《現(xiàn)代控制理論》課程教案

《現(xiàn)代控制理論》課程教案課程及任課教師簡介：課程名稱：現(xiàn)代控制理論課程性質(zhì)：專業(yè)基礎課授課對象：機械設計制造及自動化專業(yè)學時：48教材：《現(xiàn)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標：《現(xiàn)代控制理論》是機械制造及自動化專業(yè)研究生的學位課。本課程的教學應當使學生了解現(xiàn)代控制理論的體系結(jié)構(gòu)，掌握線性控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述、時域分析與離散化等方法，掌握利用狀態(tài)空間模型分析系統(tǒng)和校正系統(tǒng)及實現(xiàn)最優(yōu)控制的方法。課程教學重點、難點：本課程的教學重點是：控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型，系統(tǒng)運動分析，穩(wěn)定性分析，系統(tǒng)綜合和最優(yōu)控制等。本課程的教學難點是：系統(tǒng)綜合和最優(yōu)控制方法。

第一講 第1章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型一、教學內(nèi)容基本概念線性定常連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型二、教學目標掌握根據(jù)物理模型、微分方程、傳遞函數(shù)、傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖等建立狀態(tài)空間模型的方法及狀態(tài)空間模型的線性變換方法。二、教學重點根據(jù)微分方程和傳遞函數(shù)及傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖建立狀態(tài)空間模型的方法四、教學難點根據(jù)微分方程建立狀態(tài)空間模型的方法五、教學思路和方法講清概念，板書推證，PPT演示0六、教學內(nèi)容和過程：教學內(nèi)容教學方法第1章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型基本概念線性定常連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型根據(jù)物理模型建立狀態(tài)空間模型根據(jù)微分方程建立狀態(tài)空間模型根據(jù)傳遞函數(shù)建立狀態(tài)空間模型以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題講解具體應用方法。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)

第二講 第1章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型（續(xù)）一、教學內(nèi)容線性定常連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型（續(xù)）線性時變連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型非線性連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型二、教學目標掌握線性時變連續(xù)系統(tǒng)和非線性連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型的建立方法。二、教學重點線性時變連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)空間數(shù)學模型四、教學難點線性時變連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)空間數(shù)學模型五、教學思路和方法講清概念，板書推證，PPT演示0六、教學內(nèi)容和過程：教學內(nèi)容教學方法第1章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型（續(xù)）線性定常連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型（續(xù)）根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖建立狀態(tài)空間模型狀態(tài)空間模型的線性變換線性時變連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型非線性連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型本質(zhì)非線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型本征非線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題講解具體應用方法。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)

第三講 第1章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型（續(xù)）一、教學內(nèi)容線性離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型MATLAB在建立狀態(tài)空間模型中的應用二、教學目標掌握線性離散系統(tǒng)狀態(tài)空間數(shù)學模型的建立方法。三、教學重點線性離散系統(tǒng)狀態(tài)空間數(shù)學模型四、教學難點線性離散系統(tǒng)狀態(tài)空間數(shù)學模型五、教學思路和方法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB?演示。六、教學內(nèi)容和過程：教學內(nèi)容教學方法第1章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型（續(xù)）線性離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型差分方程和脈沖傳遞函數(shù)根據(jù)差分方程建立線性定常離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型根據(jù)脈沖傳遞函數(shù)建立線性定常離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型線性時變離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型MATLAB在建立狀態(tài)空間模型中的應用數(shù)學模型的MATLAB表示法實現(xiàn)能控規(guī)范型的MATLAB編程及計算1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題講解具體應用方法。2.在MATLAB平臺演示相關內(nèi)容。七、作業(yè)布置教材1.1⑵,1.2,1.4,1.6⑴⑵，自擬（1）,（2），⑶，（4）八、課后小結(jié)

