現(xiàn)代控制理論課程教案

《當(dāng)代控制理論》課程教案課程及任課教師介紹：課程名稱：當(dāng)代控制理論課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課授課對(duì)象：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)學(xué)時(shí)：48教材：《當(dāng)代控制理論與工程》(第二版)王積偉主編，高等教育出版社課程教學(xué)目的：《當(dāng)代控制理論》是機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)碩士的學(xué)位課。本課程的教學(xué)應(yīng)當(dāng)使學(xué)生理解當(dāng)代控制理論的體系構(gòu)造，掌握線性控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述、時(shí)域分析與離散化等辦法，掌握運(yùn)用狀態(tài)空間模型分析系統(tǒng)和校正系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制的辦法。課程教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：本課程的教學(xué)重點(diǎn)是：控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析，穩(wěn)定性分析，系統(tǒng)綜合和最優(yōu)控制等。本課程的教學(xué)難點(diǎn)是：系統(tǒng)綜合和最優(yōu)控制辦法。第一講第1章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型 一、教學(xué)內(nèi)容1.1基本概念1.2線性定常持續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型二、教學(xué)目的掌握根據(jù)物理模型、微分方程、傳遞函數(shù)、傳遞函數(shù)構(gòu)造圖等建立狀態(tài)空間模型的辦法及狀態(tài)空間模型的線性變換辦法。三、教學(xué)重點(diǎn)根據(jù)微分方程和傳遞函數(shù)及傳遞函數(shù)構(gòu)造圖建立狀態(tài)空間模型的辦法四、教學(xué)難點(diǎn)根據(jù)微分方程建立狀態(tài)空間模型的辦法五、教學(xué)思路和辦法講清概念，板書推證，PPT演示。六、教學(xué)內(nèi)容和過程：教學(xué)內(nèi)容教學(xué)辦法第1章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型1.1基本概念1.2線性定常持續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型1.2.1根據(jù)物理模型建立狀態(tài)空間模型1.2.2根據(jù)微分方程建立狀態(tài)空間模型1.2.3根據(jù)傳遞函數(shù)建立狀態(tài)空間模型以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應(yīng)用辦法。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)第二講第1章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型（續(xù)） 一、教學(xué)內(nèi)容1.2線性定常持續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型（續(xù)）1.3線性時(shí)變持續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型1.4非線性持續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型二、教學(xué)目的掌握線性時(shí)變持續(xù)系統(tǒng)和非線性持續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型的建立辦法。三、教學(xué)重點(diǎn)線性時(shí)變持續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型四、教學(xué)難點(diǎn)線性時(shí)變持續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型五、教學(xué)思路和辦法講清概念，板書推證，PPT演示。六、教學(xué)內(nèi)容和過程：教學(xué)內(nèi)容教學(xué)辦法第1章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型（續(xù)）1.2線性定常持續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型（續(xù)）1.2.4根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)構(gòu)造圖建立狀態(tài)空間模型1.2.5狀態(tài)空間模型的線性變換1.3線性時(shí)變持續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型1.4非線性持續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型1.4.1本質(zhì)非線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型1.4.2本征非線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應(yīng)用辦法。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)第三講第1章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型（續(xù)） 一、教學(xué)內(nèi)容1.5線性離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型1.6MATLAB在建立狀態(tài)空間模型中的應(yīng)用二、教學(xué)目的掌握線性離散系統(tǒng)狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型的建立辦法。