现代控制理论
现代控制理论
1000+ 人选课
更新日期:2025/06/01
开课平台学银在线
开课高校河北大学
开课教师姜萍宗晓萍
学科专业工学自动化类
开课时间2025/02/23 - 2025/07/23
课程周期22 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介
  根据控制理论的发展过程,自动控制原理可划分为经典控制理论和现代控制理论。这两部分其教学目标均是从理论上设计满足工程要求的控制系统,但其数学模型和分析方法不同,因此其适用的系统和设计方法也有所区别。
  现代控制理论以状态空间表达式作为描述系统运动的数学模型,应用时间域分析方法(状态空间分析法)分析、设计控制系统。课程主要内容包括:系统运动的状态空间表达式;系统的运动即状态空间表达式的解;系统的能控性、能观性和稳定性分析;线性连续时不变系统的综合与设计。
  为了建立联系理论与实际应用的桥梁,课程增加了基于MATLAB的系统仿真设计,包括:系统的建模和模型转换,系统的稳定性、能控性和能观性分析,系统综合与设计。最后,以倒立摆控制系统设计为例,从机理分析建模、模型的线性化、到系统分析以及基于状态观测器的状态反馈系统设计及仿真,循序渐进,使同学们熟悉和掌握工程设计软件的应用,进一步验证控制理论的原理以及系统的综合设计方法。
课程大纲

系统状态空间表达式

  • 1.1 经典控制与现代控制
  • 1.2 状态空间表达式及其模拟结构图
  • 1.3 状态空间表达式的建立(一)
  • 1.4 状态空间表达式的建立(二)
  • 1.5 线性变换
  • 1.6 线性变换为约旦标准型
  • 1.7 状态空间表达式求传递函数
  • 1.8 作业题

状态空间表达式的解

  • 2.1 线性定常齐次状态方程的解
  • 2.2 矩阵指数函数的计算
  • 2.3 非齐次状态方程的解
  • 2.4 作业题

线性控制系统的能控性和能观性

  • 3.1 能控性的定义及判别
  • 3.2 能观性的定义及判别
  • 3.3 能控性和能观性的对偶关系
  • 3.4 状态空间表达式的能控标准型和能观标准型
  • 3.5 线性系统的结构分解
  • 3.6 能控性和能观性与传递函数的关系
  • 3.7 作业题

系统运动的稳定性与李雅普诺夫方法

  • 4.1 Lyapunov稳定定义
  • 4.2 Lyapunov第一法(间接法)
  • 4.3 Lyapunov第二法(直接法)
  • 4.4 作业题

线性定常系统的综合

  • 5.1 系统综合问题、线性反馈系统的基本结构及其特征
  • 5.2 系统的极点配置(一)
  • 5.3 系统的极点配置(二)
  • 5.4 系统镇定
  • 5.5 状态观测器及其设计
  • 5.6 降维状态观测器
  • 5.7 带有状态观测器的状态反馈系统
  • 5.8 作业题

系统仿真与工程案例

  • 6.1 基于Matlab的系统建模、分析与设计
  • 6.2 案例教学-倒立摆系统的建模、分析与设计