第四講 第2章控制系統(tǒng)的運動分析一、教學內(nèi)容2.1線性定常連續(xù)系統(tǒng)的運動分析二、教學目標掌握狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計算方法和受控運動分析方法。二、教學重點狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和受控運動分析方法四、教學難點狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和受控運動分析方法五、教學思路和方法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB?演示。六、教學內(nèi)容和過程：教學內(nèi)容教學方法第1章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學模型線性定常連續(xù)系統(tǒng)的運動分析自由運動狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣受控運動分析.實現(xiàn)線性定常連續(xù)系統(tǒng)運動分析的MATLAB編程.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題講解具體應用方法。.在MATLAB平臺演示相關內(nèi)容。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)

第五講 第2章控制系統(tǒng)的運動分析（續(xù)）一、教學內(nèi)容線性時變連續(xù)系統(tǒng)的運動分析錯誤！未定義書簽。線性定常離散系統(tǒng)的運動分析二、教學目標掌握線性時變連續(xù)系統(tǒng)和線性定常離散系統(tǒng)的運動分析方法。二、教學重點線性時變連續(xù)系統(tǒng)和線性定常離散系統(tǒng)的運動分析四、教學難點線性時變連續(xù)系統(tǒng)的運動分析五、教學思路和方法講清概念，板書推證，PPT演示0六、教學內(nèi)容和過程：教學內(nèi)容教學方法第2章控制系統(tǒng)的運動分析（續(xù)）線性時變連續(xù)系統(tǒng)的運動分析錯誤！未定義書簽。自由運動及狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣受控運動 常數(shù)變易法線性定常離散系統(tǒng)的運動分析線性定常連續(xù)系統(tǒng)的離散化線性定常離散系統(tǒng)的運動分析以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題講解具體應用方法。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)

第六講 第2章控制系統(tǒng)的運動分析（續(xù)）一、教學內(nèi)容線性時變離散系統(tǒng)的運動分析系統(tǒng)運動分析的MATLAB實現(xiàn)二、教學目標掌握線性時變離散系統(tǒng)的運動分析方法。二、教學重點線性時變離散系統(tǒng)的運動分析四、教學難點線性時變離散系統(tǒng)的運動分析五、教學思路和方法講清概念，板書推證，PPTMATLAB?演示。六、教學內(nèi)容和過程：教學內(nèi)容教學方法第2章控制系統(tǒng)的運動分析（續(xù)）線性時變離散系統(tǒng)的運動分析線性時變連續(xù)系統(tǒng)的離散化方程線性時變離散系統(tǒng)的運動分析系統(tǒng)運動分析的MATLAB實現(xiàn).以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題講解具體應用方法。.在MATLAB平臺演示相關內(nèi)容。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)

第七講 第3章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析一、教學內(nèi)容李雅普諾夫穩(wěn)定性基本定理線性連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析二、教學目標掌握李雅普諾夫穩(wěn)定性基本定理和線性連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法。二、教學重點線性連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析四、教學難點線性連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析五、教學思路和方法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB?演示。六、教學內(nèi)容和過程：教學內(nèi)容教學方法第3章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析基本概念李雅普諾夫穩(wěn)定性基本定理線性連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析線性定常連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及其乂人乩48編程與計算線性時變連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題講解具體應用方法。.在MATLAB平臺演示相關內(nèi)容。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)

第八講 第3章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析（續(xù)）一、教學內(nèi)容線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析非線性連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析二、教學目標掌握線性離散系統(tǒng)和非線性連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法。二、教學重點線性離散系統(tǒng)和非線性連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析四、教學難點非線性連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析五、教學思路和方法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB?演示。六、教學內(nèi)容和過程：教學內(nèi)容教學方法第3章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析（續(xù)）線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及其乂人乩48編程與計算線性時變離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析非線性連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析雅可比Jacobian）矩陣法及其MATLAB編程與計算變量梯度法.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題講解具體應用方法。.在MATLAB平臺演示相關內(nèi)容。七、作業(yè)布置教材3.3,3.4,3.7,3.8;自擬⑴，（2），⑶八、課后小結(jié)

