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现代控制理论
第12次开课
开课时间: 2025年02月17日 ~ 2025年06月28日
学时安排: 2-4小时每周
进行至第9周,共19周 已有 154 人参加
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课程详情
课程评价(9)
spContent=课程以自动化、电气工程及其自动化专业学生中学习基础较好、有志于报考控制科学与工程、电气工程等领域硕士研究生为主。课程除进行内容讲解外,还设有专门的习题课。通过课程的学习,使学生在研究生考试及今后的科研工作中具有更强的竞争力,也对学习过该门课程的学生提供学习资源。
课程以自动化、电气工程及其自动化专业学生中学习基础较好、有志于报考控制科学与工程、电气工程等领域硕士研究生为主。课程除进行内容讲解外,还设有专门的习题课。通过课程的学习,使学生在研究生考试及今后的科研工作中具有更强的竞争力,也对学习过该门课程的学生提供学习资源。
—— 课程团队
课程概述

《现代控制理论》是自动化、电气工程及其自动化及其电大类其他专业的一门专业基础课,是自动控制理论的一个重要组成部分,主要通过系统的状态空间描述,对控制系统进行分析和设计。课程主要介绍控制系统的状态空间模型、能控性及能观测性、状态反馈、状态观测器、稳定性等方面的内容。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全面的了解,为学生从事控制工程、电气工程领域的理论研究和工程设计工作打下坚实的基础。

授课目标

目标1:能够根据系统的状态空间表达式,对实际系统进行性能(时域、稳定性、能控性、能观测性等)分析。

目标2:能够根据电路、电子技术、计算机技术、自动控制理论等基本原理,对线性系统进行研究分析,忽略一些非本质和次要的因素后,建立既比较简单又基本反应实际物理过程的状态空间表达式;能够根据微分方程、传递函数、结构图建立状态空间表达式。

目标3:能够查阅相关文献,综合运用现代控制理论的知识,在对系统性能进行分析的基础上,完成系统状态反馈及状态观测器的设计,以期实现对系统的最优控制和最优估计。

课程大纲
第一章现代控制理论概述
课时目标:掌握系统的概念及系统的基本特征;了解系统模型的作用及特征;了解线性系统理论的研究内容。
1.1现代控制理论概述
1.2线性系统理论的基本内容
控制系统的状态空间描述
课时目标:掌握状态空间描述的基本概念,能够根据所学的电路、电子技术、计算机技术、自动控制等基本原理,对线性系统进行机理分析,忽略一些非本质和次要因素后,建立既比较简单又基本反应实际物理过程的状态空间表达式;能够根据微分方程、传递函数、结构图等建立系统的状态空间表达式;理解传递函数矩阵的含义。
2.1 状态变量及状态空间表达式的基本概念
2.2 根据物理机理建立状态空间表达式
2.3 由传递函数建立状态空间表达式-传递函数中不含有零点
2.4 由传递函数建立状态空间表达式-传递函数中含有零点
2.5 由传递函数建立状态空间表达式-传递函数只含单实极点
2.6 由传递函数建立状态空间表达式-传递函数含重极点
2.7由结构图建立状态空间表达式
2.8状态空间表达式的非奇异变换
2.9将A化为约当标准型
2.10组合系统状态空间表达式的建立
2.11从状态空间表达式求传递函数矩阵
线性系统的运动分析
课时目标:理解状态转移矩阵的定义及物理含义;能够根据系统的状态空间表达式,对线性系统进行求解。
3.1 线性定常齐次状态方程的求解
3.2 矩阵指数函数及状态转移矩阵
3.3 线性定常非齐次状态方程的求解
线性系统的能控性和能观测性
课时目标:理解能控性与能观测性的概念;能够根据系统的状态空间表达式,对系统进行能控性及能观测性分析。
4.1 能控性和能观测性的概念
4.2 线性定常系统能控性的判定定理-秩判据
4.3 线性定常系统能控性的判定定理-PBH定理
4.4 线性定常系统能控性的判定定理--对角阵与约当阵判定定理
4.5 完全能观测的充分必要条件
4.6 能观测性秩判据
4.7 能控性、能观测性与传递函数的关系
4.8 连续时间线性时不变系统的结构分解-能控性分解
4.9 连续时间线性时不变系统的结构分解-能观测性分解
李雅普诺夫稳定性分析
课时目标:能够理解李雅普诺夫意义下稳定的几个定义;根据系统的状态空间表达式,能够利用李雅普诺夫第一方法和第二方法对系统进行稳定性判断和分析。
5.1 李雅普诺夫稳定性的概念
5.2 李雅普诺夫第一法
5.3 李雅普诺夫第二法
5.4 线性定常系统李雅普诺夫稳定性分析
系统综合
课时目标:能够综合运用现代控制理论的知识,在对系统性能进行分析的基础上,完成系统状态反馈及状态观测器的设计,以期实现对系统的最优控制和最优估计。
6.1 状态反馈与极点配置
6.2 输出反馈
6.3 全维状态观测器及其设计
6.4 带状态观测器的状态反馈系统
习题课
课时目标:能够利用前面章节所学内容求解相关问题
7.1 状态空间模型习题
7.2 线性系统时域分析习题
7.3 系统能控性和能观测性习题
7.4 控制系统设计及稳定性习题
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预备知识

《自动控制原理》、《线性代数》、《高等数学》

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)郑恩让,《现代控制理论》,西北工业大学出版社,第一版。

2)郑大钟,《线性系统理论》,清华大学出版社,第二版。



陕西科技大学
5 位授课老师
郑恩让

郑恩让

教授

王素娥

王素娥

副教授

亢洁

亢洁

副教授

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