三、教學(xué)重點(diǎn)線性離散系統(tǒng)狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型四、教學(xué)難點(diǎn)線性離散系統(tǒng)狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型五、教學(xué)思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學(xué)內(nèi)容和過程：教學(xué)內(nèi)容教學(xué)辦法第1章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型（續(xù)）1.5線性離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型1.5.1差分方程和脈沖傳遞函數(shù)1.5.2根據(jù)差分方程建立線性定常離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型 1.5.3根據(jù)脈沖傳遞函數(shù)建立線性定常離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型1.5.4線性時(shí)變離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型1.6MATLAB在建立狀態(tài)空間模型中的應(yīng)用1.6.1數(shù)學(xué)模型的MATLAB表達(dá)法1.6.2實(shí)現(xiàn)能控規(guī)范型的MATLAB編程及計(jì)算以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應(yīng)用辦法。在MATLAB平臺(tái)演示有關(guān)內(nèi)容。七、作業(yè)布置教材1.1(2),1.2,1.4,1.6(1)(2),自擬(1),(2),(3),(4)八、課后小結(jié)第四講第2章控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析 一、教學(xué)內(nèi)容2.1線性定常持續(xù)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析二、教學(xué)目的掌握狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計(jì)算辦法和受控運(yùn)動(dòng)分析辦法。三、教學(xué)重點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和受控運(yùn)動(dòng)分析辦法四、教學(xué)難點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和受控運(yùn)動(dòng)分析辦法五、教學(xué)思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學(xué)內(nèi)容和過程：教學(xué)內(nèi)容教學(xué)辦法第1章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型2.1線性定常持續(xù)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析2.1.1自由運(yùn)動(dòng)2.1.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣2.1.3受控運(yùn)動(dòng)分析2.1.4．實(shí)現(xiàn)線性定常持續(xù)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析的MATLAB編程1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應(yīng)用辦法。2.在MATLAB平臺(tái)演示有關(guān)內(nèi)容。七、作業(yè)布置課后小結(jié)第五講第2章控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析（續(xù)） 一、教學(xué)內(nèi)容2.2線性時(shí)變持續(xù)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析2.3線性定常離散系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析二、教學(xué)目的掌握線性時(shí)變持續(xù)系統(tǒng)和線性定常離散系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析辦法。三、教學(xué)重點(diǎn)線性時(shí)變持續(xù)系統(tǒng)和線性定常離散系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析四、教學(xué)難點(diǎn)線性時(shí)變持續(xù)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析五、教學(xué)思路和辦法講清概念，板書推證，PPT演示。六、教學(xué)內(nèi)容和過程：教學(xué)內(nèi)容教學(xué)辦法第2章控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析（續(xù)）2.2線性時(shí)變持續(xù)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析2.2.1自由運(yùn)動(dòng)及狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣2.2.2受控運(yùn)動(dòng)——常數(shù)變易法2.3線性定常離散系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析2.3.1線性定常持續(xù)系統(tǒng)的離散化2.3.2線性定常離散系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析 以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應(yīng)用辦法。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)第六講第2章控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析（續(xù)） 一、教學(xué)內(nèi)容2.4線性時(shí)變離散系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析2.5系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)二、教學(xué)目的掌握線性時(shí)變離散系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析辦法。三、教學(xué)重點(diǎn)線性時(shí)變離散系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析四、教學(xué)難點(diǎn)線性時(shí)變離散系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析五、教學(xué)思路和辦法講清概念，板書推證，PPTMATLAB演示。六、教學(xué)內(nèi)容和過程：教學(xué)內(nèi)容教學(xué)辦法第2章控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析（續(xù)）2.4線性時(shí)變離散系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析2.4.1線性時(shí)變持續(xù)系統(tǒng)的離散化方程2.4.2線性時(shí)變離散系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析2.5系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應(yīng)用辦法。