第九講 第4章控制系統(tǒng)的能控性與能觀測性一、教學內(nèi)容4.1系統(tǒng)的能控性二、教學目標掌握系統(tǒng)能控性的分析方法。二、教學重點系統(tǒng)的能控性分析四、教學難點系統(tǒng)的能控性分析五、教學思路和方法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB?演示。六、教學內(nèi)容和過程：教學內(nèi)容教學方法第4章控制系統(tǒng)的能控性與能觀測性系統(tǒng)的能控性線性時變連續(xù)系統(tǒng)的能控性錯誤！未定義書簽。線性定常連續(xù)系統(tǒng)的能控性及其MATLAB輔助分析線性定常離散系統(tǒng)的能控性.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題講解具體應用方法。.在MATLAB平臺演示相關內(nèi)容。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)

第十講 第4章控制系統(tǒng)的能控性與能觀測性（續(xù)）一、教學內(nèi)容4.2系統(tǒng)的能觀測性二、教學目標掌握系統(tǒng)能觀測性的分析方法。二、教學重點系統(tǒng)的能觀測性分析四、教學難點系統(tǒng)的能觀測性分析五、教學思路和方法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB?演示。六、教學內(nèi)容和過程：教學內(nèi)容教學方法第4章控制系統(tǒng)的能控性與能觀測性（續(xù)）系統(tǒng)的能觀測性線性時變連續(xù)系統(tǒng)的能觀測性線性定常離散系統(tǒng)的能觀測性能控與能觀測規(guī)范型的實現(xiàn)能控規(guī)范型的實現(xiàn)及其MATLAB編程與計算能觀測規(guī)范型的實現(xiàn)及其乂人乩48編程與計算.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題講解具體應用方法。.在MATLAB平臺演示相關內(nèi)容。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)

第十一講 第4章控制系統(tǒng)的能控性與能觀測性（續(xù)）一、教學內(nèi)容對偶系統(tǒng)及對偶性原理線性定常系統(tǒng)能控能觀測結(jié)構(gòu)的分解二、教學目標掌握對偶性原理和線性定常系統(tǒng)能控能觀測結(jié)構(gòu)的分解方法。二、教學重點線性定常系統(tǒng)能控能觀測結(jié)構(gòu)的分解四、教學難點線性定常系統(tǒng)能控能觀測結(jié)構(gòu)的分解五、教學思路和方法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB?演示。六、教學內(nèi)容和過程：教學內(nèi)容教學方法第4章控制系統(tǒng)的能控性與能觀測性（續(xù)）線性定常系統(tǒng)能控與能觀測性在復域［s］中的判據(jù)對偶系統(tǒng)及對偶性原理線性定常對偶系統(tǒng)線性時變對偶系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)能控能觀測結(jié)構(gòu)的分解能控與不能控結(jié)構(gòu)分解及其乂人乩48輔助計算能觀測與不能觀測結(jié)構(gòu)分解及其乂人乩48輔助計算能控與能觀測性結(jié)構(gòu)綜合分解.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題講解具體應用方法。.在MATLAB平臺演示相關內(nèi)容。七、作業(yè)布置教材2.1(4),2.2(4),2.4⑶,2.5(2),2.7,2.10,2.13洎擬⑴，(2)，⑶⑷八、課后小結(jié)

