《现代控制理论》课程教案.docx
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《现代控制理论》课程教案
《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。
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
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
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
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
8、课后小结
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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(续)
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
5.4.1补偿器解耦
5.4.2状态反馈解耦
5.4.3实现状态反馈解耦控制的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
第十四讲
第5章线性定常控制系统的综合(续)
一、教学内容
5.5状态重构控制系统
二、教学目标
掌握带全维状态重构器和降维状态重构器的状态反馈系统的设计方法
三、教学重点
带全维状态重构器和降维状态重构器的状态反馈系统的设计
四、教学难点
带全维状态重构器和降维状态重构器的状态反馈系统的设计
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(续)
5.5状态重构控制系统
5.5.1全维状态重构器及其MATLAB辅助设计
5.5.2带全维状态重构器的状态反馈系统
5.5.3降维状态重构器及其MATLAB辅助设计
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4.1,4.2,4.6,4.7,4.9,4.10
(2);自拟
(1),
(2),(3),(4)
八、课后小结
第十五讲
第六章最优控制
一、教学内容
6.1泛函及其变分法简介
6.2最优控制及其拉格朗日乘子法
二、教学目标
掌握最优控制及其拉格朗日乘子法
三、教学重点
最优控制及其拉格朗日乘子法
四、教学难点
最优控制及其拉格朗日乘子法
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6章最优控制
6.1泛函及其变分法简介
6.2最优控制及其拉格朗日乘子法
6.2.1数学模型
6.2.2拉格朗日(Lagrange)乘子法
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
第十六讲
第六章最优控制(续)
一、教学内容
6.3线性二次型最优控制
二、教学目标
掌握线性二次型最优控制方法
三、教学重点
线性二次型最优控制
四、教学难点
线性二次型最优控制
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6章最优控制(续)
6.3线性二次型最优控制
6.3.1线性二次型最优控制的目标泛函
6.3.2状态调节器及其MATLAB辅助设计
6.3.3输出调节器
6.3.4输出跟踪器及其MATLAB辅助设计
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、作业布置自拟作业
(1),
(2),(3)
八、课后小结
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- 特殊限制:
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- 现代控制理论 现代 控制 理论 课程 教案