现代控制理论基础
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spContent=控制理论作为最为活跃的学科之一,其设计思想已在各个学科领域得到了广泛应用,而现代控制理论是控制理论重要的发展阶段。在本课程中,西北工业大学郭建国教授带领团队将用形象生动的语言解释现代理论控制基础的内涵,与你一道从自动控制时代迈向现代控制时代!
—— 课程团队
课程概述

现代控制理论基础课程是国家教育部特色专业、工业与信息化部重点专业探测、制导与控制技术的一门重要的专业主干课程。目前该课程是面向西北工业大学航天航空航海类控制专业高年级本科生的一门必修专业基础课。

现代控制理论基础课程针对现代控制科学的内涵,以最低限度的数学工具和适当的物理浅释,全面系统和深入浅出地介绍了现代控制系统模型、内部结构特性、反馈调节和最优设计等方面内容。通过本课程的学习,使学生能够全面掌握线性系统理论和最优控制理论的基本原理和基本设计方法,对现代控制方法与发展方向有较为全面的了解,为学生今后从事飞行器控制领域的理论研究和工程设计工作打下一个坚实的基础。

现代控制理论基础慕课主要定位于国内高等院校自动化、探测制导与控制技术、兵器科学与技术、飞行器设计等专业的高年级本科生和研究生进行网络公开的专业课程学习和考核使用,同时也可为航天、航空、航海和自动化领域从事实际工程的设计人员提供基本知识的培训和考试。

 


授课目标

掌握线性系统理论和最优控制理论的基本原理和基本设计方法,能够为开展控制领域的理论研究和工程设计工作提供基础。

课程大纲

第一周 绪论

 现代控制科学的内涵

 控制理论的发展状况

 现代控制理论的知识体系

绪论单元测试

绪论单元作业

第二周 状态空间描述的下的动态方程

状态空间描述的基本概念

状态空间描述的动态方程

动态方程的线性化与线性变换

第二周  单元测试

第二周 单元作业

第三周  系统动态方程的建立

具体物理系统动态方程的建立

基于传递函数方框图的动态方程

系统动态方程典型形式的建立

第三周 单元测试

第三周 单元作业

第四周 线性定常连续系统状态方程的解

线性定常连续系统状态方程的解

线性离散系统的动态方程及其解

第四周 单元测试

第四周 单元作业

第五周  稳定性与稳定性判据

李亚普诺夫稳定性理论

线性定常连续系统的稳定性判据

第五周 单元测试

第五周 单元作业

第六周  能控性与能观测性

凯莱-哈密尔顿定理

线性定常连续系统的能控性

线性定常连续系统的能观测性

对偶原理

线性定常系统的规范形结构分解

第六周 单元测试

第六周 单元作业

第七周  状态反馈与状态观测器

反馈对系统特性的影响

单输入系统的状态反馈

状态反馈系统的稳态特性

全维状态观测器

分离定理

第七周 单元测试

第七周 单元作业

第八周  变分法在最优控制的应用

最优控制概述

无约束条件的泛函(性能指标)极值

有约束条件的泛函(性能指标)极值

变分法求解最优控制

第八周 单元测试

第八周 单元作业

第九周 极小值原理与动态规划法

连续系统的极小值原理

离散系统的极小值原理

最优性原理

求解离散系统的最优控制问题

求解连续系统的最优控制问题

第九周 单元测试

第九周 单元作业

第十周 二次型性能指标的线性系统最优控制

线性连续系统状态调节问题

tf→∞时线性定常连续系统状态调节器问题

线性连续系统输出调节器问题

线性连续系统跟踪器问题

第十周 单元测试

第十周 单元作业

预备知识

1.     直接基础知识:自动控制原理、高等数学

2.     辅助知识:大学物理、模拟电路原理


证书要求

1.     完成课程中的单元测试(30分);

2.     完成课程中的单元作业,并进行至少5次互评(30分);

3.     完成课程考试(40分)。


参考资料

1.   周凤岐、周军、郭建国编,《现代控制理论基础》,西北工业大学出版社,2011

2.   郭建国,赵斌等编,《现代控制理论基础》电子教材,西北工业大学音像电子出版社,2017.


常见问题

问题1:现代控制理论基础这门课程需要的数学理论知识多吗?

回答:现代控制理论基础这门课主要是应用了高等数学中的代数知识、矩阵知识和常微分方程知识,总体上是将这些数学知识作为数学工具来用,一般要求不是太高。

 

问题2:自动控制原理学得不好是否影响本课程的学习?

回答:自动控制原理学得不好对于本课程的学习总体影响不大,在学习现代控制理论基础相关知识时,遇到有关自动控制原理方面的知识,可以随时去复习补充,整体上对本课程学习影响相对小。

 

问题3:是否需要购买教材?

回答:我们的课程主要是根据周凤岐老师、周军老师和郭建国老师主编的《现代控制理论基础》进行讲授的,同时西北工业大学音像电子出版社2017年出版了郭建国老师主编的《现代控制理论基础》电子教材,都可以帮助我们学习这门课程。但是教材不是必须,只要能够通过我们网上发布的内容顺利完成学习任务,达学习目的就可以。