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现代控制理论
第5次开课
开课时间: 2025年04月15日 ~ 2025年07月20日
学时安排: 1-2小时每周
当前开课已结束 已有 206 人参加
老师已关闭该学期,无法查看
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课程评价(391)
spContent=作为自动化类专业必修课和考研专业课,长安大学《现代控制理论》课程已有近40年的授课历史。本课程立足专业特色,积极推进教育教学改革,2009年获批校级双语示范类课程;随着专业大类招生和学科发展,课程教学学时由最初的54学时压缩为40学时,课程团队随之从教学体系、教学内容和教学方法等方面对这门课程进行了一系列的改革和建设,重新编写教学大纲、教学日历,开发了多媒体课件,并于2014年获批为陕西省级精品资源共享课;2016年由机械工业出版社出版自编配套教材《现代控制理论》,已真正形成一个全方位、多媒体、网络化的现代教学体系。
作为自动化类专业必修课和考研专业课,长安大学《现代控制理论》课程已有近40年的授课历史。本课程立足专业特色,积极推进教育教学改革,2009年获批校级双语示范类课程;随着专业大类招生和学科发展,课程教学学时由最初的54学时压缩为40学时,课程团队随之从教学体系、教学内容和教学方法等方面对这门课程进行了一系列的改革和建设,重新编写教学大纲、教学日历,开发了多媒体课件,并于2014年获批为陕西省级精品资源共享课;2016年由机械工业出版社出版自编配套教材《现代控制理论》,已真正形成一个全方位、多媒体、网络化的现代教学体系。
—— 课程团队
课程概述

 20世纪50年代中期,随着空间技术的迅速兴起,出现了一系列经典控制理论难以解决的控制问题,从而推动现代控制理论的发展,并逐渐形成控制系统中新的理论体系。  

 本课程以状态空间法为基础阐述了现代控制理论的基本原理以及其分析和综合的方法。共分为五个部分,内容包括线性系统的状态空间描述、线性系统的运动分析、线性系统的能控性和能观测性、李雅普诺夫稳定性分析以及线性系统的状态综合。通过建立各类典型系统的数学模型,特别是状态空间模型,掌握分析各类系统模型的方法,并且能够通过状态反馈、极点配置和状态观测器构造等方法,进行复杂系统的综合与设计,从而培养学生从事控制系统分析和研究的能力。

授课目标

(1) 通过理论教学,掌握有关的数学知识(向量空间,矩阵论等),能运用于系统分析设计中。

(2) 培养学生综合运用所学知识,建立控制系统模型的能力。了解现代控制理论的体系结构,熟练掌握控制系统的状态空间描述,并通过传递函数、微分方程和结构图建立电路、机电系统的状态空间表达式的方法。

(3) 培养学生分析具体系统,确定合适的状态反馈方法,综合考虑各方面的约束,使系统的性能指标达到要求。

(4) 掌握控制系统的可控性与可观性的基本概念和判据;熟练掌握可控标准型与可观标准型、规范型分解的求取方法;理解对偶原理和最小实现的概念和方法。

(5) 掌握状态反馈与输出反馈的基本结构、性质和有关定理,理解单输入-单输出系统的极点配置、全维与降维观测器的设计,以及状态反馈与观测器的工程应用。

课程大纲
绪论
课时目标:介绍本课程的内容、性质和任务以及学习本课程的意义,讲授控制理论的发展历史、主要特点和控制一个动态系统的基本步骤。
1.1 控制理论的发展回顾
1.2 现代控制理论的研究范围及分支
1.3 经典控制理论与现代控制理论的研究与比较
1.4 本书的内容和特点
控制系统的状态空间表达式
课时目标:介绍状态变量及状态空间表达式的基本概念,状态空间表达式的模拟结构图。重点介绍状态空间表达式的建立方法,状态变量的线性变换。介绍了由状态空间表达式求传递函数阵,离散时间系统以及时变系统和非线性系统的状态空间表达式。
2.1 状态空间的基本概念
2.2 控制系统的状态空间表达式
2.3 控制系统状态空间表达式的建立
2.4 线性系统的数学模型变换
2.5 线性系统的传递函数阵
2.6 非线性系统局部线性化后的状态空间表达式
控制系统状态表达式的解
课时目标:重点介绍线性定常系统齐次的解,矩阵指数和状态转移矩阵的概念及性质。讲授非齐次状态方程的解和离散时间系统的解以及连续时间状态空间表达式的离散化。
3.1 线性定常系统状态方程的解
3.2 离散时间系统状态方程的解
3.3 连续状态方程的离散化
线性控制系统的能控性和能观性
课时目标:主要介绍系统状态的可控性与可观性的基本概念和判据,掌握能控性和能观性标准型的获取方法及对偶原理,以及对系统进行结构分解的方法。理解系统能控性、能观性与传递函数之间的关系。
4.1 能控性和能观性的基本概念
4.2 线性系统能控性和能观性判据
4.3 线性系统能控性和能观性的对偶关系
4.4 能控标准型和能观标准型
4.5 线性系统的结构分解
4.6 传递函数阵的实现问题
稳定性与李亚普诺夫方法
课时目标:介绍稳定性的基本概念、李雅普诺夫意义下稳定性的定义、李雅普诺夫第一法、李雅普诺夫第二法,讲述李雅普诺夫方法在线性系统、非线性系统中的应用。了解构造李亚普诺夫函数的一些常用方法。
5.1 稳定性基本概念
5.2 李雅普诺夫稳定性
5.3 李雅普诺夫间接法
5.4 李雅普诺夫直接法
5.5 李雅普诺夫稳定性的应用
线性定常系统的综合
课时目标:介绍线性反馈控制系统的基本结构及其特性;重点介绍应用状态反馈进行极点任意配置的方法以及全维状态观测器设计方法。
6.1 线性时不变系统反馈控制的结构及特性
6.2 闭环极点配置
6.3 系统镇定问题
6.4 状态观测器
6.5 带状态观测器的状态反馈系统
展开全部
预备知识

高等数学、大学物理、复变函数、积分变换、线性代数、电路、模拟电子技术、数字电子技术、自动控制原理等课程。

证书要求

为积极响应国家低碳环保政策, 2021年秋季学期开始,中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书,仅提供电子版的认证证书服务,证书申请方式和流程不变。

 

电子版认证证书支持查询验证,可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询,或者访问 https://www.icourse163.org/verify,通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

 

完成课程教学内容学习和考核,成绩达到课程考核标准的学生(每门课程的考核标准不同,详见课程内的评分标准),具备申请认证证书资格,可在证书申请开放期间(以申请页面显示的时间为准),完成在线付费申请。

 

认证证书申请注意事项:

1. 根据国家相关法律法规要求,认证证书申请时要求进行实名认证,请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后,系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。


参考资料

[1] 闫茂德, 高昂,胡延苏. 现代控制理论(第2版). 北京:机械工业出版社, 2023.5

[2] 刘豹, 唐万生. 现代控制理论: 3. 北京:机械工业出版社, 2006.7

[3] 胡寿松. 自动控制原理: 5. 北京:科学出版社, 2007

[4] 谢克明. 现代控制理论:第1. 北京:清华大学出版社, 2007.4

[5] Chen Chi-Tsong. Linear System Theory and Design: Third Edition. New York Oxford: Oxford University press, 1999

常见问题

Q : 学生何时会看到课程学习页?A : 课程学习页将在开课的同时自动发布。开课时间由各校高校管理员设定。Q :如何设置和修改开课时间?A : 开课时间由各高校管理员设置,请联系相关人员进行修改。

长安大学
1 位授课老师
闫茂德

闫茂德

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