2.在MATLAB平臺(tái)演示有關(guān)內(nèi)容。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)第七講第3章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 一、教學(xué)內(nèi)容3.2李雅普諾夫穩(wěn)定性基本定理3.3線性持續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析二、教學(xué)目的掌握李雅普諾夫穩(wěn)定性基本定理和線性持續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析辦法。三、教學(xué)重點(diǎn)線性持續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析四、教學(xué)難點(diǎn)線性持續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析五、教學(xué)思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學(xué)內(nèi)容和過程：教學(xué)內(nèi)容教學(xué)辦法第3章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析3.1基本概念3.2李雅普諾夫穩(wěn)定性基本定理3.3線性持續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析3.3.1線性定常持續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及其MATLAB編程與計(jì)算3.3.2線性時(shí)變持續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應(yīng)用辦法。2.在MATLAB平臺(tái)演示有關(guān)內(nèi)容。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)第八講第3章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析（續(xù)） 一、教學(xué)內(nèi)容3.4線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析3.5非線性持續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析二、教學(xué)目的掌握線性離散系統(tǒng)和非線性持續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析辦法。三、教學(xué)重點(diǎn)線性離散系統(tǒng)和非線性持續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析四、教學(xué)難點(diǎn)非線性持續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析五、教學(xué)思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學(xué)內(nèi)容和過程：教學(xué)內(nèi)容教學(xué)辦法第3章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析（續(xù)）3.4線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析3.4.1線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及其MATLAB編程與計(jì)算3.4.2線性時(shí)變離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析3.5非線性持續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析3.5.1雅可比（Jacobian）矩陣法及其MATLAB編程與計(jì)算3.5.2變量梯度法1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應(yīng)用辦法。2.在MATLAB平臺(tái)演示有關(guān)內(nèi)容。七、作業(yè)布置教材3.3,3.4,3.7,3.8;自擬(1),(2),(3)八、課后小結(jié)第九講第4章控制系統(tǒng)的能控性與能觀察性一、教學(xué)內(nèi)容4.1系統(tǒng)的能控性二、教學(xué)目的掌握系統(tǒng)能控性的分析辦法。三、教學(xué)重點(diǎn)系統(tǒng)的能控性分析四、教學(xué)難點(diǎn)系統(tǒng)的能控性分析五、教學(xué)思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學(xué)內(nèi)容和過程：教學(xué)內(nèi)容教學(xué)辦法第4章控制系統(tǒng)的能控性與能觀察性4.1系統(tǒng)的能控性4.1.1線性時(shí)變持續(xù)系統(tǒng)的能控性4.1.2線性定常持續(xù)系統(tǒng)的能控性及其MATLAB輔助分析4.1.3線性定常離散系統(tǒng)的能控性1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應(yīng)用辦法。2.在MATLAB平臺(tái)演示有關(guān)內(nèi)容。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)第十講第4章控制系統(tǒng)的能控性與能觀察性（續(xù)）一、教學(xué)內(nèi)容4.2系統(tǒng)的能觀察性二、教學(xué)目的掌握系統(tǒng)能觀察性的分析辦法。三、教學(xué)重點(diǎn)系統(tǒng)的能觀察性分析四、教學(xué)難點(diǎn)系統(tǒng)的能觀察性分析五、教學(xué)思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學(xué)內(nèi)容和過程：教學(xué)內(nèi)容教學(xué)辦法第4章控制系統(tǒng)的能控性與能觀察性（續(xù)）4.2系統(tǒng)的能觀察性4.2.1線性時(shí)變持續(xù)系統(tǒng)的能觀察性4.2.3線性定常離散系統(tǒng)的能觀察性4.3能控與能觀察規(guī)范型的實(shí)現(xiàn)4.3.1能控規(guī)范型的實(shí)現(xiàn)及其MATLAB編程與計(jì)算4.3.2能觀察規(guī)范型的實(shí)現(xiàn)及其MATLAB編程與計(jì)算1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應(yīng)用辦法。2.在MATLAB平臺(tái)演示有關(guān)內(nèi)容。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)第十一講第4章控制系統(tǒng)的能控性與能觀察性（續(xù)）一、教學(xué)內(nèi)容4.5對(duì)偶系統(tǒng)及對(duì)偶性原理4.6線性定常系統(tǒng)能控能觀察構(gòu)造的分解二、教學(xué)目的掌握對(duì)偶性原理和線性定常系統(tǒng)能控能觀察構(gòu)造的分解辦法。