《现代控制理论》课程教案

ss《现代控制理论》课程教案课程及任课教师简介：课程名称：现代控制理论课程性质：专业基础课授课对象：机械设计制造及自动化专业学时：48教材：《现代控制理论与工程》(第二版)王积伟主编，高等教育出版社课程教学目标：《现代控制理论》是机械制造及自动化专业研究生的学位课。本课程的教学应当使学生了解现代控制理论的体系结构，掌握线性控制系统的状态空间描述、时域分析与离散化等方法，掌握利用状态空间模型分析系统和校正系统及实现最优控制的方法。课程教学重点、难点：本课程的教学重点是：控制系统的状态空间数学模型，系统运动分析，稳定性分析，系统综合和最优控制等。本课程的教学难点是：系统综合和最优控制方法。ss第一讲第1章控制系统的状态空间数学模型一、教学内容1.1基本概念1.2线性定常连续系统的状态空间数学模型二、教学目标掌握根据物理模型、微分方程、传递函数、传递函数结构图等建立状态空间模型的方法及状态空间模型的线性变换方法。三、教学重点根据微分方程和传递函数及传递函数结构图建立状态空间模型的方法四、教学难点根据微分方程建立状态空间模型的方法五、教学思路和方法讲清概念，板书推证，PPT演示。六、教学内容和过程：教学内容教学方法第1章控制系统的状态空间数学模型1.1基本概念1.2线性定常连续系统的状态空间数学模型1.2.1根据物理模型建立状态空间模型1.2.2根据微分方程建立状态空间模型1.2.3根据传递函数建立状态空间模型以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。七、作业布置八、课后小结ss第二讲第1章控制系统的状态空间数学模型（续）一、教学内容1.2线性定常连续系统的状态空间数学模型（续）1.3线性时变连续系统的状态空间数学模型1.4非线性连续系统的状态空间数学模型二、教学目标掌握线性时变连续系统和非线性连续系统的状态空间数学模型的建立方法。三、教学重点线性时变连续系统状态空间数学模型四、教学难点线性时变连续系统状态空间数学模型五、教学思路和方法讲清概念，板书推证，PPT演示。六、教学内容和过程：教学内容教学方法第1章控制系统的状态空间数学模型（续）1.2线性定常连续系统的状态空间数学模型（续）1.2.4根据系统的传递函数结构图建立状态空间模型1.2.5状态空间模型的线性变换1.3线性时变连续系统的状态空间数学模型1.4非线性连续系统的状态空间数学模型1.4.1本质非线性系统的状态空间模型1.4.2本征非线性系统的状态空间模型以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。七、作业布置八、课后小结ss第三讲第1章控制系统的状态空间数学模型（续）一、教学内容1.5线性离散系统的状态空间数学模型1.6MATLAB在建立状态空间模型中的应用二、教学目标掌握线性离散系统状态空间数学模型的建立方法。三、教学重点线性离散系统状态空间数学模型四、教学难点线性离散系统状态空间数学模型五、教学思路和方法讲清概念，板书推证，PPT和MATLAB演示。六、教学内容和过程：教学内容教学方法第1章控制系统的状态空间数学模型（续）1.5线性离散系统的状态空间数学模型1.5.1差分方程和脉冲传递函数1.5.2根据差分方程建立线性定常离散系统的状态空间模型1.5.3根据脉冲传递函数建立线性定常离散系统的状态空间模型1.5.4线性时变离散系统的状态空间模型1.6MATLAB在建立状态空间模型中的应用1.6.1数学模型的MATLAB表示法1.6.2实现能控规范型的MATLAB编程及计算1.以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。2.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置教材1.1(2),1.2,1.4,1.6(1)(2),自拟(1),(2),(3),(4)八、课后小结ss第四讲第2章控制系统的运动分析一、教学内容2.1线性定常连续系统的运动分析二、教学目标掌握状态转移矩阵的计算方法和受控运动分析方法。三、教学重点状态转移矩阵和受控运动分析方法四、教学难点状态转移矩阵和受控运动分析方法五、教学思路和方法讲清概念，板书推证，PPT和MATLAB演示。