空間模型以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應用辦法。七、作業布置八、課后小結第二講第1章控制系統的狀態空間數學模型（續） 一、教學內容1.2線性定常持續系統的狀態空間數學模型（續）1.3線性時變持續系統的狀態空間數學模型1.4非線性持續系統的狀態空間數學模型二、教學目的掌握線性時變持續系統和非線性持續系統的狀態空間數學模型的建立辦法。三、教學重點線性時變持續系統狀態空間數學模型四、教學難點線性時變持續系統狀態空間數學模型五、教學思路和辦法講清概念，板書推證，PPT演示。六、教學內容和過程：教學內容教學辦法第1章控制系統的狀態空間數學模型（續）1.2線性定常持續系統的狀態空間數學模型（續）1.2.4根據系統的傳遞函數構造圖建立狀態空間模型1.2.5狀態空間模型的線性變換1.3線性時變持續系統的狀態空間數學模型1.4非線性持續系統的狀態空間數學模型1.4.1本質非線性系統的狀態空間模型1.4.2本征非線性系統的狀態空間模型以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應用辦法。七、作業布置八、課后小結第三講第1章控制系統的狀態空間數學模型（續） 一、教學內容1.5線性離散系統的狀態空間數學模型1.6MATLAB在建立狀態空間模型中的應用二、教學目的掌握線性離散系統狀態空間數學模型的建立辦法。三、教學重點線性離散系統狀態空間數學模型四、教學難點線性離散系統狀態空間數學模型五、教學思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學內容和過程：教學內容教學辦法第1章控制系統的狀態空間數學模型（續）1.5線性離散系統的狀態空間數學模型1.5.1差分方程和脈沖傳遞函數1.5.2根據差分方程建立線性定常離散系統的狀態空間模型 1.5.3根據脈沖傳遞函數建立線性定常離散系統的狀態空間模型1.5.4線性時變離散系統的狀態空間模型1.6MATLAB在建立狀態空間模型中的應用1.6.1數學模型的MATLAB表達法1.6.2實現能控規范型的MATLAB編程及計算以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應用辦法。在MATLAB平臺演示有關內容。七、作業布置教材1.1(2),1.2,1.4,1.6(1)(2),自擬(1),(2),(3),(4)八、課后小結第四講第2章控制系統的運動分析 一、教學內容2.1線性定常持續系統的運動分析二、教學目的掌握狀態轉移矩陣的計算辦法和受控運動分析辦法。三、教學重點狀態轉移矩陣和受控運動分析辦法四、教學難點狀態轉移矩陣和受控運動分析辦法五、教學思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學內容和過程：教學內容教學辦法第1章控制系統的狀態空間數學模型2.1線性定常持續系統的運動分析2.1.1自由運動2.1.2狀態轉移矩陣2.1.3受控運動分析2.1.4．實現線性定常持續系統運動分析的MATLAB編程1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應用辦法。2.在MATLAB平臺演示有關內容。七、作業布置課后小結第五講第2章控制系統的運動分析（續） 一、教學內容2.2線性時變持續系統的運動分析2.3線性定常離散系統的運動分析二、教學目的掌握線性時變持續系統和線性定常離散系統的運動分析辦法。三、教學重點線性時變持續系統和線性定常離散系統的運動分析四、教學難點線性時變持續系統的運動分析五、教學思路和辦法講清概念，板書推證，PPT演示。六、教學內容和過程：教學內容教學辦法第2章控制系統的運動分析（續）2.2線性時變持續系統的運動分析2.2.1自由運動及狀態轉移矩陣2.2.2受控運動——常數變易法2.3線性定常離散系統的運動分析2.3.1線性定常持續系統的離散化2.3.2線性定常離散系統的運動分析 以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應用辦法。七、作業布置八、課后小結第六講第2章控制系統的運動分析（續） 一、教學內容2.4線性時變離散系統的運動分析2.5系統運動分析的MATLAB實現二、教學目的掌握線性時變離散系統的運動分析辦法。三、教學重點線性時變離散系統的運動分析四、教學難點線性時變離散系統的運動分析五、教學思路和辦法講清概念，板書推證，PPTMATLAB演示。六、教學內容和過程：教學內容教學辦法第2章控制系統的運動分析（續）2.4線性時變離散系統的運動分析2.4.1線性時變持續系統的離散化方程2.4.2線性時變離散系統的運動分析2.5系統運動分析的MATLAB實現1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應用辦法。2.在MATLAB平臺演示有關內容。七、作業布置八、課后小結第七講第3章控制系統的穩定性分析 一、教學內容3.2李雅普諾夫穩定性基本定理3.3線性持續系統的穩定性分析二、教學目的掌握李雅普諾夫穩定性基本定理和線性持續系統的穩定性分析辦法。三、教學重點線性持續系統的穩定性分析四、教學難點線性持續系統的穩定性分析五、教學思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學內容和過程：教學內容教學辦法第3章控制系統的穩定性分析3.1基本概念3.2李雅普諾夫穩定性基本定理3.3線性持續系統的穩定性分析3.3.1線性定常持續系統的穩定性分析及其MATLAB編程與計算3.3.2線性時變持續系統的穩定性分析1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應用辦法。2.在MATLAB平臺演示有關內容。七、作業布置八、課后小結第八講第3章控制系統的穩定性分析（續） 一、教學內容3.4線性離散系統的穩定性分析3.5非線性持續系統的穩定性分析二、教學目的掌握線性離散系統和非線性持續系統的穩定性分析辦法。