三、教學(xué)重點(diǎn)線性定常系統(tǒng)能控能觀察構(gòu)造的分解四、教學(xué)難點(diǎn)線性定常系統(tǒng)能控能觀察構(gòu)造的分解五、教學(xué)思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學(xué)內(nèi)容和過程：教學(xué)內(nèi)容教學(xué)辦法第4章控制系統(tǒng)的能控性與能觀察性（續(xù)）4.4線性定常系統(tǒng)能控與能觀察性在復(fù)域[s]中的判據(jù)4.5對(duì)偶系統(tǒng)及對(duì)偶性原理4.5.1線性定常對(duì)偶系統(tǒng)4.5.2線性時(shí)變對(duì)偶系統(tǒng)4.6線性定常系統(tǒng)能控能觀察構(gòu)造的分解4.6.1能控與不能控構(gòu)造分解及其MATLAB輔助計(jì)算4.6.2能觀察與不能觀察構(gòu)造分解及其MATLAB輔助計(jì)算4.6.3能控與能觀察性構(gòu)造綜合分解1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應(yīng)用辦法。2.在MATLAB平臺(tái)演示有關(guān)內(nèi)容。七、作業(yè)布置教材2.1(4),2.2(4),2.4(3),2.5(2),2.7,2.10,2.13;自擬(1),(2),(3)(4)八、課后小結(jié)第十二講第5章線性定?？刂葡到y(tǒng)的綜合一、教學(xué)內(nèi)容5.1反饋控制系統(tǒng)的基本構(gòu)造5.2以實(shí)現(xiàn)盼望極點(diǎn)為目的的系統(tǒng)綜合二、教學(xué)目的掌握以實(shí)現(xiàn)盼望極點(diǎn)為目的的系統(tǒng)綜合辦法三、教學(xué)重點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)盼望極點(diǎn)為目的的系統(tǒng)綜合四、教學(xué)難點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)盼望極點(diǎn)為目的的系統(tǒng)綜合五、教學(xué)思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學(xué)內(nèi)容和過程：教學(xué)內(nèi)容教學(xué)辦法第5章線性定?？刂葡到y(tǒng)的綜合5.1反饋控制系統(tǒng)的基本構(gòu)造5.1.1狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)5.1.2輸出反饋控制系統(tǒng)5.2以實(shí)現(xiàn)盼望極點(diǎn)為目的的系統(tǒng)綜合5.2.1單輸入狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)極點(diǎn)配備及其MATLAB輔助計(jì)算5.2.2多輸入狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)的極點(diǎn)配備辦法5.2.3輸出反饋控制系統(tǒng)極點(diǎn)配備及其MATLAB輔助計(jì)算1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應(yīng)用辦法。2.在MATLAB平臺(tái)演示有關(guān)內(nèi)容。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)第十三講第5章線性定?？刂葡到y(tǒng)的綜合（續(xù)）一、教學(xué)內(nèi)容5.3以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)鎮(zhèn)靜為目的的系統(tǒng)綜合5.4以實(shí)現(xiàn)解耦控制為目的的系統(tǒng)綜合二、教學(xué)目的掌握以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)鎮(zhèn)靜和以實(shí)現(xiàn)解耦控制為目的的系統(tǒng)綜合辦法三、教學(xué)重點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)鎮(zhèn)靜和以實(shí)現(xiàn)解耦控制為目的的系統(tǒng)綜合四、教學(xué)難點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)鎮(zhèn)靜和以實(shí)現(xiàn)解耦控制為目的的系統(tǒng)綜合五、教學(xué)思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學(xué)內(nèi)容和過程：教學(xué)內(nèi)容教學(xué)辦法第5章線性定?？刂葡到y(tǒng)的綜合（續(xù)）5.3以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)鎮(zhèn)靜為目的的系統(tǒng)綜合5.4以實(shí)現(xiàn)解耦控制為目的的系統(tǒng)綜合5.4.1賠償器解耦5.4.2狀態(tài)反饋解耦5.4.3實(shí)現(xiàn)狀態(tài)反饋解耦控制的MATLAB編程與計(jì)算1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應(yīng)用辦法。2.在MATLAB平臺(tái)演示有關(guān)內(nèi)容。七、作業(yè)布置八、課后小結(jié)第十四講第5章線性定常控制系統(tǒng)的綜合（續(xù)）一、教學(xué)內(nèi)容5.5狀態(tài)重構(gòu)控制系統(tǒng)二、教學(xué)目的掌握帶全維狀態(tài)重構(gòu)器和降維狀態(tài)重構(gòu)器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)辦法三、教學(xué)重點(diǎn)帶全維狀態(tài)重構(gòu)器和降維狀態(tài)重構(gòu)器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)四、教學(xué)難點(diǎn)帶全維狀態(tài)重構(gòu)器和降維狀態(tài)重構(gòu)器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)五、教學(xué)思路和辦法講清概念，板書推證，PPT和MATLAB演示。六、教學(xué)內(nèi)容和過程：教學(xué)內(nèi)容教學(xué)辦法第5章線性定?？刂葡到y(tǒng)的綜合（續(xù)）5.5狀態(tài)重構(gòu)控制系統(tǒng)5.5.1全維狀態(tài)重構(gòu)器及其MATLAB輔助設(shè)計(jì)5.5.2帶全維狀態(tài)重構(gòu)器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)5.5.3降維狀態(tài)重構(gòu)器及其MATLAB輔助設(shè)計(jì)1.以板書推證為主，以PPT演示為輔，通過例題解說具體應(yīng)用辦法。2.在MATLAB平臺(tái)演示有關(guān)內(nèi)容。七、作業(yè)布置教材4.1,