第十二講 第5章線性定常控制系統(tǒng)的綜合一、教學內(nèi)容反饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)期望極點為目標的系統(tǒng)綜合二、教學目標掌握以實現(xiàn)期望極點為目標的系統(tǒng)綜合方法二、教學重點以實現(xiàn)期望極點為目標的系統(tǒng)綜合四、教學難點以實現(xiàn)期望極點為目標的系統(tǒng)綜合五、教學思路和方法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB?演示。六、教學內(nèi)容和過程：教學內(nèi)容教學方法第5章線性定?？刂葡到y(tǒng)的綜合反饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)輸出反饋控制系統(tǒng)以實現(xiàn)期望極點為目標的系統(tǒng)綜合單輸入狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)極點配置及其乂人乩48輔助計算多輸入狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)的極點配置方法輸出反饋控制系統(tǒng)極點配置及其MATLAB輔助計算.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題講解具體應用方法。.在MATLAB平臺演示相關內(nèi)容。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)

第十三講 第5章線性定?？刂葡到y(tǒng)的綜合（續(xù)）一、教學內(nèi)容以實現(xiàn)系統(tǒng)鎮(zhèn)定為目標的系統(tǒng)綜合以實現(xiàn)解耦控制為目標的系統(tǒng)綜合二、教學目標掌握以實現(xiàn)系統(tǒng)鎮(zhèn)定和以實現(xiàn)解耦控制為目標的系統(tǒng)綜合方法三、教學重點以實現(xiàn)系統(tǒng)鎮(zhèn)定和以實現(xiàn)解耦控制為目標的系統(tǒng)綜合四、教學難點以實現(xiàn)系統(tǒng)鎮(zhèn)定和以實現(xiàn)解耦控制為目標的系統(tǒng)綜合五、教學思路和方法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB?演示。六、教學內(nèi)容和過程：教學內(nèi)容教學方法第5章線性定?？刂葡到y(tǒng)的綜合（續(xù)）以實現(xiàn)系統(tǒng)鎮(zhèn)定為目標的系統(tǒng)綜合以實現(xiàn)解耦控制為目標的系統(tǒng)綜合補償器解耦狀態(tài)反饋解耦實現(xiàn)狀態(tài)反饋解耦控制的MATLAB編程與計算.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題講解具體應用方法。.在MATLAB平臺演示相關內(nèi)容。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)

第十四講 第5章線性定?？刂葡到y(tǒng)的綜合（續(xù)）一、教學內(nèi)容5.5狀態(tài)重構(gòu)控制系統(tǒng)二、教學目標掌握帶全維狀態(tài)重構(gòu)器和降維狀態(tài)重構(gòu)器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)的設計方法二、教學重點帶全維狀態(tài)重構(gòu)器和降維狀態(tài)重構(gòu)器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)的設計四、教學難點帶全維狀態(tài)重構(gòu)器和降維狀態(tài)重構(gòu)器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)的設計五、教學思路和方法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB?演示。六、教學內(nèi)容和過程：教學內(nèi)容教學方法第5章線性定常控制系統(tǒng)的綜合（續(xù)）5.5狀態(tài)重構(gòu)控制系統(tǒng)全維狀態(tài)重構(gòu)器及其MATLAB輔助設計帶全維狀態(tài)重構(gòu)器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)降維狀態(tài)重構(gòu)器及其MATLAB輔助設計.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題講解具體應用方法。.在MATLAB平臺演示相關內(nèi)容。七、作業(yè)布置教材4.1,4.2,4.6,4.7,4.9,4.10（2）；自擬⑴，⑵，⑶，⑷八、課后小結(jié)

第十五講 第六章最優(yōu)控制一、教學內(nèi)容泛函及其變分法簡介最優(yōu)控制及其拉格朗日乘子法二、教學目標掌握最優(yōu)控制及其拉格朗日乘子法二、教學重點最優(yōu)控制及其拉格朗日乘子法四、教學難點最優(yōu)控制及其拉格朗日乘子法五、教學思路和方法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB?演示。六、教學內(nèi)容和過程：教學內(nèi)容教學方法第6章最優(yōu)控制泛函及其變分法簡介最優(yōu)控制及其拉格朗日乘子法數(shù)學模型拉格朗日@@8好980）乘子法以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題講解具體應用方法。七、作業(yè)布置八、課后