三、教學重點線性離散系統和非線性持續系統的穩定性分析四、教學難點非線性持續系統的穩定性分析五、教學思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學內容和過程：教學內容教學辦法第3章控制系統的穩定性分析（續）3.4線性離散系統的穩定性分析3.4.1線性定常離散系統的穩定性分析及其MATLAB編程與計算3.4.2線性時變離散系統的穩定性分析3.5非線性持續系統的穩定性分析3.5.1雅可比（Jacobian）矩陣法及其MATLAB編程與計算3.5.2變量梯度法1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應用辦法。2.在MATLAB平臺演示有關內容。七、作業布置教材3.3,3.4,3.7,3.8;自擬(1),(2),(3)八、課后小結第九講第4章控制系統的能控性與能觀察性一、教學內容4.1系統的能控性二、教學目的掌握系統能控性的分析辦法。三、教學重點系統的能控性分析四、教學難點系統的能控性分析五、教學思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學內容和過程：教學內容教學辦法第4章控制系統的能控性與能觀察性4.1系統的能控性4.1.1線性時變持續系統的能控性4.1.2線性定常持續系統的能控性及其MATLAB輔助分析4.1.3線性定常離散系統的能控性1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應用辦法。2.在MATLAB平臺演示有關內容。七、作業布置八、課后小結第十講第4章控制系統的能控性與能觀察性（續）一、教學內容4.2系統的能觀察性二、教學目的掌握系統能觀察性的分析辦法。三、教學重點系統的能觀察性分析四、教學難點系統的能觀察性分析五、教學思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學內容和過程：教學內容教學辦法第4章控制系統的能控性與能觀察性（續）4.2系統的能觀察性4.2.1線性時變持續系統的能觀察性4.2.3線性定常離散系統的能觀察性4.3能控與能觀察規范型的實現4.3.1能控規范型的實現及其MATLAB編程與計算4.3.2能觀察規范型的實現及其MATLAB編程與計算1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應用辦法。2.在MATLAB平臺演示有關內容。七、作業布置八、課后小結第十一講第4章控制系統的能控性與能觀察性（續）一、教學內容4.5對偶系統及對偶性原理4.6線性定常系統能控能觀察構造的分解二、教學目的掌握對偶性原理和線性定常系統能控能觀察構造的分解辦法。三、教學重點線性定常系統能控能觀察構造的分解四、教學難點線性定常系統能控能觀察構造的分解五、教學思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學內容和過程：教學內容教學辦法第4章控制系統的能控性與能觀察性（續）4.4線性定常系統能控與能觀察性在復域[s]中的判據4.5對偶系統及對偶性原理4.5.1線性定常對偶系統4.5.2線性時變對偶系統4.6線性定常系統能控能觀察構造的分解4.6.1能控與不能控構造分解及其MATLAB輔助計算4.6.2能觀察與不能觀察構造分解及其MATLAB輔助計算4.6.3能控與能觀察性構造綜合分解1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應用辦法。2.在MATLAB平臺演示有關內容。七、作業布置教材2.1(4),2.2(4),2.4(3),2.5(2),2.7,2.10,2.13;自擬(1),(2),(3)(4)八、課后小結第十二講第5章線性定常控制系統的綜合一、教學內容5.1反饋控制系統的基本構造5.2以實現盼望極點為目的的系統綜合二、教學目的掌握以實現盼望極點為目的的系統綜合辦法三、教學重點以實現盼望極點為目的的系統綜合四、教學難點以實現盼望極點為目的的系統綜合五、教學思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學內容和過程：教學內容教學辦法第5章線性定常控制系統的綜合5.1反饋控制系統的基本構造5.1.1狀態反饋控制系統5.1.2輸出反饋控制系統5.2以實現盼望極點為目的的系統綜合5.2.1單輸入狀態反饋控制系統極點配備及其MATLAB輔助計算5.2.2多輸入狀態反饋控制系統的極點配備辦法5.2.3輸出反饋控制系統極點配備及其MATLAB輔助計算1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應用辦法。2.在MATLAB平臺演示有關內容。七、作業布置八、課后小結第十三講第5章線性定常控制系統的綜合（續）一、教學內容5.3以實現系統鎮靜為目的的系統綜合5.4以實現解耦控制為目的的系統綜合二、教學目的掌握以實現系統鎮靜和以實現解耦控制為目的的系統綜合辦法三、教學重點以實現系統鎮靜和以實現解耦控制為目的的系統綜合四、教學難點以實現系統鎮靜和以實現解耦控制為目的的系統綜合五、教學思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學內容和過程：教學內容教學辦法第5章線性定常控制系統的綜合（續）5.3以實現系統鎮靜為目的的系統綜合5.4以實現解耦控制為目的的系統綜合5.4.1賠償器解耦5.4.2狀態反饋解耦5.4.3實現狀態反饋解耦控制的MATLAB編程與計算1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應用辦法。2.在MATLAB平臺演示有關內容。七、作業布置八、課后小結第十四講第5章線性定常控制系統的綜合（續）一、教學內容5.5狀態重構控制系統二、教學目的掌握帶全維狀態重構器和降維狀態重構器的狀態反饋系統的設計辦法三、教學重點帶全維狀態重構器和降維狀態重構器的狀態反饋系統的設計四、教學難點帶全維狀態重構器和降維狀態重構器的狀態反饋系統的設計五、教學思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學內容和過程：教學內容教學辦法第5章線性定常控制系統的綜合（續）5.5狀態重構控制系統5.5.1全維狀態重構器及其MATLAB輔助設計5.5.2帶全維狀態重構器的狀態反饋系統5.5.3降維狀態重構器及其MATLAB輔助設計1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應用辦法。2.在MATLAB平臺演示有關內容。七、作業布置教材4.1,