《现代控制理论》教学大纲

《现代控制理论》教学大纲适用范围版本科人才培养方案202X课程代码:05156131课程性质专业必修课学分学分

2.5学时学时（理论学时，实验学时）40400先修课程线性代数、自动控制原理后续课程智能控制、运动控制适用专业自动化开课单位电气工程与自动化学院

一、课程说明《现代控制理论》是自动化（含专升本）专业必修课现代控制是自动控制理论的一个重要组成部分，它包含线性系统理论、非线性系统理论、最优控制理论、随机控制理论、大系统理论等学科内容，比经典控制理论所能处理的问题广泛得多本课程以线性系统理论的分析综合为主，主要内容包括线性系统状态空间模型描述，线性系统状态空间方程求解，线性系统能控性、能观性分析，李雅普诺夫稳定性理论，线性定常系统的状态反馈控制等通过本课程学习，使学生从宏观角度把握现代控制理论课程的体系结构，系统地掌握线性系统理论的基本知识与控制器设计方法，做到概念融会贯通，解题方法技巧灵活，为运用现代控制理论基本方法分析解决实际控制问题和后续学习与研究奠定基础

二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标课程目标熟悉状态空间的基本概念，掌握线性系统状态空间模型的描述、变换与求解方法；1:熟悉现代理论的发展历程、内容体系及其控制科学家贡献，传承中国科学家精神课程目标能够运用数理知识建立控制系统的状态空间模型，利用现代控制理论方法分析2系统的能控性、能观性、稳定性和求解状态响应；掌握线性系统极点配置、状态观测器设计与状态反馈控制器设计的原理与方法课程目标能够使用等仿真软件进行线性系统状态空间模型的变换求解和系统3MATLAB能控性、能观性、稳定性分析、极点配置与状态反馈控制系统设计，为应用现代控制理论分析解决实际工程问题奠定基础

三、课程目标与毕业要求《现代控制理论》课程教学目标对自动化专业毕业要求的支撑见表1表课程教学目标与毕业要求关系1毕业要求指标点课程目标支撑强度L工程知识

1.2能够将数理和工程课程目标熟悉状态空间的基本1科学技术基础知识用于概念，掌握线性系统状态空间模型对自动控制相关复杂工的描述、变换与求解方法；熟悉现程问题建立数学模型并H代理论的发展历程、内容体系及其求解控制科学家贡献，传承中国科学家精神

2.问题分析

2.1能应用数学、自然课程目标2能够运用数理知识建科学和工程科学的基本立控制系统的状态空间模型，利用原理和标准规范，识别现代控制理论方法分析系统的能与表达自动控制领域相控性、能观性、稳定性和求解状态H关的复杂工程问题响应；掌握线性系统极点配置、状态观测器设计与状态反馈控制器设计的原理与方法

5.使用现代工具

5.2能够选择和使用恰课程目标4能够使用MATLAB等当的现代仪器、系统仿仿真软件进行线性系统状态空间真与设计软件、信息技模型的变换求解和系统能控性、能术工具对自控制领复杂观性、稳定性分析、极点配置与控M工程问题进行分析、计制系统设计，为应用现代控制理论算和设计分析解决实际工程问题奠定基础注表中（高）、（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度

四、教学内容、基本要求“H M与学时分配现代控制理论课程教学内容、基本要求与学时分配见表2o表教学内容、基本要求与学时分配2理论实验学对应的课程教学内容教学要求，教学重点难点学时时目标现代控制理论概述