六、教学内容和过程：教学内容教学方法第1章控制系统的状态空间数学模型2.1线性定常连续系统的运动分析2.1.1自由运动2.1.2状态转移矩阵2.1.3受控运动分析2.1.4．实现线性定常连续系统运动分析的MATLAB编程1.以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。2.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置八、课后小结ss第五讲第2章控制系统的运动分析（续）一、教学内容2.2线性时变连续系统的运动分析错误!未定义书签。2.3线性定常离散系统的运动分析二、教学目标掌握线性时变连续系统和线性定常离散系统的运动分析方法。三、教学重点线性时变连续系统和线性定常离散系统的运动分析四、教学难点线性时变连续系统的运动分析五、教学思路和方法讲清概念，板书推证，PPT演示。六、教学内容和过程：教学内容教学方法第2章控制系统的运动分析（续）2.2线性时变连续系统的运动分析错误!未定义书签。2.2.1自由运动及状态转移矩阵2.2.2受控运动——常数变易法2.3线性定常离散系统的运动分析2.3.1线性定常连续系统的离散化2.3.2线性定常离散系统的运动分析以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。七、作业布置八、课后小结ss第六讲第2章控制系统的运动分析（续）一、教学内容2.4线性时变离散系统的运动分析2.5系统运动分析的MATLAB实现二、教学目标掌握线性时变离散系统的运动分析方法。三、教学重点线性时变离散系统的运动分析四、教学难点线性时变离散系统的运动分析五、教学思路和方法讲清概念，板书推证，PPTMATLAB演示。六、教学内容和过程：教学内容教学方法第2章控制系统的运动分析（续）2.4线性时变离散系统的运动分析2.4.1线性时变连续系统的离散化方程2.4.2线性时变离散系统的运动分析2.5系统运动分析的MATLAB实现1.以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。2.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置八、课后小结ss第七讲第3章控制系统的稳定性分析一、教学内容3.2李雅普诺夫稳定性基本定理3.3线性连续系统的稳定性分析二、教学目标掌握李雅普诺夫稳定性基本定理和线性连续系统的稳定性分析方法。三、教学重点线性连续系统的稳定性分析四、教学难点线性连续系统的稳定性分析五、教学思路和方法讲清概念，板书推证，PPT和MATLAB演示。六、教学内容和过程：教学内容教学方法第3章控制系统的稳定性分析3.1基本概念3.2李雅普诺夫稳定性基本定理3.3线性连续系统的稳定性分析3.3.1线性定常连续系统的稳定性分析及其MATLAB编程与计算3.3.2线性时变连续系统的稳定性分析1.以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。2.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置八、课后小结ss第八讲第3章控制系统的稳定性分析（续）一、教学内容3.4线性离散系统的稳定性分析3.5非线性连续系统的稳定性分析二、教学目标掌握线性离散系统和非线性连续系统的稳定性分析方法。三、教学重点线性离散系统和非线性连续系统的稳定性分析四、教学难点非线性连续系统的稳定性分析五、教学思路和方法讲清概念，板书推证，PPT和MATLAB演示。六、教学内容和过程：教学内容教学方法第3章控制系统的稳定性分析（续）3.4线性离散系统的稳定性分析3.4.1线性定常离散系统的稳定性分析及其MATLAB编程与计算3.4.2线性时变离散系统的稳定性分析3.5非线性连续系统的稳定性分析3.5.1雅可比（Jacobian）矩阵法及其MATLAB编程与计算3.5.2变量梯度法1.以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。2.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置教材3.3,3.4,3.7,3.8;自拟(1),(2),(3)八、课后小结ss第九讲第4章控制系统的能控性与能观测性一、教学内容4.1系统的能控性二、教学目标掌握系统能控性的分析方法。