现代控制理论基础
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课程评价
spContent=自动控制技术已经深入到了各行各业。现代控制理论是自动控制理论的重要组成部分,是学习和掌握先进控制方法的基础。
—— 课程团队
课程概述

本课程是继《控制工程基础》课程之后的自动化类主要专业基础类课程。本课程的理论性和实践性很强,主要培养学生学习和领悟现代控制理论的分析和设计方法,运用现代控制理论与控制工程的观点分析和解决实际工程控制问题的能力。本课程主要教学内容涉及状态空间模型及系统设计、数字控制、非线性系统分析三大方面的内容。

授课目标

通过本课程的学习,学生以下能力得到培养和锻炼:培养学生运用现代控制理论的基本概念、模型、表示方法、控制与优化方法等用于分析、解决自动化领域复杂工程问题;能够识别自动化领域中的复杂工程问题,正确运用物理规律和数学方法建立数学模型,具备运用微分方程、传递函数、状态空间模型等理论和方法对复杂工程对象进行建模、分析和设计的能力;能够运用现代控制理论的相关概念和专业术语,对控制系统的特性进行正确的描述、分析,并能够熟练运用自动化专业术语就自动化工程控制问题与业界同行及社会公众进行有效的交流与沟通。

课程大纲

1. 状态变量模型

1.1 引言+动态系统的状态变量

1.2 状态微分方程

1.3 信号流图与框图

1.4 其它形式的信号流图与框图

1.5 时间响应和状态转移矩阵

2. 状态变量反馈控制系统设计

2.1 能控性和能观测性

2.2 全状态反馈控制设计

2.3 观测器设计

2.4 观测器和全状态反馈控制的集成

2.5 最优控制

2.6 内模设计

3. 数字控制系统

3.1 数字控制系统的基本概念

3.2 Z变换:离散信号

3.3 Z变换:离散系统

3.4 Z域上的稳定性和性能

3.5 数字控制系统的根轨迹

3.6 数字控制器设计与实现

4. 非线性控制系统分析

4.1 非线性系统概述

4.2 典型非线性环节

4.3 线性系统的相轨迹

4.4 非线性系统的描述函数分析

4.5 描述函数与描述函数法

4.6 非线性系统的相平面分析

预备知识

先修课程:高等数学、线性代数、电路、控制工程基础;辅助软件:Matlab及其控制系统工具箱的使用

证书要求

最终成绩达到60分及以上颁发合格证书。单元测验占10%,单元作业占20%,最终考试占70%。

参考资料
  • R.C. Dorf and R.H. Bishop,Modern Control Systems (第十二版,教材,科学出版社,2012

  • Gene F. Franklin,J. David Powell and Abbas Emami-Naeini,Feedback Control of Dynamic Systems(第七版,参考书,Pearson,2014

  • 胡寿松,自动控制原理(第六版,参考书),科学出版社 2013

  • Chi-Tsong Chen,Linear System Theory and Design (3Ed, 参考书)  Oxford University Press,1998