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

现代控制理论基础是自动化类专业继控制工程基础之后的主要专业基础理论课,是整个专业培养过程中的一个重要环节。它将使学生系统地学习并掌握现代控制理论的分析和设计方法,为后续专业课程的学习打下良好的基础。本课程涉及线性离散系统分析与校正的理论、非线性系统的相平面分析方法和描述函数分析方法,以及线性系统的状态空间分析与综合三方面的内容。教学目标:熟练掌握离散系统理论、非线性系统的基本分析方法和状态控制模型的基本理论,能运用所学知识进行系统建模、性能分析和综合设计。先修课程:线性代数电路或电工学、控制工程基础。

授课目标
通过本课程的教学,使学生熟练掌握离散控制系统的基本理论、非线性系统的基本分析方法和现代控制的基本理论,能运用所学知识进行系统建模、性能分析和综合设计,为后续专业课程的学习奠定良好的基础。
课程大纲

1 状态空间模型State Variable Models

1.1 引言 Introduction

1.2 △动态系统的状态变量 The State Variable of a Dynamic System;

1.3 △状态微分方程 The State Differential Equation;

1.4 △状态流图模型 Signal-Flow Graph State Models;

1.5 状态流图模型的其他形式 Alternative Signal-Flow Graph State Models;

1.6 △由状态方程求解传递函数 The Transfer Function from the State Equation;

1.7 △★状态转移矩阵和系统的时间响应 The Time Response and the State Transition Matrix;

1.8 ★离散时间响应的求解 A Discrete-Time Evaluation of the Time Response;

1.9 空间飞行器的状态方程 The State Equation of Space Flight Vehicle;

1.10 设计实例:打印机皮带驱动器 Design Example: Printer Belt Drive;

1.11 利用MATLAB分析状态空间模型 Analysis of State Vehicles;

1.12 循序渐进的设计实例:磁盘驱动读取系统 Sequential Design Example: Disk Drive Read System

2 状态反馈控制 The Design of State Variable Feedback Systems

2.1 引言 Introduction;

2.2 △能控性 Controllability;

2.3 △能观性 Observability;

2.4 最优控制系统 Optimal Control systems;

2.5 △★用状态反馈配置极点 Pole Placement Using State Feedback;

2.6 Ackermann公式 Ackermann’s Formula

2.7 状态反馈的局限性 Limitations of State Variable Feedback;

2.8 ★内模设计 Internal Model Design;

2.9 设计实例:自动检测系统 Design Example: Automatic Test System;

2.10 MATLAB设计状态反馈 State Variable Feedback Design Using Matlab;

2.11 循序渐进的设计实例:磁盘驱动读取系统 Sequential Design Example: Disk Drive Read System;

3 数字控制系统 Digital Control Systems

3.1 引言 Introduction;

3.2 数字计算机控制系统的应用 Digital Computer Control System Applications;

3.3 △采样系统 Sampled-Data Systems;

3.4 △z变换 The z-Transform;

3.5 闭环反馈采样系统 Closed-Loop Feedback Sampled-Data Systems;

3.6 △★z平面上的稳定性分析 Stability Analysis in the z-Plane;

3.7 △2阶采样系统的性能 Performance of a Sampled-Data, Second-Order System;

3.8 带有数字控制器的闭环系统 Closed-Loop Systems with Digital Computer Compensation;

3.9 工作台运动控制系统的设计 The Design of a Worktable Motion Control System;

3.10 数字控制系统的根轨迹 The Root Locus of Digital Control Systems;

3.11 数字控制器的实现 Implementation of Digital Controllers;

3.12 MATLAB设计数字控制系统 Digital Control Systems Using Matlab;

3.13循序渐进的设计实例:磁盘驱动读取系统Sequential Design Example: Disk Drive Read System

4 非线性控制系统分析 Analysis of Nonlinear Control Systems

4.1引言 Introduction;

4.1.1 非线性系统的特征 The Characteristics of Nonlinear Systems;

4.1.2 非线性系统的分析与设计方法 The Analysis and Synthesis;

4.2  常见非线性特性及其对系统运动的影响 The Typical Nonlinearity and The Influences to System Characteristics

4.2.1 非线性特性的等效增益 Equivalent Gain of Nonlinearity

4.2.2 △★常见非线性因素对系统运动的影响 The Influences of the Typical Nonlinearity to System Characteristics

4.3 相平面法 Phase Plane Method;

4.3.1 相平面的基本概念 The Concepts Phase Plane;

4.3.2 相轨迹绘制的等倾线法 Phase Trajectory Drawing Method;

4.3.3 △线性系统的相轨迹 Phase Trajectory of Linear System;

4.3.4 △奇点和奇线 Singular Point and Singular Trajectory

4.3.5 △★非线性系统的相平面分析 Phase Plane Analysis of Nonlinear System;

4.4 描述函数法 Discribing Function Method;

4.4.1 △描述函数的基本概念 The Concepts of Discribing Function;

4.4.2 典型非线性特性的描述函数 Discribing Functions of Typical Nonlinearity;

4.4.2 △★非线性系统的描述函数分析 On Stability of Nonlinear System with Discribing Functions


预备知识

线性代数电路或电工学、控制工程基础。

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. 电子工业出版社。


胡寿松. 自动控制原理. 科学出版社.