三、教学重点系统的能控性分析四、教学难点系统的能控性分析五、教学思路和方法讲清概念，板书推证，PPT和MATLAB演示。六、教学内容和过程：教学内容教学方法第4章控制系统的能控性与能观测性4.1系统的能控性4.1.1线性时变连续系统的能控性错误!未定义书签。4.1.2线性定常连续系统的能控性及其MATLAB辅助分析4.1.3线性定常离散系统的能控性1.以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。2.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置八、课后小结ss第十讲第4章控制系统的能控性与能观测性（续）一、教学内容4.2系统的能观测性二、教学目标掌握系统能观测性的分析方法。三、教学重点系统的能观测性分析四、教学难点系统的能观测性分析五、教学思路和方法讲清概念，板书推证，PPT和MATLAB演示。六、教学内容和过程：教学内容教学方法第4章控制系统的能控性与能观测性（续）4.2系统的能观测性4.2.1线性时变连续系统的能观测性4.2.3线性定常离散系统的能观测性4.3能控与能观测规范型的实现4.3.1能控规范型的实现及其MATLAB编程与计算4.3.2能观测规范型的实现及其MATLAB编程与计算1.以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。2.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置八、课后小结ss第十一讲第4章控制系统的能控性与能观测性（续）一、教学内容4.5对偶系统及对偶性原理4.6线性定常系统能控能观测结构的分解二、教学目标掌握对偶性原理和线性定常系统能控能观测结构的分解方法。三、教学重点线性定常系统能控能观测结构的分解四、教学难点线性定常系统能控能观测结构的分解五、教学思路和方法讲清概念，板书推证，PPT和MATLAB演示。六、教学内容和过程：教学内容教学方法第4章控制系统的能控性与能观测性（续）4.4线性定常系统能控与能观测性在复域[s]中的判据4.5对偶系统及对偶性原理4.5.1线性定常对偶系统4.5.2线性时变对偶系统4.6线性定常系统能控能观测结构的分解4.6.1能控与不能控结构分解及其MATLAB辅助计算4.6.2能观测与不能观测结构分解及其MATLAB辅助计算4.6.3能控与能观测性结构综合分解1.以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。2.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置教材2.1(4),2.2(4),2.4(3),2.5(2),2.7,2.10,2.13;自拟(1),(2),(3)(4)八、课后小结ss第十二讲第5章线性定常控制系统的综合一、教学内容5.1反馈控制系统的基本结构5.2以实现期望极点为目标的系统综合二、教学目标掌握以实现期望极点为目标的系统综合方法三、教学重点以实现期望极点为目标的系统综合四、教学难点以实现期望极点为目标的系统综合五、教学思路和方法讲清概念，板书推证，PPT和MATLAB演示。六、教学内容和过程：教学内容教学方法第5章线性定常控制系统的综合5.1反馈控制系统的基本结构5.1.1状态反馈控制系统5.1.2输出反馈控制系统5.2以实现期望极点为目标的系统综合5.2.1单输入状态反馈控制系统极点配置及其MATLAB辅助计算5.2.2多输入状态反馈控制系统的极点配置方法5.2.3输出反馈控制系统极点配置及其MATLAB辅助计算1.以板书推证为主，以PPT演示为辅，通过例题讲解具体应用方法。2.在MATLAB平台演示相关内容。七、作业布置八、课后小结ss第十三讲第5章线性定常控制系统的综合（续）一、教学内容5.3以实现系统镇定为目标的系统综合5.4以实现解耦控制为目标的系统综合二、教学目标掌握以实现系统镇定和以实现解耦控制为目标的系统综合方法三、教学重点以实现系统镇定和以实现解耦控制为目标的系统综合四、教学难点以实现系统镇定和以实现解耦控制为目标的系统综合五、教学思路和方法讲清概念，板书推证，PPT和MAT