1.教学要求熟悉控制理论的发展史；理解现控制理论的发展

1.1代控制与经典控制的异同；熟悉现代控制现代控制理论与

1.2内容体系201自动控制比较重点现代控制与经典控制的比较现代控制理论内

1.3难点现代控制与经典控制区别容体系

2.系统的状态空间描述教学要求熟悉状态空间的基本概念与模型状态空间的概念

2.1描述方法；熟练掌握由传递函数、微分方状态空间表达式与

2.2程、模拟结构图建立系统状态空间模型的传递函数矩阵方法；理解线性变换的性质及其求系统对线性系统的数学模

2.3角/约当标准型的方法；了解离散/非线性、型变换8013系统的状态空间表达离散系统状态空间

2.4重点状态变量与状态空间模型建立方法、模型传递函数矩阵求解方法、系统对角标准型非线性系统局部线

2.5求解方法性化难点传递函数的状态空间模型实现线性系统状态空间方

3.教学要求掌握状态转移矩阵的概念、转移程求解矩阵的运算性质和计算方法；重点掌握线线性定常系统状

3.1性定常系统齐次状态方程和非齐次状态方态方程的解程的解

3.2线性时变系统状态重点线性定常系统状态转移矩阵的运算

601、

2、3方程的解性质及计算方法；线性定常系统齐次解与离散时间系统状态

3.3非齐次解方程的解难点线性定常系统状态方程的解连续系统离散化

3.4线性系统的能控性和教学要求熟悉能控性、能观性的定义；掌

4.能观性握线性系统能控性和能观性判据；了解能控性与能观性的对偶关系；熟悉线性定常线性连续系统的能

4.1系统的能控标准型和能观标准型；了解线控性、能观性性定常系统的结构分解；掌握传递函数矩线性离散系统的能

4.2阵的最小实现、、控性和能观性100123重点线性系统能控性和能观性判据；能控对偶系统

4.3标准型、能观标准型求解；传递函数矩阵能控能观标准型

4.4的最小实现系统结构分解

4.5难点线性定常系统的结构分解、传递函数传递函数矩阵的实

4.6矩阵的最小实现现李雅普诺夫稳定性

5.教学要求理解控制系统稳定性的基本概念李雅普诺夫稳定

5.1与李雅普诺夫稳定性含义；掌握掌握李雅性概念普诺夫间接法与直接法；能够利用李雅普李雅普诺夫间接

5.2诺夫直接法分析线性系统稳定性、6012法重点李雅普诺夫稳定性概念、定理（稳定李雅普诺夫稳定性

5.3性判据）及应用定理难点李雅普诺夫函数的构造；李雅普诺夫李雅普诺夫稳定性

5.4稳定性理论的应用理论的应用

6.线性系统分析综合教学要求熟悉反馈控制类型与结构特点；系统反馈的结构

6.1掌握状态反馈极点配置方法；了解系统镇类型定与解耦问题；掌握状态观测器概念、条极点配置

6.2件与全维状态观测器的设计；了解带状态802系统镇定与解耦

6.3观测器的状态反馈系统设计重点极点线性系统状态观测

6.4配置与状态观测器的设计难点带状态器的设计观测器的状态反馈控制系统设计带状态观测器的状

6.5态反馈控制系统合计400

五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，课程依托超星泛雅学习平台，利用课程视频、习题案例、仿真实验、科学家事迹等资源，开展进行启发式、讨论式教学和案例式教学，进行在线学习、课堂互动、期中测试，促使学生学生全面理解现代控制理论课程体系与原理方法在此基础上，精选课后习题、考研真题、仿真实验等强化学生对课程知识的理解与掌握

六、课程资源推荐教材

1.闫茂德.现代控制理论北京机械工业出版社，[M].

2019.参考书

2.丁锋.现代控制理论北京清华大学出版社，1[M].

2018.张嗣瀛.现代控制理论第版北京清华大学出版社，22[M].

2017.刘豹.现代控制理论第版北京机械工业出版社，33[M].

2019.朱玉华.现代控制理论第版北京机械工业出版社，43[M].

2018.期刊论文

3.王春生，潘明泉，刘子建.基于重置状态观测器的加热炉随机扰动自抗扰控制方法控制1[J].与决策,2017,3209:1659-

1663.任世超，关永强，湛煜.有向符号网络的边能控性研究控制理论与应用，2[J].2023,4001:74-

82.严求真，柳向斌，朱胜.输入增益未知非参数不确定系统的准最优学习控制自动化学报，3[J].2020,4605:1051-

1060.葛锁良，张凯，平兆武.基于虚拟模型的自适应解耦抗扰控制控制理论与应用,4[J].2019,3602:319-

326.5Irina V.Alexandrova,Alexey P.Zhabko,Stability ofneutral typedelay systems:A jointLyapunov-Krasovskii andRazumikhin approach|J].Automatica,2019,106:83-

90.网络资源

4.精品资源共享课程西北工业大学:1现代控制理论资源共享课程长安大学2

七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4表课程考核对课程目标的支撑4考核占课程目标考核/评价细则比环节123V课1根据学生课堂出勤情况和课堂互动情况进行考核，过堂满分100分程10性表以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计246考现入课程总评成绩核习根据习题、作业的完成情况与准确率进行评分，满121题分分；100作每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环2业节的最终成绩以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课3程总评成绩64期V（）依据其中测试试题作答情况评分，满分分1100中8

（2）以其中测试成绩乘以其在总评成绩中所占的比例测44计入课程总评成绩试

（1）主要考核运用MATLAB软件进行系统模型变换、V分析的能力，满分分100仿

（2）每次仿真单独评分，取各次成绩的平均值作为此10真环节的最终成绩12（）以仿真成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入3课程总评成绩（）卷面成绩分，以卷面成绩乘以其在总评成绩V V1100中所占的比例计入课程总评成绩期末（）主要考核学生状态空间模型描述、变换、求解.，260考核以及稳定性与反馈控制方法理解掌握情况3030（）考试题型为填空题、选择题、判断题、分析题、3计算题、设计题等合计分100444412

八、考核与成绩评定考核方式及成绩评定

1.考核方式本课程主要以课堂表现、习题作业、期中测试、仿真、期末考试等方式对Matlab学生进行考核评价考核基本要求考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成其中期末试卷成绩为分（权重）试题类型为填空题、选择题、判断题、简答题、分析题、计算题和设计等类10060%,型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过综合应用题、分析计算与设计50%,题不低于；过程性考核成绩为分（权重）由课堂表现、习题作业、期中测试、仿真50%10040%,实验等组成；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例过程性考核成绩的标准

2.过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5表过程性考核方式评价标准5考核方式所占比100x^9090x28080x27070x260x60重（%）多次迟到或按时出勤，认按时出勤，认按时出勤，能偶尔上课迟逃课，上课不真听讲；积极真听讲；经常够参与教学到，偶尔参认真听课，提课堂表现25参与教学活参与教学活活动，回答问与教学活问不回答,活动，踊跃回答动，较好回答题不积极动动不参与问题问题期中测试卷面期中测试卷期中测试卷期中测试卷期中测试20期中测试卷实际成绩面实际成绩面实际成绩面实际成绩面实际成绩按时提交作按时提交作按时提交作作业提交不业，内容清晰业，内容整不交作业2次业，内容清晰及时或准确习题作业30整洁;解题步洁；有解题步以上或准确整洁；解题步率大于60%骤详尽，准确骤，准确率大率小于60%o骤详尽，准确o率大于于90%o70%率大于80%o所有程序设所有程序设大部分程序部分程序程序与仿真计合理，仿真计合理，仿设计合理，设计不合结果错误，结果正确，注真结果正仿真结果多理，仿真结附件、注释仿真25释标注清晰，确，有注释数正确，附果不理想，缺失，或仿附件资料规标注，附件件、注释比附件、注释真任务完成范资料规范较规范不全次数不够。